冷凍站鹽水泵變頻調(diào)速系統(tǒng) 電氣工程及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 畢業(yè)論文VIP

1、本科畢業(yè)設(shè)計說明書冷凍站鹽水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)FROZEN STATIONSALTWATER PUMP FREQUENCY CONVERSIONGOVERNORSYSTEM學院（部）：電氣與信息工程學院專業(yè)班級：電氣工程及其自動化學生姓名：指導(dǎo)教師：年 月 日冷凍站鹽水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)摘要近年來，交流調(diào)速發(fā)展十分迅速，打破了過去直流拖動在調(diào)速領(lǐng)域中的統(tǒng)治地位，交流拖動已經(jīng)進入了與直流拖動相媲美、相抗衡的時代。本論文結(jié)合我國煤礦凍結(jié)站的現(xiàn)狀，并利用在校期間掌握的專業(yè)技能，設(shè)計了一套利用PLC變頻調(diào)速器以傳感器為基礎(chǔ)的水泵流量閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。變頻調(diào)速技術(shù)是一項綜合現(xiàn)代電氣技術(shù)和計算機控制的先進技術(shù)，廣泛應(yīng)

2、用于水泵節(jié)能和恒壓供水領(lǐng)域。變頻調(diào)速技術(shù)用于水泵控制系統(tǒng)，具有調(diào)速性能好、節(jié)能效果顯著、運行工藝安全可靠等優(yōu)點。在大力提倡節(jié)約能源的今天，推廣使用這種集現(xiàn)代先進電力電子技術(shù)和計算機技術(shù)于一體的高科技節(jié)能裝置，對于提高勞動生產(chǎn)率、降低能耗具有重大的現(xiàn)實意義?？梢哉f變頻調(diào)速技術(shù)是一項利國利民、有廣泛應(yīng)用前景的高新技術(shù)。依靠現(xiàn)代化技術(shù)手段對生產(chǎn)過程進行控制和管理，提高設(shè)備運行效率和可靠性，節(jié)省寶貴的水、電資源，是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻器的性能有了極大提高，它可以實現(xiàn)控制設(shè)備軟啟軟停，不僅可以降低設(shè)備故障率，還可以大幅減少電耗，確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、長周期運行。變頻器調(diào)節(jié)流量閉環(huán)

3、控制：通過供水管道上的遠傳流量計，輸出0-20mA模擬量信號送入PLC，在通過A/D轉(zhuǎn)換，執(zhí)行PID程序，D/A轉(zhuǎn)換后，輸出控制信號給變頻器，來自動調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，來自動調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，從而改變拖動水泵的電動機的轉(zhuǎn)速，達到調(diào)節(jié)流量的作用。交流變頻調(diào)速是交流電動機調(diào)速方法中最優(yōu)的方案，采用變頻器對鹽水泵機械進行調(diào)速來調(diào)節(jié)流量的方法，對節(jié)約電能，提高經(jīng)濟效益具有重要意義。在文章中，我們研究了采用可編程控制器控制的變頻器對鹽水泵進行調(diào)速所產(chǎn)生的節(jié)能減排效益，重點提到了凍結(jié)站鹽水泵變頻節(jié)能系統(tǒng)的硬件組成及軟件設(shè)計。還提到了對于電動機、變頻器、PLC的結(jié)構(gòu)和型號選擇等相關(guān)方面。關(guān)鍵詞：凍結(jié)站

4、，變頻器，鹽水泵，變頻器，節(jié)能，閉環(huán)調(diào)速COAL FREEZESTATIONSALTWATER PUMPING FREQUENCY GOVERNORSYSTEMABSTRACTIn recent years, the development of AC variable speed very quickly, breaking the dominance of the DC drive speed field, AC Drive has entered the era of comparable DC drive, to compete.This paper combines the stat

5、us quo of China's coal mines to freeze the station, and the use of professional skills mastered during the school pump flow design a PLC frequency control sensor-based closed-loop speed control systemFrequency control technology is a modern integrated electrical and computer control of advanced

6、technology, widely used in the field of pump energy efficiency and constant pressure water supply.Frequency control technology for the pump control system with speed performance, significant energy saving effect, run the process safe and reliable advantages.Vigorously promote energy conservation, pr

7、omote the use of this set of modern and advanced power electronics technology and computer technology in one high-tech energy-saving devices for raising labor productivity, reduce energy consumption is of great practical significance. It can be said that the frequency conversion technology is a coun

8、try wide application prospects of high-tech.Inverter performance has been greatly enhanced due to the rapid development of electronic technology, it can achieve a soft start soft stop control equipment, not only can reduce equipment failure rates, can also significantly reduce power consumption, and

9、 ensure system security, stability, long-term operation。Inverter regulate the flow of closed-loop control: Far EasTone flow meter on the water supply pipes, into the inverter output 0-20mA analog signal to automatically adjust the inverter output frequency, thus changing the drag pump motor speed an

10、d reach adjustmentthe role of the flow.AC variable speed AC motor speed control method of the optimal solution, the inverter is used for salt water pump mechanical governor to regulate the flow, save energy, improve economic efficiency.In the article, we study the brine pump speed generated by the p

11、rogrammable controller to control the inverter energy saving benefits, highlighted the freeze Station salt water pump frequency energy system hardware and software design. Also referred to the relevant aspects of the motor, inverter, PLC, structure and model selection.KEYWORDS: freezing station, inv

12、erter，salt water pumps，frequency converter， energy-saving，closed-loop speed目錄摘要（中文）I摘要（外文）II1緒論11.1 引言11.2 煤礦凍結(jié)法鑿井簡介11.3 凍結(jié)施工存在的問題31.4 國內(nèi)外交流變頻技術(shù)的發(fā)展31.5 研究背景及變頻改造的意義42變頻調(diào)速在水泵中的研究62.1 變頻調(diào)速在水泵中的主要調(diào)節(jié)方式62.2 水泵變頻調(diào)速和其他方法的節(jié)能對比62.2.1 調(diào)節(jié)水泵流量的兩種方法62.2.2 轉(zhuǎn)速控制法和傳統(tǒng)方法的比較72.3 變頻器原理82.3.1 交流變頻器的工作原理82.3.2 變頻器的控制方式92

13、.4 鹽水泵變頻調(diào)速的優(yōu)點102.5 鹽水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)的總體設(shè)計103變頻技術(shù)在凍結(jié)站鹽水泵應(yīng)用中的硬件分析和系統(tǒng)說明123.1 鹽水泵的選型介紹123.1.1 離心泵的分類123.1.2 離心泵的命名方式123.1.3 泵的性能介紹123.1.4 14Sh-9A型水泵介紹133.2 異步電動機的選型介紹133.2.1 三相電動機的轉(zhuǎn)動原理13三相異步電動機的選型依據(jù)143.3 變頻器選型143.3.1 變頻器的各種分類143.3.2 變頻器的基本結(jié)構(gòu)框圖153.3.3 交-直-交變頻器主電路163.3.4 變頻器的參數(shù)介紹173.3.5 變頻器的選型及硬件配置183.4 可編程控制器（PL

