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

1、摘要在工業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品加工制造業(yè)中，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。近年來，出

2、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)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。關(guān)鍵字：鍋爐，壓力，PLC，變頻器目 錄1.緒 論 12.原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 32.1 變頻器工作原理 32.2 變頻器的結(jié)構(gòu)與功能 3 3 4 52.3 輸油泵變頻調(diào)速節(jié)能原理 62.4 輸油泵變頻調(diào)速的主電路 83變頻器選擇及參數(shù)設(shè)置 93.1變頻器的控制方式 93.2控制方式的合理選用 103.3選型原則 113.4

3、PLC及壓力傳感器的選擇 123.5 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) 15結(jié) 論 17參考文獻(xiàn) 181.緒 論在進(jìn)入21世紀(jì)的今天，電力電子器件的基片已從Si（硅）變換為SiC（碳化硅）,使電力電子新元件具有耐高壓、低功耗、耐高溫的優(yōu)點(diǎn)；并制造出體積小、容量大的驅(qū)動(dòng)裝置；永久磁鐵電動(dòng)機(jī)也正在開發(fā)研制之中。隨著IT技術(shù)的迅速普及，以及人類思維理念的改變，變頻器相關(guān)技術(shù)的發(fā)展迅速，未來主要朝以下幾個(gè)方面發(fā)展：1.網(wǎng)絡(luò)智能化智能化的變頻器買來就可以用，不必進(jìn)行那么多的設(shè)定，而且可以進(jìn)行故障自診斷、遙控診斷以及部件自動(dòng)置換，從而保證變頻器的長(zhǎng)壽命。利用互聯(lián)

4、網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)變頻器聯(lián)動(dòng)，甚至是以工廠為單位的變頻器綜合管理控制系統(tǒng)。2.專門化和一體化變頻器的制造專門化，可以使變頻器在某一領(lǐng)域的性能更強(qiáng)，如風(fēng)機(jī)、水泵用變頻器、電梯專用變頻器、起重機(jī)械專用變頻器、張力控制專用變頻器等。除此以外，變頻器有與電動(dòng)機(jī)一體化的趨勢(shì)，使變頻器成為電動(dòng)機(jī)的一部分，可以使體積更小，控制更方便。3.環(huán)保無公害保護(hù)環(huán)境，制造“綠色”產(chǎn)品是人類的新理念。21世紀(jì)的電力拖動(dòng)裝置應(yīng)著重考慮：節(jié)能，變頻器能量轉(zhuǎn)換過程的低公害，使變頻器在使用過程中的噪聲、電源諧波對(duì)電網(wǎng)的污染等問題減少到最小程度。4.適應(yīng)新能源現(xiàn)在以太陽(yáng)能和風(fēng)力為能源的燃料電池以其低廉的價(jià)格嶄露頭角，有后來居上之勢(shì)。

5、這些發(fā)電設(shè)備的最大特點(diǎn)是容量小而分散，將來的變頻器就要適應(yīng)這樣的新能源，既要高效，又要低耗?，F(xiàn)在電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)以驚人的速度向前發(fā)展，變頻調(diào)速傳動(dòng)技術(shù)也隨之取得了日新月異的進(jìn)步。這種進(jìn)步集中體現(xiàn)在交流調(diào)速裝置的大容量化，變頻器的高性能化和多功能化，結(jié)構(gòu)的小型化一些方面。通常在工業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品加工制造業(yè)中風(fēng)機(jī)設(shè)備主要用于鍋爐燃燒系統(tǒng)、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

6、使得能量以風(fēng)門、擋板的節(jié)流損失消耗掉了。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 。針對(duì)這一系列問題，本系統(tǒng)將 PLC與變頻器有機(jī)地結(jié)合起來，采用以鍋爐氣壓壓力為主控參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)工作過程和運(yùn)轉(zhuǎn)速度的有效控制，使離心鼓風(fēng)機(jī)通風(fēng)高效、安全，達(dá)到了明顯的節(jié)能效果。PLC控制系統(tǒng)具有對(duì)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的電機(jī)過熱保護(hù)、故障報(bào)警、機(jī)械故障報(bào)警等功能特點(diǎn)，為節(jié)能技術(shù)改造提供一條新途徑。2.原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 變頻器工作原理變頻器的工作原理是把市電（380V、50Hz）通過整流器變成平滑直流，然后利用GTR或IG

