工業(yè)鍋爐鼓風(fēng)機(jī)變頻器調(diào)速系統(tǒng)

1、摘要風(fēng)機(jī)設(shè)備主要用于鍋爐的燃燒系統(tǒng)、其他設(shè)備的烘干系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等場(chǎng)合，根據(jù)生產(chǎn)需要對(duì)爐膛壓力、風(fēng)速、風(fēng)量、溫度等指標(biāo)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)以適應(yīng)工藝要求和運(yùn)行工況。而最常用的控制手段則是調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)、擋板開(kāi)度的大小來(lái)調(diào)整受控對(duì)象。這樣，不論生產(chǎn)的需求大小，風(fēng)機(jī)都要全速運(yùn)轉(zhuǎn)，而運(yùn)行工況的變化則使得能量以風(fēng)門(mén)、擋板的節(jié)流損失的形式消耗掉了。在生產(chǎn)過(guò)程中，不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費(fèi)和設(shè)備損耗。從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，設(shè)備使用壽命縮短，設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用高居不下。為此，需要采用多項(xiàng)措施實(shí)現(xiàn)對(duì)離心風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制，以使系統(tǒng)的各種性能達(dá)到合理的要求。 近年來(lái)，出于節(jié)能的迫切需要和

2、對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高的要求，加之采用PLC和變頻器易操作、易維護(hù)、控制精度高，并可以實(shí)現(xiàn)高功能化等特點(diǎn)，采用基于PLC的變頻器驅(qū)動(dòng)方案開(kāi)始逐步取代風(fēng)門(mén)、擋板、閥門(mén)的控制方案。從而大大的降低生產(chǎn)成本，減少能量損耗和對(duì)環(huán)境的污染，為企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 關(guān)鍵字：鍋爐；PLC；變頻器目錄1 緒論12 原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)22.1 變頻器工作原理22.2 變頻器的結(jié)構(gòu)與功能22.2.1 變頻器的結(jié)構(gòu)22.2.2 變頻器的控制方式32.2.3 變頻器的功能42.3 使用變頻調(diào)速的目的52.4 鼓風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能原理62.5 鼓風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速的主電路62.6 主電路器件的選擇73 變頻器選擇

3、及參數(shù)設(shè)置103.1 變頻器的控制方式103.2 控制方式的合理選用113.3 選型原則123.4 PLC及壓力傳感器的選擇133.5 MM430變頻器特性143.6 電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置實(shí)例144 PLC程序設(shè)計(jì)16結(jié)論20參考文獻(xiàn)211 緒論變頻器是將工頻電源轉(zhuǎn)換成任意頻率、任意電壓交流電源的一種電氣設(shè)備，變頻器的使用主要是調(diào)整電機(jī)的功率、實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行。變頻器的組成主要包括控制電路和主電路兩個(gè)部分，其中主電路還包括整流器和逆變器等部件。變頻器的誕生源于交流電機(jī)對(duì)無(wú)級(jí)調(diào)速的需求，隨著晶閘管、靜電感應(yīng)晶體管、耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管等部件的出現(xiàn)，電氣技術(shù)有了日新月異的變化，變頻器調(diào)速技術(shù)也隨之

4、發(fā)展，特別脈寬調(diào)制變壓變頻調(diào)速技術(shù)更是讓變頻器登上了新的臺(tái)階。變頻器的工頻電源一般是50Hz或60Hz，無(wú)論是在家用領(lǐng)域或生產(chǎn)領(lǐng)域，工頻電源的頻率和電壓都是恒定不變的。以工頻電源工作的電機(jī)在調(diào)速時(shí)可能會(huì)造成功率的下降，而通過(guò)變頻器的調(diào)整，電機(jī)在調(diào)速時(shí)就可以減少功率損失。變頻器的種類繁多，按照變頻器的用途不同可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等；按照變頻器工作原理分類可分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等。變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的需要而誕生的。20世紀(jì)60年代以后，電力電子器件經(jīng)歷了SCR(晶閘管)、GTO(門(mén)極可關(guān)斷晶閘管)、B