14、C）193.4.1 可編程控制器的作用193.4.2 可編程控制器的特點203.4.3 PLC的基本結(jié)構(gòu)框圖213.4.4 S7-200系統(tǒng)概述223.5 電磁流量傳感器233.6 冷凍站鹽水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖243.6.1 結(jié)構(gòu)圖說明243.6.2 PLC外部接線圖253.6.3 變頻/工頻切換電路274系統(tǒng)軟件介紹294.1 閉環(huán)控制與PID控制294.1.1 模擬量閉環(huán)控制的組成294.1.2 變送器的選擇294.1.3 閉環(huán)控制反饋極性的確定304.2 PID控制的特點與原理304.2.1 PID控制器參數(shù)的調(diào)節(jié)314.3 系統(tǒng)流程圖32結(jié)論35參考文獻36致謝371緒論1.1引言

15、煤礦凍結(jié)法鑿井是利用傳統(tǒng)的氨循環(huán)制冷技術(shù)來完成的，其工藝過程包括凍結(jié)站安裝；鉆孔施工；井筒凍結(jié)核井筒掘砌四大內(nèi)容，其鑿井是屬高耗能技術(shù)，凍結(jié)過程中要耗費大量的電能及水資源，長期以來，由于人們在設(shè)計、操作中忽視了節(jié)能問題，僅僅在電能發(fā)面的浪費就相當嚴重。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，如果在設(shè)計、運行中采取有效的措施，平均可節(jié)電40%以上。某些傳統(tǒng)的設(shè)計方法、設(shè)計模型及設(shè)計參數(shù)不符合現(xiàn)場實際，是造成凍結(jié)站耗電嚴重的原因之一，所以凍結(jié)站的節(jié)能問題已成為當前不如忽視的大問題。凍結(jié)法鑿井是一種理論上和實踐上都比較成熟的特殊施工方法。世界主要產(chǎn)煤國家都把凍結(jié)法作為在身后沖積巖層和特大含水基巖中施工的一種安全、可靠、經(jīng)濟的方法

16、加以推廣。凍結(jié)站三大循環(huán)系統(tǒng)中的水泵和壓縮機的驅(qū)動設(shè)備都是三相異步電動機，對系統(tǒng)的控制實際上就是對電動機的控制。但目前各凍結(jié)施工單位根據(jù)凍結(jié)需要調(diào)節(jié)鹽水流量時，僅對閥門開度進行調(diào)節(jié)，水泵拖動電機仍處于恒轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)狀態(tài)。另外，許多生產(chǎn)單位在進行系統(tǒng)設(shè)計時，容量選擇較大，系統(tǒng)匹配不合理，造成了大量的能源浪費。因此，搞好鹽水泵的節(jié)能工作，對節(jié)能減排據(jù)有十分重要的意義。隨著電力電子技術(shù)和大規(guī)模集成電路發(fā)展，變頻器原來越多的被用于生產(chǎn)和生活當中。采用變頻器直接控制風機、泵類負載成為了一種最科學的控制方法，利用變頻器內(nèi)置PID調(diào)節(jié)軟件，直接調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速保持恒定的風壓、風量，從而滿足系統(tǒng)要求的壓力和風量。

17、當電機在額定轉(zhuǎn)速的80運行時，理論上其消耗的功率為額定功率的51。2，去除機械損耗、電機銅、鐵損等影響，節(jié)能效率也接近40，同時也可以實現(xiàn)閉環(huán)恒壓控制，節(jié)能效率將進一步提高。由于變頻器可實現(xiàn)大的電動機的軟停、軟起，避免了啟動時的電壓沖擊，減少電動機故障率，延長使用壽命，同時也降低了對電網(wǎng)的容量要求和無功損耗。因此，大力推廣變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)，不僅是當前煤礦節(jié)能降耗的重要技術(shù)手段，而且也是實現(xiàn)經(jīng)濟增長方式轉(zhuǎn)變的必然要求。變頻調(diào)速在當代社會具有重要的意義，主要體現(xiàn)在以下幾點，（1）它采用變頻器控制電動機的轉(zhuǎn)速，取消擋板調(diào)節(jié)，降低了設(shè)備的故障率，有顯著的節(jié)能效果。（2）實現(xiàn)了電機的軟啟動，延長了設(shè)備的

18、使用壽命，避免了對電網(wǎng)的沖擊。(3)電機將在低于額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下運行，減少了噪聲對環(huán)境的影響；(4)具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動保護功能及聲光報警功能；1.2煤礦凍結(jié)法鑿井簡介凍結(jié)法是在各種不穩(wěn)定的松散含水層或含水豐富的巖層中，采用人工制冷的方法，將不穩(wěn)定的地層暫時變?yōu)榉€(wěn)定的地層，以利于地下下工程的施工。凍結(jié)鑿井分為鉆凍結(jié)孔、形成凍結(jié)壁和井筒掘砌三大工序。 首先在井筒周圍打一定數(shù)量的凍結(jié)孔，孔內(nèi)安裝凍結(jié)器，凍結(jié)器由帶有底錐的凍結(jié)管和底部開口的供液管所組成。冷凍站的低溫鹽水（-30左右）經(jīng)去路鹽水干管、配液圈到供液管底部，沿凍結(jié)管和供液管之間的環(huán)形空間上升到集液圈、回路鹽水干管至冷

19、凍站的鹽水箱，形成鹽水循環(huán)。低溫鹽水在凍結(jié)管中沿環(huán)形空間流動時，吸收其周圍巖層的熱量，使周圍巖層凍結(jié)，逐漸擴展連成封閉的凍結(jié)圓筒（凍結(jié)壁）。隨著鹽水循環(huán)的進行，凍結(jié)壁厚度逐漸增大，直到達到設(shè)計厚度和強度為止（積極凍結(jié)）。然后進行井筒的開挖和襯砌。在掘砌期間進行維護凍結(jié)（消極凍結(jié)），直至井筒永久結(jié)構(gòu)完成停止凍結(jié)，煤礦凍結(jié)施工系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。凍結(jié)法被應(yīng)用在各種不穩(wěn)定的松散含水層（如流砂層），以及含水豐富的裂隙巖層（或破碎帶）的地下施工中，但是當?shù)叵滤}量較高或流速較大（流速17×10-3m/s）時不宜采用 1883年德國工程師FHPoetsch在德國阿爾巴里礦，用凍結(jié)法開鑿了深度為

