變頻器在水泵風機控制方面的應用

1、一 變頻器在水泵、風機控制方面的應用 泵類負載和風機是目前工業(yè)現(xiàn)場應用變頻器最多的設備，它們又最具有節(jié)能潛力。它們主要以離心泵和離心風機為主。水泵又分排水泵、空調(diào)水泵、陳列（冷藏）柜水泵、灌藥泵、大型高壓（中壓）水泵等等。風機分換（排）氣風機、冷卻風機、鍋爐鼓風機、溫室（房）溫控風機等等。泵類負載水泵的負載性質(zhì)是平方遞減轉(zhuǎn)矩型,有下列關系:水泵的流量Q與轉(zhuǎn)速n成正比;揚程H與轉(zhuǎn)速n的三次方成正比;電動機的轉(zhuǎn)速n與電源頻率F成正比.因此改變電動機電源頻率,可改變電機即水泵的轉(zhuǎn)速,從而達到調(diào)節(jié)給水流量和水泵的揚程的目的.1.排水泵：   在化工廠、市政工程、農(nóng)田灌溉等許多地方，

2、雨水及工業(yè)用水都會用到排水泵。2.空調(diào)水泵： 有些建筑物裝有集中供氣方式的冷暖空調(diào)，為給每層樓的空調(diào)機供給熱交換用的冷水，設置了冷水泵。3.陳列（冷藏）柜水泵：    冷藏陳列柜熱負載隨外界氣溫的不同而變化較大，冷凍機、冷卻水泵、冷卻塔設備的容量需要根據(jù)夏季最大負載量確定，這樣中等熱負載及冬季小負載的時期時，運行效率低，雖然此時可以對冷凍機卸載進行容量控制，降低功耗，但冷卻水泵基本與夏季一樣定速運行（而此時冷卻水用量降低），還是浪費電能，利用變頻器可以使冷卻水泵調(diào)速運行，達到節(jié)能的目的。許多冷庫用上變頻器后節(jié)能非常明顯。4.灌藥泵： 變頻器用在灌藥泵控制，同時也可以對冷水循

3、環(huán)泵、放水泵進行調(diào)速控制，節(jié)能效果顯著。5.大型高壓（中壓）水泵： 高壓（中壓）大型水泵、風機和潛油電泵廣泛應用在礦山、冶金、油田、石化、電廠、水廠等等。風機負載 風機風的阻力與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。1.換（排）氣風機：  在化工、紡織、石油、礦山等很多企業(yè)和場合都會用到大中型換（排）氣風機。2.冷卻風機：冷卻塔有幾個室組成，各室的冷卻風機根據(jù)實際可以用變頻器控制，達到節(jié)能效果。大型電動機也用到冷卻風扇，由變頻器控制。3.鍋爐鼓風機：   鍋爐上的鼓風機通常有壓力式與吸引式鼓風機。例如發(fā)電廠用的鍋爐鼓風機白天高峰期在80%的上限轉(zhuǎn)速運行，

4、晚間多運行在低速區(qū)域。4.溫室（房）溫控風機：大型農(nóng)業(yè)栽培用房室內(nèi)溫度控制、畜舍用換氣風扇、紡織企業(yè)的控溫車間等等都會用到變頻器。三變頻器在機床、起重機方面的應用機床的變頻器控制 在機床主軸上采用變頻器可實現(xiàn)無級變速，從而使磨具或刀具以最小的磨損產(chǎn)生最高的粗糙度和加工精度。機床工作臺由變頻器取代液壓傳動，可縮短傳動響應時間，變頻器的調(diào)速范圍寬、控制精度高，而且具有很多自動功能，可有效提高機床的加工效率。1.自動車床 自動車床主要用于高速加工滾珠絲杠等精密部件，由通常的凸輪控制改變?yōu)閺秃蠑?shù)控車床后，有效的提高了生產(chǎn)效率。成為具有穩(wěn)定精密加工與良好性能的機械，人們將利用變頻器與數(shù)控裝置結(jié)合起來，縮

