變頻器在高速公路上的應(yīng)用

1 引言
在高速公路上，設(shè)有很多收費(fèi)站，每一進(jìn)、出車道上均有一欄桿機(jī)，欄桿機(jī)的傳動(dòng)需要變頻器驅(qū)動(dòng)。這些收費(fèi)站大都遠(yuǎn)離城市，收費(fèi)站的生活區(qū)也不可能由城市自來(lái)水供應(yīng)。一般是就地打一口井，抽地下水滿足生活需求，這就需要一套小型的供水系統(tǒng)。高速公路上每間隔50～60km就有一個(gè)服務(wù)區(qū)，這些服務(wù)區(qū)也是遠(yuǎn)離城市，同樣需要獨(dú)立的供水系統(tǒng)。在全國(guó)，高速公路收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)的數(shù)量眾多，變頻恒壓供水系統(tǒng)是必然的選擇。另外，在較長(zhǎng)隧的通風(fēng)系統(tǒng)中變頻器也有應(yīng)用。

2 變頻器在欄桿上的應(yīng)用
欄桿機(jī)控制高速公路的起、閉。欄桿機(jī)由金屬機(jī)箱（橙黃色）、電機(jī)、減速器，變頻器、動(dòng)態(tài)平衡器、控制凸輪組、橫桿、防砸檢測(cè)器等組成。其中控制器由兩部分電路組成，一部分控制檔車器的橫桿運(yùn)動(dòng)；另一部分用于處理各種輸入輸出信號(hào)，如防砸處理、119報(bào)警處理和等待放行功能等。欄桿機(jī)與入口終端機(jī)及出口終端機(jī)等設(shè)備聯(lián)機(jī)，以控制檔桿之開(kāi)啟與關(guān)閉。檔桿長(zhǎng)度為3m或以上。檔桿可做0～90°間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)不會(huì)過(guò)載，啟、閉檔桿的時(shí)間在5s以內(nèi)，每天可操作10000次。欄桿機(jī)的供電電壓為交流220v，由于高速公路收費(fèi)站遠(yuǎn)離城市，供電大多就近取自農(nóng)網(wǎng)，農(nóng)網(wǎng)的供電壓不穩(wěn)定，電壓的波動(dòng)達(dá)到±20%。由此對(duì)變頻器的要求是：頻繁的起動(dòng)停止、快速的加減速、適應(yīng)寬范圍波動(dòng)的電源電壓、運(yùn)行平穩(wěn)、欄桿起升、下降的位置準(zhǔn)確。一般欄桿機(jī)安裝在野外，收費(fèi)站的頂棚可遮擋從上面下的雨，但擋不住風(fēng)大時(shí)從側(cè)面吹來(lái)的雨水，因此，欄桿都有一個(gè)封閉的機(jī)箱，用來(lái)安裝變頻器和電器控制系統(tǒng)。變頻器裝在空間不大的封閉機(jī)箱中，在夏季氣溫較高時(shí)不會(huì)引起過(guò)熱跳閘。因?yàn)榘惭b位置有限，要求變頻器的體積盡量小。
希望森蘭sb40d系列變頻器是高性能的通用變頻器、具有較高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、設(shè)計(jì)上運(yùn)用獨(dú)有樹(shù)狀散熱器，可使機(jī)身超小型、生產(chǎn)采用貼片工藝，使機(jī)器可靠性大幅度提高、內(nèi)置plc功能、igbt、ipm智能功率模塊超靜音運(yùn)行、多路可編程功能輸出端子和繼電器輸出端子、輸入電壓的變化范圍允許在176v～264v之間。在某高速公路收費(fèi)站用希望森蘭sb40d0.75kw變頻器控制欄桿機(jī)，變頻器的設(shè)置如下：f02=1運(yùn)轉(zhuǎn)指令由端子控制，f08=0.7加速時(shí)間0.7s，f09=0.7減速時(shí)間0.7s，f31=0.1起動(dòng)持續(xù)時(shí)間0.1s，其余均按出廠值。欄桿機(jī)使用變頻器后，由于加減速時(shí)間可任意調(diào)節(jié)，此處設(shè)置加減速時(shí)間為0.7s，檔桿每天操作數(shù)百次至上千次，擋桿起降平穩(wěn)自如；輸入電壓的變化范圍到±20%后，沒(méi)有因電壓的波動(dòng)跳閘，取得了較好的使用效果。