20、103m的井筒，獲得了凍結(jié)法鑿井的專利，之后該項技術(shù)傳播到世界上許多國家。1955年，我國用凍結(jié)法開鑿了開灤林西風井，井筒凈直徑5m凍結(jié)深度105m，此后我國科技人員開始了凍結(jié)法鑿井技術(shù)的研究。近50年，取得了豐碩的研究成果，總共建了430余項凍結(jié)工程，包括20世紀80年代最大凍深415m的淮南潘三東風井和90年代最大凍深435m的河南永夏礦區(qū)陳四樓副井。目前凍結(jié)法鑿井所通過的最厚表土層為山東濟西礦副井為458.5m，凍結(jié)深度488m我國凍結(jié)法鑿井技術(shù)已跨人世界先進行列。國外在煤礦中凍結(jié)深度最深的是波蘭的盧布林l號井副井，成井6.0m，凍結(jié)深度725m。凍結(jié)不穩(wěn)定的第三系和第四系地層，具有代表

21、性的是德國的SophiaJacba 8號井，凍結(jié)深度558m。凍結(jié)基巖與砂層、粘土互層，具有代表性的是前蘇聯(lián)的雅科夫鐵礦2號井，凍結(jié)深度620m；近十年來，我國凍結(jié)鑿井技術(shù)發(fā)展很快，打鉆、凍結(jié)、掘砌設(shè)備和施工過程檢測控制技術(shù)有較大的發(fā)展，基礎(chǔ)理論也得到了不斷的提高，基本上解決了500m深以內(nèi)的沖積層鑿井問題。凍結(jié)法的施工順序是在井筒周圍鉆若干凍結(jié)孔，孔內(nèi)安裝由供液管、回液管和底端封閉的凍結(jié)管組成的凍結(jié)器；地面冷凍站將制出的低溫媒劑循環(huán)輸送到凍結(jié)器內(nèi)，吸收地層的熱量，使含水層形成以凍結(jié)管為中心的凍結(jié)圓柱，逐漸擴大與相鄰的凍結(jié)圓柱連成封閉的凍結(jié)壁。凍結(jié)壁達設(shè)計厚度后，即可進行井筒掘砌作業(yè)，直到順利

22、穿過不穩(wěn)定地層為止。從凍結(jié)開始到凍結(jié)壁達到設(shè)計厚度的時間，稱積極凍結(jié)期。掘砌時期須部分供冷，維護凍結(jié)壁，稱為維護凍結(jié)期或消極凍結(jié)期。掘砌工作完成后，拆除冷凍站，拔出凍結(jié)管，充填凍結(jié)孔，凍結(jié)壁自然解凍，恢復(fù)地層初始狀態(tài)。凍結(jié)法建井施工系統(tǒng)由氨循環(huán)系統(tǒng)、鹽水循環(huán)系統(tǒng)、清水循環(huán)系統(tǒng)三大系統(tǒng)組成。氨循環(huán)系統(tǒng)流程：氣態(tài)氨經(jīng)低壓螺桿壓縮機壓縮一冷卻器降溫(防止進入高壓螺桿壓縮機時溫度過高)一高壓螺桿壓縮機繼續(xù)增壓一冷凝器(氣態(tài)氨變成液態(tài)氨)一熱虹吸儲液器一低壓調(diào)節(jié)站一汽化器(液態(tài)氨變成氣態(tài)氨吸收熱量使鹽水降溫)一氣態(tài)氨被吸回低壓螺桿機(完成個循環(huán))。鹽水循環(huán)系統(tǒng)流程：鹽水在鹽水池中經(jīng)過(液態(tài)氨變成氣態(tài)氨吸

23、收熱量使鹽水降溫)降溫，通過離心泵送入鹽水管路，進入地溝槽的鹽水分配器。分配給各個分鹽水管路。循環(huán)上來以后進入鹽水集中器，經(jīng)鹽水回路回到鹽水池,再通過(液態(tài)氨變成氣態(tài)氨吸收熱量使鹽水降溫)完成一個循環(huán)。低溫鹽水在凍結(jié)管中沿環(huán)形空間流動時，吸收其周圍巖層的熱量，使周圍巖層凍結(jié)，逐漸擴展連成封閉的凍結(jié)圓筒(凍結(jié)壁)。1.3凍結(jié)施工存在的問題一方面由于凍結(jié)施工工程中對鹽水流量的控制通常根據(jù)以往的施工經(jīng)驗和測溫孔、凍結(jié)器的溫度數(shù)據(jù)進行控制的，溫度場數(shù)據(jù)與鹽水流量的控制并沒有很好的進行結(jié)合，使的溫度數(shù)據(jù)分析的結(jié)果不能完全反映實際凍結(jié)壁的情況，而且每隔一段時間分析的數(shù)據(jù)結(jié)果對流量、溫度的控制并沒有起到很大

24、的作用，數(shù)據(jù)的利用率很低，沒有實現(xiàn)溫度場分析與流量、溫度控制相結(jié)合的真正意義上的數(shù)字化施工。另一方面凍結(jié)制冷系統(tǒng)一旦啟動就要運行到井筒永久結(jié)構(gòu)完成才能停止，鹽水循環(huán)系統(tǒng)的正常運行直接影響到整個凍結(jié)工程的質(zhì)量。目前的鹽水循環(huán)系統(tǒng)都是采用三相異步電動機拖動離心式水泵帶動整個管路中的鹽水進行循環(huán)。通常，現(xiàn)場所選離心泵的流量、揚程可能會和管路中要求的不一致，由于泵選型時留有裕量，甚至泵的額定參數(shù)超過工藝參數(shù)的一倍以上。而實際工藝操作常有變動，即要根據(jù)情況調(diào)節(jié)鹽水管路中的鹽水流量，調(diào)節(jié)過的泵的實際操作參數(shù)偏離其額定參數(shù)時，泵的工作效率將大大降低，而目前各個凍結(jié)站調(diào)節(jié)流量的減小往往都是通過關(guān)小泵出口閥來實

