變頻器在浦城綠康生化有限公司發酵系統中的應用

1、引言
在生物制藥的發酵系統中，水量的變化對于產品的品質有極大的影響，采用變頻恒壓供水后，不僅可以提高企業的經濟效益、節能降耗、提高設備技術含量、安全、穩定運行具有很好的促進作用，同時可以保證產品的品質。
2、系統組成
恒壓供水系統由兩臺泵組成。每臺泵的出水管均裝有手動閥，以供維修和調節水量之用，兩臺泵均為45kw，兩臺泵協調工作以滿足供水需要。系統組成如圖1所示。

圖1恒壓供水系統組成圖
3、系統功能
該系統由一臺變頻器及壓力傳感器，控制柜及相關設備組成。利用一臺變頻器可以控制兩臺30kw水泵的運轉，改造后，1#泵45kw始終處于工頻運轉，2#泵由變頻器的控制實現變工況運轉。
根據不同發酵工藝的要求1#及2#由變頻器控制進行切換。當使用發酵罐少時，2#泵工作在變頻啟動狀態，隨著壓力會自動調節頻率的高低以保持壓力的恒定，在發酵罐全部打開時，變頻器會自動切換狀態，啟動1#泵30kw，此時1#泵工作在工頻狀態，2#泵工作在變頻狀態。由于2#泵的自動調節功能，從而保證系統的恒壓。一般而言，兩臺泵同時投入是絕對能滿足要求的。
3.1pid的調節
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，設定給定壓力值，pid參數值，并通過變頻器內部計算公式確定何時需切換泵，系統參數在實際運行中調整，使系統控制響應趨于完整，如圖2所示。

圖2pid調節系統圖
由于水泵及供水管網在pid調節過程中常常出現變頻器報警或跳閘，這需要調節變頻器中的p及i參數，但如i參數調節不當會造成pid控制波動過大，無法達到控制要求。在調節過程中可根據現場實際情況逐步增加i參數值，從而達到軟化pid，減小變頻器閉環調節時的響應電流，排除變頻器報警。
3.2“節能”功能
系統運行時經常會遇到用戶用水量較小或不用水（如夜晚）情況，為了節能，該系統專門設置了可以使水泵暫停工作的“休眠”功能，當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）。當水壓升高時變頻器將恢復原有工作狀態。
（1）“節能”變頻器輸出的下限頻率p2390設置。
（2）“節能確認時間”用參數p2391設置，當變頻器的輸出頻率低于節能值的時間如小于節能時間td時,即td＜tn時變頻器繼續工作,當td＞tn時變頻器將進入節能狀態。
（3）“節能再啟動值”由供水pid差值（p2392）啟動，當δp低于p2392值時由變頻器發出指令喚醒變頻器工作。
經測試“節能值”為10hz;“節能確認時間”td:10～20s;“節能再啟動值”30%。
4、現場問題及解決方案
在現場設備安裝過程中，壓力變送器安裝過于靠近水泵出水口，在系統啟動時水壓波動極大，造成變頻器反復切換工頻運行的水泵。將參數p2376改為200（電動機分級控制延時超越功能），使得系統在啟動時避免因水壓非正常波動而造成的系統誤切換。
5、恒壓供水控制系統注意事項
5.1電氣系統
在主回路系統中，分為由變頻器控制的水泵電機m1（簡稱變頻泵）加上常用的一般控制的水泵電機m2（簡稱工頻泵），使用工頻泵的臺數多少可由供水量大小而定。
（1）使用前要核準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計上存在一定的差別。一般要求在變頻器的保護功能起作用或發生其它故障時,為了切斷的電源以防止故障或事故的擴大,通常三相交流電源l1、l2、l3經高頻漏電開關qf、接觸器km接至輸入端r、s、t。但是,不允許頻繁的“開”和“關”qf或km來進行“運行”和“停止”的切換。
（3）變頻器輸出端u、v、w與電機之間勿需加裝交流接觸器,否則在變頻器運行過程中，若接觸器進行on、off時會產生大電流和引起過電壓。易損壞變頻器內的逆變橋功率模塊。此外，一般不必另加裝熱繼電器作過載保護（一臺變頻器驅動多臺電機時除外）。
（4）變頻器額定容量與電動機額定功率的比數應是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法也有所不同,如果標的是額定視在功率（kva）,則應算出電動機的視在功率:
s=p2/（η×cosφ）
式中:p2—電動機額定功率（kw）;
η—電動機效率;
cosφ—電動機功率因數。
因高次諧波的影響，計算時應考慮到功率因數和效率比電動機在純正弦電流條件下低一些，可根據各種變頻器性能加以修正。
（5）變頻器控制柜應安裝在干燥、通風良好的場地使用，并且要避免陽光直射。
（6）當氣溫達到40℃以上時，變頻器控制柜內要正確安裝換氣扇。排氣扇應采用下進、上出的安裝方式，保證變頻控制柜內的正壓通風。
（7）當電機低速運行時,要采取通風冷卻措施。
（8）用絕緣電阻表（兆歐表）進行測量電機絕緣電阻時，要將變頻器接線端子u、v、w與電機接線斷開，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動電機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（使用屏蔽線除外）。
（10）為了防止觸電和有效地抑制射頻干擾,變頻器外殼應良好接地。
5.2水泵系統
因為水泵的排水壓力與轉數二次方成正比，對水泵實施轉速控制保持最佳壓力，才能達到最佳供水效果。目前采用變頻器對水泵電機的調速控制方式，是最理想、最經濟的一種方法。
（1）在安裝前首先把水管網路阻力損失、供水面積、供水高度等計算準確，然后再確定水泵的揚程、流量、軸功率、電機功率等，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）與電動機額定功率必須配套，應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、占地面積小等優點，適合于高層建筑供水用泵。
（4）在設定壓力值時，要考慮管道的質量，不般不宜超過4kg/cm2（0.4mpa）。
6、結束語
浦城綠康生化有限公司發酵系統采用變頻恒壓供水改造后，不僅提高了企業的經濟效益、設備技術含量和節能降耗，而且對設備的安全和穩定運行具有很好的促進作用。