5、短了自動車床的加工周期。 自動車床對變頻器的要求有以下幾個方面；不經(jīng)過停止狀態(tài)直接由正轉(zhuǎn)狀態(tài)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)狀態(tài)；變頻器的輸出頻率為120Hz以上；具有急劇減速的再生制動裝置，同時具有制動功能,減速結(jié)束時不采用機械閘即可完全停車；低速時速度變化率小，運行平滑。 利用變頻器控制后，縮短了加工周期，提高了生產(chǎn)率、速度再現(xiàn)性好、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，可將帶制動器的電動機更換為通用電動機而不需要維護。制動電阻的大小由減速頻率決定，應該根據(jù)最繁重運行時的參數(shù)進行選擇。由于溫度高，應適當考慮安裝位置，注意電動機的低頻振動。如果在低速時要求充分大的轉(zhuǎn)矩，則可使用通風型專用電動機；由于速度可調(diào)范圍大，故需要考慮機械部件的匹配

6、，以防止發(fā)生諧振。2.數(shù)控車床 數(shù)控車床的主軸如果采用齒輪變速，其速度最多只有30段可供選擇，難以進行精密恒定線速度控制，且需要按時定期維修離合器。直流型主軸雖然可以無級調(diào)速，但必須維護換向器，其最高轉(zhuǎn)速亦受到限制。數(shù)控車床的主軸若采用變頻器控制即可消除這些限制，可對普通電動機直接變速傳動，因此可以去掉離合器，實現(xiàn)主軸的無級調(diào)速。3.立式車床 立式車床主要用于內(nèi)、外徑及重量大的工件，其加工件重量大，故主軸電動機的容量大，傳動調(diào)速部件的齒輪、離合器等機械部分的尺寸也很大，可利用變頻器進行控制。對于大外徑工件，由外向內(nèi)連續(xù)切削時，可采用變頻器控制可實現(xiàn)恒線速切削；提高效率，由于立式車床一般不需要突

7、然加、減速，因此，可選用通用變頻器而不用專用變頻器。主軸傳動采用中容量變頻器，刀架進給采用小容量變頻器。4.單臂龍門刨床 國產(chǎn)單臂龍門刨床的走刀系統(tǒng)一般采用超越離合器，分為“快速”、“空”、“自動”三擋，刀架的選擇由換擋實現(xiàn)?！翱焖佟睋跤糜谡{(diào)整刀架的位置，“自動”擋用于正常的刨削，在工作臺前進換后退時電機反轉(zhuǎn)，做走刀準備；在工作臺后退換前進時電機正轉(zhuǎn)刀架移動，移動的距離有調(diào)整超越離合器的行程確定，在雕刻度盤上指示。由于該機構比較復雜，在使用一段時間后經(jīng)常出現(xiàn)不走刀或走刀距離不一致的情況，影響加工質(zhì)量。走刀系統(tǒng)主電機采用開關磁阻電機，采用PLC控制新電氣柜，同時用變頻器改造走刀系統(tǒng)。需要較頻繁的

8、啟、制動，可適當放大容量。對變頻器及PLC的參數(shù)進行適當調(diào)整，考慮到變頻器在低速時出力較小，將變頻器的輸出功率下限定在3Hz,將低速時輸出轉(zhuǎn)矩適當提高，另外，雖然變頻器的最高輸出頻率能達200Hz，但對于電機來說，超過50Hz（最高不超過60Hz）后輸出轉(zhuǎn)矩會下降,可能帶不動負載.變頻器及PLC的設定參數(shù)為；最高輸出功率50Hz；最低輸出頻率3Hz；點動頻率（快速走刀）50Hz；速度上升、下降時間各位0.3s，PLC內(nèi)設電機運行時間0.7s。將走刀速度的機械換擋分別放在高、低檔上，測得每次走刀的距離為；低速當0.254.5mm（對應350Hz）；高速擋0.915mm（對應350Hz），重復誤差

9、小于10%，滿足機械加工要求。（1）干擾問題。由于變頻器是高頻電力電子設備，當其運行時（特別是低速時)會產(chǎn)生較大的干擾?，F(xiàn)場發(fā)現(xiàn)與變頻器輸出線穿同一個蛇皮管的24V信號線受干擾嚴重，變頻器一啟動，原來的常開信號在PLC側(cè)檢測出來常閉，使動作錯誤，后將這一觸點信號改為常閉，使其形成回路，解決了該問題，抗干擾更徹底的解決辦法是對變頻器加隔離變壓器或輸入，輸出電抗器。（2）變頻器啟、制動問題。正常工作時，走刀電機每分鐘需啟、制動510次，較為頻繁，而且啟動時間也較短，電流沖擊大，如果選用性能較差的變頻器驅(qū)動，很可能會引起變頻器及電機的過熱和損壞。（3）接觸器切換問題。該變頻器可分別控制垂直和右側(cè)刀架