25、現(xiàn)，這樣閥門處阻力加大，水力損失也隨之增大，不但縮短了泵的有效壽命也必然降低泵的總效率，由此而引起的電能損失也是相當可觀。1.4國內(nèi)外交流變頻技術(shù)的發(fā)展變頻技術(shù)方面，目前國內(nèi)只有少數(shù)科研單位有能力制造，但在數(shù)字化和系統(tǒng)可靠性等方面仍與國外水平有不小的差距這種電機在抽水蓄能電站機、大容量風機、壓縮機、軋機傳動、礦井卷揚方面都有很大的應(yīng)用價值，且需求量很大。中小型功率變頻技術(shù)方面，國內(nèi)幾乎所有的產(chǎn)品都是普通的V/F控制，只有少量的樣機采用矢量控制，生產(chǎn)數(shù)量及技術(shù)性能方面遠不能滿足市場需要，目前還需要大量的進口設(shè)備?？偨Y(jié)電氣傳動控制系統(tǒng)關(guān)系到合理地使用電動機以節(jié)約電能和控制機械的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，來實現(xiàn)電能

26、和機械能的轉(zhuǎn)換，以達到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗等目的電氣傳動分成不可調(diào)速和可調(diào)速兩大類，可調(diào)速方式又可細分為直流調(diào)速和交流調(diào)速兩種方式。不可調(diào)速的電動機直接由電網(wǎng)供電，但隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，這類原本不可調(diào)速的機械越來越多地由可調(diào)速的傳動裝置來代替，以節(jié)約電能，降低能耗在我國大約60的發(fā)電量都是由電動機消耗的，因此發(fā)展可調(diào)速的電氣傳動技術(shù)，提高其生產(chǎn)應(yīng)用平是非常重要的，目前在該方面的技術(shù)已經(jīng)有了一定的規(guī)模。從總體上看我國的電氣傳動技術(shù)水平較國際先進水平相差l0-15年在我國，電氣傳動產(chǎn)業(yè)始建于1954年，當時在機械工業(yè)部門的部屬下建立了我國第一個電氣傳動公司，第一批相關(guān)專業(yè)的畢業(yè)生參與其中，這就是后

27、來的天津電氣傳動設(shè)計研究所。到現(xiàn)在，我國已有200多家公司、工廠和研究所從事變頻調(diào)速技術(shù)的工作。我國還是一個發(fā)展中國家，目前自主研發(fā)生產(chǎn)的變頻調(diào)速產(chǎn)品只相當于一些西方國家80年代的水平。改革開放以來，很多國內(nèi)的企業(yè)與許多外國公司進行貿(mào)易往來，進口一些最先進的產(chǎn)品來滿足了我國的生產(chǎn)和生活需要目前，國內(nèi)許多合資公司結(jié)合當前先進技術(shù)生產(chǎn)當今國際上先進的產(chǎn)品，并自己開發(fā)應(yīng)用軟件，為國內(nèi)外重大工程項目提供一流的電氣傳動控制系統(tǒng)取得了很大的進步對于大功率交流無換向器電機的起來，目前國內(nèi)交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展狀況主要表現(xiàn)為：(1)整機技術(shù)落后，沒有形成一定的生產(chǎn)規(guī)模；(2)產(chǎn)銷量很少，且產(chǎn)品的可靠性和工藝水

28、平都不高；(3)相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)落后，特別是變頻器產(chǎn)品所用的半導(dǎo)體功率器件的制造業(yè)還幾乎處于空白階段國外交流變頻調(diào)速技術(shù)高速發(fā)展有以下特點：(1)市場需求量大。隨著全球性的能源短缺和工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器及變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，主要應(yīng)用在機械、紡織、化工、造紙、冶金、食品等各個行業(yè)。另外，在與風機、水泵相關(guān)的節(jié)能系統(tǒng)中，也被廣泛的應(yīng)用。均取得顯著的經(jīng)濟效益(2)大功率變頻器件得到迅猛的發(fā)展近年來，隨著高電壓、大電流的SCR、GTO、IGBT、IGCT等器件的生產(chǎn)和并聯(lián)、串聯(lián)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，使大功率變頻器產(chǎn)品的生產(chǎn)及應(yīng)用成為現(xiàn)實，并得到廣泛應(yīng)用。(3)矢量控制、磁通控制、轉(zhuǎn)矩控制、

29、模糊控制等新的控制理論的發(fā)展為變頻器的高性能發(fā)展提供了很好的理論基礎(chǔ)：同時，16位、32位高速微處理器、數(shù)字信號處理(DSP)、專用集成電路(ASIC)水泵調(diào)速的意義：工礦供水工況隨工藝要求而變化，城市供水隨著晝夜及季節(jié)的變化、供水量的變化而變化，為了保證母管壓力穩(wěn)定，滿足供水需要，常采用開停水泵或調(diào)節(jié)泵出口閥門開度的控制方法。1.5研究背景及變頻改造的意義目前，在電力改革不斷深化、大力提倡建立節(jié)約型社會的政策環(huán)境下，應(yīng)用高新技術(shù)節(jié)能降耗，降低廠用電率和發(fā)電成本，成為各電廠的當務(wù)之急?；痣姀S的各種動力設(shè)備中，泵與風機類負載的耗能占絕大部分。電廠調(diào)峰時，傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方式通過改變調(diào)節(jié)閥和擋板的開度來調(diào)

30、整通過泵與風機的工質(zhì)流量。而泵與風機的輸出功率幾乎不變，加之設(shè)計富余量較大，浪費了大量電能，同時使設(shè)備運行效率不高。若采用高壓變頻調(diào)速則可保持調(diào)節(jié)閥與擋板全開，通過降低泵與風機的轉(zhuǎn)速來減小流量，從而減小了節(jié)流損失，節(jié)約了大量電能。近年來，隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，高壓變頻技術(shù)日趨成熟，可靠性和性價比得到大幅提高。變頻調(diào)速技術(shù)是一項綜合現(xiàn)代電氣技術(shù)和計算機控制的先進技術(shù)，廣泛應(yīng)用于水泵節(jié)能和恒壓供水領(lǐng)域。變頻調(diào)速技術(shù)用于水泵控制系統(tǒng)，具有調(diào)速性能好、節(jié)能效果顯著、運行工藝安全可靠等優(yōu)點。在大力提倡節(jié)約能源的今天，推廣使用這種集現(xiàn)代先進電力電子技術(shù)和計算機技術(shù)于一體的高科技節(jié)能裝置，對于提高勞動

31、生產(chǎn)率、降低能耗具有重大的現(xiàn)實意義?？梢哉f變頻調(diào)速技術(shù)是一項利國利民、有廣泛應(yīng)用前景的高新技術(shù)。依靠現(xiàn)代化技術(shù)手段對生產(chǎn)過程進行控制和管理，提高設(shè)備運行效率和可靠性，節(jié)省寶貴的水、電資源，是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。交流電機變頻調(diào)速技術(shù)是一項業(yè)已廣泛應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)。由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻器的性能有了極大提高，它可以實現(xiàn)控制設(shè)備軟啟軟停，不僅可以降低設(shè)備故障率，還可以大幅減少電耗，確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、長周期運行今后主要研究的開發(fā)項目主要有以下幾項：(1)數(shù)字控制的大功率交一交變頻器供電的傳動設(shè)備。(2)大功率負載換流電流型逆變器供電的傳動設(shè)備在抽水蓄能電站、大型風(3)電壓型GTO逆變器在鐵路機

