CN106979148B - 一种无级调节大功率水泵或风机运行的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无级调节大功率水泵或风机运行的控制方法，以控制器控制变频器，以变频器控制电机，根据电机功率与变频器功率的值，手动或自动切换控制的工作模式。本发明采用容量为电机二分之一数值的变频器控制泵或风机的电机启动，实现0～80%左右额定流量的无级控制，满足了特殊情况下的全负荷运行要求。以小容量变频器控制大功率电机，减少变频器使用的富余量，节能并节省设备投资。减少对电网的冲击，同时对水泵叶轮、泵轴和轴承能够最大限度的降低冲击影响，延长设备和阀门的使用周期，节约设备管材维护费用。无级调节水量、风量，达到精确控制生产运行参数，满足工程需要，多接口可与电脑、网络连接实现智能化控制。

Description

一种无级调节大功率水泵或风机运行的控制方法

技术领域

本发明涉及一种无级调节水泵或风机运行的控制方法，尤其涉及一种无级调节大功率水泵或风机运行的控制方法。

背景技术

现有的水泵、风机等电机设备调节流量主要是调节出入口的挡板或阀门，进而控制水流量和风流量，控制精度不高，这也导致了，现有的设计中，用户使用的电机设备设计容量均比实际需要高出很多，存在大马拉小车的现象，造成电能浪费较多；在采用机械调节风机、水泵流量时，现有技术均为手动调节的机械挡板或阀门，施工调节频繁、粗略，泵易发生汽蚀现象；并且机械式阀门频繁调节容易加速水泵叶轮、轴承、泵轴、管道阀门等易损部件的损坏。采用变频器控制虽能很好解决以上问题，但所需变频器容量较大，一次性投入多，特别是厂家生产的低压变频器系列最大容量是有限的，不能满足大功率电机的要求。

如何实现1、采用容量为电机二分之一数值的变频器控制泵或风机的电机，实现0～80%左右额定流量的无级控制，实现电机在额定功率的网电运行，满足特殊情况下的全负荷运行。2、以小容量变频器控制大功率电机，解决由于工程施工的实际需求，对于水泵和风机的选型都比较大，耗能和设备投资成本高的问题，达到节省设备投资的目的。3、减少对电网的冲击，同时对水泵叶轮、泵轴和轴承能够最大限度的降低冲击影响，延长设备和阀门的使用周期，节约设备管材维护费用。4、实现无级调节水量、风量，达到精确控制生产运行参数，满足工程需要、节约成本的目的。是现有技术中急需解决的技术难题。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种具有启动与变频运行自动调整功能的无极调节大功率水泵或风机运行的控制方法，该方法能够实现上述四点要求。

为达到上述目的，本发明所采用的技术手段是：一种无级调节大功率水泵或风机运行的控制方法，以控制器控制变频器，以变频器控制电机，其特征在于：根据电机功率与变频器功率的值，手动或自动切换控制的工作模式；

当电机功率大于1倍，小于2倍的变频器额定功率的情况下，修改变频器额定功率至电机功率，进入启动工作状态，控制电机斜坡启动，在设定时间内电机转速略低于电机额定转速时，变频器给控制器信号，控制器控制旁路接触器闭合，使电机并入配电电网工频状态运行，启动成功；如因电机过载或其他原因在设定时间内电机未达到启动转速要求，则由变频器给控制器信号，控制器控制电机停止，启动失败并输出报警信号报警；

当电机功率≤变频器额定功率的情况下，控制电机斜坡启动，使用变频器恒速功能或电位器调节电机的转速或频率，达到水泵或风机需要的压力或流量；在启动和运行过程中，当变频器检查到电机有短路、过载、接地、温度过高、缺相故障时，将信号反馈给控制器，由控制器自动停止电机运行并报警。

进一步的，所述电机的主回路中，三相电经断路器QS1，进入变频器，通过交流接触器KM1连接电机，同时设置相序继电器XJ，连接在断路器QS1与变频器之间，并通过交流接触器KM2连接电机，在电机前的三相线上设置电动机保护器ZB。