3 高速公路服務(wù)區(qū)和收費(fèi)站的恒壓供水
高速公路服務(wù)區(qū)和收費(fèi)站中有不少工作人員，有人生活的地方就一定要用水，而服務(wù)區(qū)和收費(fèi)站一般離城市較遠(yuǎn)，不可能依靠城市自來(lái)水管網(wǎng)供水，只好就近取水源供水。靠河邊的區(qū)、站總是少數(shù)，因此絕大多數(shù)區(qū)、站取地下水，如果鐵錳含量超標(biāo)，經(jīng)暴化處理，再經(jīng)沉淀，過(guò)濾后作為生活用水。在這些區(qū)、站中人數(shù)不是很多，高峰和低谷的用水量變化非常大，不用變頻調(diào)速的供水系統(tǒng)會(huì)造成電能極大的浪費(fèi)。因此，最常見(jiàn)的都做成變頻恒壓供水系統(tǒng)，這樣，當(dāng)用水量較小時(shí)，變頻器自動(dòng)降頻，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速變慢，電能消耗大幅度下降；深夜無(wú)人用水時(shí)，還可使變頻器進(jìn)入休眠狀態(tài)，即變頻器停止運(yùn)行，但仍在監(jiān)測(cè)管網(wǎng)的水壓。由于管道的泄漏，當(dāng)管網(wǎng)的水壓低于某一值時(shí)，例如，設(shè)定值的65%（此值可任意設(shè)定），變頻器重新起動(dòng)，管網(wǎng)水壓又開(kāi)始上升，到設(shè)定值時(shí)仍無(wú)人用水，過(guò)一段時(shí)間變頻器再次進(jìn)入休眠。這樣，無(wú)需人員的干預(yù)，就可實(shí)現(xiàn)水泵的自動(dòng)起停，節(jié)電會(huì)更顯著。從上面的過(guò)程還可看出，用水的高峰和低谷之間差別越大，管道的泄漏越少，節(jié)電越顯著。
4 收費(fèi)站的變頻恒壓供水系統(tǒng)
高速公路某收費(fèi)站有20多人，離最近的城市也有10km的路程，生活用水就自建一個(gè)小型的供水系統(tǒng)。選擇適當(dāng)?shù)牡胤?，打了一?0m深的井，地下水的水質(zhì)還不錯(cuò)，細(xì)菌含量低于自來(lái)水飲水標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)沉淀，過(guò)濾后就是優(yōu)質(zhì)的生活用水。抽水泵采用一臺(tái)功率22kｗ深井泵，用鋼絲繩吊裝在離井口28m的井水中。井水抽上來(lái)進(jìn)入沉淀池，過(guò)濾后再由兩臺(tái)15kｗ水泵（一用一備）將水送入管網(wǎng)供使用，變頻恒壓供水系統(tǒng)的主電路原理圖和控制原理圖如圖1和圖2所示。

圖1 恒壓供水主電路原理圖 [!--empirenews.page--]

                                                                                                                                     圖2 恒壓供水控制電路原理圖

從圖1可見(jiàn)，由于供水泵是一用一備，任何時(shí)候都只有一臺(tái)水泵在變頻狀態(tài)或者在恒速狀態(tài)工作，圖中的km1～km4就用于變頻和恒速；1#泵和2#泵之間的切換，所以系統(tǒng)具有較大的靈活性，可任意選擇1#泵和2#泵工作于變頻或恒速。
恒壓供水選用森蘭bt12s15kw系列風(fēng)機(jī)、水泵專用變頻器，該系列變頻器有內(nèi)置pid調(diào)節(jié)器，并集成有供水軟件，非常適合恒壓供水應(yīng)用。壓力變送器選用森納斯dg13w-bz-a量程1mpa，顯示器采用宏潤(rùn)wp-801多功能顯示器，在運(yùn)行過(guò)程中，可從顯示器上讀出實(shí)時(shí)的壓力值。
收費(fèi)站的樓層一般都不高，恒壓供水的給定值設(shè)為0.25mpa～0.3mpa，可用外接電位器或直接在變頻器操作鍵盤上設(shè)定。為防止無(wú)關(guān)的人員修改設(shè)定，推薦使用鍵盤設(shè)定。
從圖2可見(jiàn)，k3用于恒速/變頻選擇；zk1、zk2為中間帶零位的三位旋鈕開(kāi)關(guān)，用于水泵的選擇，并且為保證安全，恒速與變頻之間；1#泵與2#泵之間都有互鎖。本例恒壓供水系統(tǒng)已經(jīng)安全運(yùn)行了兩年，為用戶節(jié)省了電能，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

5 變頻器在隧道通風(fēng)中的應(yīng)用
在山區(qū)修建高速公路，必然要建隧道，當(dāng)隧道的長(zhǎng)度較長(zhǎng)或隧道穿過(guò)有煤層地質(zhì)存在的地方時(shí)，由于隧道較長(zhǎng)，車輛經(jīng)過(guò)時(shí)揚(yáng)起的灰塵和煤層中泄出的瓦斯在隧道中不易消散，前者在隧道中使能見(jiàn)度降低，引發(fā)交通事故；后者使瓦斯在隧道空氣中積累，當(dāng)瓦斯在隧道中集聚的濃度比較高時(shí)，可能引發(fā)惡性爆炸事故，這應(yīng)該絕對(duì)避免發(fā)生的。因此，隧道中裝有光電傳感器和瓦斯傳感器，只要隧道中使能見(jiàn)度降低或瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)時(shí)，就起動(dòng)安裝在隧道中的風(fēng)機(jī)進(jìn)行排風(fēng)作業(yè)，達(dá)到要求后自動(dòng)停止風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。實(shí)際上，通風(fēng)系統(tǒng)是一計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)對(duì)隧道中的狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄，保證行車和隧道的安全。
高速公路隧道的通風(fēng)也可用變頻器，也可用軟起動(dòng)器，一般來(lái)說(shuō)，用變頻器可節(jié)省電力變壓器和線路的投資。隧道中除風(fēng)機(jī)用電外，照明也需要用電，常規(guī)的方法是就近架一路10kｖ輸電線到隧道附近，再由變壓器降壓到380ｖ/220ｖ使用。變頻器驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)可在額定電流下起動(dòng)，如果用軟起動(dòng)器起動(dòng)風(fēng)機(jī)，用限流起動(dòng)方式時(shí)，起動(dòng)電流為額定電流的2.5～5倍，如用電壓斜坡式起動(dòng)，其起動(dòng)電流為額定電流的5～7倍。這就意味著變壓器的容量須加大，考慮起動(dòng)時(shí)線路的壓降，輸電線的線徑也必須增加，能耗也要加大。因此，在隧道通風(fēng)中用變頻器不僅可節(jié)省投資，還有一定的節(jié)能。

6 結(jié)束語(yǔ)
高速公路使用了變頻器后，可提升自動(dòng)化控制水平，恒壓供水和隧道通風(fēng)系統(tǒng)有一定的節(jié)能效果。