10、電機，必須注意只能在電機停止時切換，否則可能引起變頻器損壞，在PLC程序序里做必要的互鎖。利用PLC與變頻器相結(jié)合來改造刨床走刀系統(tǒng)，可簡化其結(jié)構、降低故障率方便操作，具有較高的使用價值。5.螺紋磨床      螺紋磨床的電氣控制部分大多采用繼電器的順序控制,機床采用交磁擴大機、直流電動機與測速發(fā)電機的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),但產(chǎn)品質(zhì)量差、檢修難度也大.為此,可采用變頻器進行改造,實現(xiàn)無級調(diào)速,使其性能良好、維護方便.6.剃齒機    整形機一般由電動機驅(qū)動整形器，對工件進行精密的研磨，它根據(jù)工件的材料，大小及加工要求等條件改變整形器速度，采用變頻器控制

11、可提高其性能。剃齒機是整形機的一種，剃齒器與作為工件的齒輪嚙合，根據(jù)正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)方向不斷切換旋轉(zhuǎn)，從而將齒輪部的兩面打磨光滑。 使用變頻器控制剃齒機具有一次下優(yōu)點；由于是無觸點正反轉(zhuǎn)進行，故不需要維修；正、反轉(zhuǎn)換方向的沖擊電流小，可采用較小容量的電源設備；可進行60Hz 以上的高速運行，擴大了加工件的適用范圍，提高了機械能力；與機械式變頻器相比，縮短了變速時的作業(yè)時間，故可大幅度提高作業(yè)效率。 由于需要反復進行正、反轉(zhuǎn)運行，而且要求盡可能縮短加工周期，因此應用時需注意兩個問題；一是變頻器的制動能力，通用變頻器內(nèi)裝的制動電路并不是連續(xù)額定工作的，故應注意其是否工作在允許范圍內(nèi)；二是確定最短加、減速

12、時間，為縮短加工周期，應盡可能減小與機器研磨無關的加、減速時間，通過計算出加、減速時間來確定變頻器及電動機的容量。起重機的變頻器控制1.升降吊車 升降吊車是重物裝卸時不可缺少的工具，有時是生產(chǎn)線的組成部分，升降吊車的控制主要采用手動操作方式，但作為生產(chǎn)過程的一個組成部分，實現(xiàn)高定位精度、防振動、平穩(wěn)加減速等功能的自動控制是提高生產(chǎn)效率的有效方法。采用變頻器控制可實現(xiàn)提升電動機與平移電動機的調(diào)速，且具有以下優(yōu)點:平移時采用軟啟動和軟停止，可避免直接啟動或用電磁制動器急剎車時所造成的振動，實現(xiàn)吊車的平穩(wěn)運行，吊車提升與放下速度可隨負載的作業(yè)內(nèi)容任意變化；采用高速及低速兩擋切換，可提高停止精度，減小

13、細微的位置校正次數(shù)，提高吊車的作業(yè)效率。 升降吊車配有升降、平移及行走目的的23臺電動機，使其能在x、y、z軸3個方向自由移動。每臺電動機根據(jù)其各自的用途分別配備變頻器。選擇電動機及變頻器容量時，應充分考慮上升時所吊重物的安全系數(shù)，停止及保存控制利用電磁制動器實現(xiàn)。吊車下放時為負負載，變?yōu)檫B續(xù)的再生運行狀態(tài)，如果通用變頻器電源不具有反饋功能，當選用變頻器及制動電阻時，其容量應留有充分的裕量。平移及行走電動機的變頻器容量，應根據(jù)各自的需要選擇相當于電動機容量或者大一點容量的變頻器，尤其在減速時，如果希望在短時間內(nèi)停止，由于負載的慣性大，通常采用制動裝置. 控制系統(tǒng)配置了防止提升超過極限的異常限制

14、裝置，一旦機器出現(xiàn)故障，則此限制開關動作，直接切斷提升主體電源，使電動機停止，同時由電磁制動器動作保持住重物，為防止因變頻器故障是吊車停止在半空中，系統(tǒng)中放置了異常放大控制回路，可從地面的懸吊式操作盒進行控制操作。 應用變頻器控制后，由于電動機運行的開關元件為無觸點式，使得電磁接觸器具有半永久性壽命；電動機的起動電流被限制得很小，因此頻繁起動及停止時電動機的熱耗降低，壽命延長；由于電磁制動器在低速時動作，故其襯里使用期得到延長，保養(yǎng)費用降低；吊車運行平滑，在加、減速時的沖擊和振動變小，減小了負載搖晃，運行安全性大幅度提高由于升降機精細的升降速度控制，有效提高了產(chǎn)品（如電鍍拋光）的質(zhì)量；對于鍛模

