電拖課設(shè)電氣1202邢盛

1、揚(yáng)州大學(xué)水利與能源動力工程學(xué)院課程設(shè)計報告題 目： 空氣壓縮機(jī)變頻調(diào)速的設(shè)計 課 程： 電力拖動自動控制系統(tǒng) 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 電氣1202 姓 名： 邢盛 學(xué) 號： 121704223 第 一 部 分任務(wù)書一、課程設(shè)計的目的通過電力拖動自動控制系統(tǒng)的設(shè)計，了解一般交直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計過程及設(shè)計要求，并鞏固交直流調(diào)速系統(tǒng)課程的所學(xué)內(nèi)容，初步具備設(shè)計電力拖動自動控制系統(tǒng)的能力。為今后從事相關(guān)技術(shù)工作打下必要的基礎(chǔ)。二、課程設(shè)計的要求1、熟悉交直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計的一般設(shè)計原則，設(shè)計內(nèi)容以及設(shè)計程序的要求。2、掌握控制系統(tǒng)設(shè)計制圖的基本規(guī)范，熟練掌握電氣控制部分的新圖標(biāo)。3、學(xué)會收

2、集、分析、運(yùn)用自動控制系統(tǒng)設(shè)計的有關(guān)資料和數(shù)據(jù)。4、培養(yǎng)獨(dú)立工作能力、創(chuàng)造能力及綜合運(yùn)用專業(yè)知識解決實際工程技術(shù)問題的能力。三、課程設(shè)計的內(nèi)容完成某一給定課題任務(wù)，按給出的工藝要求、運(yùn)用變頻調(diào)速對系統(tǒng)進(jìn)行控制。四、進(jìn)度安排： 共1.5周本課程設(shè)計時間共1.5周，進(jìn)度安排如下：1、設(shè)計準(zhǔn)備，熟悉有關(guān)設(shè)計規(guī)范，熟悉課題設(shè)計要求及內(nèi)容。（1.5天）2、分析控制要求、控制原理，設(shè)計控制方案。（1.5天）3、繪制控制原理圖、控制流程圖、端子接線圖。（2天）4、編制程序、梯形圖設(shè)計、程序調(diào)試說明。（1.5天）5、整理圖紙、寫課程設(shè)計報告。（1.5天）五、課程設(shè)計報告內(nèi)容完成下列課題的課程設(shè)計及報告（課題工

3、藝要求由課程設(shè)計任務(wù)書提供）1退火爐溫度控制系統(tǒng)2變頻液位自動控制系統(tǒng)設(shè)計3變頻流量自動控制系統(tǒng)設(shè)計4變頻供水系統(tǒng)設(shè)計5變頻調(diào)速恒張力控制系統(tǒng)設(shè)計6變頻器在印染機(jī)械多電機(jī)同步調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用7線纜設(shè)備恒張力變頻器控制設(shè)計8空氣壓縮機(jī)變頻調(diào)速的設(shè)計六、參考書1陳伯時主編 電力拖動自動控制系統(tǒng)(第二版), 機(jī)械工業(yè)出版社 19922陳伯時, 陳敏遜. 交流調(diào)速系統(tǒng). 機(jī)械工業(yè)出版社 19983張燕賓著 SPWM變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù)   機(jī)械工業(yè)出版社 19974王兆義主編·可編程控制器教程 主編5徐世許主編·可編程控制器教程原理、應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò) 主編6 工廠常用電氣設(shè)