5、JT(雙極型功率晶體管)、MOSFET(金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管)、SIT(靜電感應(yīng)晶體管)、SITH(靜電感應(yīng)晶閘管)、MGT(MOS控制晶體管)、MCT(MOS控制晶閘管)、IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、HVIGBT(耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管)的發(fā)展過(guò)程，器件的更新促進(jìn)了電力電子變換技術(shù)的不斷發(fā)展。20世紀(jì)70年代開(kāi)始，脈寬調(diào)制變壓變頻(PWMVVVF)調(diào)速研究引起了人們的高度重視。20世紀(jì)80年代，作為變頻技術(shù)核心的PWM模式優(yōu)化問(wèn)題吸引著人們的濃厚興趣，并得出諸多優(yōu)化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世紀(jì)80年代后半期開(kāi)始，美、日、德、英等發(fā)達(dá)國(guó)家的VVVF變頻器已投入市場(chǎng)并獲得了

6、廣泛應(yīng)用。2 原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 變頻器工作原理變頻器就是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備。而這其中控制電路完成對(duì)主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆成交流電（及核心控制電路實(shí)現(xiàn)：交-直-交的過(guò)程）。而變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的需要而誕生的。而其工作原理用公式來(lái)表達(dá)的話便是：n60 f(1s)/p （2.1）式中n異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；f異步電動(dòng)機(jī)的頻率；s電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；p電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。由式(2.1)可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f

7、在050Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段2.2 變頻器的結(jié)構(gòu)與功能2.2.1 變頻器的結(jié)構(gòu)變頻器是由電力電子半導(dǎo)體器件(整流模塊和功率模塊：IGBT)電子器件(阻容件、集成電路開(kāi)關(guān)電源)和微處理器(CPU)等組成。變頻器實(shí)際上就是一個(gè)逆變器.它首先是將交流電變?yōu)橹绷麟?然后用電子元件對(duì)直流電進(jìn)行開(kāi)關(guān).變?yōu)榻涣麟?一般功率較大的變頻器用可控硅.并設(shè)一個(gè)可調(diào)頻率的裝置.使頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào).用來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù).使轉(zhuǎn)數(shù)在一定的范圍內(nèi)可調(diào).變頻器廣泛用于交流電機(jī)的調(diào)速中.變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動(dòng)技術(shù)重

8、要發(fā)展的方向，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流變頻技術(shù)從理論到實(shí)際逐漸走向成熟。變頻器不僅調(diào)速平滑，范圍大，效率高，啟動(dòng)電流小，運(yùn)行平穩(wěn)，而且節(jié)能效果明顯。因此，交流變頻調(diào)速已逐漸取代了過(guò)去的傳統(tǒng)滑差調(diào)速、變極調(diào)速、直流調(diào)速等調(diào)速系統(tǒng)，越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于冶金、紡織、印染、煙機(jī)生產(chǎn)線及樓宇、供水等領(lǐng)域。一般分為整流電路、平波電路、控制電路、逆變電路等幾大部分。 1.整流電路整流電路的功能是把交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源。整流電路一般都是單獨(dú)的一塊整流模塊.2.平波電路平波電路在整流器、整流后的直流電壓中含有電源6倍頻率脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)，為了抑制電壓波動(dòng)采用電感和電容吸收脈

9、動(dòng)電壓(電流)，一般通用變頻器電源的直流部分對(duì)主電路而言有余量，故省去電感而采用簡(jiǎn)單電容濾波平波電路。3.控制電路現(xiàn)在變頻調(diào)速器基本系用16位、32位單片機(jī)或DSP為控制核心，從而實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化控制。變頻器是輸出電壓和頻率可調(diào)的調(diào)速裝置。提供控制信號(hào)的回路稱為主控制電路，控制電路由以下電路構(gòu)成:頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓、電流檢測(cè)電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測(cè)電路”。運(yùn)算電路的控制信號(hào)送至“驅(qū)動(dòng)電路”以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路”。變頻器采取的控制方式，即速度控制、轉(zhuǎn)拒控制、PID或其它方式4.逆變電路逆變電路同整流電路相反，逆變電路是將直流電壓變換為所要頻率的交流電壓，以所確定的時(shí)

