1  引言
    汽車制造的四大工藝中，涂裝車間因?yàn)樘厥獾墓に囈?，廠房要進(jìn)行全面封閉，保證整個(gè)廠房的微正壓，根據(jù)國(guó)家《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》工藝建筑應(yīng)保證每人不小于30立方米/小時(shí)的新風(fēng)量。因此對(duì)于整個(gè)涂裝車間的中央空調(diào)，一般按照工藝來(lái)分的話，分為給各個(gè)工作區(qū)供風(fēng)的工位空調(diào)；給車間通風(fēng)的廠房空調(diào)，給噴漆室供風(fēng)的噴漆室空調(diào)。這些中央空調(diào)的風(fēng)機(jī)都在75kW～200kW以上，對(duì)于這樣大功率的電機(jī)采用什么樣的控制方式很重要。

圖1  噴漆室空調(diào)的風(fēng)機(jī)段示意圖

2  三項(xiàng)異步電機(jī)的常用起動(dòng)方式
    在三相交流異步電機(jī)的定子上裝有三項(xiàng)繞組，磁場(chǎng)相位差120°（如圖2所示）此三項(xiàng)繞組在空間產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為：n0=60f1/p（n0=同步轉(zhuǎn)速；f1=電網(wǎng)頻率；p=電機(jī)定子極對(duì)數(shù)）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，此電流和定子電流相互產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)矩，此轉(zhuǎn)矩推動(dòng)轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向上旋轉(zhuǎn)。在電機(jī)啟動(dòng)的過(guò)程中，為了保證電動(dòng)機(jī)能完全加速到額定轉(zhuǎn)速，在整個(gè)加速氣動(dòng)階段，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩值M0必須要大于負(fù)載力矩M1，否則電機(jī)就起動(dòng)階段，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩值M0必須要大于負(fù)載力矩M1，否則電機(jī)就會(huì)因?yàn)樗俣壬喜蝗ザＯ聛?lái)。

圖2  三相異步電機(jī)電機(jī)繞組

    目前經(jīng)常使用的電機(jī)啟動(dòng)方式有:
    （1）直接起動(dòng)；
    （2）星—三角起動(dòng)；
    （3）定子串電阻啟動(dòng)；
    （4）自藕變壓器起動(dòng)；
    （5）軟啟動(dòng)；
    （6）變頻器起動(dòng)等等。
    各種起動(dòng)方式，起動(dòng)電流如下附表所示。

    直接啟動(dòng)由于起動(dòng)電流達(dá)到額定電流的數(shù)倍之多（如圖3所示），所以一般只用于15KW以下的電機(jī)啟動(dòng)；星—三角啟動(dòng)起動(dòng)電流比直接起動(dòng)降低了25%～30%，在投資較小的車間大量使用，但隨著軟起動(dòng)器價(jià)格的下降，很多場(chǎng)合星-三角起動(dòng)已經(jīng)被軟起動(dòng)器代替。定子串電阻及自藕變壓器起動(dòng)因?yàn)槠鹂刂凭€路復(fù)雜，實(shí)際應(yīng)用較少。

圖3  三角行接法直接起動(dòng)的起動(dòng)特性

    根據(jù)以上起動(dòng)特性比較，在奇瑞公司涂裝二車間的電機(jī)起動(dòng)方式明確要求15kW以下采用直接起動(dòng)的方式，15kW以上采用軟起動(dòng)和變頻器控制的方式。

3  變頻調(diào)速
    根據(jù)n=60f/p，改變頻率可以直接得到調(diào)速的目的。根據(jù)理論計(jì)算，離心式風(fēng)機(jī)的軸功率是轉(zhuǎn)速的三次方函數(shù)關(guān)系。在涂裝車間的噴漆室空調(diào)，每天都有幾次更換顏色清洗自動(dòng)機(jī)的時(shí)間，每個(gè)班次都要停30分鐘吃飯時(shí)間，在這段時(shí)間，噴漆室內(nèi)因?yàn)闆](méi)有噴漆，所以需要的風(fēng)量可以大大減少。在設(shè)計(jì)噴漆室的供風(fēng)及排風(fēng)電機(jī)的控制方式時(shí)就可以考慮使用變頻器的控制方式。（如圖4所示。）

圖4  DANFOSS變頻器

    在奇瑞公司涂裝二車間的噴漆室空調(diào)供風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)都是雙電機(jī)方式，考慮到投資費(fèi)用及節(jié)能的效果，當(dāng)時(shí)采用了一個(gè)電機(jī)進(jìn)行軟起動(dòng)、另外一個(gè)電機(jī)進(jìn)行變頻控制的方式。對(duì)于噴淋加濕泵全部采用（DANFOSS）變頻器控制的方式。頻率的設(shè)定由8Hz～50Hz，如圖5所示，在正常的生產(chǎn)模式，頻率設(shè)定在47Hz相當(dāng)于轉(zhuǎn)速為額定值的94%;周末模式（吃飯模式）為20Hz相當(dāng)于電機(jī)轉(zhuǎn)速為額定值的40%；自動(dòng)機(jī)清洗模式為40Hz，相當(dāng)于電機(jī)運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速的80%。按照涂裝車間每個(gè)班次生產(chǎn)8小時(shí)來(lái)計(jì)算，每班有40分鐘運(yùn)轉(zhuǎn)在40%的額定轉(zhuǎn)速；30分鐘運(yùn)轉(zhuǎn)在80%的轉(zhuǎn)速，其他時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)在94%的轉(zhuǎn)速。

