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實驗樓排風系統(tǒng)分析的論文
摘要：本系統(tǒng)設(shè)計符合：系統(tǒng)設(shè)計簡單、原器件少、控制簡單、操作方便、維護量小，達到工藝要求的控制功能。本系統(tǒng)的節(jié)能效果及控制效果的關(guān)鍵在于合理選擇分壓電阻，分壓電阻可根據(jù)系統(tǒng)調(diào)試時進行最佳效果選擇。
關(guān)鍵詞：排風系統(tǒng)變頻器變頻調(diào)速電氣控制
1．引言
建工學院理化實驗樓是學生學習實踐的重要場所，其中有機化學、高分子化學、無機及分析、化工原理、物理化學、普通化學、環(huán)境測試、微生物等實驗室涉及有毒有害物質(zhì)；其排風系統(tǒng)性能的好壞是關(guān)系到實驗環(huán)境安全，實驗人員的身體健康保障的重要一環(huán)。
為保障各實驗室排風效果達標，除在風機造型；風管、排風口及排風口的開啟設(shè)備設(shè)計上蒲足要求。在電氣控制系統(tǒng)設(shè)計上要在系統(tǒng)安全穩(wěn)定、低耗、易操作等功能方面進行考慮設(shè)計。
下面就電控系統(tǒng)的電路設(shè)計，風機的風量控制等功能的實現(xiàn)進行探討。
2．排風系統(tǒng)的工藝要求
理化實驗樓根據(jù)要求設(shè)計25個排風主管道系統(tǒng)；每個實驗室根據(jù)實驗點的多少，安排相煎的排風口，通過相應管道連接最近的主管道。每個實驗點的風口用電動蝶閥控制其啟閉。
排風系統(tǒng)要求能在任一排風口打開時，其相應主排風口的風機能自動運行，并能根據(jù)其排風口開啟多少，調(diào)節(jié)排風機風量的大��；如果相應主排風管道的排風口全部關(guān)閉，其排風機應能自動關(guān)閉。
3．電氣控制系統(tǒng)方案的設(shè)計
3．1．排風機調(diào)速控制器的選擇
隨著工業(yè)的發(fā)展，能源的緊缺、電力資源在國民經(jīng)濟活動的重要性日漸顯著，節(jié)能降耗是每個電氣設(shè)計者的責任。如何設(shè)計一個既符合工藝要求，又能有效地使用電能；使操作簡單、系統(tǒng)可靠的電路，其風量控制電路是最重要的一環(huán)。
根據(jù)當前變頻技術(shù)的提高，交流電動機的廣泛使用，交流變頻調(diào)速技術(shù)是當今節(jié)電，改善工藝流程，以提高產(chǎn)品選題和改進環(huán)境、推動技術(shù)進步的一種主要手段。而變頻調(diào)速的核心設(shè)備是變頻器，變頻器與電動機的控制配合構(gòu)成了變頻調(diào)速系統(tǒng)。
我國的電動機用電量占全國發(fā)電量的60%-70%，風機水泵設(shè)備年耗電量大約占全國電力消耗的三分之一。造成這種狀況的主要原因是：風機、水泵等設(shè)備的傳統(tǒng)調(diào)速方法是通過調(diào)節(jié)入口或出口擋板，閥門開度來調(diào)節(jié)給風量和給水量，其輸入功率大，大量能源消耗在擋板、閥門的載流過程中。由于風機水泵類大多為平方轉(zhuǎn)矩負載，軸功率與轉(zhuǎn)速成立方關(guān)系，所以當風機水泵轉(zhuǎn)速下降時，消耗的功率也大大下降，因此節(jié)能潛力非常大，采用變頻器來調(diào)節(jié)流量，其節(jié)電率為20%-50%，效益顯著。
由于變頻技術(shù)的成熟，變頻器的性能穩(wěn)定、操作簡單，具有全方位的軟硬件保護、體積小、安裝簡易、節(jié)電效果顯著。故采用變頻器作為控制風機風量的電控器件。
3．2變頻器控制電路的實現(xiàn)