32、車上的推廣應(yīng)用。(4)電壓型IGBT、IGCT逆變器供電的傳動設(shè)備擴大功能，改善性能。如4象限運行，帶有電機參數(shù)自測量與自設(shè)定和電機參數(shù)變化的自動補償以及無傳感器的矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。(5)風機和泵用高壓電動機的節(jié)能調(diào)速研究。眾所周知，風機和泵改用調(diào)速傳動后可節(jié)約大量電力。特別是電壓電動機，容量大，節(jié)能效果更顯著。研究經(jīng)濟合理的高壓電動機調(diào)速方法是當今重大課題機和泵上的推廣應(yīng)用。2變頻調(diào)速在水泵中的研究2.1變頻調(diào)速在水泵中的主要調(diào)節(jié)方式據(jù)統(tǒng)計，全國泵類配套電動機的耗電量相當于全國電力消耗總量的1/5。但是水泵的運行效率很低，有的甚至僅有30，能量浪費十分嚴重。因此，泵行業(yè)中采用有效的節(jié)

33、能技術(shù)是當務(wù)之急。水泵的節(jié)能主要有以下幾個方法：通過改進配套電機的設(shè)計，使電機在大的范圍內(nèi)有較高的效率；通過對水泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造性能的改進，提高水泵的性能；水泵、配套電機的正確選型和合理使用。節(jié)能調(diào)節(jié)的方法有：非變調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)，非變速調(diào)節(jié)包括節(jié)流調(diào)節(jié)和水泵的運行臺數(shù)調(diào)節(jié)等。大量的統(tǒng)計調(diào)查表明，一些在運行中需要改變工況而要求進行調(diào)節(jié)的水泵，其能量浪費的主要原因，通常是由于采用了不合適的調(diào)節(jié)方式?？梢?，水泵的調(diào)節(jié)方式與節(jié)能的關(guān)系非常密切。通過分析水泵運行工況改變時的節(jié)能原理和兩種節(jié)能調(diào)節(jié)的方法產(chǎn)生的效果證明，變頻調(diào)速節(jié)能方法節(jié)能效益可觀，是有效的減少能量消耗的方法。近年來，真正的“水泵智能控制

34、系統(tǒng)”不再是“變頻器”控制技術(shù)的演變。在有效利用變頻器的同時，水泵節(jié)電控制技術(shù)還加入了PLC、濾波等。2.2水泵變頻調(diào)速和其他方法的節(jié)能對比調(diào)節(jié)水泵流量的兩種方法常見的調(diào)節(jié)流量方法有閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法兩種。（1）閥門控制法：即通過關(guān)小或開大閥門來調(diào)節(jié)流量，而電動機轉(zhuǎn)速保持不變(通常為額定轉(zhuǎn)速)。其實質(zhì)是：水泵本身的供水能力不變，通過改變水路中的阻力大小來改變供水能力，以適應(yīng)用戶對流量的需求。圖2-l為不同調(diào)節(jié)流量方法的特性曲線。設(shè)用戶所需的流量從QA減小到QB，當通過關(guān)小閥門來實現(xiàn)時，管阻特性將變?yōu)榍€，而揚程特性則仍為曲線，系統(tǒng)工作點由A點移至B點。這時流量減小了，但揚程卻從HTA增大到

35、HTB。根據(jù)供水功率PG與流量Q和揚程H的乘積成正比的關(guān)系，即PG=CPHQ (CP為比例常數(shù))，可知此時供水功率PG與面積OEBF成正比。我們在國投新集口孜東煤礦風井凍結(jié)使用三相電壓、電流、功率測試儀對鹽水泵電動機的工作狀態(tài)進行了檢測，發(fā)現(xiàn)鹽水泵出口閥門處于不同位置時，電動機的工作電壓、電流、功率基本上沒有變化。這說明使用閥門調(diào)節(jié)流量時，電動機消耗的功率基本是不變的。可見，當凍結(jié)所需的流量遠小于鹽水泵的設(shè)計流量時，供液管路中浪費的能量是非常驚人的。（2）轉(zhuǎn)速控制法：即通過改變水泵拖動電機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，閥門開度保持不變。轉(zhuǎn)速控制法的實質(zhì)是，通過改變水泵的全揚程來適應(yīng)用戶對流量的需求。當轉(zhuǎn)速

36、改變時，揚程特性將隨之改變，而管阻特性則不變。以用戶所需的流量從QA減小為QB為例。當轉(zhuǎn)速下降時，揚程特性變?yōu)榍€，管阻特性則仍為曲線，工作點由A點移至C點。在流量減小為QB的同時，揚HTC；此時，供水功率PG與面積OECH成正比。圖2-1 不同調(diào)節(jié)流量的特性曲線轉(zhuǎn)速控制法和傳統(tǒng)方法的比較(1)供水功率的比較比較上述兩種調(diào)節(jié)流量的方法可以看出：在所需流量小于額定流量的情況下，轉(zhuǎn)速控制時的揚程比閥門控制時的小得多，所以轉(zhuǎn)速控制方式所需的供水功率也比閥門控制方式小得多，兩者之差便是轉(zhuǎn)速控制方式節(jié)約的供水功率，它與面積HCBF(圖2-l中的陰影部分)成正比。這是變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有節(jié)能效果的最基本方

37、面。(2)從水泵的工作效率看節(jié)能水泵的供水功率PG與軸功率PP之比，即為水泵的工作效率，即（2-1）這里，水泵的軸功率PP是指水泵軸上的輸入功率(即電動機的輸出功率)，或者是水泵取用的功率。而水泵的供水功率PP是根據(jù)實際供水揚程和流量算得的功率，是供水系統(tǒng)的輸出功率。因此，上述水泵的工作效率實際上包含了水泵本身的效率和供水系統(tǒng)的效率。水泵工作效率相對值的近似計算公式為：.（2-2）式中：和分別為流量和轉(zhuǎn)速的相對值(即實際值與額定值之比的百分數(shù))；C1和C2為常數(shù)，由制造廠家提供。C1與C2之間通常遵循如下規(guī)律：C1-C2 =1；由式（2-3）表明水泵的工作效率主要取決于流量與轉(zhuǎn)速之比。由式(2

