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

1、沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文摘要風(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、 擋板開度的大小來(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、 擋板的節(jié)流損失的形式消耗掉了。 在生產(chǎn)過程中，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

2、。近年來(lái)，出于節(jié)能的迫切需要和對(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)方案開始逐步取代風(fēng)門、 擋板、閥門的控制方案。 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i沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文目錄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)

3、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133.6 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)21ii沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文1 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

4、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

5、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(門極可關(guān)斷晶閘管 )、 bjt(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年代開始，脈寬調(diào)制變壓變頻 (pwm vvvf) 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

6、模式優(yōu)化問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)并獲得了廣泛應(yīng)用。1沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文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

7、作原理用公式來(lái)表達(dá)的話便是：n60 f(1 s)/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 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、集成電路開關(guān)電源 ) 和微處理器 (cpu)等組成。 變頻器實(shí)際上

8、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

9、產(chǎn)線及樓宇、供水等領(lǐng)域。2沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文一般分為整流電路、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

10、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)間使上橋、 下橋的功率開關(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控制轉(zhuǎn)差頻率

11、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)3沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文控制，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.blasschke 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

12、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，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

13、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，吊車的平移機(jī)構(gòu)，吊車的提升機(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)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，

14、造成電能的浪費(fèi)。風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是通過調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、 閥門開度來(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、 閥門的4沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文截流過程中。 當(dāng)使用變頻調(diào)速時(shí)， 如果流量要求減小， 通過降低泵或風(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)重的沖擊， 而且還會(huì)對(duì)電

15、網(wǎng)容量要求過高， 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)電流從零開始，最大值也不超過額定電流， 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)過程主要?jiǎng)恿υ吹钠髽I(yè) , 多以實(shí)現(xiàn)過程自動(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

16、, 實(shí)現(xiàn)流量、壓力、溫度等參數(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) ,

17、 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。5沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文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)到控制工廠車間溫度的目的。離心式鼓風(fēng)機(jī)屬典型的平方率負(fù)

18、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6沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文（ 2）系統(tǒng)控制電路如圖 2.2 為控制電路

19、，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?？赡艹^額定電流；3) 變頻器允許的過載能力為 150%， 1min。7沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文所以，

20、為了避免誤動(dòng)作，斷路器的額定電流i qn 應(yīng)選：i qn(1.3 1.4)i n（2.2）其中 i n 為變頻器的額定電流。2. 接觸器（ 1）主要作用1）可通過按鈕開關(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)作的問題， 故選擇原則是主觸點(diǎn)的額定電流 i kn i n3. 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 i kn 1.1i mn 。其中 i mn 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)

21、機(jī)的電線選擇方法相同?？紤]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u 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 u 的影響。一般要求：u(2 3)%u nu 的計(jì)算公式是：u3i mn r0 l (v )（ 2.3 ）1000式中： u n 額定相電壓， v ；8沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文i mn 電動(dòng)機(jī)額定電流，a ；r0 單位長(zhǎng)度（每米）導(dǎo)線的電阻，m

22、/m ；l 導(dǎo)線的長(zhǎng)度， m 。由上兩式可直接求出 r0 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1.01.52.54.06.010.016.025.035.0面 /mm2r0 /(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)明書上選擇電阻時(shí)須注意下面問題， 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)提供相同阻值和容量的制動(dòng)電阻。選用時(shí)，應(yīng)注意

23、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。9沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文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

24、交一直一交電路。其控制方式經(jīng)歷以下四代。1、第一代以 u/f const，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

25、度、磁場(chǎng)兩個(gè)分量進(jìn)行獨(dú)立控制。通過控制轉(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)

26、，對(duì)逆變器開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制；（ 5）具有快速的轉(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。10沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文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u/f=c 控制電壓空間矢量方式控制矢量控制直接轉(zhuǎn)矩控制反饋帶 pg或 p

27、id帶 pg或編碼不帶 pg不要不帶 pg裝置調(diào)節(jié)器器速比 i 150%200%3hz）靜態(tài)速度（0.2（0.20.3 0.2 0.2 0.02 0.2精度）0.3 ）/%一般風(fēng)伺服拖動(dòng)、負(fù)荷起動(dòng)、起重負(fù)適 用較高精度調(diào)一般工業(yè)上的所有調(diào)速機(jī)、泵高精傳動(dòng)、載轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，場(chǎng)合速，控制調(diào)速或控制或控制類等轉(zhuǎn)矩控制恒轉(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)生過熱現(xiàn)象， 因此一般的風(fēng)機(jī)水11沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文力機(jī)械很適合

28、由v f 控制的變頻器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。一般的 v f 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。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)及過載 ) 的要求，

29、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)境超出該規(guī)定，則在確定變頻器參數(shù)、型號(hào)時(shí)要

30、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：12沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文圖 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

31、，信號(hào)調(diào)理電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)行西門子“通用型”主流變頻器。其功能13沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文為線性 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0.12 250kw。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=30(電動(dòng)機(jī)最小頻率 )p1082=50(電動(dòng)機(jī)最大頻率 )p1120=10（電動(dòng)機(jī)從靜止停車加速到最大電動(dòng)機(jī)頻率所需時(shí)間）14沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)