變頻器恒壓供水系統(tǒng)(單泵)(共29頁)

1、1203010325PAGE PAGE 31摘 要 自從通用變頻器問世以來，變頻調(diào)速技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，使我國供水行業(yè)的技術(shù)裝備水平從90年代初開始經(jīng)歷了一次飛躍。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)(shxin)水泵電機(jī)無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求，是當(dāng)今最先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中得到了很大的發(fā)展。 對城鎮(zhèn)住宅(zhzhi)電力驅(qū)動(dòng)恒壓供水的原理及幾種實(shí)用化方案進(jìn)行了深入的討論，

2、以變頻器為主體的恒壓供水系統(tǒng)對供水水泵實(shí)現(xiàn)全方位的寶護(hù)。該系統(tǒng)不但能最大限度地節(jié)約水資源，而且能夠節(jié)約電能，延長供水水泵的使用壽命，并在緊急情況下（消防，減災(zāi)）能夠做到重點(diǎn)供水。最后，對幾種實(shí)用化供水方案進(jìn)行(jnxng)了詳細(xì)的討論。關(guān)鍵詞：變頻器；恒壓供水；變頻調(diào)速；供水系統(tǒng)；目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc435565561 1變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的現(xiàn)狀(xinzhung)和發(fā)展 PAGEREF _Toc435565561 h 3 HYPERLINK l _Toc435565562 1.1變頻(bin pn)調(diào)速恒壓供水的目的和意義 PAGEREF

3、 _Toc435565562 h 3 HYPERLINK l _Toc435565563 1.2變頻(bin pn)調(diào)速及PLC在供水行業(yè)中的應(yīng)用 PAGEREF _Toc435565563 h 8 HYPERLINK l _Toc435565564 1.2.1變頻調(diào)速技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用 PAGEREF _Toc435565564 h 8 HYPERLINK l _Toc435565565 1.2.2可編程序控制器的特點(diǎn)及應(yīng)用 PAGEREF _Toc435565565 h 9 HYPERLINK l _Toc435565566 2變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) PAGEREF _Toc435565566

4、 h 11 HYPERLINK l _Toc435565567 2.1恒壓供水控制系統(tǒng)構(gòu)成 PAGEREF _Toc435565567 h 11 HYPERLINK l _Toc435565568 2.2變頻恒壓控制理論模型 PAGEREF _Toc435565568 h 12 HYPERLINK l _Toc435565569 3變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc435565569 h 13 HYPERLINK l _Toc435565570 3.1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 PAGEREF _Toc435565570 h 13 HYPERLINK l _Toc435565571 3.2系統(tǒng)

5、主電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc435565571 h 14 HYPERLINK l _Toc435565572 3.3控制系統(tǒng)組成方框圖 PAGEREF _Toc435565572 h 15 HYPERLINK l _Toc435565573 4器件的選型及介紹 PAGEREF _Toc435565573 h 17 HYPERLINK l _Toc435565574 4.1 變頻器簡介 PAGEREF _Toc435565574 h 17 HYPERLINK l _Toc435565575 4.2 變頻器選型 PAGEREF _Toc435565575 h 17 HYPERLINK l

6、_Toc435565576 4.2.1 變頻器的控制方式 PAGEREF _Toc435565576 h 17 HYPERLINK l _Toc435565577 4.2.2 變頻器容量的選擇 PAGEREF _Toc435565577 h 18 HYPERLINK l _Toc435565578 4.2.3 變頻器主電路外圍設(shè)備選擇 PAGEREF _Toc435565578 h 20 HYPERLINK l _Toc435565579 4.3 可編程控制器(PLC) PAGEREF _Toc435565579 h 22 HYPERLINK l _Toc435565580 4.3.1 PLC

7、的定義及特點(diǎn) PAGEREF _Toc435565580 h 22 HYPERLINK l _Toc435565581 4.3.2 PLC的工作原理 PAGEREF _Toc435565581 h 23 HYPERLINK l _Toc435565582 4.3.3 PLC及壓力傳感器的選擇 PAGEREF _Toc435565582 h 23 HYPERLINK l _Toc435565583 5變頻器參數(shù)的設(shè)置 PAGEREF _Toc435565583 h 24 HYPERLINK l _Toc435565584 6.結(jié)束語 PAGEREF _Toc435565584 h 26 HYPE

