變頻調(diào)速在礦用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)裝置改造中的應(yīng)用

郅富標(biāo)，胡廣林，王兵偉

(1.河南理工大學(xué)高等職業(yè)學(xué)院，454000;2.河南煤業(yè)化工集團(tuán)焦煤公司陳召一礦，453000;3.鄭州礦區(qū)鄭新公司安監(jiān)局，452371)

變頻調(diào)速在礦用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)裝置改造中的應(yīng)用

郅富標(biāo)1，胡廣林2，王兵偉3

(1.河南理工大學(xué)高等職業(yè)學(xué)院，454000;2.河南煤業(yè)化工集團(tuán)焦煤公司陳召一礦，453000;3.鄭州礦區(qū)鄭新公司安監(jiān)局，452371)

鑒于變頻調(diào)速技術(shù)在近十年來的迅猛發(fā)展，采用歐姆龍變頻器對(duì)我校一套風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行變頻調(diào)速改造，改造之后，系統(tǒng)性能優(yōu)良，易于學(xué)生掌握，同時(shí)風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中可做到節(jié)能，降低了運(yùn)行成本。

變頻調(diào)速技術(shù);歐姆龍變頻器;性能優(yōu)良;

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)裝置不斷采用新技術(shù)，我校為職業(yè)技術(shù)學(xué)校，20多年前購入一套礦用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)裝置，采用直流電機(jī)調(diào)速，控制系統(tǒng)復(fù)雜，雖然調(diào)速性能較好，但設(shè)備已用20多年，系統(tǒng)已經(jīng)老化，所需配件無法滿足供應(yīng)。因此，采用交流變頻調(diào)速取代直流調(diào)速，對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)改造。

1.風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)裝置介紹

1.1 技術(shù)特征

A、檢定范圍：0.1 ～40m/s，在檢定范圍內(nèi)，風(fēng)速可任意調(diào)節(jié);

B、外形尺寸：總廠 3.0m，寬 0.8m。洞體采用8mm的鋼板焊接而成。

1.2 構(gòu)造

風(fēng)洞洞體由穩(wěn)定段(包括蜂窩器和阻尼網(wǎng))、收縮段、試驗(yàn)段、擴(kuò)散段、拐角、擴(kuò)散段組成。這樣，有益于保證流場(chǎng)品質(zhì)和測(cè)試精度。

動(dòng)力系統(tǒng)由三片風(fēng)扇槳葉、頭整流罩、尾整流罩和電機(jī)組成，電機(jī)轉(zhuǎn)速為1000Rpm，軸功率2.2KW。

A、穩(wěn)定段：對(duì)氣流起穩(wěn)定作用，為收縮段提高品質(zhì)良好的入流條件。由等值管道、蜂窩器和兩層阻尼網(wǎng)組成。

B、收縮段：是將進(jìn)風(fēng)口流來的氣流加速，使工作段獲得實(shí)驗(yàn)時(shí)所需要的速度，同時(shí)能夠降低氣流的縱向和橫向喘流度。因此，此段面由大逐漸變小，一般要求其大小斷面積之比(收縮比)不小于4。

C、擴(kuò)散段：對(duì)氣流起減速作用，將動(dòng)壓能轉(zhuǎn)換為靜壓能，減小能量損失。

D、實(shí)驗(yàn)段：實(shí)驗(yàn)段為封閉的，且鑲有玻璃窗，以供檢定時(shí)直接觀察，為了將風(fēng)表方便的安置在實(shí)驗(yàn)段內(nèi)，還開有一活動(dòng)玻璃窗，以便打開進(jìn)行操作。本風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)裝置由兩個(gè)實(shí)驗(yàn)段。

2.變頻改造方案

該風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)裝置由直流電機(jī)拖動(dòng)，直流電機(jī)調(diào)速性能優(yōu)良，在上世紀(jì)90年代之前，直流電機(jī)在調(diào)速領(lǐng)域居于主流地位，但在90年代之后，由于變頻器調(diào)速性能優(yōu)良，而且節(jié)能效果良好，逐漸取代直流調(diào)速居于主流地位。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)裝置采用晶閘管整流，直流電機(jī)調(diào)速。該裝置已經(jīng)使用20多年，晶閘管整流柜許多分立元件已經(jīng)老化、損壞，配件無法購買?；诖?，決定采用變頻器取代晶閘管整流柜，交流異步電機(jī)取代直流電機(jī)。

變頻器采用日本歐姆龍(Omron)3G3MZ－ZV2變頻器，該變頻器功能較簡單，性能可靠，頻率可以從0Hz－600Hz。控制方式可采用面板控制與端子控制?？刂葡到y(tǒng)原理如圖1所示：

圖1 控制系統(tǒng)原理圖

2.1 端子控制方式

歐姆龍3G3MZ－ZV2變頻器采用端子控制，接線簡單，投資較少。端子有 S1、S2、S3、S4、S5、S6、SC。其中 S1、S2為電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制端子，S3、S4、S5、S6為電機(jī)15段速控制端子。鑒于風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)裝置轉(zhuǎn)速要求不高，采用8段速即能滿足要求，轉(zhuǎn)速檔次與各輸入端狀態(tài)之間的關(guān)系如表1所示。利用外接端子可實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī) 8 段速，即 15Hz、20 Hz、25 Hz、30 Hz、35 Hz、40 Hz、45 Hz、50 Hz，可在多種頻率條件下實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

歐姆龍3G3MZ－ZV2變頻器參數(shù)設(shè)置如下：

N2.01 1 控制回路端子有效(操作器中STOP鍵也有效)