圖5  DANFOSS變頻器頻率設(shè)定

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    我們使用的是DANFOSS-VLT5000系列的變頻器，支持現(xiàn)場(chǎng)總線，因?yàn)橥垦b車間整個(gè)生產(chǎn)線涉及到工藝方面有溫度、濕度的要求，因?yàn)闇囟群蜐穸仁且粋€(gè)矛盾對(duì)立面，調(diào)節(jié)濕度會(huì)影響到溫度，而溫度、濕度達(dá)不到要求將直接影響到油漆質(zhì)量，調(diào)節(jié)太慢又將影響生產(chǎn)進(jìn)程，在我們采用VLT5000控制濕度的效果來(lái)看，采用PID調(diào)節(jié)在操作界面上可以直接控制響應(yīng)的參數(shù)。（如圖6所示。）

圖6  PID調(diào)節(jié)界面

4  變頻器調(diào)速的節(jié)能
    在汽車涂裝生產(chǎn)線上,在冬季生產(chǎn)的時(shí)候由于溫度、濕度都較低,而油漆車間對(duì)于溫度、濕度要求特別嚴(yán)格,溫度要求在23℃左右,濕度一般要在65%以上,而兩者是互相矛盾的,升溫要通過(guò)蒸汽加熱,而加濕度要通過(guò)水噴淋，所以加熱過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致溫度降度。如果通過(guò)一般的執(zhí)行器控制,因?yàn)槠浞磻?yīng)時(shí)間的關(guān)系,往往需要半小時(shí)才能調(diào)節(jié)到所要的溫度。這樣就會(huì)導(dǎo)致,設(shè)備因?yàn)楣に嚨臏囟?、濕度要求達(dá)不到而無(wú)法生產(chǎn),設(shè)備空轉(zhuǎn)導(dǎo)致動(dòng)能的極大浪費(fèi)。而且噴漆室的設(shè)備功率較大，以30萬(wàn)輛的中涂線為例，功率總和有1000kW左右。每天30分鐘的空轉(zhuǎn)，每年（按300個(gè)工作日）直接的浪費(fèi)是1000kW×0.5小時(shí)×0.5元/KW/h×300天=75000元。采用有PLC控制的PID調(diào)節(jié)達(dá)到和很好的控制效果。
    如圖7，因?yàn)榈し鹚构镜腣LT5000系列支持Frofibus總線，可以直接通過(guò)Frofibus線連接到PLC，在PLC內(nèi)部編寫(xiě)好相應(yīng)的功能塊、數(shù)據(jù)并定義好通訊方式,就可以直接通過(guò)圖6的PID調(diào)節(jié)界面,調(diào)節(jié)參數(shù),達(dá)到最佳的調(diào)節(jié)效果。如圖8所示，在22∶58分開(kāi)機(jī),到23∶03分便已經(jīng)達(dá)到工藝要求,僅僅花了5分鐘時(shí)間，相對(duì)于執(zhí)行器每天可以減少空轉(zhuǎn)25分鐘,一年可以節(jié)省:75000×25/30=62500元。

圖7  VLT5000 作為PLC從站

圖8  空調(diào)溫度曲線

    另外如上文所講，因?yàn)殡x心式風(fēng)機(jī)的軸功率是轉(zhuǎn)速的三次方函數(shù)關(guān)系，在使用變頻器來(lái)控制空調(diào)電機(jī)時(shí)，電機(jī)在生產(chǎn)模式、周末模式、清潔模式，分別以94%、40%、80%的額定轉(zhuǎn)速在運(yùn)轉(zhuǎn)，顯然軸功率會(huì)大大下降。為了驗(yàn)證節(jié)能的效果，我們對(duì)同一臺(tái)空調(diào)立面使用軟起動(dòng)控制和變頻器控制的電機(jī)耗電進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。一個(gè)160kW的中央空調(diào)電機(jī)，采用軟起動(dòng)平均小時(shí)耗電為139.66kW?h，采用變頻器控制，平均小時(shí)耗電為80.4kW?h，節(jié)約了42.4%。

5  結(jié)束語(yǔ)
    變頻器的使用在各大企業(yè)中較為廣泛，只是因?yàn)槠鋬r(jià)格昂貴而是很多項(xiàng)目在投資 階段都沒(méi)有考慮使用，筆者通過(guò)在使用中的一些經(jīng)驗(yàn)簡(jiǎn)單的分析了針對(duì)可以調(diào)速的工礦下，采用變頻器控制的確能實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效果。在提倡“建設(shè)節(jié)約型社會(huì)”的今天，“節(jié)能”已經(jīng)成為國(guó)家發(fā)展經(jīng)濟(jì)中非常重要的一部分，節(jié)能將成為各大企業(yè)發(fā)展的主題。