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1、1变频器在变极调速电动机改造中的应用摘 要：随着人们环保意识的提高，节能减排已是一个重要课题。文章叙述了沙泵电动机改造前的控制原理和变频改造后的控制原理及应用，对两种控制方式进行比较和改造后的节能效果。关键词： 电动机;变极;变频;节能1 改造前状况沙泵电动机因工艺要求需进行调速，电气方面采用的是三速变极调速。电动机参数为容量（1107550）kW，接法为 YYY，转速为（1000750500）rmin，电流为（205205184）A。主电路如图 1 所示，电动机控制原理如图 2所示。从原理图中可知电动机变极调速是通过交流接触器的相互切换来实现定子线圈的不同接法，从而改变电动机的极数来达到变速
2、的目的。该变极调速存在着以下缺点：线路复杂，元器件多，接触器间切换假如操作不当会造成电机开口 运行，导致电动机烧毁。电气上选用 DZJ 智能监控器作电动机保护不是很合理，其原因有二个：一旦监控器失电后，所有的保护都没有了；沙泵电动机在开口 型运行时，三相电流不平衡时会造成其保护不动作。电动机起动时起动电流是额定电流的 57 倍，造成电动机绕组过热，加快了绝缘的老化；对电网冲击比较大，造成电网压降较大，对其它运行设备的安全运行有很大的影响。对联接的机械设备冲击力很大，造成非机械磨损，缩短了机械设备的使用寿命，导致检修费用上升，设备运行周期降低。从电动机低、中、高速的额定电流看，转速下降 25%5
3、0%，电流下降很少021A，电能浪费严重。2在生产过程中，当沙浆浓度不断变化时，电能浪费更加突出，原因是沙泵电动机的速度分得不够精确，沙泵电动机在低浓度运行时，沙泵电动机是不能够停止工作的，所以此时把转速降低到 350r/min，更加节约电能。下面简单的介绍用按钮和交流接触器控制三速异步电动机运行的电路原理：合上 QS 接通电源，电源监视器 YJ 和低电压监视装置 DZJ 得电进入监控状态。合上 SA，按下 SB1KA 线圈得电自锁触头闭合，联锁触头断开，为停车做好准备。低速启动运行：按下合闸按钮 SB2接触器 KM1 线圈得电KM1 触头动作电动机 M 第一套定子绕组出线端 U1、V1、W1
4、（U3 通过 KM1 常开触头与 W1并接）与三相电源接通电动机 M 接成 低速运行。低速转为中速运行：先按下分合闸按钮 SB3KM2 线圈得电KM2 常闭触头断开KM1 线圈失电KM1 触头复位电动机 M 失电；再次分合闸按钮SB3KM3 线圈得电KM3 触头动作电动机 M 第二套定子绕组出线端U4、V4、W4 与三相电源接通电动机 M 接成 Y 形中速运行。中速转为高速运行：先按下分合闸按钮 SB4 KM4 线圈得电KM4 常闭触头断开KM3 线圈失电KM3 触头复位电动机 M 失电；再次分合闸按钮SB4KM7 线圈得电KM7 触头动作（将电动机 M 第一套定子绕组出线端U1、V1、W1、
5、U3 接成 Y 形），同时 KM5 线圈得电电动机 M 第一套定子绕组出线端 U2、V2、W2 与三相电源接通电动机 M 接成 YY 形高速运行。该线路的缺点是在进行速度转换时，必须先按下相应分合闸按钮或停止按钮SB0 后，又要重新按下相应分合闸按钮才能实现变速，所以操作非常不便，若不考虑时间差，还有可能会造成短路事故。 32 变频改造为了改善沙泵电动机的运行性能，满足工艺对调速精度的要求和该矿加大节能降耗的措施，该矿决定对一采场 2 号沙泵电动机进行变频改造。变频器选用日本三菱公司推出的具有高性能、多功能的 FR-F540、110kW 型变频器，这种变频器适用于风机、水泵等场合（选 400V
