變頻器在浦城綠康生化有限公司發(fā)酵系統(tǒng)中的應(yīng)用

在生物制藥的發(fā)酵系統(tǒng)中，水量的變化對(duì)于產(chǎn)品的品質(zhì)有極大的影響，采用變頻恒壓供水后，不僅可以提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)能降耗、提高設(shè)備技術(shù)含量、安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有很好的促進(jìn)作用，同時(shí)可以保證產(chǎn)品的品質(zhì)。

2、系統(tǒng)組成

恒壓供水系統(tǒng)由兩臺(tái)泵組成。每臺(tái)泵的出水管均裝有手動(dòng)閥，以供維修和調(diào)節(jié)水量之用，兩臺(tái)泵均為45kw，兩臺(tái)泵協(xié)調(diào)工作以滿足供水需要。系統(tǒng)組成如圖1所示。

3、系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)由一臺(tái)變頻器及壓力傳感器，控制柜及相關(guān)設(shè)備組成。利用一臺(tái)變頻器可以控制兩臺(tái)30kw水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，改造后，1#泵45kw始終處于工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，2#泵由變頻器的控制實(shí)現(xiàn)變工況運(yùn)轉(zhuǎn)。

根據(jù)不同發(fā)酵工藝的要求1#及2#由變頻器控制進(jìn)行切換。當(dāng)使用發(fā)酵罐少時(shí)，2#泵工作在變頻啟動(dòng)狀態(tài)，隨著壓力會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)頻率的高低以保持壓力的恒定，在發(fā)酵罐全部打開(kāi)時(shí)，變頻器會(huì)自動(dòng)切換狀態(tài)，啟動(dòng)1#泵30kw，此時(shí)1#泵工作在工頻狀態(tài)，2#泵工作在變頻狀態(tài)。由于2#泵的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，從而保證系統(tǒng)的恒壓。一般而言，兩臺(tái)泵同時(shí)投入是絕對(duì)能滿足要求的。

3.1 pid的調(diào)節(jié)
由壓力傳感器反饋的水壓信號(hào)（4-20ma）直接送入變頻器的a/d口，設(shè)定給定壓力值，pid參數(shù)值，并通過(guò)變頻器內(nèi)部計(jì)算公式確定何時(shí)需切換泵，系統(tǒng)參數(shù)在實(shí)際運(yùn)行中調(diào)整，使系統(tǒng)控制響應(yīng)趨于完整，如圖2所示。

由于水泵及供水管網(wǎng)在pid調(diào)節(jié)過(guò)程中常常出現(xiàn)變頻器報(bào)警或跳閘，這需要調(diào)節(jié)變頻器中的p及i參數(shù)，但如i參數(shù)調(diào)節(jié)不當(dāng)會(huì)造成pid控制波動(dòng)過(guò)大，無(wú)法達(dá)到控制要求。在調(diào)節(jié)過(guò)程中可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況逐步增加i參數(shù)值，從而達(dá)到軟化pid，減小變頻器閉環(huán)調(diào)節(jié)時(shí)的響應(yīng)電流，排除變頻器報(bào)警。

3.2 “節(jié)能”功能
系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到用戶用水量較小或不用水（如夜晚）情況，為了節(jié)能，該系統(tǒng)專門(mén)設(shè)置了可以使水泵暫停工作的“休眠”功能，當(dāng)變頻器頻率輸出低于其下限時(shí)，變頻器停止工作，1#、2#泵不工作，水泵停止（處于休眠狀態(tài)）。當(dāng)水壓升高時(shí)變頻器將恢復(fù)原有工作狀態(tài)。
（1） “節(jié)能”變頻器輸出的下限頻率p2390設(shè)置。
（2） “節(jié)能確認(rèn)時(shí)間”用參數(shù)p2391設(shè)置，當(dāng)變頻器的輸出頻率低于節(jié)能值的時(shí)間如小于節(jié)能時(shí)間td時(shí), 即td＜tn時(shí)變頻器繼續(xù)工作, 當(dāng)td＞tn時(shí)變頻器將進(jìn)入節(jié)能狀態(tài)。
（3） “節(jié)能再啟動(dòng)值”由供水pid差值（p2392）啟動(dòng)，當(dāng)δp低于p2392值時(shí)由變頻器發(fā)出指令喚醒變頻器工作。
經(jīng)測(cè)試“節(jié)能值”為10hz;“節(jié)能確認(rèn)時(shí)間”td:10～20s;“節(jié)能再啟動(dòng)值”30%。

4、現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題及解決方案

在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝過(guò)程中，壓力變送器安裝過(guò)于靠近水泵出水口，在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)水壓波動(dòng)極大，造成變頻器反復(fù)切換工頻運(yùn)行的水泵。將參數(shù)p2376改為200（電動(dòng)機(jī)分級(jí)控制延時(shí)超越功能），使得系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)避免因水壓非正常波動(dòng)而造成的系統(tǒng)誤切換。

5、恒壓供水控制系統(tǒng)注意事項(xiàng)