38、-3)可知，當通過關(guān)小閥門來減小流量時由于轉(zhuǎn)速不變，（2-3）圖2-2水泵的效率曲線其效率曲線如圖2-2中的曲線所示。當流量=60時，其效率將降為80%(由B點決定)?？梢?，隨著流量的減小，水泵工作效率的降低是十分顯著的。而在轉(zhuǎn)速控制方式下，由于在閥門開度不變的情況下，流量和轉(zhuǎn)速是成正比的，比值不變，其效率曲線因轉(zhuǎn)速而變化，轉(zhuǎn)速為60nN(nN為額定轉(zhuǎn)速)時的效率曲線如圖2。當流量=60時，效率由C點決定，它和=100時的效率(由A點決定)是相等的?？梢?，采用轉(zhuǎn)速控制方式時，水泵的工作效率總是處于最佳狀態(tài)。所以，轉(zhuǎn)速控制方式與閥門控制方式相比，水泵的工作效率要大得多，這是變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有節(jié)

39、能效果的第2個方面。(3)從電動機的效率看節(jié)能廠家在生產(chǎn)水泵時，由于對用戶的管路情況無法預(yù)測，管阻特性難以準確計算，必須對用戶的需求留有足夠的余地。因此，在確定額定揚程和額定流量時，通常留有較大的裕量，所選電動機的裕量也較大。所以，在實際運行中，即使在鹽水流量的高峰期，電動機也常常不是處于滿載狀態(tài)，其效率和功率因數(shù)都較低。采用轉(zhuǎn)速控制方式，可將排水閥完全打開而適當降低轉(zhuǎn)速。由于電動機低頻運行時，變頻器的輸出電壓將下降，從而提高了電動機的工作效率。這是變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有節(jié)能效果的第3個方面。綜合起來。水泵的軸功率與流量問的關(guān)系如圖2-3所示。圖中，曲線是調(diào)節(jié)閥門開度時的功率曲線；當流量=60時

40、，所消耗的功率由B點決定。曲線是調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時的功率曲線；當=60時，所消耗的功率由C點決定。由圖3可看出，與調(diào)節(jié)閥門開度相比，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速所節(jié)約的功率P*E是相當可觀的。2.3變頻器原理交流變頻器的工作原理交流變頻器是現(xiàn)代電力電子技術(shù)高度發(fā)展的結(jié)果。微計算機是變頻器的核心，電力電子器件構(gòu)成了變頻器的主電路。大家都知道，從發(fā)電廠送出去的交流電的頻率是恒定不變的，在我國是每秒50周。而交流電的動機的同步轉(zhuǎn)速為(2-4)式子中同步轉(zhuǎn)速，n/min；釘子頻率，Hz； P電機的磁極對數(shù)。而異步電動機的轉(zhuǎn)速(2-5)式子中 s異步電動機轉(zhuǎn)差率，s=(N1-N)/N1，一般小于3%。均與送入電機的電流頻率f成正比

41、例或接近于正比例。因而，改變頻率可以方便的改變電機的運行速度，也就是說變頻對于交流電機的調(diào)速來說是十分合適的。在電機運行時有：(2-6) 式中，一電機繞組匝數(shù)；一基波繞組因數(shù)；一主磁通。所以如果不變，則磁通隨頻率的改變而改變，一般電機在設(shè)計中為了充分利用鐵心材料，都把磁通的數(shù)值設(shè)計在磁化曲線的膝點，因此，如果頻率從額定值下降，則會引起磁通的增加，隨之使激磁電流急劇上升，功率因數(shù)下降；反之，若頻率升高，則會下降，電機允許的輸出轉(zhuǎn)矩降低，電機得不到充分利用。所以在調(diào)頻的同時還要調(diào)壓, 應(yīng)使，成比例地改變，即：(2-7)保持不變。變頻器的控制方式本設(shè)計采用SAMCO-VMO5-SPF系列變頻器，變頻

42、的工作方式采用恒壓頻比的控制方式：異步電動機的轉(zhuǎn)速主要由電源頻率和極對數(shù)決定，改變電源頻率，就可進行電動機的調(diào)速，及時進行寬范圍的調(diào)速運行，也能夠獲得足夠的轉(zhuǎn)矩。為了不使電動機因平率變化導(dǎo)致磁飽和而造成勵磁電流增大，引起功率因數(shù)和效率的降低，需對變頻器的電壓和頻率的比值進行控制，是該比率保持不變，即恒壓頻比控制，以保持氣隙磁通為額定值。普通功能的變頻器采用這種控制方式，適用于調(diào)速要求不高的風機，泵類場合。由于變頻的同時都要按隨著電壓的變化。U/F控制由于忽略了電機漏阻抗的作用，在低頻段的工作特性不理想。因而實際變頻器中采用E/F控制。采用E/F控制方式的變頻器通常被稱作普通功能變頻器。恒壓頻比

43、控制是比較簡單的控制方式，歷史悠久，目前任然被大量采用，該方式被用于轉(zhuǎn)速開環(huán)的交流調(diào)速系統(tǒng)，適用于生產(chǎn)機械對調(diào)速系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能要求不高的場合，例如利用通用變頻器對風機、泵類進行調(diào)速已達到節(jié)能的目的。2.4鹽水泵變頻調(diào)速的優(yōu)點1、節(jié)能效果顯著水泵采用變頻調(diào)速，其軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，當轉(zhuǎn)速降低時，驅(qū)動電動機的電功率將以轉(zhuǎn)速的立方減少，因而有顯著的節(jié)能效果。2、實用性強采用變頻調(diào)速，可以實現(xiàn)低速起動，使起動電流低于額定電流，避免起動力矩對電機造成的沖擊損傷，不僅延長了電動機的使用壽命，而且無震動、無噪音。3、調(diào)速性能好，控制方式靈活可以非常平滑的調(diào)整風量，便于運行人員對鍋爐燃燒進行調(diào)整和控

44、制。變頻裝置具友好的控制方式，容易與控制系統(tǒng)配合實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制和閉環(huán)控制，提高了控制精度，使自動裝置的可靠性大大提高。4、調(diào)速范圍大變頻裝置具有一定的超速功能，在不超出電機額定出力的條件下，可使風機超速2.5%，因而在機組滿負荷下使水泵的水壓明顯提高，抽水速度明顯提高。2.5鹽水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)的總體設(shè)計系統(tǒng)控制過程如圖2-3：鹽水泵變頻節(jié)能系統(tǒng)由鹽水泵、三相異步電動機、變頻器、電磁流量傳感器和PLC等部分組成，見圖2.4。其中鹽水泵型號為14Sh-9A，額定流量1332000/2h，揚程56m，功率257kw，轉(zhuǎn)速1450r/min；拖動電機型號為Y355L2-2，額定電壓380V，電流560A

