变频器在卷烟设备

变频技术在卷烟设备中的应用 摘要： 随着卷烟行业的卷接包机组的发展，其中较为显著的特点是采用大量伺服控制系统取代机械传动；另据不完全统计，空调制冷能耗占烟草生产总能耗的比例超过30％。对其进行变频技术改造，不仅能达到其要求的精度、功能、可靠性、满足了生产所需的恒温恒湿环境，而且操作简便、降低了系统的能耗。因而在卷烟设备中得到越来越广泛的应用。 关键词： 变频调速；中央空调；伺服系统；节能

Frequency devices in the application of cigarette production

Abstract : As the cigarette industry, the development of the cigarette package unit，One more notable feature is the use of a large number of servo control system to replace mechanical drive. In addition, according to incomplete statistics, the proportion of Air conditioning energy consumption of the total energy consumption of tobacco production is more than 30%. Its frequency transformation could not only to achieve its required accuracy, functionality, reliability,meeting the constant environmental conditions needed for the production,but it also simple ,reducing the energy consumption of the system,As a result, converters are more and more sued in the industry.

Key words：converter central；; airconditioning；energy saving；servo system

0 引言 卷烟生产工艺和生产设备对车间温湿度环境有较严格的要求，在生产制造过程中，需要有一个恒温恒湿的生产环境。卷烟厂中央空调系统具有空调面积大，生产期间保持恒温恒湿，生产设备发热量大，空调送风量大等特点，因此空调系统风量大，能耗高，制冷机组全年运行周期长；直流伺服控制模式的缺点多，能耗

大。通过对空调送风系统和直流控制进行变频改造，实现降低系统能耗的方法。 1 系统变频改造的节能潜力分析

1.1空调送风系统系统

由于卷烟厂中央空调系统具有前面所述的特点，因此为满足各

种气候状况和生产状态的车间生产现场全年的温、湿度要求，卷烟厂中央空调系统的风机设计风量是按最大负荷的110％～115％进行配置。实际上空调风柜风机运行在最大负荷的时间占风柜风机总运行时间的百分比是非常低的。这是因为卷烟厂车间空调系统的负荷主要来自以下方面：工艺设备的散热量(变化很小)；照明和人体散热量(基本不变)；通过围护结构散热(随室外气象条件而变化)。通过负荷分析，可以看到卷烟厂空调系统30％左右的负荷是随季节的变化而变化的，也就是说如果是在定风量送风的情况下，全年空调风机80％负荷以上的运行时间最多只有20％左右，其余时间都处于较轻负荷的运转状态。这就为通过风柜变频改造改变风机转速使风柜处于变风量运行提供了节能的空间。 1.2 伺服控制 由于交流变频调速装置具有体积小、精度高、重量轻、通用性强、工艺先进、功能丰富、保护齐全、可靠性高、操作简便等优点、深受广大工程技术人员欢迎，其是节能、降耗、优质、高产的理想设备、是迈入21世纪的首要传动技术，利国利民。 2 系统构成及工作原理 2.1空调送风系统系统 2.1.1 中央空调系统的工作原理 它主要由制冷机、冷却水循环系统、冷冻水循环系统、风机盘管系统和散热水塔组成。各部分的作用及工作原理如下4 ? ∗

图1 中央空调系统原理图 制冷机通过压缩机将制冷剂压缩成液态后送到蒸发器中与冷冻水进行热交换, 将冷冻水制冷,冷冻水泵将冷冻水送到各风机风口的冷却盘管中, 由风机吹

送冷风达到降温的目的。经蒸发后的制冷剂在冷凝器中释放出热量, 与冷却循环水进行热交换, 由冷却水泵将带有热量的冷却水送到散热水塔上由水塔风扇对其进行喷淋冷却, 与大气之间进行热交换, 将热量散发到大气中去。

2.2. 2 风机的转速送风量和能耗之间的关系 风机轴的输入功率P 与风量的输出Q 和扬程H 之间关系[1 ] 为 P = kQ H (1) 式中, k 为常数。 式(1) 说明,电机的输出功率和它驱动的风机的风量Q、扬程H 成正比,当风机转速n 变化时,风机输出的风量Q 将发生变化,它们之间关系为 Q2 / Q1 = n2 / n1 (2) 风机转速和出风量成正比,风机的输出功率P 和转速n 有以下关系: P2 / P1 = ( n2 / n1 ) 3 (3) 从式(1) 、式(2) 、式(3) 可见,减少送风量可通过降低风机的转速实现。降低风机的转速将大大地降低能耗,节能效果明显。

图2 风机介入、切除顺序示意图

2.2.3 风机、水泵节能调节原理

对于变转矩负载类型，我们知道风机、水泵类变转矩负载特性满足流体动力学关系理论，即以下数学关系成立： n1/n2∝q1/q2 h1/h2∝2（n1/n2) p1/p2∝3 (n1/n2) ( 3 ) 其中，n、h、q、p分别表示转速、扬程、流量、轴功率，它们之间的关系曲线如图3所示。由公式3可知，由于变转矩负载的转速（或流量）与轴功率存在3次方关系，所以，通常对于负荷经常变化的场合可以获得理想的节能效果。 图3 流量、扬程、功率三者间的关系曲线图 在图3a中，曲线a1表示工频定速运行时的h-q关系，曲线ax表示低于额定速度下的变频运行时的h-q关系，从图3a中可以看出，管网的阻尼随扬程的降低而减小。曲线r1

