一种变频一拖二电路的设计

摘 要：针对自来水厂二级泵站负荷变动大，不稳定，经常存在大马拉小车的情况，另一方面还必须保证恒压供水，而且要满足集中管理分散控制的要求，采用常规电气元件及变频器，设计了一种变频一拖二电路，具有投入少、控制灵活、运行可靠、节能显著、易于集控等特点。经过检测及应用完全能够满足自来水厂二级泵站的需求。在别的行业，若工况相同，也可直接应用。

关键词：工频；变频；变频器；DCS

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.129

0 引言

自来水厂二级泵站负荷随着用户用水量的大小波动很大。用水高峰时，甚至需要所有水泵同时全马力工作，用水低谷时一二台水泵运行已经绰绰有余了，而且往往存在大马拉小车的情况。另一方面二级泵站需要恒压为用户供水。为了灵活控制水压，避免大马拉小车，这就需要部分水泵变频运行，以达到既节能又恒压供水之目的。但同一台泵负荷大时需要工频运行，负荷小时又需要变频运行；有些时候一台泵需工频运行，另一台泵变频运行就可以了；有时又需要这二台泵均工频运行。另一方面随着自动化程度的提高，自来水厂要求水泵能在中心控制室DCS上进行控制。针对这些需求，而且最大程度的降低投资，本文设计出一种简单经济可靠的变频一拖二电路。

1 一次电路设计

1.1 可满足4种工况

工况1：M1或M2其中任何1台工频运行；工况2：M1和M2同时工频运行；工况3：M1或M2其中任何1台变频运行；工况4：M1或M2其中1台工频运行，另1台变频运行。

1.2 热继电器位置

以前的设计把热继电器置于电流互感器LH处，在电机变频运行时，由于谐波影响，热继会误动，导致电机跳闸。有的用户为了避免热继误动跳闸，人为调高热继定值，造成电机工频运行时，得不到合适的保护。更有甚者，为了防止电机高转速变频时跳闸，把热继保护值调的很大，最终热继失去了保护作用，形同虚设。本设计把热继电器改至上图所示位置，电机工频运行时能得到很好的保护，电机变频运行时由变频器对其进行保护。

1.3 元件选择

（1）本设计变频器容量按单台电机容量选择，若电机一大一小，按大者选择；（2）其它元件按所属回路考虑。

2 二次电路设计

2.1 电机的控制

（1）四种工作模式。把1SA1置于“机旁”，1SA2置于“工频”，通过1SF1、1SS1、KM1可对M1进行工频运行控制；把1SA1置于“机旁”，1SA2置于“变频”，通过1SF2、1SS2、KM2、电位器RP可对M1进行变频运行控制；把1SA1置于DCS，可通过DCS控制1KA对M1进行工频控制；把1SA1置于DCS，可通过DCS控制2KA、6KA（DCS速度给定切换继电器），调节AI2（DCS速度给定）对M1进行变频控制；

（2）急停。无论工作于何种模式，在紧急情况下均可按下急停按钮1SB，停运电机；（3）联锁。KM1与KM2联锁，若二者同时吸合将损坏变频器；KM2与KM1、KM4均联锁，若KM2与KM4同时吸合变频器将过载； （4）保护。电机工频运行时过载由热继KH1进行保护，短路由塑壳断路器QF1保护；电机变频运行时由变频器对其进行保护；变频器由快熔FU和塑壳断路器QF2保护；注：2#电机的控制与1#类同。

2.2 变频器的控制

当需要机旁变频控制时，在机旁箱上把SA1置于“机旁”，SA2置于“变频”，按变频起动按钮SF2，变频运行接触器KM2（KM4）吸合，其辅助触点闭合，LI1变高电位，变频器（ATV61）起动，从零位开始顺时针旋转电位器RP，转速给定电压AI1+将在0～10V之间变动，对应电机频率在0～50HZ（对变频电机，频率上限由电机铭牌决定）之间变化。顺时针旋转电位器，电机转速增加，逆时针旋转电位器，电机转速降低。停机时，先把电位器逆时针旋到底（或旋到需要的最低起动转速），再按变频停止按钮SS2。

当需要DCS变频控制时，先在机旁箱上把SA1置于“DCS”，然后在DCS上进行操作。吸合6KA，LI5变高电位，速度给定信号由机旁箱电位器切换至DCS（AI2：4～20mA）。先给4 mA或一较低转速信号，然后吸合2KA（4KA），KM2（KM4）吸合，变频器起动，再缓慢增加速度给定信号，根据变频器输出至DCS的电机实际转速信号（AO1：4～20mA），判断是增加还是减少给定，直到电机转速满足要求。停车时先降低速度给定信号，等电机实际转速降下来，再释放2KA（4KA）， KM2（KM4）释放，最后释放6KA。转换开关SA2工变频位置信号也送至DCS，DCS可根据需要设置为是否机旁箱命令决定DCS控制方式。当变频器跳闸，故障消除时，在变频器柜及DCS上均可对变频器进行远程复位。FA闭合或5KA吸合，LI4变高电位，复位变频器。雷雨季节，变频器经常由于电网晃电而跳闸，如果每次去变频器柜复位，既增加了劳动强度又影响了供水，所以在DCS复位显得尤为重要。