5.1 電氣系統(tǒng)
在主回路系統(tǒng)中，分為由變頻器控制的水泵電機(jī)m1（簡(jiǎn)稱變頻泵）加上常用的一般控制的水泵電機(jī)m2（簡(jiǎn)稱工頻泵），使用工頻泵的臺(tái)數(shù)多少可由供水量大小而定。
（1） 使用前要核準(zhǔn)變頻器的額定電壓與交流電源電壓是否一致。
（2） 因變頻器制造廠家不同, 在控制柜變頻器主回路接線的設(shè)計(jì)上存在一定的差別。一般要求在變頻器的保護(hù)功能起作用或發(fā)生其它故障時(shí), 為了切斷的電源以防止故障或事故的擴(kuò)大, 通常三相交流電源l1、l2、l3經(jīng)高頻漏電開(kāi)關(guān)qf、接觸器km接至輸入端r、s、t。但是, 不允許頻繁的“開(kāi)”和“關(guān)”qf或km來(lái)進(jìn)行“運(yùn)行”和“停止”的切換。
（3） 變頻器輸出端u、v、w與電機(jī)之間勿需加裝交流接觸器, 否則在變頻器運(yùn)行過(guò)程中，若接觸器進(jìn)行on、off時(shí)會(huì)產(chǎn)生大電流和引起過(guò)電壓。易損壞變頻器內(nèi)的逆變橋功率模塊。此外，一般不必另加裝熱繼電器作過(guò)載保護(hù)（一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電機(jī)時(shí)除外）。
（4） 變頻器額定容量與電動(dòng)機(jī)額定功率的比數(shù)應(yīng)是3:2為宜。小了影響有效力矩的輸出, 大了高次諧波含量加大。不同的廠家對(duì)變頻器的容量的標(biāo)法也有所不同, 如果標(biāo)的是額定視在功率（kva）, 則應(yīng)算出電動(dòng)機(jī)的視在功率:
s=p2/（η×cosφ）
式中: p2—電動(dòng)機(jī)額定功率（kw）;
η—電動(dòng)機(jī)效率;
cosφ—電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)。
因高次諧波的影響，計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮到功率因數(shù)和效率比電動(dòng)機(jī)在純正弦電流條件下低一些，可根據(jù)各種變頻器性能加以修正。
（5） 變頻器控制柜應(yīng)安裝在干燥、通風(fēng)良好的場(chǎng)地使用，并且要避免陽(yáng)光直射。
（6） 當(dāng)氣溫達(dá)到40℃以上時(shí)，變頻器控制柜內(nèi)要正確安裝換氣扇。排氣扇應(yīng)采用下進(jìn)、上出的安裝方式，保證變頻控制柜內(nèi)的正壓通風(fēng)。
（7） 當(dāng)電機(jī)低速運(yùn)行時(shí), 要采取通風(fēng)冷卻措施。
（8） 用絕緣電阻表（兆歐表）進(jìn)行測(cè)量電機(jī)絕緣電阻時(shí)，要將變頻器接線端子u、v、w與電機(jī)接線斷開(kāi)，切勿將測(cè)試電壓加到變頻器上, 因電壓過(guò)高容易造成變頻器損壞。
（9） 在變頻器輸出頻率低時(shí)，輸出電壓也低，電壓降比例也大。因此，電纜的截面積要比沒(méi)有用變頻器作驅(qū)動(dòng)電機(jī)用的電纜截面積大一級(jí)。電纜長(zhǎng)度力求越短越好，不允許與控制線混放在一起敷設(shè)（使用屏蔽線除外）。
（10） 為了防止觸電和有效地抑制射頻干擾, 變頻器外殼應(yīng)良好接地。

5.2 水泵系統(tǒng)
因?yàn)樗玫呐潘畨毫εc轉(zhuǎn)數(shù)二次方成正比，對(duì)水泵實(shí)施轉(zhuǎn)速控制保持最佳壓力，才能達(dá)到最佳供水效果。目前采用變頻器對(duì)水泵電機(jī)的調(diào)速控制方式，是最理想、最經(jīng)濟(jì)的一種方法。
（1） 在安裝前首先把水管網(wǎng)路阻力損失、供水面積、供水高度等計(jì)算準(zhǔn)確，然后再確定水泵的揚(yáng)程、流量、軸功率、電機(jī)功率等，否則無(wú)法確定使用多大容量的變頻器。
（2） 水泵銘牌上的揚(yáng)程是水泵的總揚(yáng)程，還必須考慮到由于管路的阻力（磨擦阻力、彎頭阻力等）所造成的揚(yáng)程損失（也稱損失揚(yáng)程），它包括不吸管水路的損失揚(yáng)程和壓水管路的損失揚(yáng)程。因此，在選用水泵的總揚(yáng)程時(shí)應(yīng)該等于或大于所需揚(yáng)程。

6、結(jié)束語(yǔ)

浦城綠康生化有限公司發(fā)酵系統(tǒng)采用變頻恒壓供水改造后，不僅提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、設(shè)備技術(shù)含量和節(jié)能降耗，而且對(duì)設(shè)備的安全和穩(wěn)定運(yùn)行具有很好的促進(jìn)作用。