10、間使上橋、下橋的功率開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通和關(guān)斷。從而可以在輸出端U、V、W三相上得到相位互差120°電角度的三相交流電壓。2.2.2 變頻器的控制方式1.轉(zhuǎn)差頻率控制轉(zhuǎn)差頻率控制就是通過(guò)控制轉(zhuǎn)差頻率來(lái)控制轉(zhuǎn)矩和電流。轉(zhuǎn)差頻率控制需要檢出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，構(gòu)成速度閉環(huán)，速度調(diào)節(jié)器的輸出為轉(zhuǎn)差頻率，然后以電動(dòng)機(jī)速度與轉(zhuǎn)差頻率之和作為變頻器的給定頻率。與U/f控制相比，其加減速特性和限制過(guò)電流的能力得到提高。另外，它有速度調(diào)節(jié)器，利用速度反饋構(gòu)成閉環(huán)控制，速度的靜態(tài)誤差小。然而要達(dá)到自動(dòng)控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)控制，還達(dá)不到良好的動(dòng)態(tài)性能。2.矢量控制矢量控制，也稱磁場(chǎng)定向控制。它是70年代初由西德F.Blass

11、chke等人首先提出，以直流電機(jī)和交流電機(jī)比較的方法闡述了這一原理。由此開(kāi)創(chuàng)了交流電動(dòng)機(jī)和等效直流電動(dòng)機(jī)的先河。矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子交流電流Ia、Ib、Ic。通過(guò)三相-二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流Ia1、Ib1，再通過(guò)按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1、It1(Im1相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流 ， It1相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流)，然后模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的坐標(biāo)反變換實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制。3.直接轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)越性在于 ，轉(zhuǎn)矩控制是控制定子磁鏈，在本質(zhì)上并不需要轉(zhuǎn)速信息

12、，控制上對(duì)除定子電阻外的所有電機(jī)參數(shù)變化魯棒性良好，所引入的定子磁鏈觀測(cè)器能很容易估算出同步速度信息，因而能方便的實(shí)現(xiàn)無(wú)速度傳感器，這種控制被稱為無(wú)速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制。4.恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載多數(shù)負(fù)載具有恒轉(zhuǎn)矩特性，但在轉(zhuǎn)速精度及動(dòng)態(tài)性能等方面要求一般不高，例如擠壓機(jī)，攪拌機(jī)，傳送帶，廠內(nèi)運(yùn)輸電車(chē)，吊車(chē)的平移機(jī)構(gòu)，吊車(chē)的提升機(jī)構(gòu)和提升機(jī)等。選型時(shí)可選V/f控制方式的變頻器，但是最好采用具有恒轉(zhuǎn)矩控制功能的變頻器。要求控制系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)，靜態(tài)性能2.2.3 變頻器的功能1.變頻節(jié)能變頻器節(jié)能主要表現(xiàn)在風(fēng)機(jī)、水泵的應(yīng)用上。為了保證生產(chǎn)的可靠性，各種生產(chǎn)機(jī)械在設(shè)計(jì)配用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)時(shí)，都留有一定的富余量。當(dāng)

13、電機(jī)不能在滿負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，除達(dá)到動(dòng)力驅(qū)動(dòng)要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費(fèi)。風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是通過(guò)調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門(mén)開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)給風(fēng)量和給水量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門(mén)的截流過(guò)程中。當(dāng)使用變頻調(diào)速時(shí)，如果流量要求減小，通過(guò)降低泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速即可滿足要求。2.功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能無(wú)功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低，大量的無(wú)功電能消耗在線路當(dāng)中，設(shè)備使用效率低下，浪費(fèi)嚴(yán)重，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，從而減少了無(wú)功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。3.軟啟動(dòng)節(jié)能電機(jī)硬啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)

14、重的沖擊，而且還會(huì)對(duì)電網(wǎng)容量要求過(guò)高，啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流和震動(dòng)時(shí)對(duì)擋板和閥門(mén)的損害極大，對(duì)設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動(dòng)功能將使啟動(dòng)電流從零開(kāi)始，最大值也不超過(guò)額定電流，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量的要求，延長(zhǎng)了設(shè)備和閥門(mén)的使用壽命。節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。2.3 使用變頻調(diào)速的目的風(fēng)機(jī)上使用變頻器的目的,常見(jiàn)有4種。第一種,一般工業(yè)用戶多以節(jié)能為目的。例如,電廠、工業(yè)鍋爐房的鼓、引風(fēng)機(jī)調(diào)速。第二種,以壓縮氣體為生產(chǎn)過(guò)程主要?jiǎng)恿υ吹钠髽I(yè),多以實(shí)現(xiàn)過(guò)程自動(dòng)化為目的。例如,化工生產(chǎn)用的壓縮機(jī),利用變頻器的PID調(diào)節(jié)功能或與計(jì)算機(jī)接口,實(shí)現(xiàn)流量、壓力、溫度等參