2.3 DCS控制命令

DCS控制命令通过1～6KA中间继电器隔离放大后，去控制电路。

3 通电调试

根据一二次回路图，选择元器件，安装在电柜、机旁控制箱后，便可进行一二次布线，布线完成，检查准确无误后，再用二次线临时连接电柜与机旁控制箱，检查无误后，利用四只220V白炽灯，两两串联，构成两只假负载，分别接入M1、M2主回路（A、C相），然后便可给电柜母线加调试电源，上电调试。

先合QF2，变频器上电，对变频器进行参数设置：

（1）运行、频率指令均设置为控制端子控制，运行指令设置为2线制；（2）频率指令设置为给定1（AI1+：0～10V）和给定2（AI2：4～20mA），二者可通过控制端子切换；（3）定义一个多功能输入端子为故障复位功能，一个为频率指令切换功能；（4）设置一个多功能输出为故障状态输出；（5）定义一个模拟输出（AO1：4～20mA）为电机实际运行频率；（6）停止方式选择为减速停止；（7）频率指令低于下限时设置为报故障，电机停止；（8）设置有关电机参数，加减速时间等；注：1）调试期间需退出变频器的缺相保护，否则负载太轻，变频器会报警跳闸；2）用4～20mA信号发生器模拟DCS速度给定；3）一些保护及联锁功能在调试时穿插进行，以保证电路在异常或故障情况下可靠动作；4）调试期间必须用相序表测试工变频运行时输出电压相序，若相序不一致，可改变变频器输出相序参数设定值或变频器输出侧接线相序。变频器参数设置完成后，合上QF1、QF3。先调试1#电动机回路，再调试2#电动机回路，1#、2#类同。

（1）在机旁箱进行工频运行控制。在机旁箱上把1SA1打至“机旁”，把1SA2打至“工频”，按下工频起动按钮1SF1，工频运行接触器KM1吸合，白炽灯亮，工频运行指示红灯1HR1、2亮。按下工频停止按钮1SS1，KM1释放，白炽灯灭，1HR1、2灭；（2）在DCS进行工频运行控制。在机旁箱上把1SA1打至“DCS”，在1#电机工频控制继电器1KA两端加DC24V电压，1KA吸合，KM1吸合，白炽灯亮，1HR1、2亮。撤除1KA两端电压，1KA释放，KM1释放，白炽灯灭，1HR1、2灭；（3）在机旁箱进行变频运行控制。 在机旁箱上把1SA1打至“机旁”，把1SA2打至“变频”，把电位器RP逆时针旋到底，按下1#电机变频起动按钮1SF2，变频运行接触器KM2吸合，变频器起动，变频运行指示红灯1HR3、4亮，顺时针旋转RP，白炽灯亮度增加，频闪增加，逆时针旋转RP，白炽灯亮度降低，频闪降低。按下1#电机变频停止按钮1SS2，KM2释放，变频器停止，白炽灯灭，1HR3、4灭；（4）在DCS进行变频运行控制。在机旁箱上把1SA1打至“DCS”，把信号发生器输出调至最小4mA，在DCS速度给定切换继电器6KA两端加DC24V电压，6KA吸合，DCS速度给定有效。然后在1#电机DCS变频控制继电器2KA两端加DC24V电压，2KA吸合，变频运行接触器KM2吸合，变频器起动，变频运行指示红灯1HR3、4亮，调高信号发生器输出，白炽灯亮度增加，频闪增加，调低信号发生器输出，白炽灯亮度降低，频闪降低。撤除2KA两端DC24V电压，KM2释放，变频器停止，白炽灯灭，1HR3、4灭。再撤除6KA两端DC24V电压，6KA释放，机旁给定速度有效。

4 结语

本文设计的变频一拖二电路，解决了以往设计电路中的一些缺点与不足，而且简单明了，控制灵活，联锁安全，保护精准。经过检测及应用，不但完全满足自来水厂二级泵站的需求，可恒压供水又节能，而且还运行可靠，易于集控，维护方便。另一方面比之一拖一电路，大一拖二电路（变频器容量大，可直接拖动两台电机），投入少，经济更实用。在别的行业，根据实际工况，也可引申或简化使用（本设计已转化成产品，应用到自来水厂，收到了一定的社会与经济效益）。

作者简介：曹鹏科（1971-），男，大专，工程师，主要从事：电气自动化及成套开关柜设计。