变频调速技术在双速风机改造中的应用
摘要：介绍了运用变频调速技术对双速风机的改造过程，分析了原双速风机的工作原理和运行中存在的问题，运用变频器改造的方案，改造前后的技术性和经济性对比。
关键词：双速风机；变频器；
一、引言
我厂循环水厂双速风机使用双速电动机进行调速，主要是通过外部控制线路的切换来改变电机线圈的绕组连接方式来实现，只能实现有极调速，不能平滑调速，控制回路复杂，故障率高。
变频器调速能够实现无级调速，具有调速平滑、精效率高、故障率低、使用寿命长、节能效果好等诸多优点，因此使用变频调速技术对双速风机控制回路进行改造。
二、双速电动机工作原理 2.1调速原理
双速电动机型号为JBO560S2-6W 额定功率110KW 额定转速960r/min 磁极对数p=3。双速电动机根据转速公式；n=60f/p（1-s）通过改变电动机定子绕组的连接方法达到改变定子旋转磁场磁极对数，从而改变电动机的转速。 2.2定子绕组接线
图1（a）为电机定子绕组的△接法，三相定子绕组的引出线端子U1、V1、W1与电源线连接，U2、V2、W2三个端子悬空，三相定子绕组接成△形，此时磁极对数为6，转速为480r/min。图1（b）为双速异步电动机定子绕组的YY接法，接线端U1、V1、W1连接在一起，U2、V2、W2三个引出线端子与电源线连接，此时磁极对数为3，转速为960r/min。 2.3控制电路分析
图2为双速电动机控制电路。KM1为△接低速运行接触器，KM2、KM3为YY接高速运行接触器，SB1为△接低速启动按钮，SB2为YY接高速启动按钮。电路的工作过程如下：
2.3.1低速启动运行：
合上电源开关QS，按下启动按钮SB1，接触器KM1得电自保持，并通过按钮SB1和接触器KM1的常闭辅助触点对接触器KM2、KM3互锁，电动机定子绕组△接，电动机低速启动运行。如果再按下按钮SB2，则电动机由低速变为高速运转
2.3.2高速启动运行：
合上电源开关QS，按下启动按钮SB2，接触器KM2、KM3得电保持，并通过按钮SB2和接触器KM2、KM3的常闭辅助触点对接触器KM1互锁，电动机定子绕组作YY接，电动机高速启动运转。按下SB2，电动机变为低速运转。 2.4运行中存在问题及改造需求
从控制电路可以发现，在控制回路中存在较多的联锁，如接触器的辅助触点互锁，按钮SB2与SB1之间的按钮互锁，若接触器辅助触点粘连或由于氧化接触不良，很容易出现联锁失效的问题，轻则无法开机，重则引起电动机短路烧毁。
三、用变频调速控制改造原有回路 3.1变频器的选型和接线
根据电动机的型号，我们选择富士FRN1110P11S-4CX，接线图如图3
在此图中使用变频器多功能端子x1 x2来实现多段速度运行，电动机的启动和停止由转换开关SB1来实现，当QS开关合上，变频器上电后，将转换开关kk切至低速位置，转换开关kk 1-2 3-4接点导通，变频器低速运行；将转换开关kk切至高速位置，转换开关kk 1-2 5-6接点导通，变频器高速运行；将转换开关kk切至零位置，转换开关kk 1-2 3-4 5-6接点均断开，变频器停止运行。 3.2变频改造后优点
1）改造后控制线路简单，维护方便，易于操作和检查。
2）电动机启动平滑，无大的冲击电流，延长了设备及电缆线路寿命，降低了故障几率。
3）调速性能好，可根据生产实际需要对低速和高速频率进行修改，在满足生产需求的情况下还有节能效果。 3.3改造后运行情况
自2010年10月改造后运行至今未发生任何故障，日常维护量大大减少。 3.4改造前后运行经济性分析 3.4.1改造前： 运行费用
低速时运行电流为120A，高速时运行电流为150A，假设电动机平均每年工作350天，其中低速运行230天，高速运行120天（夏季和秋季），电费m为0.6元/千瓦时。年运行费用为M1=1.732UItm=1.732*380*24*0.6/1000*120*（230+150）=43.22万元 3.4.2改造后： 运行费用
低速时运行电流为40A，高速时运行电流为100A。其它条件相同，年运行费用为Q1=1.732UItm=1.732*380*24*0.6/1000*（40*230+100*120）=20.09万元 4）改造投资费用
变频器110KW 6万元，高效节能电动机110KW 4.9万元，总费用T=10.9万元 3.4.3改造前后对比
可以看出改造后节能效果非常明显，每年运行费用减少了22.13万元，年运行费用仅为改造前的46.48%，改造投资费用仅需5.9个月即可收回成本。 四、小结
变频器调速系统自投运以来，达到了改造的预期目的，保护功能齐全、调速性能优越、运行安全可靠、操作简单、节能效果显著，但由于时间和工艺的关系未能实现变频器PID控制，有待进一步进行改造，我厂其它双速、三速风机均可进行变频改造，达到良好的调速性能，取得极高的经济效益。 参考文献：
《电机学》华中科技大学出版社 辜承林 陈乔夫 熊永前 《FRENIC 5000G11S/P11S操作说明书》 富士电机株式会社
