穿水辊道加压泵电机的变频改造

仇志强

摘要：柳钢棒线型材厂的第五棒材生产线穿水冷却辊道的加压泵电机原来是由软启动器控制的，由于软启动器正常启动后的频率不可调，因此在启动过程及正常启动以后，电机产生较大的转动力矩，进而对水泵产生了较大的作用力，这个作用的力矩一旦超过水泵的承受范围就可能对水泵本体产生较大的损伤，因此在生产实践当中经常出现水泵损坏的情况。针对这一问题，我们尝试用富士变频器代替软启动器使用，目的是减小电机启动转矩，并且在启动完成后可实现频率可调，从而减少对加压泵体的损伤，有效地延长了设备的使用周期。

关键词：加压泵、软启动器、变频器、改造

一．变频器和软启动器的区别与联系

1.变频器 ：

定义：把电压、频率固定不变的交流电变换成电压、频率可变的交流电的变换器。

作用：降低电机启动时造成的冲击载荷，控制电机速度，把启动时间拉长，把电流变平缓，达到软启动的目的，同时还能提高电网及电动机的效率。

实际上，变频器主要用在节能方面，通过调节，改变输出电压、电流、频率。一般调速算的电机使用变频器。

缺点：1）造价高，价格要比微机保护贵很多。

2）由于目前的变频器几乎都采用PWM控制方式，这样的脉冲调制形式使得变频器运行时在电源侧产生高次谐波电流，并造成电压波形畸变，电力系统受到谐波污染后，轻则影响系统的运行效率，重则损坏设备以至危害电力系统的安全运行。

3）过载使变频器跳动较频繁，平时发生过载现象时，一般来讲马达由于过载能力较强,只要变频器参数表的电机参数设置得当，一般不大会出现马达过载.而变频器本身由于过载能力较差很容易出现过载报警。 

2.软启动器

定义：串接于电源与被控电机之间，通过微电脑控制其内部的晶闸管触发导通角实现交流调压，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至起动结束，赋予电机全电压，即为软起动。

作用：在软起动过程中，电机起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流。避免启动过流跳闸。待电机达到额定转数时启动过程结束，为电机正常运行提供额定电压。

缺点：

1）不能调节电源频率，所以就不能从零压零频启动电机，不能实现零冲击启动。

2）不能调速。

3）软启动器在启动电机之后退出系统，失去保护功能。

3.二者的区别 ：

1）变频器是用于需要调速的地方，变频器的输出不但改变电压而且可以同时改变频率。

2）软启动器实际上是一个调压器，对电机起到保护作用，用于电机降压启动时软启动器输出只改变电压不改变频率。

3）变频器具备所有软启动器的功能，但是它的结构复杂，价格也比软启动器贵许多。

4） 变频器是通过调节频率来控制用电设备的，可以调速和启动，比如工业上用的变频泵。软启动基本远离是通过改变串接在电路中的电阻，让电流由小到大，这样的方式用来启动大功率的电机，用来减少大功率电机直接启动给电网造成波动，或者造成一些不重要的负荷卸载的麻烦。

二.穿水变频改造电气控制原理图的设计,如下图

三.软启动器改造为富士变频器的主要步骤：

1.拆除原来柜内的软启动器及其接线。

2.将变频器安装在电气柜内，并按照电气控制原理图接线。

3.需要在原来的PLC子站上加一个AO模块，根据实际情况决定将此AO模块接到PLC3在低配室的新增子站（穿水变频）IM153-1内：

1）进入PLC的硬件组态，在组态中新增一个子站IM153-1，然后在子站中增加已经接好的AO模块（6ES7 332-5HD01-OABO）,系统分配的地址是512—519。

2）双击刚添加的AO模块，选择“输出”选项卡，在“输出类型”中设置为“I,I,I,I”, 在“输出范围”中设置为“4..20 mA, 4..20 mA, 4..20 mA, 4..20 mA ”,在“对CPU stop模式的响”按默认设置为“0CV”然后点击“确认”.

3）点击“保存—编译—下载”。

4.变频器的参数设置

1）根据现场实际情况，参数设置如下：

F01=2(表示通过模拟电流输入调节频率，F01是频率给定的方式，当F01=1时，表示通过操作面板调节频率）；

F02=1（表示通过端子控制，F02是运行操作的方式，

当F02=0时，表示通过操作面板启动）；

F03=50（最高输出频率）；

F07=12（电机加速时间）

F08=12（电机减速时间）

F14=0(表示即时跳闸，F14表示瞬间停电再启动动作选择，)

F04=50（基准频率）

电机参数设定：

P01=4（极数）

P02=250（功率）

P03=440.5（额定电流）

E01=24(内/外控选择)

E02=8（故障复位）

E20=10（就绪信号）

E24=0（运行输出）

E27=99（故障输出）

F29=2（电流反馈）

F35=3（电压反馈）

E98=98（运行使能）

5.电气控制思路和程序的编写

1)由控制原理图可以得知：当K2得电以后，变频器就进入运行状态，这时只要设置好变频器的内部相关参数，然后在（C1，11）端子接入4—20mA的电流值就能够实现远程控制调频了。

2）从AO模块到（C1，11）端子之间的接线，注意给定电流的方向，不能相反，另外AO模块的输出信号从[3,6]输出。

3）程序的编写：

现场使用西门子S7-300/400的PLC，搭配使用step7编程软件。

以下截取部分程序简要说明：

程序段2是通过数据的转换，将手动设定的频率值转换为整数并存放在MW982中。

程序5是在变频器启动命令Q7.0得电的同时，将MW982中的数据传送到PQW512中，达到PLC远程控制变频器的目的。

四、结论

此项改造投入使用已经接近两年时间，设备运行情况得到了极大的改善：改造之前加压泵频繁损坏，基本每6个月就需要更换，改造以后近两年时间加压泵仍然可以正常使用，不仅满足了生产的需求，而且使用变频器降低了能耗，产生了较好的经济效益。

参考文献

1. 《富士FRNX系列变频器说明书》 富士电机机器制御株式会社

2. 《S7-300/400PLC应用技术》 廖常初主编