变频器在现代化牧场挤奶设备中的应用

变频调速技术作为一种先进的电机调速方式,其优越的性能以及改善工艺流程所带来的经济效益早 已为人所知。变频器在工业上已经使用了很多年,近几年在现代化牧场挤奶设备中的应用也越来越多。本文 介绍了当前变频器在挤奶设备中使用的优势和特点,以利于变频器在牧场中的推广和使用,保证牧场挤奶设 备的高效稳定运转,为节能环保贡献一份力。

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全能服务

【编者按】定期对牧场设备进行检测、保养和维护，可以将设备的故障率降到最低，提高奶牛产奶量和牛群健康水平，提高员工工作效率和牧场生产效率，降低牧场成本，这既是每个牧场日常管理的必需环节，也是牧场长期稳定发展的必要环节。挤奶机是牧场运行良好与否的核心部分，为挤奶设备进行诊断，能够提前消除设备隐患，及时解决可能存在的问题，使得牧场安全顺利生产。利拉伐公司在这一领域有着丰富的经验，并希望与广大奶业从业者一同分享其135年的牧场服务经验。基于此，本刊携手利拉伐推出“全能服务”专栏，意在把设备维护的重要理念深入到奶业行业，将国际专业的设备检测、维护、维修知识带入中国牧场，提高牧场的管理水平，带动行业服务的专业化和规范化。最终帮助中国牧场在可持续发展的前提下，让奶牛多产奶、产好奶，健康长寿，让奶农收益更多。本栏目特设二维码，以方便广大读者参阅。

变频器在现代化牧场挤奶设备中的应用

孙保贵

（利拉伐（天津）有限公司，天津 300308）

中图分类号：TS252.2+1 文献标识码：A 文章编号：1004-4264（2015）02-0045-02

摘 要：变频调速技术作为一种先进的电机调速方式，其优越的性能以及改善工艺流程所带来的经济效益早已为人所知。变频器在工业上已经使用了很多年，近几年在现代化牧场挤奶设备中的应用也越来越多。本文介绍了当前变频器在挤奶设备中使用的优势和特点，以利于变频器在牧场中的推广和使用，保证牧场挤奶设备的高效稳定运转，为节能环保贡献一份力。关键词：变频器；挤奶机；节能

变频器又称为变频驱动器或驱动控制器，是应用变频驱动技术改变交流电动机工作电源的频率和幅度，来平滑控制交流电动机速度及转矩。全球约1/3的能量是消耗在驱动定速离心泵、风扇及压缩机的电动机上，而变频器的市场渗透率仍不算高[1,2]。能源效率的显著提升是使用变频器的主要原因。当前在一些牧场特别是现代化大型牧场挤奶设备中已经开始使用变频器来控制相关设备的运行。本文主要介绍了变频器在牧场挤奶厅使用

中的节能和降噪优点，以供同行参考.。

1 牧场挤奶厅使用变频器的优点

本文以山东一家规模牧场为例，阐述变频器在牧场应用中的优势。该场使用利拉伐公司美式重型并列式挤奶台，挤奶厅基本配置为：2×2×60重型并列挤奶机、日挤奶牛5.000~5.500头，每天挤奶4次，奶厅每天运行22~23.5h。

2014-12-01收稿日期：

孙保贵（1983-），男，利拉伐（天津）有限公司售后服务作者简介：

部工程师，行业从业近4年，擅长挤奶设备的iso测试，及用iso测试进行设备故障分析。

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变频调速技术作为一种先进的电机调速方式,其优越的性能以及改善工艺流程所带来的经济效益早 已为人所知。变频器在工业上已经使用了很多年,近几年在现代化牧场挤奶设备中的应用也越来越多。本文 介绍了当前变频器在挤奶设备中使用的优势和特点,以利于变频器在牧场中的推广和使用,保证牧场挤奶设 备的高效稳定运转,为节能环保贡献一份力。

全能服务

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1.1 节能

节能效率是变频器最重要的优点之一。挤奶厅里使用变频器的设备有两种：一种是真空泵，另一种是奶泵。变频器的节能量可参考GB12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南中的计算公式，即泵类设备性能参数的变化遵循比例定律：不考虑电机效率，流量与转速的一次方成正比；轴功率则与转速的三次方成正比，见公式1：

QnQ=n; Pn3.（1）.若要计算变频器的节能效率，则需要统计真空泵和 =()

