交流变频器在电机风机中的应用

【摘要】本文主要阐述交流变频器在大功率直流电动机风机控制中的应用情况。通过采用交流变频器控制后，实现了根据电机温度的变化对风机风量的自动控制，达到了节能降耗的目的。

【关键词】交流变频器 智能仪表 节能 风机系统

轧机主机电机冷却风机电动机转速不可调，风量大小一般依赖风门闸板调节，由于闸板调节操作困难，风量控制不准等原因，常使直流电动机绕组出现冷却不充分，电机发热严重或冷却过度直流电动机氧化膜建立不好，电机换向困难等问题。为了使大功率直流电动机能够安全、正常运行，同时使其能耗降低以节约成本，对这些风机电动机进行节能改造是完全必要的。

一、改造前存在的问题及系统组成

轧机主机电机风机是由一台75KW的交流电机拖动风机来实现对主机电机进行冷却，只要轧机运行风机电机就一直处于满负荷运行状态。然而，随着轧制的产品不同，主机电机的发热温度不一样，就是轧制同样的产品，随着环境温度的高低和季节的变化，主电机的发热温度也不一样，因此如果风机一直在全速下运行，在主电机发热温度低时造成很大的能源浪费。

二、设备改造内容

改造范围为轧机主机电机风机控制系统。保留风机电机，拆除原风机电控柜设备，新增交流变频器控制柜、交流进线电抗器以及温度传感器等控制设备。

三、具体改造方案

随着电气控制技术的飞速发展，现代调速控制系统已广泛采用全数字系统，运用统一的运行平台、统一的操作模式、统一的技术特点，使之在控制精度、设备故障率、占地面积、系统之间相互信息耦合等方面具有极大的优势。

根据现场的实际情况，考虑到整体投资造价以及系统的先进性与可靠性，对轧机主机电机风机控制系统的改造采用西门子交流变频器MM430为核心的控制系统。

四、系统配置

在主电机正常运行时，为保证主电机散热充分，以主电机的温度为检测对象，根据其温度的高低去控制风机电机的转速。当主电机温度高时，风机电机转速上升，提高风量，快速散热；当主电机温度较低时，风机转速可以降低，维持主电机的设定温度，，同时在现场增加手动―自动功能，故障报警及解除功能。风机电机控制框图见图1。

在控制系统中，风机调速用变频器采用西门子专用风机、水泵MICROMASTER 430变频器，MM430对电机变频调速，从而达到保护电机和节能效果。具体配置如下：

交流变频器控制柜 一个

交流进线电抗器 一台

PT100温度传感器 一只

智能控温仪表 一台

五、实施方案

为了实现风机自动调速，在主电机的定子绕组上安装PT100温度传感器，作为变频器调速系统的检测元件，将此信号接入智能温控仪表，智能温控仪表将实际温度信号与设定温度信号进行比较，通过PID调节器输出速度给定信号到变频器，调节风机电机转速。

当电机温度高于设定温度时，智能温控仪表 通过PID调节器输出速度给定信号变大，提高风机电机转速，增加散热风量，当电机温度低于设定温度时，智能温控仪表通过PID调节器输出速度给定信号变小，减少风机电机转速，降低散热风量，使电机温度保持在设定温度上。为了便于检修、调试，系统可采用手动运行方式，利用电位器来进行手动调节。

为了防止智能温控仪表或温度传感器损坏造成无速度给定信号，使风机停转，造成断风，将变频器电机运行频率最小值设为30Hz，并将变频器故障信号和当实际频率低于最小设定频率故障信号作为综合故障信号发出声光报警信号，提醒值班人员进行相应检查，以确保电动机安全运行。

由于该控制系统采用交流变频器，干扰问题不容忽视，首先要解决干扰问题。变频器干扰主要有：一是变频器中普遍使用了晶闸管或者整流二极管等非线性整流器件，其产生的谐波对电网将产生传导干扰，引起电网电压畸变，影响电网的供电质量；二是变频器的输出部分一般采用的是IGBT等开关器件，在输出能量的同时将在输出线上产生较强的电磁辐射干扰，影响周边电器的正常工作。该控制系统采用输入交流电抗器用于抑制谐波，降低高次谐波对通讯及电网的干扰，同时各种控制电缆及信号电缆采用屏蔽线，减少电磁辐射干扰。

六、结论

轧机主机电机风机控制系统改造后经过近期的生产运行，此次改造各项指标完全达到设计要求，可以大大改善热机组的通风条件，并能使发电机整流子表面温度保持在最有利于建立氧化膜的数值上，能有效改善发电机换向；其次，对送风电动机运行相当有利，起动过程很平稳，对电机和风机没有冲击力，可延长风机和电动机的使用寿命；

最后，由电机负荷大小、绕组温度、环境温度来共同决定变频器输出频率多少，以控制风机电动机转速，真正实现风机输入功率的减少，节电效果在20%以上。为降低生产成本，延长设备使用寿命，节能降耗，减轻劳动强度，改善工作环境开创了新的途径。