常用變頻器的配線圖如：（后附圖1）
控制變頻器調(diào)速有兩種方式；一種是模擬量控制調(diào)速；一種是多功能輸入端子選擇；模擬量控制是給0-10V直流電壓；變頻器根據(jù)給定電壓大小進行無板調(diào)速；另一種多功能輸入端子選擇即根據(jù)三個多功能端子的開關(guān)組合，共可組成7段速度。7段速度可在編程時事先預量。
由于排風系統(tǒng)的管道設(shè)計是根據(jù)建筑物及排風走向設(shè)計的，其某一排風機所關(guān)聯(lián)的排風口多少不一樣，有的一個交流多達11個排風口，并且根據(jù)要求，先打開的風口是任意的；如果11個排風口的系統(tǒng)它的打開組合多達2048種，要對其編程控制也是不可能的；故根據(jù)變頻器模擬量控制原理，利用電壓和電阻的關(guān)系達到控制轉(zhuǎn)速的大小。6個排風口的排風系統(tǒng)控制原理圖如：（后附圖2）
3．3．控制電路說明
K1、K2、K3、K4、K5、K6是來自排風口蝶閥的反饋信號，設(shè)計轉(zhuǎn)開關(guān)是為了在調(diào)試系統(tǒng)時，全速運行風機狀況及變頻工作狀態(tài)；在檢修時可檢查系統(tǒng)狀態(tài)。平時工作時應轉(zhuǎn)到蝶閥控制狀態(tài)。
4．系統(tǒng)功能驗證
以六速變頻控制原理圖來驗證電路的控制功能是否達到設(shè)計要求。
FWD1DCM是變頻器運行或停止的端子，當兩端子閉合則變頻器工作，兩端打開則變頻器停止運行；從原理圖可知，當任蝶閥打開，其反饋信號接通相應中間繼電器線包；使其觸點閉合，啟動變頻器工作，此時其變頻器速度控制端子AVI、ACM上的直流電壓通過其分壓電阻產(chǎn)生相應的電壓，則變頻器輸出相應的工作頻率，使其風機工作在相應的功率上。如果六個排門口全部打開，其六個串聯(lián)電阻全部短路，變頻器將全速運行；當排風口全部關(guān)閉時，六個中間繼電器全部失電，則KA線包沒有電壓，則KV繼電器觸點打開，變頻器作停止工作。
5．系統(tǒng)原器件選擇及要求
5．1．變頻器的選擇
風機水泵類負載是典型的平方轉(zhuǎn)距負載，低速下負載是非常小，并與轉(zhuǎn)速平方成正比；通用變頻器與標準電動機的組合最合適。這類負載對變頻器的性能要求不高；只要求其經(jīng)濟性和可靠性；現(xiàn)國內(nèi)有專門為風機水泵類設(shè)計的變頻器，一般應選此類型變頻器。
5．2．分壓電阻的選擇
分壓電阻作為控制輸入信號，其性能要求阻值穩(wěn)定，滿足功率，且長期工作性能好，其阻值選擇應考慮其供電電源的功率和控制端的內(nèi)阻；應使其阻值合理，不應太小使其供電電源超負荷；而選擇過大，使控制端內(nèi)阻影響其控制精度。
5．3．控制柜的布線要求
變頻器控制輸入端AVI、ACM為模擬量輸入端，其直流電壓要求高，為避免柜內(nèi)的交流電源的干擾，凡與其相聯(lián)的線路應選用屏蔽線，并且應使其連線盡可能短。
變頻器的輸出電源與電機連接的電源線應盡可能的短，一般應小于50米；否則電纜寄生電容過大，易導致變頻器功率開關(guān)器件開斷瞬間產(chǎn)生過大尖峰電流，可能損壞功率逆變模塊。
6．結(jié)束語
通過上述討論，本系統(tǒng)設(shè)計符合：系統(tǒng)設(shè)計簡單、原器件少、控制簡單、操作方便、維護量小，達到工藝要求的控制功能。本系統(tǒng)的節(jié)能效果及控制效果的關(guān)鍵在于合理選擇分壓電阻，分壓電阻可根據(jù)系統(tǒng)調(diào)試時進行最佳效果選擇。
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