和r2表示在不同流量下管网呈现的阻力特性，它符合以下公式： h=rq2 （4） 其中,h为管网阻力;r为管网流水阻尼系数。 公式(4)表明随着供给水量的减少管网阻力的损失也呈2次方下降趋势，从而也降低了系统功率消耗。在图3b中给出了在不同流量需求下，出口阀档板节流方式与变频调速方式所消耗的功率变化曲线关系。它表明了变频调速优于档板节流方式。 依据公式(3)进行估算，若转速下降到额定转速的70%，那么，扬程将下降到额定值的50%，同时，轴输出功率下降到额定值的35%。在满足系统基本扬程需求的情形下，若系统的流量需求减少到额定流量的50%时，在变频控制方式下，其扬程将下降到额定值的25%，其对应输出功率仅约为额定功率的13%。公式3为实施变频节能技术改造提供了理论上的可行性保障空间。那么，如何去判断系统是否具有节能潜力就显得十分重要。判断的依据应来自两个方面：首先是泵本身的额定流量与扬程指标和运行时实际输出表现，其次是系统对实际供水需求量的表现出的温度差或压力与机组标准指标之间的偏差程度。因此，应实时采集各个测量点数据，结合泵的能力决定对泵所实施的调节方向与调节幅度。若系统当前实际温差小于标准允许运行温差时，就可以判定系统存在流量过剩现象，就可以减少泵的出口流量，但必须注意此时泵的出口扬程也将呈现2次方特性下降，为保障水流畅通，避免出现“闷泵”或“断流”现象，泵的转速应限定在一定值以上，这个下限转速（对应最低供给流量）可以通过对以下两个方面的综合判断来决定。

三、交流伺服控制系统在卷接包机组上的具体应用 以PROTOS70卷烟机、ZF12型卷烟储存输送连接线和ZB45包装机组的卷接包配置为例，卷烟机的SE部分主电机、VE部分针滚电机和提升电机；存储输送连接线转角电机、装盘机传送带电机、卸盘机传送带电机；包装机的烟库搅拌电机、CH拉带电机、主驱动电机等在早期都是采用直流电机进行控制的电气技术。这部分的直流电机随着伺服控制系统技术的告诉发展，现在已经被交流变频控制技术替代。下面，我们以PTOTOS70卷烟机的直流电机该交流变频控制方式为例进行详细讲解。 在改造后我们采用8200矢量变频器配以Lenze三相交流电机，采用PROFIBUS总线与CPU通讯，构成性能优良的调速系统。变频器通过两个可同时使用的接口及专用功能模块构成不同控制组合，为完成传动任务提供了很高的灵活性。它的特点有：150% 过载运行 1 min；主电压波动补偿；最大电流限制的平稳运行；瞬间停电再启动可同步跟随电机输出；电机参数自调整；带负载时无速度降低的滑差补偿；直流制动 - 无须制动单元快速制动如紧急停止；模拟量输出；可编程输入/输出；防短路功率输出。变频器的连接和整个伺服控制系统的组成如图1和图2所示。

便于通信等功能优于以往的任何调速方式，因而在卷烟行业中得到越来越广泛的应用。 采用有效的节能手段．达到既满足生产所需的恒温恒湿环境．又能降低空调系统的 能耗．是摆在卷烟r面前的重要课题。

变频器产生干扰的原因 变频器主要干扰有：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产生传导干扰，引起电网电压畸变（电压畸变率为10%~40%），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（绝缘栅双极型晶体管）等快关器件，在输出能量的同时将产生较强的电磁辐射干扰，影响周边电器正常工作。 减少或削弱变频器干扰的方法 1） 增加电抗器 变频器一次侧安装的电抗器常称为进线电抗器，其接在电源和变频器之间，可以降低变频器系统输入电网的谐波（进线电流的电压畸变率约降低30%~50%），改善变频器的功率因数，最大限度地减少谐波对电动机以及由同一电源系统供电的计算机、仪表及PLC等其他的弱电设备的影响；同时还可以抑制电网电压突变和操作过电压引起的电流冲击，有效地保护变频器。变频器二次侧安装的电抗器，常称为负载电抗器。它接在变频器和电动机之间，能够限制与电动机连接的电缆容性充电电流，同时，输出电抗器还能吸收变频器输出的谐波，起到降低电动机噪声的作用，并能限制电动机绕组上的电压上升率。此外，负载电抗器也可以起限流器的作用，在电动机短路的情况下保护变频器。输出电抗器也会吸收吸收电动机负载 引起的电流浪涌，可以避免变频器误跳闸。正确配置合适的电抗器与变频器配套使用，就会提高变频器系统的可靠性、运行性能和效率。 2)使用滤波器（模块或组件） 采用无源滤波器 2） 将整个变频器屏蔽