变频调速技术在双速电机改造中的应用

变频调速技术在双速电机改造中的应用

赵新伟  张煜

1.陕西长青能源化工有限公司 宝鸡；2.陕西长青能源化工有限公司  宝鸡

【摘要】双速电机是传统的多速电机变极对数有级调速形式之一，在我国广大煤化工企业的调速传动应用中占有一定的比重，本文主要介绍了利用变频调速技术改造双速电机的过程，分析了原有双速电机调速系统中存在的相关问题，并对相应的原有电传系统进行了技术分析，最终提出了将变频调速技术应用到双速电机的改造工作中，使双速电机的调速更加简单便捷，经济效益显著。

【关键词】双速电机  变频调速  改造  技术

1、前言

陕西长青能源化工有限责任公司循环水装置冷却风机采用双速，双速电机平时根据工艺情况以低转速运转，当冷却水温度较高，用量较大时，由工艺操作人员手动将风机切换至高转速运转。调速主要是通过外部控制线路的切换来改变电动机线圈的绕组连接方式来实现，调速方法简单、操作可靠、机械特性较硬。但仅能做到有级调速平顺调速，控制回路复杂，故障点多，故障率高，且外委检修单位不具备对双速电机线圈的检修检修周期长，成本高。

变频器调速在长青能化公司交流电动机控制改造中已经得到了广泛的应用，它可以实现在中央控制室进行无级调速调速调速范围宽、控制方便、精度高、效率高、故障率低、寿命长、节能效果好等诸多优点，因此采用变频调速技术改造双速风扇控制回路，以适应长周期的生产运行要求，降低设备故障率，减少维修人工，节省一定的能耗。

2、双速电动机工作原理

1.1调速原理

双速电动机型号为YD355L1-8/4W,额定功率80/160kW,额定转速745/1487r/min, 磁极对数p=4/2。双速电动机属于异步电动机的变极调速，是通过改变电动机定子绕组的连接方法来达到改变定子旋转磁场磁极对数的目的，从而使电动机的转速发生变化。

根据电动机转速公式； n=60f(1-s)/p,可知异步电动机的转速n与定子磁极对数p成反比，磁极对数增加一倍，电动机额定转速n减少一半，所以改变磁极对数可以达到改变电动机转速的目的。

1.2定子绕组接线

图1a为电动机定子绕组的△接法，三相定子绕组的

引出线端子U1、V1、W1与电源线连接，U2、V2、W2三个端子悬空，三相定子绕组接成△形，此时磁极对数为4,转速为745r/min。图1b为双速异步电动机定子绕组的YY接法，接

(a)△接(低速)(b)YY接(高速)

图1双速电动机定子绕组接线图

线端U1、V1、W1连接在一起，U2、V2、W2 三个引出线端子与电源线连接，此时磁极对数为2,转速为1487r/min。

1.3控制电路分析

双速电动机控制电路如图2所示。 KM1为△接低速 运行接触器，KM2、KM3为YY 接高速运行接触器，SB1为△接低速起动按钮，SB2 为YY 接高速起动按钮。

图2 双速电动机控制电路

1.1.1低速起动运行合上电源开关QS,按下起动 按钮SB1,接触器KM1得电自保持，并通过按钮SB1和接触器KM1的常闭辅助触点对接触器KM2、KM3互锁，电动机定子绕组△接，电动机低速起动运行。如果再按下按钮SB2,则电动机由低速变为高速运转。

1.1.2高速起动运行合上电源开关QS,按下起 动按钮SB2,接触器KM2、KM3得电保持，并通过按钮SB2 和接触器KM2、KM3的常闭辅助触点对接触器 KM1互锁，电动机定子绕组作YY接，电动机高速起动运转。按下SB2,电动机变为低速运转。

1.1.3停止和保护功能无论在低速或者高速运行 时按下SB3,电动机均停止运行。过电流、接地和速断 保护由电源开关QS 实现，过载保护由热继电器FR1 和 FR2 分别实现，失压和缺相保护由接触器KM1、KM2和KM3 实现。

1.4运行中存在问题及改造需求

从控制电路可以发现，在控制回路上有较多的联锁存在，如接触器KM1与KM2、KM3之间的辅助触点互锁、高速起动按钮SB2与低速起动按钮的按钮互锁等，如果接触器辅助触点粘连或因氧化接触不良，极易出现联锁失效的问题，轻则不能开机，重则会造成电动机短路烧毁。而双速电动机起动电流较大，接触器主触点在频繁切换时易被弧光烧坏而导致接触不良等故障，因此需要经常检查电动机接线盒内部缆头的过热情况，因为长时间运转，不方便维护和检修。根据以上分析，如果进行改造，需要接线简单可靠，可以根据生产需要调整速度，保护功能齐全，维护简单方便。

