理化实验楼排风系统电控设计

　
摘要：本系统设计符合：系统设计简单、原器件少、控制简单、操作方便、维护量小，达到工艺要求的控制功能。本系统的节能效果及控制效果的关键在于合理选择分压电阻，分压电阻可根据系统调试时进行最佳效果选择。
关键词：排风系统 变频器 变频调速 电气控制
1．引言
　　建工学院理化实验楼是学生学习实践的重要场所，其中有机化学、高分子化学、无机及分析、化工原理、物理化学、普通化学、环境测试、微生物等实验室涉及有毒有害物质；其排风系统性能的好坏是关系到实验环境安全，实验人员的身体健康保障的重要一环。
　　为保障各实验室排风效果达标，除在风机造型；风管、排风口及排风口的开启设备设计上蒲足要求。在电气控制系统设计上要在系统安全稳定、低耗、易操作等功能方面进行考虑设计。
下面就电控系统的电路设计，风机的风量控制等功能的实现进行探讨。
2．排风系统的工艺要求
　　理化实验楼根据要求设计25个排风主管道系统；每个实验室根据实验点的多少，安排相煎的排风口，通过相应管道连接最近的主管道。每个实验点的风口用电动蝶阀控制其启闭。
　　排风系统要求能在任一排风口打开时，其相应主排风口的风机能自动运行，并能根据其排风口开启多少，调节排风机风量的大小；如果相应主排风管道的排风口全部关闭，其排风机应能自动关闭。
3．电气控制系统方案的设计
3．1．排风机调速控制器的选择
　　随着工业的发展，能源的紧缺、电力资源在国民经济活动的重要性日渐显著，节能降耗是每个电气设计者的责任。如何设计一个既符合工艺要求，又能有效地使用电能；使操作简单、系统可靠的电路，其风量控制电路是最重要的一环。
　　根据当前变频技术的提高，交流电动机的广泛使用，交流变频调速技术是当今节电，改善工艺流程，以提高产品选题和改进环境、推动技术进步的一种主要手段。而变频调速的核心设备是变频器，变频器与电动机的控制配合构成了变频调速系统。
　　我国的电动机用电量占全国发电量的60%-70%，风机水泵设备年耗电量大约占全国电力消耗的三分之一。造成这种状况的主要原因是：风机、水泵等设备的传统调速方法是通过调节入口或出口挡板，阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功率大，大量能源消耗在挡板、阀门的载流过程中。由于风机水泵类大多为平方转矩负载，轴功率与转速成立方关系，所以当风机水泵转速下降时，消耗的功率也大大下降，因此节能潜力非常大，采用变频器来调节流量，其节电率为20%-50%，效益显著。
　　由于变频技术的成熟，变频器的性能稳定、操作简单，具有全方位的软硬件保护、体积小、安装简易、节电效果显著。故采用变频器作为控制风机风量的电控器件。
3．2变频器控制电路的实现
　　常用变频器的配线图如：（后附图1）

　　控制变频器调速有两种方式；一种是模拟量控制调速；一种是多功能输入端子选择；模拟量控制是给0-10V直流电压；变频器根据给定电压大小进行无板调速；另一种多功能输入端子选择即根据三个多功能端子的开关组合，共可组成7段速度。7段速度可在编程时事先预量。
　　由于排风系统的管道设计是根据建筑物及排风走向设计的，其某一排风机所关联的排风口多少不一样，有的一个交流多达11个排风口，并且根据要求，先打开的风口是任意的；如果11个排风口的系统它的打开组合多达2048种，要对其编程控制也是不可能的；故根据变频器模拟量控制原理，利用电压和电阻的关系达到控制转速的大小。6个排风口的排风系统控制原理图如：（后附图2）

3．3．控制电路说明
　　K1、K2、K3、K4、K5、K6是来自排风口蝶阀的反馈信号，设计转开关是为了在调试系统时，全速运行风机状况及变频工作状态；在检修时可检查系统状态。平时工作时应转到蝶阀控制状态。


4．系统功能验证
　　以六速变频控制原理图来验证电路的控制功能是否达到设计要求。

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　　FWD 1DCM是变频器运行或停止的端子，当两端子闭合则变频器工作，两端打开则变频器停止运行；从原理图可知，当任蝶阀打开，其反馈信号接通相应中间继电器线包；使其触点闭合，启动变频器工作，此时其变频器速度控制端子AVI、ACM上的直流电压通过其分压电阻产生相应的电压，则变频器输出相应的工作频率，使其风机工作在相应的功率上。如果六个排门口全部打开，其六个串联电阻全部短路，变频器将全速运行；当排风口全部关闭时，六个中间继电器全部失电，则KA线包没有电压，则KV继电器触点打开，变频器作停止工作。
5．系统原器件选择及要求
5．1．变频器的选择
　　风机水泵类负载是典型的平方转距负载，低速下负载是非常小，并与转速平方成正比；通用变频器与标准电动机的组合最合适。这类负载对变频器的性能要求不高；只要求其经济性和可靠性；现国内有专门为风机水泵类设计的变频器，一般应选此类型变频器。
5．2．分压电阻的选择
　　分压电阻作为控制输入信号，其性能要求阻值稳定，满足功率，且长期工作性能好，其阻值选择应考虑其供电电源的功率和控制端的内阻；应使其阻值合理，不应太小使其供电电源超负荷；而选择过大，使控制端内阻影响其控制精度。
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