4、備手冊（第2版）上、下冊 中國電力出版社第 二 部 分課程設(shè)計報告目錄一 、空氣壓縮機(jī)的簡介1二、空氣壓縮機(jī)加、卸載供氣控制方式存在的問題1三、 控制要求1四、 控制原理設(shè)計方案21、空氣壓縮機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)概述22、變頻器的選擇23、變頻器運(yùn)行方式的選擇34、空氣壓縮機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖35、壓力變送器的選擇46、熱繼電器保護(hù)47、變頻器的功能預(yù)置4五、空氣壓縮機(jī)變頻調(diào)速控制方式的安裝與調(diào)試41、安裝 42、調(diào)試5六、變頻調(diào)速對于空氣壓縮機(jī)的意義51、節(jié)約能源使運(yùn)行成本降低 52、提高壓力控制精度 53、全面改善壓縮機(jī)的運(yùn)行性能 5七、課程小結(jié)6八、

5、參考文獻(xiàn)7一 、空氣壓縮機(jī)的簡介 空氣壓縮機(jī)在工礦企業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。它擔(dān)負(fù)著為各種氣動元件和氣動設(shè)備提供氣源的重任。因此空氣壓縮機(jī)運(yùn)行的好壞直接影響生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量?？諝鈮嚎s機(jī)是一種把空氣壓入儲氣罐中，使之保持一定壓力的機(jī)械設(shè)備，屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。 變頻調(diào)速是80年代初發(fā)展起來的新技術(shù)，具有易操作、免維護(hù)、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)。普通電動機(jī)采用變頻調(diào)速后，在其拖動負(fù)載無須任何改動的情況下，便可按照生產(chǎn)工藝要求來調(diào)整轉(zhuǎn)速輸出以滿足工況要求。因此完全可以用變頻器驅(qū)動的方案取代加、卸載供氣控制方式的方案，從而電機(jī)可根據(jù)用氣量的大小來自動調(diào)整轉(zhuǎn)速以保證供氣壓力恒定，使電機(jī)低于額定轉(zhuǎn)速連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，可有效

6、地克服電機(jī)頻繁改變運(yùn)行狀態(tài)所帶來的諸多弊端，達(dá)到系統(tǒng)高效節(jié)能運(yùn)行的目的。二、空氣壓縮機(jī)加、卸載供氣控制方式存在的問題 空氣壓縮機(jī)加、卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在pminpmax之間來回變化。pmin是能夠保證用戶正常工作的最低壓力值，pmax是設(shè)定的最高壓力值。一般情況下，pmax和pmin之間關(guān)系可用下式表示:  pmax(1)pmin                    

7、60;           式中值在10%25%之間。 若采用變頻調(diào)速技術(shù)連續(xù)調(diào)節(jié)供氣量的話，則可將管網(wǎng)壓力始終維持在能滿足供氣的工作壓力上，即等于pmin的數(shù)值。 由此可見，加、卸載供氣控制方式浪費(fèi)的能量主要在三個部分: （1） 壓縮空氣壓力超過pmin所消耗的能量 當(dāng)儲氣罐中空氣壓力達(dá)到pmin后，加、卸載供氣控制方式還要使其壓力繼續(xù)上升，直到pmax。這一過程需要電源提供壓縮機(jī)能量，這是一種能量損失。 （2）減壓閥減壓消耗的能量&

8、#160;氣動元件的額定氣壓在pmin左右，高于pmin的氣體進(jìn)入氣動元件前的壓力，這就需要用減壓閥將其減至接近pmin。這同樣是一種能量損失。 （3） 卸載時調(diào)節(jié)方法不合理所消耗的能量 通常情況下，當(dāng)壓力達(dá)到pmax時，空氣壓縮機(jī)通過如下方法來降壓卸載:關(guān)閉進(jìn)氣閥使空氣壓縮機(jī)不需要再壓縮氣體做功，但空氣壓縮機(jī)的電機(jī)還是要帶動螺桿做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，據(jù)測算，空氣壓縮機(jī)卸載時的能耗約占空氣壓縮機(jī)滿載運(yùn)行時的10%15%，在卸載期間，空氣壓縮機(jī)做無用功，無謂地消耗能量。同時將分離罐中多余的壓縮空氣通過放空閥放空，這又是一種能量浪費(fèi)。   其他損失 

