專利名稱：水質凈化場離心鼓風機智能節電裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電機節電裝置，特別涉及一種應用于水質凈化場離心鼓風機 等設備中的智能節電控制裝置。
背景技術：
目前，污水處理企業大多采用活性污泥污水處理工藝對工業廢水等進行處理，與 該工藝配套的設備中通常采用離心鼓風機鼓風作為曝氣系統。在實際運行過程中，由于污 水的水質、水量及環境等因素總處在不斷變化的狀態，因此曝氣系統必須根據曝氣池溶解 氧含量的變化及時調節供氣量，以保證處理效果，并不致浪費能源。傳統工藝中，供氣量的 調節大多是采用調節風機風門(或閥門)開度以控制風量而實現的，但風機配用的電機在 額定轉速下時常在負載波動較大或輕載狀態下運行，從而使風機的功率因數和效率都較 低，造成能量的極大浪費。為克服傳統工藝的缺陷，目前普遍采用變頻技術對上述曝氣系統 等設備進行改造，實現電機轉速的調節和控制，基本達到供需平衡的狀態，從而使設備處于 較佳效率狀態，并達到節能的目的。但是以這種改造方案對已投運設備進行節電改造時通 常必須滿足下列要求1.為了可靠起見，應設置工頻旁路，不拆除原啟動控制設備，不改變原啟、停操作 方式(不另外增設啟、停按鈕)；2.對于采用星三角啟動方式的電動機，在節電方式運行前，必須先將三相電機繞 組從端子外切換為三角形聯接后方可接入電源工作；3.對于采用DCS控制的，改造設備應當能與DCS系統較好的銜接(本機、遠程DCS 兩地控制，并且在DCS上可以監測到設備運行狀況)。4.由于低壓變頻器的結構特點，采用交直交的變換方式，在直流環節應用了大量 的電容器，由于電容器兩端電壓變化是漸變的，因此在變頻器剛開始啟動輸出時，直流母線 的容量還較小，對于大功率風機、水泵等變頻節電裝置來說，雖然在內部軟件系統采取了 轉矩提升等技術手段，但還是時常出現啟動電流過大，故障保護等問題，影響設備的正常啟 動。因此，該改造方案仍存在較多不足，不能滿足工業應用的需要。
實用新型內容本實用新型的目的在于提出一種水質凈化場離心鼓風機智能節電裝置，其結構簡 單，安裝維護方便，且可優化設備的運行性能，并可達到節能之功效，從而克服現有技術中 的不足。為實現上述發明目的，本實用新型采用了如下技術方案一種水質凈化場離心鼓風機智能節電裝置，其特征在于包括一次回路，其串聯在系統原控制柜和電機之間，主要由工頻旁路和節電回路并聯 組成；二次控制回路，其包括近地遠程控制選擇開關、近地本機控制電路和遠程DCS控 制電路、工頻節電選擇開關、工頻旁路控制電路和節電運行控制電路，近地遠程控制選擇開關在近地本機控制電路和遠程DCS控制電路之間切換，控制在近地本機控制電路和遠程DCS控制電路兩種工作狀態之間切換，工頻節電選擇開關在工頻旁路控制電路和節電運行 控制電路之間切換，控制一次回路在工頻旁路和節電回路兩種工作狀態之間切換。該水質凈化場離心鼓風機智能節電裝置中一次回路串聯在原控制柜與電機之間， 控制柜提供輸入電源，一次回路由工頻旁路和變頻節電回路組成，由二次控制回路切換控 制，二次控制回路無啟停操作開關，電機的啟停操作方式仍按原系統的操作不變。二次控制回路的近地遠程控制選擇開關在近地本機控制電路和遠程DCS控制電 路之間切換，可以靈活的選擇控制地點。二次控制回路的選擇開關用于選擇工頻旁路與節電回路的切換，在節電故障或節 電方式不能滿足實際需要時，可及時的切換到工頻方式運行。與現有技術相比，本實用新型 的有益效果在于1.啟動控制裝置設有工頻旁路，可將節電故障對生產的影響程度降至最低；2.設有近地控制和遠程DCS控制轉換開關，操作便捷。3.節電和市電運行控制回路均具有自保持功能，可避免在運行狀態下因誤操作切 換運行狀態引起電流沖擊而導致系統跳閘；4.在滿足工藝需求的前提下，利用變頻控制方式，來取代風門(閥門)控制方式， 可以提高電機的功率因數和效率，并具有顯著的節能效果。5.在變頻節電回路接通到運行輸出形成短暫的時間差，使直流環節電容器得到可 靠充電，確保啟動時直流母線的容量，避免起動故障的發生；6.啟動控制裝置串聯接入原控制柜與電機之間，節電啟動時，對于三角形運行的 電動機在不改變繞組接法的情況下，確保原控制回路切換完畢后，再行接通節電控制回路， 這種聯鎖既可保障電動機正常啟動，也不改變操作人員已有的啟停操作習慣，市電運行時， 節電器先啟動完成，原設備再啟動，勿需增設操作按鈕，安裝及使用方便。