15、數(shù)的閉環(huán)控制。第三種,風(fēng)機(jī)制造廠用于產(chǎn)品試驗(yàn)或模型試驗(yàn),取代液力偶合器調(diào)速,以簡(jiǎn)化工藝過(guò)程、提高測(cè)試精度為目的。例如,1996年,沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)廠建成我國(guó)風(fēng)機(jī)行業(yè)第一座通風(fēng)機(jī)變頻試車(chē)臺(tái),用于風(fēng)機(jī)葉片拉力試驗(yàn)、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)和超速試驗(yàn)。風(fēng)機(jī)只需要裝配、調(diào)整一次,即可完成這3項(xiàng)試驗(yàn),極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。并且,由于變頻器采用數(shù)字控制技術(shù),解決了原來(lái)用液力偶合器調(diào)速時(shí),風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速漂移,影響測(cè)試精度問(wèn)題,測(cè)試工作也變得十分簡(jiǎn)單。第四種,環(huán)境保護(hù)需要,以降低風(fēng)機(jī)噪聲為目的。當(dāng)實(shí)際需要風(fēng)量經(jīng)常低于設(shè)計(jì)最大風(fēng)量時(shí),采用變頻調(diào)速,使風(fēng)機(jī)低速動(dòng)行。與在工頻下運(yùn)行,用擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量相比,風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)噪聲和機(jī)械噪聲明顯減小。

16、2.4 鼓風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能原理 工業(yè)鼓風(fēng)機(jī)的工作要求是指在特定的工作環(huán)境中，風(fēng)機(jī)輸出的風(fēng)量要隨著外界條件的變化，保持在設(shè)定的參數(shù)值上。這樣，既可滿足工作要求，又不使電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)，而造成電能的浪費(fèi)。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本系統(tǒng)采用閉環(huán)控制的方式。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的壓力由壓力傳感器檢測(cè)，變換成模擬輸入反饋信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后 1與PLC中給定值比較，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換變成模擬量輸出信號(hào)，控制變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制工廠車(chē)間溫度的目的。離心式鼓風(fēng)機(jī)屬典型的平方率負(fù)載，理想的平方率負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速N的平方成正比。 2.5 鼓風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速的主電路1）本系統(tǒng)的硬件電路如圖3所示，它由1臺(tái)電動(dòng)機(jī)，一套壓力傳感器、斷

17、相相序保護(hù)裝置以及供電主回路等構(gòu)成。該系統(tǒng)的核心是S7-200（CPU224）和MICROMASTER 430。MICROMASTER 430是泵和風(fēng)機(jī)類專用變頻器，擴(kuò)展功能強(qiáng)CPU224集成了14點(diǎn)輸入10點(diǎn)輸出，共有24點(diǎn)數(shù)字量I/0，其模擬量擴(kuò)展模塊具有較大的適應(yīng)性和靈活性，且安裝方便，滿足設(shè)計(jì)需要。（1）系統(tǒng)主電路圖2.1 系統(tǒng)主電路（2）系統(tǒng)控制電路如圖2.2為控制電路，當(dāng)KA2接觸點(diǎn)閉合時(shí)，電動(dòng)機(jī)變頻起動(dòng)；當(dāng)KA2接觸斷開(kāi)時(shí)，停止電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行。為便于風(fēng)機(jī)進(jìn)行“變頻運(yùn)行”和“工頻運(yùn)行”的切換。圖2.2系統(tǒng)控制電路2.6 主電路器件的選擇1.斷路器(1) 主要作用1)隔離作用 當(dāng)變頻

18、器需要檢修時(shí)，或者因某種原因而長(zhǎng)時(shí)間不用時(shí)，將QF切斷，使變頻器與電源隔離。2)保護(hù)作用 當(dāng)變頻器輸入側(cè)發(fā)生短路等故障時(shí)，進(jìn)行保護(hù)。(2)選擇原則 1)變頻器在剛接電源的瞬間，對(duì)電容器的充電電流可達(dá)額定電流的（2-3）倍；2)變頻器的進(jìn)線電流是脈沖電流，其峰值常可能超過(guò)額定電流；3)變頻器允許的過(guò)載能力為150%，1min。 所以，為了避免誤動(dòng)作，斷路器的額定電流應(yīng)選： （2.2）其中為變頻器的額定電流。2.接觸器（1）主要作用1）可通過(guò)按鈕開(kāi)關(guān)方便地控制變頻器的通電與斷電；2）變頻器發(fā)生故障時(shí)，可自動(dòng)切斷電源。（2）選擇原則 由于接觸器自身并無(wú)保護(hù)功能，不存在誤動(dòng)作的問(wèn)題，故選擇原則是主觸點(diǎn)