15、搬運升降機，可實現(xiàn)精確定位，以提高作業(yè)效率。 具體應用時應注意以下事項：變頻器跳閘時電動機斷電，因此行走失控或落下的危險性較大，應設計完善的安全裝置，使得電磁制動器自動作用；在升降機上裝置變頻器時，用選用變頻器材料相同的耐高溫及耐振材料；除了保持電滑輪不脫線外，還應采取其他安全措施，保持一旦突然斷電時緊急制動器能夠起作用，代替變頻器工作；由于變頻器控制時電動機轉(zhuǎn)矩比直接電源時的小，故應使電動機容量適當增大；在下放時電動機為連續(xù)再生運行狀態(tài)，應充分考慮變頻器在內(nèi)的容量問題。 2.輸送平臺車 在工廠內(nèi)各工段之間運送鋼材等重物時，經(jīng)常使用平臺車，為提高平臺車的運送速度、增加運載重量、提高運輸能力，需

16、要增大電動機的輸出功率，同時傳動裝置的尺寸及重量也會加大。為此，采用在工頻以上的高速區(qū)內(nèi)有恒功率輸出特性的變頻器控制，在不增加電動機尺寸的情況下，可有效增加運送能力，利用工頻以上頻率使電動機加速，則不改變傳動部分的尺寸即可實現(xiàn)高速化。對于平臺車，在裝載貨物時，為防止貨物倒塌，對其最高速度有限制。在卸貨后，空載時負載轉(zhuǎn)矩很小，可加快運行速度，故可利用變頻器的高速運行區(qū)域，由于拖動電動機裝設在平臺車上，如果環(huán)境條件較差，如粉塵多、振動強烈時，最適宜使用易于變頻器控制的籠型電動機。 運送平臺車一般有兩臺電動機傳動，變頻器容量為兩臺電動機容量之和，兩臺電動機始終按同一頻率控制，即電動機之間沒有大幅度的

17、負載不平衡，即使在加、減速運行時，兩臺電動機的負載轉(zhuǎn)矩也適當分配，為防止在運行軌道的兩端速度失控，必須考慮相應的安全措施，一般通過變頻器實現(xiàn)電氣制動（即再生制動）使平臺車停止。另外還要考慮在異常情況下能夠使用電磁制動器緊急制動，實現(xiàn)停車。3.塔式起重機 塔式起重機多用于工業(yè)及民用建筑施工，由于其提升高度大、司機室位置較高，因此操縱難度大，尤其是起吊時對吊重的快速、準確就位要求高，所以其起升機構調(diào)速性能要好。傳統(tǒng)的起升機構調(diào)速方法較多，由變極多速電動機調(diào)速機構、能耗制動調(diào)速機構、渦流制動調(diào)速機構等，這些調(diào)速機構都存在調(diào)速范圍小、速度穩(wěn)定性差等缺點，無法長時間在低速下降載荷（大起重量的塔機低速運行

18、時間都超過20%機構總運行時間）且可靠性低、維護量大、能耗高。    塔機起升機構電機應選用適合頻繁啟動、轉(zhuǎn)動慣量小、啟動轉(zhuǎn)矩大的變頻電機，目前國外以4極作為變頻電機的首選極數(shù)，用變頻器驅(qū)動異步電動機時，由于變頻器的換向以及開關元件瞬間開閉產(chǎn)生的沖擊電壓（浪涌電壓）而引起電機絕緣惡化，因此對電壓型PWM變頻器，應盡量縮短變頻器于電機之間的接線距離或考慮加入阻尼回路（濾波器）。塔機起升機構控制系統(tǒng)中特別需防止溜鉤，在電磁制動器抱住之前和松開之后的瞬間，極易發(fā)生重物由停止狀態(tài)下滑現(xiàn)象，成為溜鉤。本控制系統(tǒng)中通過PLC和變頻器之間信號的適當配合，利用變頻器具有的零速全轉(zhuǎn)矩功能，可