3、 用变频调速控制改造原有回路

1.1改造基本要求

与工艺操作人员沟通后，要求在确保安全可靠的情况下，能够实现现场操作操作，操作控制简便方便，尽可能使用原有设备，操作上尽量与原有操作一致。

1.2改造技术方案

在原有控制柜内进行改造，拆除原有软启动器、马达保护器及接触器等一次设备，利用现有的双速电动机YD355L1-8/4W,增加160kWABB变频器1台，配套电抗器一套，利用原有高速动力电缆作为改造后电机的主电缆，利用原控制电缆作为控制，利用原通讯电缆，在

DCS后台进行重新组态，实现就地、远程操作，而且可以在中央控制室进行远程启停、调速，并对运行电流、频率、定子绕组温度等关键设备指标根据信号反馈进行监测。

1.3变频改造接线图

根据电动机的型号，选择ABB变频器ACS510-01-290A-4,接线图如图3所示。图中使用变频器多功能端子X1和X2 实现多段速度运行，通过变频器或现场转换开关来实现启停动作。

图3 电动机变频接线

4、变频技术改造后优点分析

1.1改造后系统的分析

1.1.1改造后的控制线路简单，维护方便，易于操作和检查，采用的改进的负载调频控制方式，因此运行时振动低，噪声小。

1.1.2改造后的变频调速调速、调速范围宽等特点，可根据生产实际需要对低速、高速频率进行修改，其低速、高速速度(在0~50Hz范围内)可任意设定，可精确满足工艺生产要求。

1.1.3改造后的变频调速系统，操作方便，具有多种保护和报警功能，具有良好的调速性能，在满足生产需要的情况下，节能效果还是很大的。

1.1.4改造后的变频调速系统优点该变频调速系统具有反应速度快、精确度高、效率高的特点，可以直接启动三相异步电动机。而且系统质量可靠、性能稳定、故障低，操作起来更加安全可靠。

1.2改造后运行经济性分析

1.1.1改造前运行参数如下：空分凉水塔风机T404B2设备参数：高速运行转速1487r/min，电流220A；低速运行转速745r/min，电流115A。 12月至次年2月两台低速运行，3月、4月和11月一台高速、一台低速运行，5月至10月两台高速运行。

1.1.2改造后运行参数如下：T404B2变频改造后的运行情况：12月至次年2月只需运行T404B2一台风机即可，此时T404B2转速约为1100r/min、电流约为168A；3月、4月和11月一台高速、另一台转速为400r/min即可；5月至10月运行情况不变。节能情况：12月至次年2月可节电 380*（115*2-168）*1.732*0.93*90*24=81970.932KW；3月/4月和11月可节电380*20*1.732*0.93*90*24=26442.236KW。按照2023年1月份电价估算，每年可节约电费（81970.932+26442.236）kwh*0.572425元/kwh=62058.4元。

5、结语

经过变频器调速技术改造后，冷却塔双速电机可达到改造的预期目的，保护功能齐全，调速性能优越，运行安全可靠，操作简便，节能效果显著，在观察运行一段时间后，可应用于其他双速电机的继续改造，实现调速性能良好，取得了较好的经济效益。

参考文献

1.杨鑫,陈鹏,李阳.双速电机变频改造及应用[J].变频器世界, 2015(8)，3

2.徐文明，变频调速技术在改造双速电机调速中的应用[J]，金山油化纤，2001，04

3.鲍金春，循环水泵双速电机的节能改造[J]，华电技术，2011，09

4.徐丽艳，郑维波，关于冷却塔双速电机的调试[J]，城市建筑，2013

作者简介

1.赵新伟，男，1990.10生于陕西武功，2021.2毕业于兰州交通大学，工作于陕西长青能源化工有限公司，中级工程师，荣获公司2021年技术能手称号、2022年创效标兵称号，公司位于陕西省宝鸡市凤翔区宝冯路19号.

2.张煜，男，1995.4生于陕西榆林，2018.7毕业于西安交通工程学院，初级工程师，公司位于陕西省宝鸡市凤翔区宝冯路19号.