圖1是本實用新型具體實施方式
中水質凈化場離心鼓風機智能節電裝置的電氣 控制原理圖。圖2是圖1中水質凈化場離心鼓風機智能節電裝置的電路結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖及具體實施方式
對本實用新型的技術方案作進一步的說明。如圖1 2所示，103電路為水質凈化場離心鼓風機智能節電裝置的一次回路，107 電路為水質凈化場離心鼓風機智能節電裝置的二次控制回路，108電路可提供供用戶DCS 控制臺使用的輸出狀態信號。一次回路串聯在系統原控制柜和電機之間，其由工頻旁路101 和節電回路102并聯組成；二次控制回路包括工頻節電選擇開關SAl和近地遠程控制選擇 開關SA2、兩地起停選擇電路104 (包括近地本機控制電路和遠程DCS控制電路)、工頻控制 電路105、節電控制回路106以及供用戶DCS使用的輸出狀態信號108，近地遠程控制選擇 開關SA2在近地本機控制和遠程DCS控制電路之間切換，工頻節電選擇開關SAl在工頻旁 路控制電路105和節電運行控制電路106之間切換。工頻旁路101中，旁路接觸器KM3的主觸頭連接在電機M電源入口處，另一端連接 三相交流電源的Li、L2、L3端。節電回路102主要由變頻器Ul組成，第一接觸器KMl的主觸頭連接在三相交流電源的L1、L2、L3端與變頻器Ul的電源輸入端R、S、T之間，變頻器Ul的輸出端接交流電抗器2L，第二接觸器KM2的主觸頭連接在交流電抗器2L輸出端和電機M 的電源輸入端之間。兩地起停選擇電路104由近地遠程控制選擇開關SA2、啟動中間繼電器KAl、停止 中間繼電器KA2、柜體啟動按鈕SB1、柜體停止按鈕SB2以及DCSl啟動DCS2停止按鈕組成。 近地遠程控制選擇開關SA2 —端接電源Ll另一端連接3、7接線端子，SBl —端連接接線端 子3，另一端連接接線端子5，KA1連接于接線端子5和2之間，接觸器KM2、KM3的常開觸點 并聯在電源Ll和接線端子5之間，DCSl連接在端子7和5之間，SB2連接在接線端子3和 9之間，中間繼電器KA2連接在接線端子9和2之間，DCS2連接在接線端子7和9之間，中 間繼電器KAl的常開觸點串聯中間繼電器KA2的常開觸點并聯接在電源Ll和接線端子9 之間。工頻旁路控制電路105主要由工頻節電選擇開關SAl，中間繼電器KA3和接觸器KM3 組成，中間繼電器KA2的常閉觸點串聯熱繼電器FR的常閉觸點連接在電源Ll和接線端子 15之間，工頻節電選擇開關SAl —端連接接線端子另一端連接接線端子17和25，中間 繼電器KAl的常開觸點串聯接觸器KM2的常閉觸點連接在接線端子17和接觸器KM3之間， 接觸器KM3另一端連接在接線端子2，接觸器KM3的常開觸點并聯在接線端子15和17之 間，接觸器KM3的常閉觸點串聯中間節電器KA3并聯在接線端子17和2之間。節電控制電 路106主要由工頻節電選擇開關SAl、接觸器KMl和KM2、時間繼電器KT、中間繼電器KA4組 成，KM2的常開觸點并聯連在接線端子15和25之間，原控制柜最后閉合接觸器KM的常開 觸點、中間繼電器KAl的常開觸點、接觸器KM3常閉觸點、中間繼電器KA5常閉觸點、接觸器 KM2串聯接在接線端子25和2之間，KM2的常開觸點連在電源Ll和接線端35之間，接觸 器KMl連接在接線端子35和2之間，中間繼電器KA4常閉觸點串聯時間繼電器KT并聯在 接線端子35和2之間，時間繼電器的電延時常開觸點串聯中間繼電器KA4并聯在接線端子 35和2之間，中間繼電器KA4常開觸點并聯在接線端子35和39之間。