更进一步的，所述电机的控制回路引自三相线的一相，通过断路器QS2与熔断器1RD、2RD，电源指示灯DY，交流接触器KM1的常开开关，交流接触器KM2的常开开关以及数显电流表Ａ的一端相连；熔断器1RD的另一端与零线N之间并联3路，其中一路为电动机保护器ZB常开开关与中间继电器K3；一路为电动机保护器ZB；一路为急停按钮JT、中间继电器K3常闭开关和中间继电器K1常开开关、交流接触器KM2常闭开关、交流接触器KM1与中间继电器K2常开开关、交流接触器KM1常闭开关、交流接触器KM2构成的互锁电路；数显电流表A的另一端接零线N；交流接触器KM1的常开开关的另一端与启动指示灯QD连接，交流接触器KM2的常开开关的另一端与运行指示灯YX连接，启动指示灯QD、运行指示灯YX的另一端接零线N。

更进一步的，所述控制器采用PLC，其IO0连接相序继电器XJ常闭开关，I01连接停止按钮SB1，I02连接变频器辅助继电器RO1常开开关，用于接近额定转速时动作，I03连接变频器辅助继电器RO2常开开关，用于变频器故障动作，I04连接启动按钮SB2，I05连接控制开关SA，用于切换工作模式，I06连接急停按钮JT，I07连接电动机保护器ZB常开开关，用于电动机故障保护，I08连接交流接触器KM1辅助常开开关，I09连接交流接触器KM2辅助常开开关；Q00连接中间继电器K1启动线圈，Q01连接中间继电器K2启动线圈，Q02连接变频器的DI1，用于变频器启动或停止，Q03连接变频器DI3，用于变频器恒速运行，Q04连接变频器故障指示灯GZ，Q05连接启动失败指示灯QB。

进一步的，所述设定时间为25S。

本发明的有益效果在于：

1、采用容量为电机二分之一数值的变频器控制泵或风机的电机启动，实现0～80%左右额定流量的无级控制，电机在额定功率的网电运行，满足了特殊情况下的全负荷运行要求。

2、以小容量变频器控制大功率电机，减少变频器使用的富余量，解决了由于工程施工实际需求，对水泵或风机的选型较大的问题，节能并节省设备投资。

3、用变频启动减少对电网的冲击，同时对水泵叶轮、泵轴和轴承能够最大限度的降低冲击影响，延长设备和阀门的使用周期，节约设备管材维护费用。

4、无级调节水量、风量，达到精确控制生产运行参数，满足工程需要、节约成本的目的，多接口可与电脑、网络连接实现智能化控制。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

图1、为发明电机主回路电路原理图；

图2、为发明电机控制回路电路原理图；

图3、为发明控制器和变频器接口电路原理图。

具体实施例

在某井筒冻结工程施工项目制冷车间采用两台水泵作为盐水泵（型号为12SH-6A、12SH-9A，电机额定功率分别为280 KW，160 KW）。由于原控制电路中的变频器与160KW电机匹配，而针对280KW电机时，安装现有的方法需要重新购买控制柜。

发明人通过研发，给出了一种无级调节大功率水泵或风机运行的控制方法，以控制器PLC CPM1A控制变频器ACS510 160KW，以变频器控制电机，根据电机功率与变频器功率的值，手动或自动切换控制的工作模式；

由于280KW电机功率没有超过2倍的变频器额定功率（320KW），此时修改变频器额定功率至电机功率，进入启动工作状态，控制电机斜坡启动，在设定时间25S内接近电机额定转速后，变频器给控制器信号，控制器控制旁路接触器闭合，使电机并入配电电网工频状态运行，启动成功；如因电机过载或其他原因在设定时间25S内电机未达到额定转速，则由变频器给控制器信号，控制器控制电机停止，启动失败并输出报警信号报警。