9、;（1）  靠機(jī)械方式調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥，使供氣量無法連續(xù)調(diào)節(jié)，當(dāng)用氣量不斷變化時，供氣壓力難免要產(chǎn)生較大幅度的波動，從而使供氣壓力精度達(dá)不到工藝要求，這就會影響產(chǎn)品質(zhì)量甚至造成廢品。再加上頻繁調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥，還會加速進(jìn)氣閥的磨損，增加維修量和維修成本。    （2）  頻繁地開/關(guān)放氣閥，使放氣閥壽命大大縮短。三、 控制要求 在空壓機(jī)供氣領(lǐng)域應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，節(jié)省電能的同時也能改善空壓機(jī)的性能，提高供氣品質(zhì)?；赑LC的空壓機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)，對原有空壓機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行變頻調(diào)速改造，可以得到穩(wěn)定的氣壓，同時監(jiān)控空壓機(jī)的各項運(yùn)行參數(shù)及變頻器的運(yùn)行情

10、況并對系統(tǒng)故障及時發(fā)出報警信號。四、 控制原理設(shè)計方案 1、空氣壓縮機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)概述 變頻器是基于交直交電源變換原理集電力電子和微計算機(jī)控制等技術(shù)于一身的綜合性電氣產(chǎn)品。變頻器可根據(jù)控制對象的需要輸出頻率連續(xù)可調(diào)的交流電壓。 由電機(jī)知識知道，電機(jī)轉(zhuǎn)速與電源頻率有成正比的關(guān)系：   n = 60 f（1-S）P                    

11、;        式中   n轉(zhuǎn)速  f輸入交流電頻率  S電機(jī)轉(zhuǎn)差率  P電機(jī)磁極對數(shù) 因此，用變頻器輸出頻率可調(diào)的交流電壓作為空壓機(jī)電動機(jī)的電源電壓就可以方便的改變空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速。 空氣壓縮機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行恒壓供氣控制時，plc控制原理圖如下： 變頻調(diào)速系統(tǒng)將管網(wǎng)壓力作為控制對象，壓力變送器將儲氣罐的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査徒o變頻器內(nèi)部的，與壓力給定值進(jìn)行比較，并根據(jù)差值的大小按預(yù)先設(shè)定好的值運(yùn)算，產(chǎn)生控制信號去控制變頻器的輸出電壓和頻率，調(diào)整電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而使實際壓力始

12、終維持在給定壓力上。另外，采用該方案后，空氣壓縮機(jī)電機(jī)從靜止到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可由變頻器實現(xiàn)軟啟動，避免了啟動時大電流對電網(wǎng)的沖擊和啟動給空氣壓縮機(jī)帶來的機(jī)械沖擊。 正常情況下，空氣壓縮機(jī)在變頻調(diào)速控制方式下工作?？紤]到一旦變頻控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，生產(chǎn)工藝過程又不允許空氣壓縮機(jī)停機(jī)，因此系統(tǒng)設(shè)置了工頻與變頻系統(tǒng)的切換功能，這樣當(dāng)變頻控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可由工頻電源通過接觸器直接供電，使空氣壓縮機(jī)仍能正常工作。2、變頻器的選擇 由于空氣壓縮機(jī)是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，故變頻器可選用通用型的。又因為空氣壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速也不允許超過額定值，電動機(jī)不會過載，一般變頻器出廠標(biāo)注的額定容量都具有一定的余量安全系數(shù)，所以

13、選擇變頻器容量與所驅(qū)動的電動機(jī)容量相同即可。若考慮更大的余量，也可以選擇比電動機(jī)容量大一個級別的變頻器，但價格要高出不少。 我院改造的壓縮機(jī)電機(jī)型號為LS286TSC-4，功率22kW，頻率50Hz，額定電壓380V，額定電流42A，4極，轉(zhuǎn)速1470r/min。選用一臺三菱FR-A540-22K型變頻器，配用電動機(jī)容量22kW，額定容量32.8kVA，額定電流43A，額定過電流能力150%（1 min），內(nèi)置有PID調(diào)節(jié)器。3、變頻器運(yùn)行方式的選擇 由于空氣壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度不宜太低，對機(jī)械特性的硬度無任何要求，故可采用V/F控制方式。4、空氣壓縮機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖

14、原理圖5、壓力變送器的選擇 壓力變送器一個型號:DG1300-BZ-A-2-2，量程:01Mpa，輸出420mA的模擬信號。精確度0.5%FS。廠家:廣州森納士壓力儀器有限公司。 該智能型壓力變送器選用國際著名公司壓力傳感器組件，經(jīng)過高可靠性的微控制器及高精度溫度補(bǔ)償，將被測介質(zhì)的絕壓或表壓的壓力信號轉(zhuǎn)換成420mADC標(biāo)準(zhǔn)信號疊加HART數(shù)字信號，實現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，支持現(xiàn)場總線基于現(xiàn)場控制的技術(shù)升級。高質(zhì)量的傳感器、精湛的封裝技術(shù)以及完善的裝配工藝確保了該產(chǎn)品的優(yōu)異質(zhì)量和最佳性能，該產(chǎn)品能最大限度的滿足客戶的需要，適用于與各種測量控制設(shè)備配套使用。特點(diǎn)：  采用美國

15、技術(shù)  兼容其它公司符合HART 通訊協(xié)議的產(chǎn)品 零點(diǎn)自動遷移  具有完整的自診斷功能和通訊功能  可通過手持器與PC機(jī)組態(tài)調(diào)試軟件遠(yuǎn)程管理  零點(diǎn)量程外部可調(diào)，高精度，高可靠性  全焊接結(jié)構(gòu)、小體積、高性價比、高穩(wěn)定性、高靈敏度  多種量程選擇、用戶調(diào)試方便  采用激光打標(biāo),確保產(chǎn)品之可溯源性。6、熱繼電器保護(hù) 選用熱繼電器作為電機(jī)的過載保護(hù)熱繼電器FR，其整定值可等于0.951.05倍的電動機(jī)的額定電流，或者取熱繼電器整定電流的中值等于電機(jī)的

16、額定電流（42A），因此熱繼電器可選用規(guī)格其型號為TK-E6HP-C 42A，額定電流42A可符合要求。7、變頻器的功能預(yù)置使用前，必須對變頻器的以下功能進(jìn)行預(yù)置： （1）上限頻率 由于空氣壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速一般不允許超過額定值，故  H N 式中   H設(shè)置上限頻率  N額定頻率（2）下限頻率 空氣壓縮機(jī)采用變頻調(diào)速后，其下限頻率的預(yù)置要視壓縮機(jī)的機(jī)種的工況而定，一般說來，其范圍約為 30Hz L40Hz 式中  

17、60;L設(shè)置下限頻率（3）加、減速時間 空氣壓縮機(jī)有時需要在儲氣罐已經(jīng)有一定壓力的情況下啟動，這時通常要求快一點(diǎn)加速，故加速時間應(yīng)盡可能縮短（以啟動過程不因過電流而跳閘為原則）；減速時間可參照加速時間進(jìn)行預(yù)置（以制動過程不因過電壓而跳閘為原則）。 （4）升、降速方式  空氣壓縮機(jī)對升、降速方式無特殊要求，可設(shè)置為線性方式五、空氣壓縮機(jī)變頻調(diào)速控制方式的安裝與調(diào)試1、安裝 為防止電網(wǎng)與變頻器之間的干擾，在變頻器的輸入側(cè)最好接一個電抗器。安裝時控制柜與壓縮機(jī)之間的主配線不要超過30m，主配線與控制線要分開走線，且保持一定距離?？刂苹芈返呐渚€采用屏蔽雙絞線，接線距離應(yīng)在