節電回路102中，電抗元件2L可削弱諧波的干擾。變頻器Ul上設置了節電故障復 位控制端，操作人員可通過對按鈕SB3和DCS3的操作實現手動控制。在二次控制回路中， 還設置了狀態指示報警控制電路，以方便對運行情況的實時監控。PID調節儀的輸出端連接 變頻器Ul的GND和AI2端子，信號輸入端可供壓力傳感器信號輸入，電源端子連接AC220V 電源。在電機M的電源輸入端U、W分別加裝電流互感器2TAa和2TAc，兩個互感器與熱繼 電器FR組成保護電路。電源L2端加裝電流互感器lTAb，lTAb和電流表PA串聯組成輸入 電流顯示電路。轉換開關KK 一端連接三相電源，一端連接電壓表PV，轉動轉換開關可以顯 示任意兩相的電壓。送至DCS的輸出狀態信號有柜體控制，遠方DCS控制，市電運行，待機 狀態，節電運行，電氣故障，市電連鎖，節電連鎖。該水質凈化場離心鼓風機智能節電裝置的工作原理如下通電后，若近地遠程控制選擇開關SA2置于柜體控制位置，輸出狀態柜體控制信 號到DCS控制臺，可以通過柜體啟動按鈕SBl和停止按鈕SB2在柜體上操作設備。若近地 遠程控制選擇開關SA2置于遠方DCS控制，輸出狀態遠方DCS控制信號到DCS控制臺，可以 通過遠方DCS控制臺啟動按鈕DCS1、停止按鈕DCS2來操作設備。在通過近地遠程控制選擇開關SA2選定啟動操作位置后，若工頻節電選擇開關 SAl置于市電旁路位置，此時中間繼電器KA3得電工作，串聯與原設備啟動控制回路的市電聯鎖KA3常閉觸點斷開，斷開原設備啟動控制回路，此時必須先啟動節電設備，否則不能啟 動，從而實現電氣上的聯鎖。此時按下啟動按鈕SB1或DCS1，啟動接觸器KA1工作常開觸點 閉合，KA1常開點閉合，接觸器KM3得電工作，并聯于電源L1和接線端子5的KM3常開觸點 閉合，實現啟動自鎖，并聯于接線端子15和17的KM3常開觸點閉合，實現市電的自鎖，串聯 在指示回路的KM3常開觸點閉合，市電運行指示燈HL2亮，同時輸出到DCS的輸出信號KM3 常開點閉合，把市電運行信號傳達到DCS。KM3的常閉觸點斷開，中間繼電器KA3斷電，串聯 在原啟動裝置的KA3常閉點恢復閉合狀態，接通原啟動控制電路，此時啟動原控制設備，可 實現系統的啟動，串聯在節電控制回路的KM3常閉觸點斷開，實現市電旁路和節電回路的 互鎖。在通過近地遠程控制選擇開關SA2選定啟動操作位置后，若工頻節電選擇開關 SA1置于節電控制位置，由于節電控制回路串聯了原啟動控制裝置最后閉合接觸器KM的常 開觸點，所以只有在市電啟動完畢，KM常開觸點閉合，接通節電控制回路后，才可以啟動節 電器。原啟動控制裝置啟動完畢，接觸器KM常開點閉合，按下啟動按鈕SB1或DCS1后，中 間繼電器KA1得電工作，KA1常開觸點閉合，接觸器KM2得電工作，KM2常開觸點閉合，并聯 在電源L1和接線端子5之間的KM2常開觸點閉合實現啟動自鎖，并聯在接線端子15和25 之間的KM2閉合實現節電控制回路的自鎖，連接在電源L1和接線端子35之間的KM2常開 觸點閉合，使接觸器KM1和時間繼電器KAT得電工作，串聯與市電旁路的接觸器KM2常閉觸 點斷開，實現節電與市電的互鎖。接觸器KM1和KM2工作，接通節電一次電路，變頻器電容 開始充電。與待機指示燈串聯的接觸器KM1常開觸點閉合，接通待機指示回路，待機指示燈 HL1亮，同時將待機信號傳輸之DCS控制臺。