6、、110kW），电动机用原旧电动机，选用110kW、6 极，首先将 U1、V1、W1、U3 线头短接后进行焊接并绝缘好，其他不用的电动机出线端进行绝缘包扎后悬空，变频器输出端分别与电动机的U2、V2、W2 出线端相接。变频器安装在离沙泵电动机 10m 远的变频器室，变频器控制小线采用屏蔽电缆，为了变频器能在最佳环境中运行，发挥其优异的性能，房间安装立式空调。沙泵电动机采用变频、工频两种控制方式。变频器坏或检修时切换到工频运行，变频与工频回路相互联锁，避免在检修时造成人身触电及设备事故的发生。图 3 中 KM1 和 KM3 是变频运行所用的交流接触器，当交流接触器 KM1、KM3吸合时，变频器可
7、以进行编写程序及试运行，按下相应的速度按钮进行转速调节。当交流接触器 KM2 吸合时为工频运行（即直接用市电工作），停车时可用相应的停止按钮或遇到有事故发生时可以用急停按钮进行。下面简述其工作原理：合上 QS 接通电源；按下启动按钮 SB3KM2 线圈得电KM2 主触头和自锁触头闭合（同时联锁触头断开，避免 KM1、KM3 得电造成变频器不必要的损耗）电动机直接用市电供电运行； 按下停止按钮 SB4 先断开 KM2，再按下启动按钮SB2KM1 线圈得电KM1 主触头和自锁触头闭合（同时联锁触头断开，避免KM2 得电）三相电源注入变频器，此时可利用编程器进行编写程序或检查程序是否正确；若无错误，
8、再按下启动按钮 SB4KM3 线圈得电KM3 主触头和自锁触头闭合4（同时联锁触头断开，避免 KM2 得电）则电动机进入变频器运行，运行频率按下相应的速度按钮进行转速调节。若要停止运行可按下停止按钮 SB1 先断开 KM1 和 KM3，再切断开 QS 切断电源。当 KM1 得电时，可进行编程，要求及编程如下：要求：为了调试及现场操作方便，以及根据原题意要求有低、中、高速，要求进行多段速编程，编程后利用 RH、RM、RL 的开关信号进行速度调节。编程及接线试运行：一是全部清除（清零），具体将参数值和校准值全部初始化到出厂时的设定值；二是根据要求先设定 Pr.79=3；三是再设定Pr.4=50Hz
9、、Pr.5=30Hz、Pr.6=10Hz、Pr.24=15Hz、Pr.25=40Hz、Pr.26=35Hz、Pr.27=8Hz；四是设定后交检查无错误时可按下图 4 进行接线；按上图接好线后，先按下 STF（正转）或按下 STR（反转），再按下相应的按钮可进行电动机变速运行的调试，a.高速：合上 RH，则电动机按速度 1（50Hz）运行；b.中速：合上 RM，则电动机按速度 2（30Hz）运行；c.低速：合上 RL，则电动机按速度 3（10Hz）运行；e.同时合上RM、RL，则电动机按速度 4（15Hz）运行；f.同时合上 RH、RL，则电动机按速度5（40Hz）运行；g.同时合上 RH、RM
10、，则电动机按速度 6（35Hz）运行；h.同时合上RH、RM、RL，则电动机按速度 7（8Hz）运行。调试无误后，按图 4 进行接线并将按钮接到操作现场即可。现场操作箱安装变频器故障报警铃、铃声解除转换开关、电动机转速表、电流表、电动机开、停均采用按钮。3 变频调速和变极调速性能比较变频调速、变极调速性能54 节能效果计算根据对沙泵电动机变频改造后 5 个月运行电流、功率的统计，在相同运行负荷条件下（此处以沙浆浓度最高时进行计算），所用电动机功率比改造前平均下降了 36%，运行功率因数为 0.97，以沙泵电动机年运行 330 天计，电费为 0.35 元kWh，约每年可节省电费 109771 元。而日本三菱公司推出的具有高性能、多功能的 FR-F540、110kW 型变频器费用为 6 万元，加上变频器室、立式空调、电缆等费用 2 万元，总投入为 8 万元，9 个月可收回投资。参考文献：1岳庆来.变频器可编程序控制器及触摸屏综合应用技术M.机械工业出版社,2006.2仲明振,赵相宾.变频器应用手册M.机械工业出版社,2009.