45、，功率315kw。變頻器型號為SAMCO SPF-315KW，3相，輸入頻率50/60Hz，輸入電壓380-460V，功率315kW，電流590A，內(nèi)置標準PID反饋控制功能，帶RS-485通訊接口。電磁流量計型號ZJLDG-300S-M2F110-30(DN300)，額定量程30000m/h，標準電流4-20mA輸出,電源由220V交流供電或者是24V直流供電。由電磁流量計監(jiān)測鹽水通過上位機對變頻器的工作狀態(tài)進行設(shè)定，以達管路中的實時流量值，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的4-20mA標準電流信號后，傳送給變頻器；變頻器接收到信號后，通過內(nèi)置的比較器與預(yù)先設(shè)定的數(shù)值進行比較并求算出偏差信號，再通過PID環(huán)

46、節(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲱l率信號后，傳送給變頻器主電路，控制電機調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)對流量的閉環(huán)控制。利用通信總線，可以將變頻器的運行狀態(tài)以及實時流量信息傳送給工業(yè)控制計算機。并通過組態(tài)上位機顯示，便于監(jiān)視?，F(xiàn)場操作人員也可通過上位機對變頻器的工作狀態(tài)進行設(shè)定，以達到遠程控制的目的。如果當變頻器發(fā)生故障或檢修等原因不能運行時，可通過PLC的控制和變頻工頻切換電路直接啟動電機。圖2-3 鹽水泵變頻節(jié)能系統(tǒng)原理圖3變頻技術(shù)在凍結(jié)站鹽水泵應(yīng)用中的硬件分析和系統(tǒng)說明3.1鹽水泵的選型介紹離心泵的分類可按使用目的、介質(zhì)種類、結(jié)構(gòu)類型等進行分類。這里主要介紹按結(jié)結(jié)構(gòu)型式作如下分類：（1）按流體吸入葉輪的方式：單吸式泵雙吸

47、式泵;（2）按級數(shù)分類：單極泵多級泵;（3）按泵體形式分類：蝸殼泵筒行泵;（4）按主軸安放情況分類：臥式泵立式泵斜式泵.圖3-1 離水泵的命名3.1.2離心泵的命名方式泵的性能介紹流量是泵在單位時間內(nèi)輸送出去的液體量。單位是s，用qm表示質(zhì)量，單位是kg/s。（3-1）式中q為液體的密度，常溫清水。q=1000kg/m3旋轉(zhuǎn)葉輪傳遞給單位重量液體的能量，亦稱理論楊程?？紤]有限葉片數(shù)受滑移的影響，較無限多葉片數(shù)葉輪做功能力減小，在離心泵中常使用如下的經(jīng)驗公式計算Ht。本文中因應(yīng)用需要我們選用14Sh-9A型水泵，在下面內(nèi)容中將主要介紹。斯托道拉公式： (3-2) 14Sh-9A型水泵介紹SH型是

48、單級雙吸、臥式中開離心泵。供輸送清水及物理化學性質(zhì)類似于水的液體。液體最高溫度不得超過80，適合工廠、礦山、城市、電站的給排水，農(nóng)田排澇灌溉和各種水利工程。泵體與泵蓋構(gòu)成葉輪的工作室。在進出水法蘭上，制有安裝真空表和壓力表的管螺孔。進出水法蘭的下部，制有放水的管螺孔。結(jié)構(gòu)特點：本型泵的吸入口與吐出口均在水泵軸心線下方，與軸線垂直呈水平方向，泵殼中開，檢修時無需拆卸進水，排出管路及電動機（或其他原動機），從聯(lián)軸器向泵的方向看去，水泵為順時針方向旋轉(zhuǎn)。根據(jù)需要也可生產(chǎn)逆時針旋轉(zhuǎn)的泵，但訂貨時應(yīng)特殊提出。泵體與泵蓋構(gòu)成葉輪的工作室，在進、出水法蘭上制有安裝真空表和壓力表的管螺孔。葉輪經(jīng)過靜平衡檢驗，

49、用軸套和兩側(cè)的軸套螺母固定，其軸向位置可以通過軸套螺母進行調(diào)整，葉輪的軸向力利用其葉片的對稱布置達到平衡，可能還有一些剩余軸向力則由軸端的軸承承受。本型泵的吸人口與吐出口均在水泵軸心線下方，水平方向與軸線成垂直位置、泵殼中開，檢修時無需拆卸進水，排出管路及電動機(或其他原動機)從聯(lián)軸器向泵的方向看去，水泵均為逆時針方向旋轉(zhuǎn)。如根據(jù)用戶特殊訂貨需要也可改為順時針旋轉(zhuǎn)。本型泵的主要零件有：泵體、泵蓋、葉輪、軸、雙吸密封環(huán)、軸套、軸承等。除軸的材料為優(yōu)質(zhì)碳素鋼外，其馀多為鑄鐵制成。泵體與泵蓋構(gòu)成葉輪的工作室，在進出水法蘭上制有安裝真空表和壓力表的管螺-，進出水法蘭的下部制有放水的管螺。葉輪經(jīng)過靜平衡

50、校驗，用軸套和兩側(cè)的軸套螺母固定，其軸向位置可以通過軸套螺母進行調(diào)整，葉輪的軸向力利用其葉片的對稱布置達到平衡。泵軸由兩個單列向心球軸承支承，軸承裝在泵體兩端的軸承體內(nèi)，用黃油潤滑，雙吸密封環(huán)用以減少水泵壓水室的水漏回吸水室。14Sh-9A型水泵參數(shù)介紹：流量1332m3/h楊程56m 必須氣蝕余量3.5m 轉(zhuǎn)速1450r/min 電機功率257KW。3.2異步電動機的選型介紹3.2.1三相電動機的轉(zhuǎn)動原理三相交流電通入定子繞組后，便形成了一個旋轉(zhuǎn)磁場，其轉(zhuǎn)速為n0,旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線被轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。轉(zhuǎn)子繞組是閉合的，則轉(zhuǎn)子導(dǎo)體有電流流過。設(shè)旋轉(zhuǎn)磁場按順

51、時針方向旋轉(zhuǎn)，且某時刻為上為北極N下為南極S，根據(jù)右手定則，在上半部轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的電動勢和電流方向由里向外，用表示；在下半部則由外向里，用表示。轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受電磁力作用形成電磁轉(zhuǎn)矩，推動轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n順n0方向旋轉(zhuǎn)（電動機左手定則），并從軸上輸出一定大小的機械功率。特點：電動機內(nèi)必須有一個以n0旋轉(zhuǎn)的磁場。實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的前提；三相異步電動機轉(zhuǎn)子之所以會旋轉(zhuǎn)、是因為轉(zhuǎn)子氣隙內(nèi)有一個旋轉(zhuǎn)磁場。電動運行時n恒不等于n0(異步)且n<n0建立轉(zhuǎn)矩的電流由感應(yīng)產(chǎn)生。由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，因此稱作是三相異步電動機。旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差與同步轉(zhuǎn)速n1之比稱為異步電動機的轉(zhuǎn)差率s，即：（3-