8、RLINK l _Toc435565585 7.參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc435565585 h 271變頻(bin pn)調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展1.1變頻調(diào)速恒壓供水的目的(md)和意義 變頻恒壓供水系統(tǒng)已逐漸(zhjin)取代原有的水塔供水系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)生活消防供水系統(tǒng)。然而，由于新系統(tǒng)多會(huì)繼續(xù)使用原有系統(tǒng)的部分舊設(shè)備（如 HYPERLINK t _blank HYPERLINK t _blank 水泵），在對原有供水系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造的實(shí)踐中，往往會(huì)出現(xiàn)一些在理論上意想不到的問題。隨著電力技術(shù)的發(fā)展， HYPERLINK t _blank 變頻調(diào)速技術(shù)的日臻完善

9、，以變頻調(diào)速為核心的智能供水控制系統(tǒng)取代了以往高位水箱和壓力罐等供水設(shè)備，起動(dòng)平穩(wěn)，起動(dòng)電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動(dòng)時(shí)對電網(wǎng)的沖擊；由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長泵和 HYPERLINK / t _blank 閥門等東西的使用壽命；可以消除起動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)。其穩(wěn)定安全的運(yùn)行性能、簡單方便的操作方式、以及齊全周到的功能，將使供水實(shí)現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電、節(jié)省人力，最終達(dá)到高效率的運(yùn)行目的。1.變頻調(diào)速技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用通常在同一路供水系統(tǒng)中，設(shè)置多臺常用泵，供水量大時(shí)多臺泵全開，供水量小時(shí)開一臺或兩臺。在采用變頻調(diào)速進(jìn)行恒壓供水時(shí)，就用兩種方式，其一是所有水泵配用一臺變頻器；其二是每臺

10、水泵配用一臺變頻器。后種方法根據(jù)壓力反饋信號，通過PID運(yùn)算自動(dòng)調(diào)整變頻器輸出頻率，改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，最終達(dá)到管網(wǎng)恒壓的目的，就一個(gè)閉環(huán)回路，較簡單，但成本高。前種方法成本低，性能不比后種差，但控制程序較復(fù)雜，是未來的發(fā)展方向，比如NKL-A系列恒壓供水控制系統(tǒng)就可實(shí)現(xiàn)一變頻器控制任意數(shù)馬達(dá)的功能。2.可編程序控制器的應(yīng)用目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。（1）開關(guān)量的邏輯控這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，

11、也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。（2）模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中(dngzhng)，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。（3）運(yùn)動(dòng)控制PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的

12、單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛(gungfn)用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。3.過程(guchng)控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。4.數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、

13、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。5.通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)(wnglu)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。6.可編程變頻恒壓供水控制系統(tǒng)(kn zh x tn)的設(shè)計(jì)(1) 變

14、頻器的節(jié)能(ji nn)、調(diào)速原理變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來說，有時(shí)還需要一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的CPU以及一些相應(yīng)的電路。變頻調(diào)速是通過改變電機(jī)定子繞組供電的頻率來達(dá)到調(diào)速的目的。一般使用的風(fēng)機(jī)、水泵類它們額定風(fēng)量、水量都超過實(shí)際需要，又因工藝的需要，往往運(yùn)行中要改變風(fēng)量、水量，而目前多數(shù)采用檔板或閥門來調(diào)節(jié)的，雖然方法簡單，但實(shí)質(zhì)是人為增加阻力的辦法。

15、因此浪費(fèi)大量電能，屬不經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)方式。從流體力學(xué)原理可知，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、水泵的流量與電機(jī)轉(zhuǎn)速及電機(jī)功率的關(guān)系如下： 當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，電動(dòng)機(jī)的功率迅速降低，例風(fēng)量下降到80，轉(zhuǎn)速亦下降到80時(shí)，則軸功率下降到額定的51，若風(fēng)量下降到50，軸功率將下降到額定的13，其節(jié)電潛力非常大，采用變頻器調(diào)速方式有很強(qiáng)的節(jié)電效果，其節(jié)電可達(dá)30-40效果十分明顯。(2) 變頻器控制方式的選擇低壓通用變頻輸出電壓為380650V，輸出功率為0.75400kW，工作頻率為0400Hz，它的主電路都采用交直交電路。其控制方式經(jīng)歷了以下四代。7.U/f=C的正弦脈寬調(diào)制（SPWM）控制方式其特點(diǎn)是控制電路結(jié)構(gòu)簡單、成