充電完成，延時時間到后，KT的得電延時常開 觸點閉合，中間繼電器KA4得電工作，并聯在接線端子35和39之間的KA4常開觸點閉合，實 現中繼電器KA4的自鎖，連接在變頻器U1控制端子COM和DI1的KA4常開點閉合，實現變 頻器的運行，與節電指示燈HL3并聯的KA4常開點閉合接通指示回路，節電運行指示燈亮， 同時把節電運行狀態信號傳送到DCS控制臺，與時間繼電器KT串聯的KA4常閉觸點斷開， 時間繼電器KT線圈失電，避免了時間繼電器KT長期工作而影響其準確性和壽命。從變頻節電回路102接通到運行輸出功率，經過了短暫的延時，變頻器U1直流環 節的濾波電容器得到可靠充電，保障啟動時直流母線的容量，避免起動故障的發生。在節電 運行時由于采用控制回路自保持，故不能將工頻節電選擇開關SA1直接切換到工頻運行狀 態。電氣故障時，熱繼電器FR動作或變頻器故障輸出常開觸點閉合使故障繼電器KA5得電 動作，串聯在控制回路的FR常閉觸點或KA5常閉觸點，任一動作，都會切斷控制回路，從而 斷開主電路，使系統停止工作，同時串聯在故障指示回路的KA5常開觸點或FR常開觸點任 一閉合，接通故障指示回路，故障指示燈亮，同時把故障信號傳達到DCS控制臺。概言之，本實施例中的水質凈化場離心鼓風機智能節電裝置可產生如下有益效 果(1)啟動控制裝置設有工頻旁路，可將節電故障對生產的影響程度降至最低；(2)設有 近地控制和遠程DCS控制轉換開關，操作便捷；(3)節電和市電運行控制回路均具有自保持 功能，可避免在運行狀態下因誤操作切換運行狀態引起電流沖擊而導致系統跳閘；(4)在 滿足工藝需求的前提下，利用變頻控制方式，來取代風門(閥門)控制方式，可以提高電機 的功率因數和效率，并具有顯著的節能效果；(5)在變頻節電回路接通到運行輸出形成短 暫的時間差，使直流環節電容器得到可靠充電，確保啟動時直流母線的容量，避免起動故障的發生；(6)啟動控制裝置串聯接入原控制柜與電機之間，節電啟動時，對于三角形運行的 電動機在不改變繞組接法的情況下，確保原控制回路切換完畢后，再行接通節電控制回路， 這種聯鎖既可保障電動機正常啟動，也不改變操作人員已有的啟停操作習慣，市電運行時， 節電器先啟動完成，原設備再啟動，勿需增設操作按鈕，安裝及使用方便。
權利要求一種水質凈化場離心鼓風機智能節電裝置，其特征在于包括一次回路，其串聯在系統原控制柜和電機之間，主要由工頻旁路和節電回路并聯組成；二次控制回路，其包括近地遠程控制選擇開關、兩地起停選擇電路、工頻節電選擇開關、工頻旁路控制電路和節電運行控制電路，兩地起停選擇電路包括近地本機控制電路和遠程DCS控制電路，近地遠程控制選擇開關可在近地本機控制電路和遠程DCS控制電路之間切換，工頻節電選擇開關可在工頻旁路控制電路和節電運行控制電路之間切換，從而控制一次回路在工頻旁路和節電回路兩種工作狀態之間切換。
2.根據權利要求1所述的水質凈化場離心鼓風機智能節電裝置，其特征在于，所述工 頻旁路(101)包括一旁路接觸器KM3，其主觸頭連接在電機M電源輸入端，另一端連接三相 交流電源的L1、L2、L3端，所述節電回路(102)包括變頻器U1、第一接觸器KM1、第二接觸器 KM2和交流電抗器2L，第一接觸器KMl的主觸頭連接在三相交流電源與變頻器Ul的三個電 源輸入端R、S、T之間，變頻器Ul的輸出端接交流電抗器2L，第二接觸器KM2的主觸頭連接 在交流電抗器2L輸出端和電機M的電源輸入端之間。
3.根據權利要求2所述的水質凈化場離心鼓風機智能節電裝置，其特征在于，所述電 機M的兩個電源輸入端U、W分別加裝電流互感器2TAa和2TAc，該兩個互感器與一熱繼電 器FR組成一保護電路。
4.根據權利要求2所述的水質凈化場離心鼓風機智能節電裝置，其特征在于，所述三 相交流電源的L2端加裝電流互感器ITAb，ITAb和電流表PA串聯組成輸入電流顯示電路， 同時三相交流電源的L1、L2、L3端與一轉換開關KK 一端連接，該開關KK的另一端連接電壓 表PV，轉動轉換開關KK可以顯示任意兩相的電壓。