52、3）轉(zhuǎn)差率是異步電動機的一個基本參數(shù)，對分析和計算異步電動機的運行狀態(tài)及其機械特性有著重要的意義。當異步電動機處于電動狀態(tài)運行時，電磁轉(zhuǎn)矩Te和轉(zhuǎn)速n同向。轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動時，n=0,s=1；當時，s=0.可知異步電動機處于電動狀態(tài)時，轉(zhuǎn)差率的變化范圍總在0和1之間，即0s1。一般情況下，額定運行時=1%-5%。三相異步電動機的選型依據(jù)首先應(yīng)根據(jù)不同類型地區(qū)的特點，不同的生產(chǎn)要求，采用不同的泵型，本設(shè)計采用管道液體為鹽水的水泵。從水泵的規(guī)格性能表中初步選擇幾種規(guī)格的水泵，在根據(jù)管道的具體布置情況，同時求出水泵的工作點看其工況點是否落在泵的高效區(qū)內(nèi)。核算最大設(shè)計揚程和最小設(shè)計揚程是否超出工作范圍。選

53、用電動機應(yīng)從電源的容量，電壓和水泵的軸功率、轉(zhuǎn)速及傳動方式考慮，具體進行配套時可根據(jù)水泵容量來選擇。對于功率大于300KW的電機，可以采用特別加強絕緣的鼠籠型JSQ和繞線式JRQ電機。本文中選用的是Y355L2-2三相異步電動機，全封閉自扇冷式鼠籠型，定子繞組為Y接法，電氣技術(shù)參數(shù)如下：額定功率kw： 315 額定轉(zhuǎn)速r/min： 2980 額定電流A： 560 效率： 95%功率因數(shù)： 0.9 額定電壓V： 3803.3變頻器選型變頻器的各種分類1.按變換環(huán)節(jié)分類（1）交一交變頗器把頻率固定的交流電源直接變換成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電源。其主要優(yōu)點是沒有中間環(huán)節(jié)，電路結(jié)構(gòu)簡單，只使用一次變流，變

54、換效率高，不含直流電路及濾波部分，與電源之間無功功率處理以及有功功率回饋容易。雖然大功率交交變頻器得到了普遍的應(yīng)用，但因其功率因數(shù)低，高次諧波多，輸出頻率低，變化范圍窄一般為額定頻率的1/2以下，使用元件數(shù)量多使之應(yīng)用受到了一定的限制。它在傳統(tǒng)大功率電機調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用較多。故它主要用于容量較大的低速拖動系統(tǒng)中。（2）交一直一交變頻器先把頻率固定的交流電整流成直流電，再把直流電逆變成頻率連續(xù)可調(diào)的三相交流電。由于把直流電逆變成交流電的環(huán)節(jié)較易控制，因此，在頻率的調(diào)節(jié)范圍，以及改善變頻后電動機的特性等方面，都具有明顯的優(yōu)勢。交直交變頻器由整流器、濾波系統(tǒng)和逆變器三部分組成。整流器為二極管三相橋式不

55、控整流器，逆變器是大功率晶體管組成的三相橋式電路，其作用正好與整流器相反，它是將恒定的直流電交換為可調(diào)電壓，可調(diào)頻率的交流電。中間濾波環(huán)節(jié)是用電容器進行濾波。交直交變頻器按中間直流濾波環(huán)節(jié)的不同，又可以分為電壓型和電流型兩種，由于控制方法和硬件設(shè)計等各種因素，電壓型逆變器應(yīng)用比較廣泛。它在工業(yè)自動化領(lǐng)域的變頻器（采用VVVF控制等）和IT、供電領(lǐng)域的不間斷電源都有應(yīng)用。本次設(shè)計的選用的變頻器的主電路為交-直-交變頻器。目前迅速地普及應(yīng)用的主要是這一種。2.按變頻器的主電路分類電壓型是將電壓源性質(zhì)的直流變換為交流的變頻器，直流環(huán)節(jié)的儲能元件是電容。電流型是將電流源性質(zhì)的直流變換為交流的變頻器，直

56、流環(huán)節(jié)的儲能元件是電感。變頻器的基本結(jié)構(gòu)框圖在中小容量變頻器中應(yīng)用最為廣泛的是”交一直一交電壓型變頻器”，其基本結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。本次設(shè)計采用的SAMCO-VMO5-SPF系列通用變頻器也是這個結(jié)構(gòu)變頻器的工作可分為兩個基本過程：（1）先將電源的三相(或單相)交流電經(jīng)整流橋整流成直流電(交流一直流變換)；（2）再把直流電變"成頻率任意可調(diào)的三相逆變"成頻率任意可調(diào)的三相交流電(直流一交流變換)。圖3-2 交-直-交變頻器的基本結(jié)構(gòu) 圖3-3交-直-交變換電路交-直-交變頻器主電路變頻器的的整流部分采用三相橋式不可控控整流電路，逆變部分采用全控型器件的電壓型你變電路，直流側(cè)

57、并聯(lián)有大電容，相當于電壓源，直流電壓基本無脈動，當交流側(cè)為阻感負載時，需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功的作用，為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。三相橋式逆變電路的工作過程與單相逆變橋相同，只要注意三相之間互隔T3(T是周期)就可以了。如圖3-3所示從電路結(jié)構(gòu)上看，如果把三相負載看成三相整流變壓器的三個繞組，那么三相橋式逆變電路猶如三相橋式可控整流電路與三相二極管整流電路的反并聯(lián)，其中可控電路用來實現(xiàn)直流到交流的逆變，不可控電路為感性負載電流提供續(xù)流回路，完成無功能量的續(xù)流和反饋，因此VD1VD6稱為續(xù)流二極管。逆變電路采用PWM控制方式，即對脈沖的寬度進行調(diào)制的技術(shù)，應(yīng)用面積等效原理，將所需要的波形等效為一系列幅值相等，寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖波形。如果脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化，脈沖的面積和正弦波形等效，則為SPWM調(diào)制。全控型器件的具體導(dǎo)通順序為：第1個T/6：V1、V6、V5導(dǎo)通，V4、V3、V2截止：第2個T/6：Vl、V6、V2導(dǎo)通，V4、V3、V5截止：第3個T/6：V1、V3、V2導(dǎo)通，V4、V6、V5截止：第4個T/6：V4、V3、V2導(dǎo)通，V1、V6、V5截止：第5個T/