N4.04 0 2線序(S1端子：正轉(zhuǎn)停止、S2端子：反轉(zhuǎn)停止)

N4.05 1 多功能輸入3功能選擇(輸入端子S3)

N4.06 2 多功能輸入4功能選擇(輸入端子S4)

N4.07 3 多功能輸入5功能選擇(輸入端子S5)

N5.00 15Hz頻率在外部端子控制下在15 Hz運(yùn)行

N5.01 20Hz頻率在外部端子控制下在20 Hz運(yùn)行

N5.02 25Hz頻率在外部端子控制下在25Hz運(yùn)行

N5.03 30Hz頻率在外部端子控制下在30 Hz運(yùn)行

N5.04 35Hz頻率在外部端子控制下在35 Hz運(yùn)行

N5.05 40Hz頻率在外部端子控制下在40Hz運(yùn)行

N5.06 45Hz頻率在外部端子控制下在45 Hz運(yùn)行

N5.07 50Hz頻率在外部端子控制下在50 Hz運(yùn)行

利用外接端子，當(dāng)3個(gè)紐子開關(guān)在閉合與斷開情況下，可實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)在8段速下運(yùn)行。且控制回路簡單易于學(xué)生掌握，風(fēng)表校正的精確度大大提高。

表1 轉(zhuǎn)速檔次與各輸入端狀態(tài)之間的關(guān)系

2.2 面板控制方式

當(dāng)風(fēng)機(jī)在變頻器面板控制方式下，面板如圖2所示，操作更加方便。在面板上有風(fēng)機(jī)運(yùn)行Run、風(fēng)機(jī)正轉(zhuǎn)Fwd、風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)Rev指示燈。風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中有紅色數(shù)碼管在線顯示風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率F、風(fēng)機(jī)端電壓E、風(fēng)機(jī)輸入電流A、風(fēng)機(jī)正轉(zhuǎn)Fwd、風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)Rev等參數(shù)。風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率可通過旋鈕由最小(min)到最大(max)可在風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)在線調(diào)整。用面板控制時(shí)，參數(shù)N2.01必須調(diào)整為0。即操作器的RUN/STOP鍵有效。

圖2 歐姆龍3G3MZ－ZV2變頻器操作面板圖

2.3 其它參數(shù)設(shè)置

該風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)裝置所用風(fēng)機(jī)為流體機(jī)械，風(fēng)機(jī)在流量、壓力和功率分別與其轉(zhuǎn)速的一次方、二次方和三次方成正比。之前用直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)風(fēng)機(jī)，則需要定期更換電刷和換向器，維護(hù)保養(yǎng)困難，壽命較短。如采用交流異步電動(dòng)機(jī)，則電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固、工作可靠、易于維護(hù)和保養(yǎng)。采用直流系統(tǒng)需要一套整流裝置且控制柜體積較大，如通過變頻器調(diào)速將轉(zhuǎn)速下降50%，風(fēng)機(jī)理論上的功率消耗僅需額定功率的12.5%，即可節(jié)約87.5%的能量消耗。風(fēng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)采用壓頻(U/F)控制。

采用壓頻(U/F)控制時(shí)的參數(shù)設(shè)置如下：

N0.10 0 控制模式選擇(壓頻控制、矢量控制)

N1.00 60 變頻器輸出最高頻率為60 Hz

N1.01 60 最高電壓時(shí)的輸出頻率

N1.02 360變頻器輸出最高頻率為60 Hz時(shí)的電壓

N1.05 1.5 變頻器輸出最低頻率為 1.5 Hz

N1.09 1 電機(jī)啟動(dòng)加速時(shí)間為1秒

N1.10 0.1電機(jī)斷電停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為0.1秒

N2.04 1 電機(jī)禁止反轉(zhuǎn)

N2.02 2 電機(jī)停止指令為停止加速/外部異常為加速停止

N8.00 50 電機(jī)停止附加直流制動(dòng)電流

N8.02 3 直流制動(dòng)時(shí)間為3秒

N8.03 10 直流制動(dòng)時(shí)的電機(jī)頻率為10 Hz

3.結(jié)論

3.1 采用交流變頻調(diào)速時(shí)，可采用一臺(tái)歐姆龍變頻器，功率為3.7KW，體積減小，功能齊全，故障率下降，維護(hù)費(fèi)用很少。

3.2 由于風(fēng)機(jī)為流體機(jī)械，節(jié)能潛力較大，做實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，頻率為多檔速，風(fēng)機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速都可以節(jié)能，降低了電能消耗。

3.3 風(fēng)機(jī)可在任意轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，對(duì)風(fēng)表的校準(zhǔn)精度有較大提高。

Frequency Control of Motor Speed Application in Mining W ind Tunnel Experimental Device Transformation

ZHIFu－biao1，HU Guang－lin2，WANG Bing－wei3
(1.Higher Vocational College of Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454000，China;2.Henan Coal and Chemical Group Company，Zhengzhou 453000，China;3.Zhengzhou Mine Zhengxin Safety Supervision Bureau，Zhengzhou 452371，China)

In view of frequency conversion technology rapid development over the past decade，Omron inverter is used for our college wind tunnel experimental device transformation of frequency conversion.After transformation，the system performance is excellent，and easy to master by students，while air blowers in the running process can achieve energy－saving and reduce operating costs.

frequency control of motor speed technology;Omr on Inverter;excellent performance

TD63+5 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

A

1671－3974(2011)04－0063－03

2011－07－04

郅富標(biāo)(1976－)，男，碩士，河南理工大學(xué)高職學(xué)院講師。研究方向：煤礦井下供電、礦山自動(dòng)化的教學(xué)。