19、的額定電流3.輸出接觸器 變頻器的輸出端一般不裝接觸器。如由于某種需要而接入時(shí)，則因?yàn)殡娏髦泻休^強(qiáng)的諧波成分，故主觸點(diǎn)的額定電流。其中為電動(dòng)機(jī)的額定電流。（1）電源和變頻器之間的導(dǎo)線一般說(shuō)來(lái)，和同容量普通電動(dòng)機(jī)的電線選擇方法相同。考慮到其輸入側(cè)的功率因數(shù)往往較低，應(yīng)本著宜大不宜小的原則來(lái)決定線徑。（2）變頻器和電機(jī)之間的導(dǎo)線 因?yàn)轭l率下降時(shí)，電壓也要下降，在電流相等的情況下，線路電壓降在輸出電壓中的比例將上升，而電動(dòng)機(jī)得到電壓的比例則下降。這有可能導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)帶不動(dòng)負(fù)載并發(fā)熱。所以，在決定變頻器和電動(dòng)機(jī)之間導(dǎo)線的線徑時(shí)，最關(guān)鍵的因素便是線路電壓降的影響。一般要求：的計(jì)算公式是： （2.3）式中

20、：額定相電壓，V ； 電動(dòng)機(jī)額定電流，A ；單位長(zhǎng)度（每米）導(dǎo)線的電阻，m/m ；導(dǎo)線的長(zhǎng)度，m 。由上兩式可直接求出的取值范圍。下表給出了常用電動(dòng)機(jī)引出線的單位長(zhǎng)度電阻值。表2.1標(biāo)稱截面/mm21.01.52.54.06.010.016.025.035.0/(m/m)17.811.96.924.402.921.731.100.690.495.制動(dòng)電阻準(zhǔn)確計(jì)算制動(dòng)電阻值十分麻煩，在實(shí)際工作中基本不用。許多變頻器的使用說(shuō)明書(shū)上給了一些計(jì)算方法，也有的直接提供了供用戶選用的制動(dòng)電阻的規(guī)格。但按說(shuō)明書(shū)上選擇電阻時(shí)須注意下面問(wèn)題，變頻器生產(chǎn)廠家為了減少制動(dòng)電阻檔次，常常對(duì)若干種不同容量的電動(dòng)機(jī)提供相

21、同阻值和容量的制動(dòng)電阻。選用時(shí)，應(yīng)注意根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的具體情況進(jìn)行調(diào)整。對(duì)同一擋中電動(dòng)機(jī)容量較小者，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值偏大。為了減小能量的消耗，應(yīng)根據(jù)制動(dòng)過(guò)程的緩急程度以及飛輪力矩的大小，考慮能否選擇阻值較大的制動(dòng)電阻。對(duì)同一擋中電動(dòng)機(jī)容量較大者，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值偏小。在一些飛輪力矩較大，又要求快速制動(dòng)的場(chǎng)合，或者如起重機(jī)械那樣，需要釋放位能的場(chǎng)合，上述制動(dòng)電阻有可能滿足不了要求，靠考慮選擇阻值較小的一擋制動(dòng)電阻。3 變頻器選擇及參數(shù)設(shè)置3.1 變頻器的控制方式 低壓通用變頻器輸出電壓在38O65OV，輸出功率在O75400kW，工作頻率在O400Hz，它的主電路都采用交一直一交電

22、路。其控制方式經(jīng)歷以下四代。1、 第一代以U/fConst，正弦脈寬調(diào)制（SPWM）控制方式。其特點(diǎn)是：控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，但系統(tǒng)性能不高、控制曲線會(huì)隨負(fù)載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢、電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時(shí)因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。2、 第二代以電壓空間矢量（磁通軌跡法），又稱SVPWM控制方式。它是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軌跡為目的，一次生成三相調(diào)制波形。以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式而進(jìn)行控制的。3、 第三代以矢量控制（磁場(chǎng)定向法）又稱VC控制。其實(shí)質(zhì)是將交流電動(dòng)機(jī)等效直流電動(dòng)機(jī)，分別對(duì)速度、磁場(chǎng)兩個(gè)分量進(jìn)行獨(dú)立控制