16、本較低，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，這種控制方式在低頻時(shí)，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。另外，其機(jī)械特性終究沒有直流電動(dòng)機(jī)硬，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，且系統(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)因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。(1) 電壓空間(kngjin)矢量（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)磁場軌跡為目的，一次生成三相調(diào)制

17、波形，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制的。經(jīng)實(shí)踐使用后又有所改進(jìn)，即引入頻率補(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(dinz)的影響；將輸出電壓、電流閉環(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，且沒有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)性能沒有得到根本改善。(2)矢量控制(kngzh)（VC）方式矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia、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Ia1Ib1，再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(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)于與轉(zhuǎn)矩成正

18、比的電樞電流），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)對異步電動(dòng)機(jī)的控制。其實(shí)質(zhì)是將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，分別對速度，磁場兩個(gè)分量進(jìn)行獨(dú)立控制。通過控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場兩個(gè)分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時(shí)代的意義。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測，系統(tǒng)特性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動(dòng)機(jī)控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果。(3) 直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）方式1985年，德國魯爾大學(xué)的DePenbrock教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻

19、技術(shù)。該技術(shù)在很大程度上解決了上述矢量控制的不足，并以新穎的控制思想、簡潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動(dòng)靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。目前，該技術(shù)已成功地應(yīng)用在電力機(jī)車牽引的大功率交流傳動(dòng)上。直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計(jì)算；它不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。(4) 矩陣式交交控制(kngzh)方式VVVF變頻(bin pn)、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交直交變頻中的一種。其共同缺點(diǎn)是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流電路需要大的儲能電容，

20、再生能量又不能反饋(fnku)回電網(wǎng)，即不能進(jìn)行四象限運(yùn)行。為此，矩陣式交交變頻應(yīng)運(yùn)而生。由于矩陣式交交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價(jià)格貴的電解電容。它能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為l，輸入電流為正弦且能四象限運(yùn)行，系統(tǒng)的功率密度大。該技術(shù)目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學(xué)者深入研究。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。矩陣式交交變頻具有快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)（2ms），很高的速度精度（2，無PG反饋），高轉(zhuǎn)矩精度（3）；同時(shí)還具有較高的起動(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150200轉(zhuǎn)矩。因此，我們選用最后一種控制方式，矩陣式交-交控制方式。

21、近年來我國中小城市發(fā)展迅速,集中用水量急劇增加。據(jù)統(tǒng)計(jì),從1990年到1998年,我國人均日生活用水量（包括城市公共設(shè)施等非生產(chǎn)用水）有175.7升增加到241.1升,增長了37.2%,與此同時(shí)我國城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。在用水量高峰期時(shí)供水量普遍不足,造成城市公用管網(wǎng)水壓浮動(dòng)較大。由于每天不同時(shí)段用水對供水壓力的要求變化較大,僅僅靠供水廠值班人員依據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行人工手動(dòng)調(diào)節(jié)很難及時(shí)有效的達(dá)到目的。這種情況造成用水高峰期時(shí)供水壓力不足,用水低峰期時(shí)供水壓力過高,不僅十分浪費(fèi)能源而且存在事故隱患（例如壓力過高容易造成爆管事故）。 供水廠希望通過對原有系統(tǒng)的技術(shù)改造,提高生產(chǎn)過程的自動(dòng)化

22、水平。并在此基礎(chǔ)之上配備相應(yīng)的系統(tǒng)管理軟件,改變傳統(tǒng)的落后管理方式,使管理工作規(guī)范化,提高水廠的業(yè)務(wù)管理水平。由于水廠原有的供水控制系統(tǒng)是一個(gè)完全依靠值班人員手動(dòng)控制的系統(tǒng),所以對該系統(tǒng)技術(shù)改造的要求是在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)進(jìn)行,設(shè)計(jì)一套取水和供水的自動(dòng)控制系統(tǒng),克服由于采用單純手動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制帶來的控制不方便、控制系統(tǒng)對供水管網(wǎng)中壓力和水位變化反應(yīng)遲鈍的問題,降低能源消耗和資源浪費(fèi),提高設(shè)備的可維護(hù)性和運(yùn)行的可靠性,以達(dá)到降低自來水的生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)管理水平的目的。 在相當(dāng)比較大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)供水系統(tǒng),變頻調(diào)速恒壓供水有它自身的特點(diǎn)：1.供水量在短時(shí)間內(nèi)（一天時(shí)間內(nèi)）變化大,這種變化在幾個(gè)小

