變頻器課程設(shè)計(jì)水泵

1、河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 課程設(shè)計(jì)報(bào)告書 課程名稱：交流調(diào)速系統(tǒng)與變頻器應(yīng)用 課題名稱： 系部名稱：自動(dòng)控制系 專業(yè)班級：電氣自動(dòng)化技術(shù) 081 姓名： 學(xué)號： 2010年12月25日 設(shè)計(jì)任務(wù)書 設(shè)計(jì)目的：自動(dòng)恒壓供水在日常生活中應(yīng)用較多，用變頻器可以比 較容易的實(shí)現(xiàn)恒壓供水。本設(shè)計(jì)的目的在于設(shè)計(jì)一種用變頻器實(shí)現(xiàn)的 技術(shù)指標(biāo)： 1、 三臺(tái)水泵電機(jī)功率分別為 2.2KW、3KW、5.5KW。 2、 采用 PLC 捽制，用水高峰時(shí)壓力穩(wěn)守在 0.3MPa 3、 系統(tǒng)具有休眠功酢 4、 5、 設(shè)計(jì)思路、方案選擇： 從變頻恒壓供水的原理分析可知，該系統(tǒng)主要有壓力傳感器、壓力變送器、變頻器、恒壓控制單元、

2、水泵機(jī)組以及低壓電器組成.系統(tǒng)主要的設(shè)計(jì)任務(wù) 是利用恒壓控制單元使變頻器控制一臺(tái)水泵或循環(huán)控制多臺(tái)水泵，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓 的恒定和水泵電機(jī)的軟啟動(dòng)以及變頻水泵與工頻水泵的切換，同時(shí)還要能對運(yùn)行 數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)要求，結(jié)合系統(tǒng)的使用場所，本文選用通用 變頻器+PLC控制 這種控制方式靈活方便。具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；通用性強(qiáng)， 由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化， 用戶可靈活組成各種規(guī)模和要求不同控制系統(tǒng)。在硬件設(shè)計(jì)上，只需確定P比的硬件配置和拍的外部接線，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時(shí)，可以方便地通過PC機(jī)來改變存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場調(diào)試方便。同時(shí)由于P比的

3、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。因此該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒壓供水場合，并且與供水機(jī)組的容量大小無關(guān)。 變頻器的特點(diǎn)及應(yīng)用 變頻器應(yīng)用，可分為兩大類：一種是用于傳動(dòng)調(diào)速，另一種是各種靜止電源(靜止電源暫且不講)。變頻傳動(dòng)調(diào)速，其應(yīng)用目的就是通過對電機(jī)調(diào)速來達(dá)到節(jié)約能源?？刂茖ο缶褪窃趧?dòng)力設(shè)備上實(shí)現(xiàn)電一機(jī)轉(zhuǎn)換的電動(dòng)機(jī)。這是由感應(yīng)式 異步電動(dòng)機(jī)的性能和特征決定，其次是由于所帶的負(fù)載對電機(jī)調(diào)速的負(fù)荷適應(yīng)性所決定。由電機(jī)轉(zhuǎn)速的數(shù)學(xué)公式我們知道， 電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速， 主要取決于電機(jī)定子的旋轉(zhuǎn)磁場(n1=t*f/p)o對一個(gè)繞制好的電機(jī)， 具旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速完全取決供電頻率，t為時(shí)間常數(shù)

4、，P為電機(jī)的極對數(shù)，n1正比電源頻率f,從電機(jī)的結(jié)構(gòu)上我們看到定、轉(zhuǎn)子之間沒有任何電的連接，基于磁場感應(yīng)和機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)子 的轉(zhuǎn)速和定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速總是不同步，差一個(gè)轉(zhuǎn)差數(shù)(一般為n1的1%1.8%,)稱為轉(zhuǎn)差率S,由此可見電機(jī)的轉(zhuǎn)速也正比于電源的頻率。n2=t*f(1-s)/p從異步電動(dòng)機(jī)變頻時(shí)機(jī)械特性曲線中，我們不難看出轉(zhuǎn)速的變化對電機(jī)的轉(zhuǎn)矩影響較小，對于傳動(dòng)機(jī)械功率要求完全可以滿足。變頻調(diào)速控制是 在降低輸出頻率的同時(shí)輸出電壓也相應(yīng)降低，轉(zhuǎn)矩正比輸出電壓。轉(zhuǎn)矩也會(huì)有些 減少。這種純電氣調(diào)速系統(tǒng)是人為地改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性來獲得不同的轉(zhuǎn)速，直接與拖動(dòng)機(jī)械相連接不需原機(jī)械設(shè)備做任何調(diào)整，這對

