变频电机冷却风机控制方式的探究

李箭

摘要：本文主要介绍了一些常见的变频电机冷却风机的控制方式，并结合现场实际情况进行了一种新控制方式的尝试。通过新的控制方式的成功应用，探讨了在满足特定条件下的既节约成本又可靠的冷却风机的控制方式。

关键词：变频电机;冷却风机;集中控制系统;变频器

前言

随着控制要求的提高、技术的更新，变频电机的使用越来越广泛与普及。与按恒频恒压设计的普通异步电动机相比，变频电机可以运行在更低的频率之下。变频电机可以运行于低频状态的一个非常重要的原因是：变频电机采用强制冷却，配有独立电机驱动的冷却风机。由此给控制带来了一个新的问题，在控制主电机的同时，需要控制并监测冷却风机的运行，以保证主电机运行时有足够的散热风量，保证电机运行安全。特别是在具有集中控制系统的应用场合，还需要考虑冷却风机与DCS系统或PLC系统的连接与控制问题。

一、常见的控制方式

1、独立控制

在一些应用中可以见到主电机和冷却风机完全独立控制，启动时需要先启动冷却风机，然后再启动主电机;停止时需要先停止主电机，然后再停止冷却风机。在这种控制方式下，要求操作人员不能存在顺序错误，否则将导致主电机在无散热的情况下运行，造成设备损坏。并且在运行中如果冷却风机出现停机故障，主电机变频器无法检测到，将继续运行，导致设备损坏。独立控制方式需要接入集中控制系统时，必须将冷却风机状态和控制单独接入集中控制系统，才能实现对主电机和冷却风机的集中控制和连锁。此时必须增加集中控制系统的I/O点，以满足控制要求。给集中系统的成本造成增加。

2、同起同停

在一些应用中可以看到主电机和冷却风机通过同一控制回路控制，启动时主电机变频和冷却风机同时得到启动信号，停止时主电机变频和冷却风机同时得到停止信号。这样在一定程度上减少了操作的繁琐并且避免一定的误操作可能性。但此種方式是仍然或存在一定的问题，比如在变频减速时间特别长时，主电机仍然存在很长时间的无散热工作状态。因此在特殊场合必须在冷却风机停止时加上延时功能。此种方式在接入集中控制系统时，只能使用硬接线方式控制变频器的启停。为了提高可靠性，仍然需要监视冷却风机状态，故而依旧存在很多控制线的布线工作和集中系统的I/O成本增加问题。

3、利用变频器的运行状态驱动冷却风机

在一些应用中，利用主电机变频器的DO功能，通过控制电路控制冷却风机运行。此种方式下，将相应DO设置为变频器运行时输出，在变频器运行时，该点输出驱动冷却风机运行。停机时，在变频器减速完毕停机后，输出断开，冷却风机停止运行。这种方式可以避免误操作，在正常情况下也不会存在主电机在无散热情况下运行，同时在接入集中控制系统时，不考虑冷却风机状态监视的情况下集中控制系统不需要单独考虑冷却风机的I/O，可通过通讯方式直接控制变频器以减少布线节约成本。但该方式下无法监视独立风机的运行状态，如果出现独立风机停机的情况，主电机将在无散热下运行，导致设备损坏。并且该种方式不增加集中控制系统I/O的前提是不监视冷却风机状态。如果想将冷却风机状态传递到集中系统，仍然想要增加I/O成本。

4、其它

除了上述几种方式，还有一些控制方式虽然少见，但在个别现场仍可以见到。比如将冷却风机直接接在主变频的进线开关下，只要变频进线送电，冷却风机即运行，不论主电机是否运行，在间歇运行系统中，冷却风机会有很长的不必要运行时间;又如加温度传感器和控制器实现温度控制等方式。这些方式不同程度的存在设备不必要的磨损、能源浪费、功能缺陷、投入较大等缺点。

二、一种新控制方式的尝试

阜新市某净水厂送水泵房工程，变频柜及水泵均为用户自行采购。我司负责集中控制系统的实施。原设计送水泵为普通电机驱动，无独立冷却风机。但在实际实施过程中，水泵为变频电机，独立散热;变频控制柜仅为ABB变频器，无外围控制回路，无法驱动冷却风机。后用户又自行采购了冷却风机控制箱安装于变频器旁边，将冷却风机作为独立回路控制，变成了上述的第一种方式。而原集中控制系统设计时仅为送水变频预留了通讯接口，无法接入冷却风机状态和控制。此时最简单的方法是变成上述的第三种方式，通过变频器DO控制冷却风机的运行。但是用户希望系统更可靠并且可以在中控室监视到冷却风机的状态。

为了帮用户解决问题，又要节约成本。通过对变频器功能的研究，提出了以下尝试。

冷却风机的运行状态、故障状态接入变频器的DI，将变频器的DO接到冷却风机的启停控制回路。PLC通过通讯端口将变频器自身的数据及DI状态读入，这样既可以采集变频器的数据，同时也解决了冷却风机的状态采集问题。PLC通过控制变频器的DO端口输出，可以直接启停冷却风机。这样就解决了在不增加PLC点位的情况下，接入冷却风机的问题。

为了解决独立控制的不可靠问题，将接入冷却风机运行状态的变频器DI设置为【运行允许】功能。将冷却风机的运行状态作为变频器的允许运行条件，风机不运行，变频器无法启动。如果风机停机，变频器将被强制停机。从而到达到提高可靠性、保护设备的目的。

通过以上的调整，不但没有增加成本，同时解决了I/O点位不足问题。并规避了独立控制时的缺点。现场使用效果良好。

三、可行性约束

以上方案虽然在没有增加硬件投入的情况下处理了冷却风机控制的问题，但是该方案可行的前提是必须保证变频器的功能足够强大。首先是硬件接口必须足够，有足够的DI和DO可以将风机回路信号接入;其次是具有可用的通讯接口可以将信号传递给PLC，并接收PLC的控制信号;同时还需要具有强大的软件功能，可以通过通讯读取DI状态、可以设置DO由通讯独立控制。本次现场的实施已经验证了ABB变频器可以满足该方案的使用要求。希望以后可以寻找到更多符合使用需求的变频器。

四、结束语

变频电机独立冷却风机的控制是一个不算问题的问题，以上论述也仅为找到一种可靠、经济、方便可行的控制方式。本文仅代表个人观点、抛砖引玉。能力有限，不当之处在所难免，还望各位读者老师指正。

同时感谢现场用户对我司的信任及现场工作人员的辛苦付出。

参考文献

[1]北京ABB电气传动系统有限公司 《ACS510变频器手册》

[2]施耐德电气《Modbus 和 ASCII 读/写功能 PLC Commun ication 库指南》