如图1、2、3所示，所述电机的主回路中，三相电经断路器QS1，进入变频器，通过交流接触器KM1连接电机，同时设置相序继电器XJ，连接在断路器QS1与变频器之间，并通过交流接触器KM2连接电机，在电机前的三相线上设置电动机保护器ZB。

所述电机的控制回路引自三相线的一相，通过断路器QS2与熔断器1RD、2RD，电源指示灯DY，交流接触器KM1的常开开关，交流接触器KM2的常开开关以及数显电流表Ａ的一端相连；熔断器1RD的另一端与零线N之间并联3路，其中一路为电动机保护器ZB常开开关与中间继电器K3；一路为电动机保护器ZB；一路为急停按钮JT、中间继电器K3常闭开关和中间继电器K1常开开关、交流接触器KM2常闭开关、交流接触器KM1与中间继电器K2常开开关、交流接触器KM1常闭开关、交流接触器KM2构成的互锁电路；数显电流表A的另一端接零线N；交流接触器KM1的常开开关的另一端与启动指示灯QD连接，交流接触器KM2的常开开关的另一端与运行指示灯YX连接，启动指示灯QD、运行指示灯YX的另一端接零线N。

所述控制器采用PLC，其IO0连接相序继电器XJ常闭开关，I01连接停止按钮SB1，I02连接变频器辅助继电器RO1常开开关，用于达到接近额定转速时动作，I03连接变频器辅助继电器RO2常开开关，用于变频器故障动作，I04连接启动按钮SB2，I05连接控制开关SA，控制开关SA用于手动或自动切换工作模式，I06连接急停按钮JT，I07连接电动机保护器ZB常开开关，用于电动机故障保护，I08连接交流接触器KM1辅助常开开关，I09连接交流接触器KM2辅助常开开关；Q00连接中间继电器K1启动线圈，Q01连接中间继电器K2启动线圈，Q02连接变频器的DI1，用于变频器启动或停止，Q03连接变频器DI3，用于变频器恒速运行，Q04连接变频器故障指示灯GZ，Q05连接启动失败指示灯QB。

在井筒冻结前期满负荷运行期间，在280千瓦的水泵电机启动及盐水流量调节中得到成功应用。

在井筒冻结维护运转期间，使用160千瓦水泵运行时，电机功率≤变频器额定功率，控制电机斜坡启动，使用变频器恒速功能或电位器调节电机的转速或频率，达到水泵或风机需要的压力或流量；在启动和运行过程中，当变频器检查到电机有短路、过载、接地、温度过高、缺相故障时，将信号反馈给控制器，由控制器自动停止电机运行并报警。

在不同冻结施工期间，根据井筒冻结所需要的流量和压力进行无级调节。在整个项目施工过程中，盐水泵未出现任何故障，未进行任何检修、未更换叶轮，泵轴和轴承等配件。在以往井筒冻结项目施工中盐水泵运行期间，每隔一段时间后就会出现故障、损坏，不但影响生产，而且增加劳动强度和维修成本。

盐水泵运行采用本方法启动和控制调节，通过内部的转换开关自由选择工作方式，使用过程中，水泵开启平稳，盐水泵负载从0逐渐增加至制冷系统需要量，盐水泵两端的闸阀处于完全开启状态，无需通过频繁调整阀门开启度调节流量，大大降低了劳动强度，避免了人工调节的不稳定性。

该方法投入使用后，在电能节约方面效益明显。通过使用该装置数据分析、对比，仅160KW盐水泵6个月累计节约电能15.7万度。（见表1、表2数据）

表1 变频器内部部分运行数据

表2 160KW水泵电机变频柜运行数据实测

通过以上使用状况和节约电能数据可以看出，采用本方法，大大降低了水泵的损坏率、维修成本和维护人员的劳动量，保证了工程施工持续进行，提高了冻结工程施工经济效益和文明施工形象。该装置正逐步作为配套系统装备到我单位水泵及风机使用中，也可推广应用到其他使用水泵和风井的行业中，市场前景广阔。