7、BT組成的三相逆變器，將直流電變成可變電壓和可變頻率的交流電，由于采用微處理器編程的正弦脈寬調(diào)制（SPWM）方法，使輸出波形近似正弦波，用于驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。2.2 變頻器的結(jié)構(gòu)與功能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

8、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)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。變頻器的控制方式1.轉(zhuǎn)差頻率控制轉(zhuǎn)差頻率控

9、制就是通過控制轉(zhuǎn)差頻率來控制轉(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)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)速的做法是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子交流電流I

10、a、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。矢量控制方法的出現(xiàn)，使異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速在電動(dòng)機(jī)的調(diào)速領(lǐng)域里全方位的處于優(yōu)勢(shì)地位。但是，矢量控制技術(shù)需要對(duì)電動(dòng)機(jī)參數(shù)進(jìn)行正確估算，如何提高參數(shù)的準(zhǔn)確性是一直研究的話題。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

11、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)無速度傳感器，這種控制被稱為無速度傳感器直接轉(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)性能由于被控對(duì)象的千差萬別，性能指標(biāo)要求的各不相同，變頻器的選擇及配置遠(yuǎn)不如上述所列幾種。要做到熟練應(yīng)用還應(yīng)在工程實(shí)踐中認(rèn)真探索。變頻器的控制方式代表著變頻器的性能和水平

12、，在工程應(yīng)用中根據(jù)不同的負(fù)載及不同控制要求，合理選擇變頻器以達(dá)到資源的最佳配置，具有重要的意義。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，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)能無功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的

13、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 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)

14、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2。系統(tǒng)組成簡(jiǎn)圖如圖1所示。 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。 2.4 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

15、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3 系統(tǒng)主電路（2）系統(tǒng)控制電路圖4 系統(tǒng)控制電路2.5 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

16、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。所以，為了避免誤動(dòng)作，斷路器的額定電流應(yīng)選：其中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。4. 主電路的線徑（1）電源和變頻器之間的導(dǎo)線一般說來，和同

17、容量普通電動(dòng)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：式中：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。標(biāo)稱截面/mm21.01.52.54.

18、06.010.016.025.035.0/(m/m17.811.96.924.402.921.731.100.690.495.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

19、。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

20、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。經(jīng)實(shí)踐使用后又有所改進(jìn)：引人頻率補(bǔ)償，能消除速度控制的誤差；通過反饋估算磁鏈幅值，消除低速時(shí)定子電阻的影響；將輸出電壓、電流成閉環(huán)，以提高動(dòng)態(tài)的精度和穩(wěn)定度。但控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒有引人轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)性能沒有得到根本改善。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。通

21、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。然而轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè)，以及矢量變換的復(fù)雜性，實(shí)際效果不如理想的好。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)

22、生PWM信號(hào)，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

23、要不帶PG帶PG或編碼器速比I<1:401:601:1001:1001:10001:100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

24、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，

25、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，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100

26、0m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：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

27、電橋的輸出電壓發(fā)生變化，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)

28、試P0100=0(功率單位為KW；f的缺省值為50HzP0304=380(電動(dòng)機(jī)的額定電壓VP0305=200(電動(dòng)機(jī)的額定電流AP0307=110（電動(dòng)機(jī)的額定功率KW）P0310=50(電動(dòng)機(jī)的額定頻率HzP0311=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）P1121=10（電動(dòng)機(jī)從最大頻率減速到靜止停車所需的時(shí)間）P1300=2（控制方式為拋物線V/f控制）P3900=1(結(jié)束快速調(diào)試表3.2 變頻器的參數(shù)設(shè)置參數(shù)號(hào)設(shè)置值說明P00101快速調(diào)試P01000功率單位為KW；f的缺省值為50HzP0304380電動(dòng)機(jī)的額定電壓P0305200電動(dòng)機(jī)的額定電流P0307110電動(dòng)機(jī)的額定功率P031050電動(dòng)機(jī)的額定頻率P03111470電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速P07002變頻器命令源選擇為模入端子/數(shù)字輸入P10002模擬設(shè)定值P108030電動(dòng)機(jī)最小頻率P108250電動(dòng)機(jī)最大頻率P112010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P1121