奶泵在单位时间里面的转速变化，这些转速变化与奶厅挤奶台的挤奶流程密切相关，以下为挤奶台的详细流程（表2）。

表2

每个挤奶波次中详细的时间分配

注:A.第一头牛从入口门到1号挤奶位所需时间；B.第一头牛进入到开始上

杯间隔的时间；C.从第一头开始上杯到最后一头上杯结束；D.全部挤完奶所需时间。

根据表3数据统计真空泵的节电性能。由表2中统计的数据可以看出，真空泵转速较大的时间段是在从第一头牛开始上杯到最后一头牛上杯结束这一段。在上杯时，挤奶工按下挤奶键到四个钢杯全部套在奶牛乳头上这段时间是有空气泄露的，对应观察变频器上显示真空泵转速是60%~100%，平均约80%转速，在其他时间段因泄漏量较少，对应观察变频器上显示的的真空泵转速是30%~50%，平均约40%转速。按照公式（1）和表2、3，可以计算每天20h所节约的用电量，见表4。

表3

真空泵不同转速下的节电率

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注:A1.真空泵80%转速所占时间比例；B1.真空泵40%转速所占时间比例；C1.每天20h挤奶时间节约电量。

由表3、4可以看出，真空泵在变频器的控制下节电性能明显，按每天挤奶时间为20h计算，每天每台真空泵可节约电能126kW·h，两个奶厅全年由真空泵节省的电能为：365×2×126=91980kW·h。

牛奶的最大流速会出现在第一头牛和最后一头牛全部上杯结束之后到挤奶结束这一段时间，这一段时间所有的牛都在挤奶，这时的牛奶流速是最大的，对应奶泵的转速也是最快的，控制奶泵的变频器由牛奶接收罐中的液位开关来给变频器提供信号。当牛奶流速较慢时，低液位给予变频器的信号使奶泵以1.200r/min的转速工

作；当牛奶流速变快时，高液位给予变频器的信号使奶泵以3.000r/min的转速工作。根据公式（1）统计的奶泵在变频器控制下工作的节电效率得出5HP奶泵在变频器控制下的节电率（表5）。

表5

5HP奶泵在变频器控制下的节电率

注:A2.5HP奶泵实际转速；B2.5HP奶泵实际功率；C2.该转速下所占时间

比例；D2.每天20h挤奶时间节约电量；E2.全年2个奶厅两个奶泵节电量。

由表5可知，奶泵在变频器的控制下节电性能明显，按每天挤奶时间为20h计算，每天每台奶泵可节约电能33.6kW·h，年节省电能为：365×2×33.6=24528kW·h。

1.2 降噪

挤奶厅中真空泵在工作时发出的声音是整个奶厅最大的嗓音。一般牧场一共配备4台LVP6000真空泵，若4台真空泵全部全速运转，产生的噪音使人在近距离很难承受。奶厅机修人员、挤奶工人的长期工作环境是在距离真空泵的2m范围之内，这种嗓音会严重影响他们的健康。

一般情况下，85分贝以下的噪声不至于危害听觉，而85分贝以上则可能发生危险。统计表明，长期工作在90分贝以上的噪声环境中，耳聋发病率明显增加。有研究表，为了保护人们的听力和身体健康，噪音的允许值

变频调速技术作为一种先进的电机调速方式,其优越的性能以及改善工艺流程所带来的经济效益早 已为人所知。变频器在工业上已经使用了很多年,近几年在现代化牧场挤奶设备中的应用也越来越多。本文 介绍了当前变频器在挤奶设备中使用的优势和特点,以利于变频器在牧场中的推广和使用,保证牧场挤奶设 备的高效稳定运转,为节能环保贡献一份力。

在75~90分贝。保障交谈和通讯联络，环境噪音的允许值在.45~60分贝，对于睡眠时间建议在35~50分贝。

笔者使用噪声测试计分别在不同位置和不同时间点以及真空泵的不同转速下对整个奶厅的噪音进行了测试。时间分别在早上8点、中午12点和下午3点，统计结果见表6。

表6

真空泵在有无变频器控制下的噪音变化

注:A3为挤奶时距离安装变频器的奶厅10m的位置测试；B3为挤奶时变频器控制下距离真空泵2m距离测试；C3为两泵没有变频器控制全速运转时2m距离测试，降噪幅度为有变频器控制时噪音降低幅度。

由表6可知，在有变频器控制时，真空泵不必全速

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机械MACHINE FACILITIES

设施

运转即可满足整个挤奶系统对真空度的要求，可明显降低整个奶厅的噪音水平。

2 结论

实测结果表明，挤奶设备在使用变频器后，节能效果明显。本文中山东这家牧场每年因为变频器的使用可以节约电能约116.508kW·h，还可明显降低奶厅的噪音水平，大大改善了挤奶厅工作人员的工作环境。而且，使用变频器后真空泵和奶泵不必在全负荷下运转，可大幅延长设备的使用寿命。

参考文献

[1] Campbell, Sylvester J. Solid-State AC Motor Controls. New

York: Marcel Dekker, Inc. 1987: 79-189.

[2] Jaeschke, Ralph L. Controlling

Power Transmission Systems.

Cleveland, OH: Penton/IPC. 1978 [3] 李方圆.变频控制在空压机的应用[J].通用机械,2004,5.

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