19、有效防止溜鉤，其原理是在變頻器在速度為0的狀態(tài)下，保持電動機有足夠大的轉(zhuǎn)矩且不需要速度反饋，可保證當?shù)蹉^由升降狀態(tài)降速為0時電機能使重物在空中停止，直到電磁制動器將軸抱住為止，從而防止溜鉤。3.變頻器制動單元 在采用變頻器的交流調(diào)速控制系統(tǒng)中，電動機是通過降低變頻器輸出頻率而實現(xiàn)減速的，當重載快速下降時，由于重力加速度的原因，電動機的旋轉(zhuǎn)速度超過變頻器輸出頻率所對應的同步轉(zhuǎn)速，電動機處于發(fā)電制動狀態(tài)，負責的機械能將被轉(zhuǎn)換為電能并被反饋給變頻器，變頻器直流回路的電容因充電而使電壓升高，為了不使電壓過高而導致變頻器的過電壓保護電路動作切斷變頻器的輸出，此時可在其直流電路中設一個三極管。當電壓超過一

20、定界限時，制動三極管將會導通，過剩的電能通過與之相接的制動電阻轉(zhuǎn)換為熱能消耗掉，此裝置即為變頻器的制動單元。三晶變頻器產(chǎn)品系列1、S350高端變頻器系列采用最新高速電機控制專用芯片DSP，確保矢量控制快速響應 硬件電路模塊化設計，確保電路穩(wěn)定高效運行 外觀設計結(jié)合歐洲汽車設計理念，線條流暢，外形美觀 結(jié)構采用獨立風道設計，風扇可自由拆卸，散熱性好 無PG矢量控制、有PG矢量控制、轉(zhuǎn)矩控制、V/F控制均可選擇 強大的輸入輸出多功能可編程端子，調(diào)速脈沖輸入，兩路模擬量輸出 獨特的“挖土機”自適應控制特性，對運行期間電機轉(zhuǎn)矩上限自動限制，有效抑制過流頻繁跳閘 寬電壓輸入，輸出電壓自動穩(wěn)壓（AVR），

21、瞬間掉電不停機，適應能力更強 內(nèi)置先進的 PID 算法 ，響應快、適應性強、調(diào)試簡單 ； 16 段速控制，簡易PLC 實現(xiàn)定時、定速、定向等多功能邏輯控制，多種靈活的控制方式以滿足各種不同復雜工況要求 內(nèi)置國際標準的 MODBUS RTU ASCII 通訊協(xié)議，用戶可通過PC/PLC控制上位機等實現(xiàn)變頻器485通訊組網(wǎng)集中控制 2、個性化變頻器產(chǎn)品解決方案軟件框架式，快速響應客戶軟件修改需求 硬件模塊化設計，穩(wěn)定性強 結(jié)構為您量身定制 CAN總線，Profbus-DP，RS485，RS232，通信集中控制 界面一鍵式傻瓜設計，操作簡易方便 3、經(jīng)濟迷你型采用上下接線方式，結(jié)構緊湊，安裝方便 矢

22、量控制模式，180% 啟動轉(zhuǎn)矩 內(nèi)置簡易PLC功能，RS485通信接口 最大頻率加速、減速時間可達到0.1S 動態(tài)性能穩(wěn)定、反應速度快，適合于頻繁起動、正反轉(zhuǎn)場合 變頻器與電機匹配使用，無需放大變頻器容量 4、矢量通用型低頻轉(zhuǎn)矩輸出180% ，低頻運行特性良好 輸出頻率最大600Hz，可控制高速電機 全方位的偵測保護功能(過壓、欠壓、過載)瞬間停電再起動 加速、減速、動轉(zhuǎn)中失速防止等保護功能 電機動態(tài)參數(shù)自動識別功能，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確性 高速停機時響應快 豐富靈活的輸入、輸出接口和控制方式，通用性強 采用SMT全貼裝生產(chǎn)及三防漆處理工藝，產(chǎn)品穩(wěn)定度高 全系列采用最新西門子IGBT功率器件，確保品質(zhì)的高質(zhì)量 5、風機專用型針對風機節(jié)能控制設計 內(nèi)置PID和先進的節(jié)能軟件 高效節(jié)能，節(jié)電效果20%60%(根據(jù)實際工況而定) 簡便管理、安全保護、實現(xiàn)自動化控制 延長風機設備壽命、保護電網(wǎng)穩(wěn)定、保減磨損，降低故障率 實現(xiàn)軟起，制動功能 6、水泵專用型針對水泵恒壓節(jié)能控制設計 內(nèi)置PID和先進的節(jié)能軟件 可實現(xiàn)一托一分時段多點壓力定時功能 高效節(jié)能，節(jié)電效果20%60%(根據(jù)實際工況而定) 簡便管理，安全保護，實現(xiàn)自動化控制 延長設