23、。通過(guò)控制轉(zhuǎn)子磁鏈，以轉(zhuǎn)子磁通定向，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)兩個(gè)分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。4、 第四代以直接轉(zhuǎn)矩控制，又稱DTC控制。其實(shí)質(zhì)不是間接的控制電流、磁鏈等量，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控制量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。具體方法是：（1） 控制定子磁鏈引入定子磁鏈觀測(cè)器，實(shí)現(xiàn)無(wú)速度傳感器方式；（2） 自動(dòng)識(shí)別（ID）依靠精確的電機(jī)數(shù)學(xué)模型，對(duì)電機(jī)參數(shù)自動(dòng)識(shí)別；（3） 算出實(shí)際值對(duì)定子阻抗、互感、磁飽和因素、慣量等算出實(shí)際的轉(zhuǎn)矩、定子磁鏈、轉(zhuǎn)子速度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制；（4） 實(shí)現(xiàn)BandBand控制一一按磁鏈和轉(zhuǎn)矩的Band一Band控制產(chǎn)生PWM信號(hào)，對(duì)逆變器開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制；（5） 具有快速

24、的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)（2ms，很高的速度精度（±2%，無(wú)PG反饋），高轉(zhuǎn)矩精度（土3%）；（6）具有較高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩及高轉(zhuǎn)矩精度，尤其在低速時(shí)（包括0速度時(shí)），可輸出15O%200%轉(zhuǎn)矩。3.2 控制方式的合理選用 控制方式是決定變頻器使用性能的關(guān)鍵所在。目前市場(chǎng)上低壓通用變頻器品牌很多，包括歐、美、日及國(guó)產(chǎn)的共約5O多種。選用變頻器時(shí)不要認(rèn)為檔次越高越好，其實(shí)只要按負(fù)載的特性，滿足使用要求就可，以便做到量才使用、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。 表3.1 控制方式的比較控制方式U/f=C控制電壓空間矢量控制矢量控制直接轉(zhuǎn)矩控制反饋裝置不帶PG帶PG或PID調(diào)節(jié)器不要不帶PG帶PG或編碼器速比I<1:401:6

25、01:1001:1001:10001:100起動(dòng)轉(zhuǎn)矩（在3Hz）150%150%150%150%零轉(zhuǎn)速時(shí)為150%零轉(zhuǎn)速時(shí)為>150%200%靜態(tài)速度精度/%±（0.20.3）±（0.20.3）±0.2±0.2±0.02±0.2適用場(chǎng)合一般風(fēng)機(jī)、泵類等較高精度調(diào)速，控制一般工業(yè)上的調(diào)速或控制所有調(diào)速或控制伺服拖動(dòng)、高精傳動(dòng)、轉(zhuǎn)矩控制負(fù)荷起動(dòng)、起重負(fù)載轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，恒轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大負(fù)載直接轉(zhuǎn)矩控制，在帶PG或編碼器后I可擴(kuò)展至1:1000，靜態(tài)速度精度可達(dá)±0.01%。 平方降轉(zhuǎn)矩負(fù)載隨著轉(zhuǎn)速的降低，轉(zhuǎn)矩以平方的比例下降，所

26、以低頻時(shí)的負(fù)載電流很小，即使選用普通異步電動(dòng)機(jī)也不會(huì)發(fā)生過(guò)熱現(xiàn)象，因此一般的風(fēng)機(jī)水力機(jī)械很適合由Vf控制的變頻器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。一般的Vf控制變頻器都預(yù)先設(shè)置了平方降轉(zhuǎn)矩負(fù)載用的Vf特性。由于機(jī)械種類不同飛輪轉(zhuǎn)矩有很大不同，如負(fù)載的GD2很大，必須設(shè)定很長(zhǎng)的加速時(shí)間。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)以超過(guò)基頻轉(zhuǎn)速以上的速度運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，負(fù)載所需功率隨轉(zhuǎn)速的提高而急劇增加，極易超出電機(jī)和變頻器的容量，所以應(yīng)避免這類負(fù)載超過(guò)工頻運(yùn)行。3.3 選型原則 通用變頻器的選擇包括類型選擇和容量選擇兩個(gè)方面。應(yīng)按照機(jī)械設(shè)備的類型、負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性、調(diào)速范圍、靜態(tài)速度精度、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和使用環(huán)境的要求，決定選用何種控制方式和防護(hù)結(jié)構(gòu)的變頻器最合適。

