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

1、引言
在生物制藥的發(fā)酵系統(tǒng)中，水量的變化對于產(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)定運行具有很好的促進(jìn)作用，同時可以保證產(chǎn)品的品質(zhì)。
2、系統(tǒng)組成
恒壓供水系統(tǒng)由兩臺泵組成。每臺泵的出水管均裝有手動閥，以供維修和調(diào)節(jié)水量之用，兩臺泵均為45kw，兩臺泵協(xié)調(diào)工作以滿足供水需要。系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1恒壓供水系統(tǒng)組成圖
3、系統(tǒng)功能
該系統(tǒng)由一臺變頻器及壓力傳感器，控制柜及相關(guān)設(shè)備組成。利用一臺變頻器可以控制兩臺30kw水泵的運轉(zhuǎn)，改造后，1#泵45kw始終處于工頻運轉(zhuǎn)，2#泵由變頻器的控制實現(xiàn)變工況運轉(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，2#泵工作在變頻啟動狀態(tài)，隨著壓力會自動調(diào)節(jié)頻率的高低以保持壓力的恒定，在發(fā)酵罐全部打開時，變頻器會自動切換狀態(tài)，啟動1#泵30kw，此時1#泵工作在工頻狀態(tài)，2#泵工作在變頻狀態(tài)。由于2#泵的自動調(diào)節(jié)功能，從而保證系統(tǒng)的恒壓。一般而言，兩臺泵同時投入是絕對能滿足要求的。
3.1pid的調(diào)節(jié)
由壓力傳感器反饋的水壓信號（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，并通過變頻器內(nèi)部計算公式確定何時需切換泵，系統(tǒng)參數(shù)在實際運行中調(diào)整，使系統(tǒng)控制響應(yīng)趨于完整，如圖2所示。

圖2pid調(diào)節(jié)系統(tǒng)圖
由于水泵及供水管網(wǎng)在pid調(diào)節(jié)過程中常常出現(xiàn)變頻器報警或跳閘，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)會造成pid控制波動過大，無法達(dá)到控制要求。在調(diào)節(jié)過程中可根據(jù)現(xiàn)場實際情況逐步增加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)時的響應(yīng)電流，排除變頻器報警。
3.2“節(jié)能”功能
系統(tǒng)運行時經(jīng)常會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，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)能值的時間如小于節(jié)能時間td時,即td＜tn時變頻器繼續(xù)工作,當(dāng)td＞tn時變頻器將進(jìn)入節(jié)能狀態(tài)。
（3）“節(jié)能再啟動值”由供水pid差值（p2392）啟動，當(dāng)δp低于p2392值時由變頻器發(fā)出指令喚醒變頻器工作。
經(jīng)測試“節(jié)能值”為10hz;“節(jié)能確認(rèn)時間”td:10～20s;“節(jié)能再啟動值”30%。
4、現(xiàn)場問題及解決方案
在現(xiàn)場設(shè)備安裝過程中，壓力變送器安裝過于靠近水泵出水口，在系統(tǒng)啟動時水壓波動極大，造成變頻器反復(fù)切換工頻運行的水泵。將參數(shù)p2376改為200（電動機(jī)分級控制延時超越功能），使得系統(tǒng)在啟動時避免因水壓非正常波動而造成的系統(tǒng)誤切換。
5、恒壓供水控制系統(tǒng)注意事項
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（簡稱變頻泵）加上常用的一般控制的水泵電機(jī)m2（簡稱工頻泵），使用工頻泵的臺數(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,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)高頻漏電開關(guān)qf、接觸器km接至輸入端r、s、t。但是,不允許頻繁的“開”和“關(guān)”qf或km來進(jìn)行“運行”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,否則在變頻器運行過程中，若接觸器進(jìn)行on、off時會產(chǎn)生大電流和引起過電壓。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載保護(hù)（一臺變頻器驅(qū)動多臺電機(jī)時除外）。
（4）變頻器額定容量與電動機(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)算出電動機(jī)的視在功率:
s=p2/（η×cosφ）
式中:p2—電動機(jī)額定功率（kw）;
η—電動機(jī)效率;
cosφ—電動機(jī)功率因數(shù)。
因高次諧波的影響，計算時應(yīng)考慮到功率因數(shù)和效率比電動機(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)良好的場地使用，并且要避免陽光直射。
（6）當(dāng)氣溫達(dá)到40℃以上時，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)低速運行時,要采取通風(fēng)冷卻措施。
（8）用絕緣電阻表（兆歐表）進(jìn)行測量電機(jī)絕緣電阻時，要將變頻器接線端子u、v、w與電機(jī)接線斷開，切勿將測試電壓加到變頻器上,因電壓過高容易造成變頻器損壞。
（9）在變頻器輸出頻率低時，輸出電壓也低，電壓降比例也大。因此，電纜的截面積要比沒有用變頻器作驅(qū)動電機(jī)用的電纜截面積大一級。電纜長度力求越短越好，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)
因為水泵的排水壓力與轉(zhuǎn)數(shù)二次方成正比，對水泵實施轉(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、供水高度等計算準(zhǔn)確，然后再確定水泵的揚程、流量、軸功率、電機(jī)功率等，否則無法確定使用多大容量的變頻器。
（2）水泵銘牌上的揚程是水泵的總揚程，還必須考慮到由于管路的阻力（磨擦阻力、彎頭阻力等）所造成的揚程損失（也稱損失揚程），它包括不吸管水路的損失揚程和壓水管路的損失揚程。因此，在選用水泵的總揚程時應(yīng)該等于或大于所需揚程。

圖3水泵揚程
（3）水泵（指軸功率）與電動機(jī)額定功率必須配套，應(yīng)采用高層建筑供水用的lg系列泵，該系列泵屬于立式單吸多級分段式離心泵。它的特點是噪音低、占地面積小等優(yōu)點，適合于高層建筑供水用泵。
（4）在設(shè)定壓力值時，要考慮管道的質(zhì)量，不般不宜超過4kg/cm2（0.4mpa）。
6、結(jié)束語
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，而且對設(shè)備的安全和穩(wěn)定運行具有很好的促進(jìn)作用。