23、時(shí)內(nèi)甚至是幾倍或上十倍。2.對供水壓力的要求比較嚴(yán)格,供水的壓力隨供水的流量的變化而變化,甚至少量的水消耗都需要一定的管道壓力。3.一般情況下,供水系統(tǒng)的水流量受到水消耗量的控制,而水流量又是通過供水水泵的輸出來提供的。 從上即可結(jié)論：以變頻器為主體構(gòu)成的恒壓供水系統(tǒng)不僅能夠最大程度滿足需要,也提高整個(gè)系統(tǒng)的效率,延長系統(tǒng)壽命、節(jié)約能源、而且能夠構(gòu)成復(fù)雜的功能強(qiáng)大的供水系統(tǒng)。1.2變頻調(diào)速及PLC在供水行業(yè)(hngy)中的應(yīng)用1.2.1變頻調(diào)速技術(shù)(jsh)的特點(diǎn)及應(yīng)用作為高性能的調(diào)速傳動(dòng),直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制方法長期以來一直應(yīng)用廣泛。但是直流電動(dòng)機(jī)由于換向器和電刷維護(hù)保養(yǎng)很麻煩,價(jià)格也相

24、當(dāng)昂貴。使異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)(shxin)性能好的調(diào)速一直是人們的理想。異步電機(jī)的調(diào)速方法很多,例如變極調(diào)速、有極調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速、串級調(diào)速、變頻調(diào)速等。但是因?yàn)楦鞣N各樣的缺點(diǎn)沒有得到廣泛的應(yīng)用。 70年代以后,由于微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)和微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展,促使晶體管變頻器的誕生。晶體管變頻器不但克服了以往交流調(diào)速的許多缺點(diǎn),而且調(diào)速性能可以和直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能相媲美。三相異步電動(dòng)機(jī)具有維修方便、價(jià)格便宜、功率和轉(zhuǎn)速適應(yīng)面寬等優(yōu)點(diǎn),其變頻調(diào)速技術(shù)在小型化、低成本和高可靠性方面占有明顯的優(yōu)勢。到80年代末,交流電機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)迅速發(fā)展成為一項(xiàng)成熟的技術(shù),它將供給交流電機(jī)的工頻交流電源經(jīng)過二極

25、管整流變成直流,再由IGBT或GTR模塊等器件逆變成頻率可調(diào)的交流電源,以此電源拖動(dòng)電機(jī)在變速狀態(tài)下運(yùn)行,并自動(dòng)適應(yīng)變負(fù)荷的條件。它改變了傳統(tǒng)工業(yè)中電機(jī)啟動(dòng)后只能以額定功率、定轉(zhuǎn)速的單一運(yùn)行方式,從而達(dá)到節(jié)能目的。現(xiàn)代變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于電力水泵供水系統(tǒng)中,較為傳統(tǒng)的運(yùn)行方式是可節(jié)電4060,節(jié)水1530。 由于變頻調(diào)速具有調(diào)速的機(jī)械特性好,效率高,調(diào)速范圍寬,精度高,調(diào)整特性曲線平滑,可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的、平穩(wěn)的調(diào)速,體積小、維護(hù)簡單方便、自動(dòng)化水平高等一系列突出的優(yōu)點(diǎn)而倍受人們的青睞。尤其當(dāng)它應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、水泵等大容量負(fù)載時(shí),可以獲得其它調(diào)速方式無法比擬的節(jié)能效果。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設(shè)備是提供變頻電源

26、的變頻器,變頻器可分成交流直流交流變頻器和交流交流變頻器兩大類,目前國內(nèi)大都使用交直交變頻器。 自從通用變頻器問世以來,變頻調(diào)速技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn),使我國供水行業(yè)的技術(shù)裝備水平從90年代初開始經(jīng)歷了一次飛躍。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無級調(diào)速,依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù),在用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù),在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求,是當(dāng)今最先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中得到了很大的發(fā)展。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展,變頻器的功能也越來越強(qiáng)。充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能,對合理設(shè)計(jì)