27、首先要根據(jù)機(jī)械對(duì)轉(zhuǎn)速(最高、最低)和轉(zhuǎn)矩(起動(dòng)、連續(xù)及過(guò)載)的要求，確定機(jī)械要求的最大輸入功率(即電機(jī)的額定功率最小值)。然后，選擇電機(jī)的極數(shù)和額定功率。電機(jī)的極數(shù)決定了同步轉(zhuǎn)速，要求電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速盡可能地覆蓋整個(gè)調(diào)速范圍。為了充分利用設(shè)備潛能，避免浪費(fèi)，可允許電機(jī)短時(shí)超出同步轉(zhuǎn)速，但必須小于電機(jī)允許的最大轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)矩取設(shè)備在起動(dòng)、連續(xù)運(yùn)行、過(guò)載或最高轉(zhuǎn)速等狀態(tài)下的最大轉(zhuǎn)矩。最后，根據(jù)變頻器輸出功率和額定電流稍大于電機(jī)的功率和額定電流的原則來(lái)確定變頻器的參數(shù)與型號(hào)。需要注意的是，變頻器的額定容量及參數(shù)是針對(duì)一定的海拔高度和環(huán)境溫度而標(biāo)出的，一般指海拔1000m以下，溫度在40或25以下。若使用環(huán)

28、境超出該規(guī)定，則在確定變頻器參數(shù)、型號(hào)時(shí)要考慮到環(huán)境造成的降容因素。 經(jīng)對(duì)各種變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能論證，選用MM430西門(mén)子的變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用于風(fēng)機(jī)上。該變頻器為通用型變頻器，其結(jié)構(gòu)圖如圖所示：圖 3.1 變頻器外部接線圖3.4 PLC及壓力傳感器的選擇 鼓風(fēng)機(jī)M1可變頻運(yùn)行，也可工頻運(yùn)行，需要2個(gè)輸出點(diǎn)，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求需要1個(gè)輸入點(diǎn)，則選擇西門(mén)子的S7-200系列PLC。 壓力傳感器采用CY-YZ-1001型絕對(duì)傳感器。該傳感器采用硅壓阻效應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)壓力測(cè)量的力-電轉(zhuǎn)換。傳感器由敏感芯體和信號(hào)調(diào)理電路組成，當(dāng)壓力作用于傳感器時(shí)，敏感芯體內(nèi)硅片上的惠斯登電橋的輸出電壓發(fā)生變化，信號(hào)調(diào)理電

29、路將輸出的電壓信號(hào)作放大處理，同時(shí)進(jìn)行溫度補(bǔ)償、非線性補(bǔ)償，使傳感器的電性能滿足技術(shù)指標(biāo)的要求。傳感器的量程為02.5MPa，工作溫度為560，輸出電壓為05V，作為本系統(tǒng)的反饋信號(hào)供給PLC。3.5 MM430變頻器特性 MM430變頻器為“通用型”變頻器，主要應(yīng)用于三相電動(dòng)機(jī)的變速驅(qū)動(dòng)，也可以用于泵類、風(fēng)機(jī)等節(jié)能負(fù)載。是現(xiàn)行西門(mén)子“通用型”主流變頻器。其功能為線性U/f控制，多點(diǎn)設(shè)定的U/f控制，磁通電流控制，內(nèi)置PID控制器，矢量控制。功率范圍為0.12250kW。面板操作如下圖所示：圖 3.2 面板操作圖3.6 電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置實(shí)例P0010=1 (快速調(diào)試)P0100=0(功率單位為KW；f的缺省值為50Hz)P0304=380(電動(dòng)機(jī)的額定電壓V)P0305=200(電動(dòng)機(jī)的額定電流A)P0307=110（電動(dòng)機(jī)的額定功率KW）P0310=50(電動(dòng)機(jī)的額定頻率Hz)P0311=1470（電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速）P0700=2(變頻器命令源選擇為模入端子/數(shù)字輸入)P1000=2(模擬設(shè)定值)P1080