以上是本发明的实施例，但是本发明并不仅限于上述的实施例，熟悉本领域的科技人员在不违背本发明精神的前提条件下还可以作出种种等同的变形或者是替换，这些等同的变形或者替换均包含在本发明所限定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种无级调节大功率水泵或风机运行的控制方法，以控制器控制变频器，以变频器控制电机，其特征在于：

根据电机功率与变频器功率的值，手动或自动切换控制的工作模式；

当电机功率大于1倍，小于2倍的变频器额定功率的情况下，修改变频器额定功率至电机功率，进入启动工作状态，控制电机斜坡启动，在设定时间内电机转速接近电机额定转速时，变频器给控制器信号，控制器控制旁路接触器闭合，使电机并入配电电网工频状态运行，启动成功；在设定时间内电机未达到启动转速要求，则由变频器给控制器信号，控制器控制电机停止，启动失败并输出报警信号报警；

当电机功率≤变频器额定功率的情况下，控制电机斜坡启动，使用变频器恒速功能或电位器调节电机的转速或频率，达到水泵或风机需要的压力或流量；在启动和运行过程中，当变频器检查到电机有短路、过载、接地、温度过高、缺相故障时，将信号反馈给控制器，由控制器自动停止电机运行并报警。

2.根据权利要求1所述的无级调节大功率水泵或风机运行的控制方法，其特征在于：所述电机的主回路中，三相电经断路器QS1，进入变频器，通过交流接触器KM1连接电机，同时设置相序继电器XJ，且相序继电器XJ连接在断路器QS1与变频器之间，并通过交流接触器KM2连接电机，在电机前的三相线上设置电动机保护器ZB。

3.根据权利要求2所述的无级调节大功率水泵或风机运行的控制方法，其特征在于：所述电机的控制回路引自三相线的一相，通过断路器QS2与熔断器1RD、熔断器2RD，电源指示灯DY，交流接触器KM1的常开开关，交流接触器KM2的常开开关以及数显电流表Ａ的一端相连；熔断器1RD的另一端与零线N之间并联3路，其中一路为电动机保护器ZB常开开关与中间继电器K3；一路为电动机保护器ZB；一路为由中间继电器K1常开开关、交流接触器KM2常闭开关、交流接触器KM1组成的串联电路与由中间继电器K2常开开关、交流接触器KM1常闭开关、交流接触器KM2组成的串联电路构成的互锁电路，并与急停按钮JT、中间继电器K3常闭开关串联；数显电流表A的另一端接零线N；交流接触器KM1的常开开关的另一端与启动指示灯QD连接，交流接触器KM2的常开开关的另一端与运行指示灯YX连接，启动指示灯QD、运行指示灯YX的另一端接零线N。

4.根据权利要求3所述的无级调节大功率水泵或风机运行的控制方法，其特征在于：所述控制器采用PLC，其输入脚I00连接相序继电器XJ常闭开关，输入脚I01连接停止按钮SB1，输入脚I02连接变频器辅助继电器R01常开开关，用于接近额定转速时动作，输入脚I03连接变频器辅助继电器R02常开开关，用于变频器故障动作，输入脚I04连接启动按钮SB2，输入脚I05连接控制开关SA，用于切换工作模式，输入脚I06连接急停按钮JT，输入脚I07连接电动机保护器ZB常开开关，用于电动机故障保护，输入脚I08连接交流接触器KM1辅助常开开关，输入脚I09连接交流接触器KM2辅助常开开关；输出脚Q00连接中间继电器K1启动线圈，输出脚Q01连接中间继电器K2启动线圈，输出脚Q02连接变频器的DI1，用于变频器启动或停止，输出脚Q03连接变频器DI3，用于变频器恒速运行，输出脚Q04连接变频器故障指示灯GZ，输出脚Q05连接启动失败指示灯QB。

5.根据权利要求1所述的无级调节大功率水泵或风机运行的控制方法，其特征在于：所述设定时间为25S。