5.根據權利要求1所述的水質凈化場離心鼓風機智能節電裝置，其特征在于，所述兩 地起停選擇電路(104)包括近地遠程控制選擇開關SA2、啟動中間繼電器KA1、停止中間繼 電器KA2、柜體啟動按鈕SB1、柜體停止按鈕SB2、啟動按鈕DCSl和停止按鈕DCS2，近地遠程 控制選擇開關SA2 —端接電源Li，另一端連接接線端子(3)、(7)，柜體啟動按鈕SBl —端連 接接線端子(3)，另一端連接接線端子(5)，啟動中間繼電器KAl連接于接線端子(5)和(2) 之間，接觸器KM2、KM3的常開觸點并聯在電源Ll和接線端子(5)之間，啟動按鈕DCSl連接 在接線端子⑵和(5)之間，柜體停止按鈕SB2連接在接線端子(3)和(9)之間，啟動中間 繼電器KA2連接在接線端子(9)和(2)之間，停止按鈕DCS2連接在接線端子(7)和(9)之 間，啟動中間繼電器KAl的常開觸點串聯停止中間繼電器KA2的常開觸點并聯接在電源Ll 和接線端子(9)之間。
6.根據權利要求1所述的水質凈化場離心鼓風機智能節電裝置，其特征在于，所述工 頻旁路控制電路(105)包括工頻節電選擇開關SAl，中間繼電器KA2、KA3和接觸器KM3，中 間繼電器KA2的常閉觸點串聯熱繼電器FR的常閉觸點并連接在電源Ll和接線端子(15)之 間，工頻節電選擇開關SAl —端連接接線端子(15)，另一端連接接線端子(17)、(25)，中間 繼電器KAl的常開觸點串聯接觸器KM2的常閉觸點并連接在接線端子(17)和接觸器KM3之 間，接觸器KM3另一端連接在接線端子(2)，接觸器KM3的常開觸點并聯在接線端子(15)、 (17)之間，其常閉觸點串聯中間節電器KA3并聯在接線端子(17)、(2)之間。
7.根據權利要求1所述的水質凈化場離心鼓風機智能節電裝置，其特征在于，所述節電控制電路(106)包括工頻節電選擇開關SAl、接觸器KMl和KM2、時間繼電器KT以及中間 繼電器KA4，KM2的常開觸點并聯連在接線端子(15)、(25)之間，原控制柜最后閉合接觸器 KM的常開觸點、中間繼電器KAl的常開觸點、接觸器KM3常閉觸點、中間繼電器KA5常閉觸 點、接觸器KM2串聯接在接線端子(25)、(2)之間，接觸器KM2的常開觸點連在電源Ll和接 線端(35)之間，接觸器KMl連接在接線端子(35)、(2)之間，中間繼電器KA4常閉觸點串聯 時間繼電器KT并聯在接線端子(35)、(2)之間，時間繼電器的電延時常開觸點串聯中間繼 電器KA4并聯在接線端子(35)、(2)之間，中間繼電器KA4常開觸點并聯在接線端子(35) 和(39)之間。
8.根據權利要求1所述的水質凈化場離心鼓風機智能節電裝置，其特征在于，所述二 次控制回路中還設置有狀態指示報警控制電路，該狀態指示報警控制電路包括PID調節 儀，該PID調節儀的輸出端連接一變頻器Ul的GND和AI2端子，其信號輸入端可供壓力傳 感器信號輸入，且其電源端子連接AC220V電源。
專利摘要本實用新型涉及一種水質凈化場離心鼓風機智能節電裝置，其包括一次回路，其串聯在系統原控制柜和電機之間，主要由工頻旁路和節電回路并聯組成；二次控制回路，其包括近地遠程控制選擇開關、兩地起停選擇電路、工頻節電選擇開關、工頻旁路控制電路和節電運行控制電路，兩地起停選擇電路包括近地本機控制電路和遠程DCS控制電路，近地遠程控制選擇開關可在近地本機控制電路和遠程DCS控制電路之間切換，工頻節電選擇開關可在工頻旁路控制電路和節電運行控制電路之間切換，從而控制一次回路在工頻旁路和節電回路兩種工作狀態之間切換。本實用新型結構簡單，安裝維護方便，且可優化設備的運行性能，并可達到節能之功效。
文檔編號F04D27/00GK201560969SQ200920160379
公開日2010年8月25日 申請日期2009年6月24日 優先權日2009年6月24日
發明者葉超, 王建坤, 陳衛祖 申請人:蘇州漢風科技發展有限公司