5、于節(jié)能改造成本，保持 原有機(jī)械性能都大有好處。變頻傳動(dòng)調(diào)速的特點(diǎn)是： 1、不用改動(dòng)原有設(shè)備包括電機(jī)本身； 2、可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，滿足傳動(dòng)機(jī)械要求； 3、變頻器軟啟、軟停功能，可以避免啟動(dòng)電流沖擊對電網(wǎng)的不良影響,減少電源容量的同時(shí)還可以減少機(jī)械慣動(dòng)量，減少機(jī)械損耗； 4、不受電源頻率的影響，可以開環(huán)、閉環(huán)手動(dòng)/自動(dòng)控制； 5、低速時(shí)，定轉(zhuǎn)矩輸出、低速過載能力較好；6、電機(jī)的功率因數(shù)隨轉(zhuǎn)速增高功率增大而提高。使用效果較好。 供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器（P比系統(tǒng)）、變頻器和電控設(shè)備三個(gè)部分： （1）供水控制器：它是整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。供水控制器直接對系統(tǒng)中的壓力、

6、液位、報(bào)警信號進(jìn)行采集，對來自人機(jī)接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、實(shí)施控制算法，得出對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案，通過變頻調(diào)速器和接觸器對執(zhí)行機(jī)構(gòu)（即水泵成行控制. （2）變頻器:它是對水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的單元.變頻器跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調(diào)速泵的運(yùn)行頻率，完成對調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。根據(jù)水泵機(jī)組中水泵被變頻器拖動(dòng)的情況不同，變頻器有如下兩種工作方式： 1）變頻循環(huán)式：變頻器拖動(dòng)某一臺(tái)水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺(tái)水泵運(yùn)行在50Hz時(shí)，其供水量仍不能達(dá)到用水要求，需要增加水泵機(jī)組時(shí)，系統(tǒng)先將變頻器從該水泵電機(jī)中脫出，將該泵切換為工頻的同時(shí)用變頻去拖動(dòng)另一臺(tái)水泵電機(jī)。 2）變頻固定式：變頻器拖動(dòng)某一臺(tái)水泵

7、作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺(tái)水泵運(yùn)行在50Hz時(shí)，其供水量仍不能達(dá)到用水要求，需要增加水泵機(jī)組時(shí)，系統(tǒng)直接啟動(dòng)另一臺(tái)恒速水泵，變頻器不做切換，變頻器固定拖動(dòng)的水泵在系統(tǒng)運(yùn)行前可以選擇。 一、變頻器的電控設(shè)備它是由一組接觸器、保護(hù)繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等電氣元 件組成.用于在供水控制器的控制下完成對水泵的切換、手/自動(dòng)切換及就地/集中 等工作恒壓供水結(jié)構(gòu)框圖如下: 2、在變頻包壓供水中，整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)要根據(jù)檢測到的輸入信號的狀態(tài)，按照系統(tǒng)的控制流程，通過變頻調(diào)速器和執(zhí)行元件對水泵組進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)恒壓供水的目的。這個(gè)控制過程是一個(gè)閉環(huán)過程，它的反饋信號是由壓力傳感器產(chǎn)生的供水壓力，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是變頻器，通過控

8、制系統(tǒng)將控制結(jié)果傳輸?shù)阶冾l器中，改造變頻器的輸出頻率，從而使供水壓力發(fā)生改變，完成整個(gè)控制過程。其中需要完成的控制流程下圖如所示。 對于一臺(tái)變頻器帶兩臺(tái)或兩臺(tái)以上電機(jī)的系統(tǒng)，電機(jī)的控制通常按上節(jié) 方案2所述流程進(jìn)行. 在實(shí)際運(yùn)用中， 通常對水壓的閉環(huán)控制都采用PID控制， 電機(jī)增減的控制根據(jù)不同的情況有所不同，但多數(shù)采用頻率、頻率結(jié)合壓力的方法來實(shí)現(xiàn)。PD的算法和實(shí)現(xiàn)將在節(jié)進(jìn)行詳細(xì)闡述，電機(jī)的增減控制算法在將在加以分析 3運(yùn)行特性： 以3臺(tái)水泵的恒壓供水系統(tǒng)為例，系統(tǒng)在自動(dòng)運(yùn)行方式下，可編程控制器控制變頻器、軟啟動(dòng)1#泵， 此時(shí)1#泵進(jìn)入變頻運(yùn)行狀態(tài)， 具轉(zhuǎn)速逐漸升高， 當(dāng)供水量Q1/3Qm函 （Qma刻3臺(tái)水泵全部工頻運(yùn)行時(shí)的最大流量），可編程控制器CPU根據(jù)供水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)1#泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，以保證所需的供水壓力。當(dāng)用水量Q&1/3QmaxQ23Qma之間時(shí)，1#泵已不能滿足用戶所需的用水量，這時(shí)可編程控制器發(fā)出指令將1#泵轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，并軟啟動(dòng)2#泵，使2#泵