18、20m以內(nèi)。另外控制柜內(nèi)要裝有換氣扇，變頻器接地端子要可靠接地，不與動力接地混用。2、調(diào)試在完成變頻器的功能設(shè)定及空載運(yùn)行后，可進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)動調(diào)試。調(diào)試的主要步驟： （1）  將變頻器接入系統(tǒng)； （2）  進(jìn)行工頻控制運(yùn)行； （3） 進(jìn)行變頻控制運(yùn)行，其中包括開環(huán)與閉環(huán)控制兩部分調(diào)試。 開環(huán)：此時主要觀察變頻器頻率上升的情況，設(shè)備的運(yùn)行聲音是否正常，空壓機(jī)的壓力上升是否穩(wěn)定，壓力變送器顯示是否正常，設(shè)備停機(jī)是否正常等。如一切正常，則可進(jìn)行閉環(huán)的調(diào)試。閉環(huán)：主要依據(jù)變頻器頻率上升與下降的速度和空壓機(jī)壓力的升降相匹配，不要產(chǎn)生壓力

19、振蕩，還要注意觀察機(jī)械共振點(diǎn)，將共振點(diǎn)附近的頻率跳過去。 接著對PID參數(shù)的進(jìn)行整定，根據(jù)空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)對過渡過程時間無要求，可以采用PI調(diào)節(jié)方式，以減少對變頻器的沖擊。 在對PID進(jìn)行參數(shù)整定的過程中，首先根據(jù)經(jīng)驗法，將比例帶設(shè)定在70%，積分時間常數(shù)設(shè)定在60s；為不影響生產(chǎn)，采取改變給定值的方法使壓力給定值有個突變(相當(dāng)于一個階躍信號)，然后觀察其響應(yīng)過程(即壓力變化過程)。經(jīng)過多次調(diào)整，在比例帶為40%，積分時間常數(shù)Ti=12s時，觀察到壓力的響應(yīng)過程較為理想。壓力在給定值改變5min左右(約一個多周期)后，振幅在極小的范圍內(nèi)波動，對擾動反應(yīng)達(dá)到了預(yù)期的效果。

20、60;在調(diào)試過程中，將下限頻率調(diào)至40Hz，然后用紅外線測溫儀對空氣壓縮機(jī)電機(jī)的溫升進(jìn)行了長時間嚴(yán)格的監(jiān)測，電機(jī)溫升約36之間，屬正常溫升范圍。所以40Hz下限頻率運(yùn)行對空氣壓縮機(jī)機(jī)組的工作并無多大的影響。六、變頻調(diào)速對于空氣壓縮機(jī)的意義 1、節(jié)約能源使運(yùn)行成本降低  空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行成本由三項組成：初始采購成本、維護(hù)成本和能源成本。其中能源成本大約占壓縮機(jī)運(yùn)行成本的80%。通過變頻技術(shù)改造后能源成本降低20%，再加上變頻起動后對設(shè)備的沖擊減少，維護(hù)和維修量也跟隨降低，所以運(yùn)行成本將大大降低。通過測算，運(yùn)行一年節(jié)約的成本費(fèi)用就可以收回改造的投資。2、提高壓力控制精度  變頻控制系統(tǒng)具有精確的壓力控制能力。使壓縮機(jī)的空氣壓力輸出與用戶空氣系統(tǒng)所需的氣量相匹配。變頻控制壓縮機(jī)的輸出氣量隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變而改變。由于變頻控制電機(jī)速度的精度提高，所以它可以使管網(wǎng)的系統(tǒng)壓力保持恒定，有效地提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。3、全面改善壓縮機(jī)的運(yùn)行性能  變頻器從0Hz啟動壓縮機(jī)，它的啟動加速時間可以調(diào)整，從而減少啟動時對壓縮機(jī)的電器部件和機(jī)械部件所造成的沖擊，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，