27、變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備,降低成本,保證產(chǎn)品質(zhì)量等方面有著非常重要的意義。新型供水方式與過去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比,不論是設(shè)備的投資,運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動(dòng)化程度等方面都具有無法比擬的優(yōu)勢,而且具有顯著的節(jié)能效果。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)的這些優(yōu)越性,引起國內(nèi)幾乎所有供水設(shè)備廠家的高度重視,并不斷投入開發(fā)、生產(chǎn)這一高新技術(shù)產(chǎn)品。目前該產(chǎn)品正向著高可靠性、全數(shù)字化微機(jī)控制,多品種系列化的方向發(fā)展。追求高度智能化,系列標(biāo)準(zhǔn)化是未來供水設(shè)備適應(yīng)城鎮(zhèn)建設(shè)成片開發(fā)、智能樓宇、網(wǎng)絡(luò)供水調(diào)度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢。 在短短的幾年內(nèi),變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)經(jīng)歷了一個(gè)逐步完善的發(fā)展過程,

28、早期的單泵調(diào)速恒壓系統(tǒng)逐漸被多泵調(diào)速系統(tǒng)所代替。雖然單泵調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡易可靠,但由于單泵電機(jī)深度調(diào)速造成水泵、電機(jī)運(yùn)行效率低,而多泵調(diào)速系統(tǒng)投資更為節(jié)省,運(yùn)行效率高,被實(shí)際證明是最優(yōu)的系統(tǒng)設(shè)計(jì),很快發(fā)展成為主導(dǎo)產(chǎn)品。1.2.2可編程序控制器的特點(diǎn)(tdin)及應(yīng)用早期的可編程序控制(kngzh)器(Programmable Logic Controller,PLC),主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展,可編程序控制器將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)與新興的計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體,具有可靠性高、功能強(qiáng)、應(yīng)用靈活、編程簡單、使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn),以及良好的

29、工業(yè)環(huán)境工作性能和自動(dòng)控制目標(biāo)實(shí)現(xiàn)性能,在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。1969年,美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出世界上第一臺可編程控制器。早期的可編程控制器由分離元件和中小規(guī)模集成電路組成,主要功能是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時(shí)等。70年代初期,體積小、功能強(qiáng)和價(jià)格便宜的微處理器被用于PLC,使得PLC的功能大大增強(qiáng)。在硬件方面,除了(ch le)保持其原有的開關(guān)模塊以外,還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊和各種特殊功能模塊。在軟件方面,PLC采用極易為電氣人員掌握的梯形圖編程語言,除了保持原有的邏輯運(yùn)算等功能以外,還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。進(jìn)入80年代中

30、、后期,由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展,微處理器的市場價(jià)格大幅度下跌,使得PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且,為了進(jìn)一步提高PLC的處理速度,各制造廠商還研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片,大大提高了PLC軟、硬件功能。在發(fā)達(dá)工業(yè)國家,PLC已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在所有的工業(yè)部門。據(jù)“美國市場信息”的世界PLC以及軟件市場報(bào)告稱,1995年全球PLC及其軟件的市場經(jīng)濟(jì)規(guī)模約50億美元。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,PLC的功能得到大大的增強(qiáng),具有以下特點(diǎn)：(1)可靠性高。PLC的高可靠性得益于軟、硬件上一系列的抗干擾措施和它特殊的周期循環(huán)掃描工作方式。(2)具有豐富的I/O接口模塊。PLC針對不

31、同的工業(yè)現(xiàn)場信號,有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備直接連接。另外為了提高操作性能,它還有多種人機(jī)對話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò),它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊。(3)采用模塊化結(jié)構(gòu)(jigu)。為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要,除了單元式的小型PLC以外,絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個(gè)部件,包括CPU、電源、I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì),由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來,系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。(4)編程簡單易學(xué)。PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式,對使用者來說,不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識,因此很容易被一般工程(gngchng)技術(shù)人員所理解和掌握

32、。(5)安裝簡單,維修方便。PLC不需要專門的機(jī)房,可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置,便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu),因此一旦(ydn)某模塊發(fā)生故障,用戶可以通過更換模塊的方法,使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。由于PLC強(qiáng)大功能和優(yōu)點(diǎn),使得PLC在我國的水工業(yè)自動(dòng)化中得到廣泛的應(yīng)用。PLC在水工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用主要有水廠監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、自動(dòng)加氯、自動(dòng)加礬、水泵變頻調(diào)速、SCADA系統(tǒng)和供水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)等。其主要功能是進(jìn)行工藝參數(shù)的采集、生產(chǎn)過程控制、信息處理、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測以監(jiān)測2變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)2.1恒壓供水控制系統(tǒng)構(gòu)成變頻恒壓供水系

33、統(tǒng)的供水部分主要由水泵、電動(dòng)機(jī)、管道和閥門等構(gòu)成。通常由異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵旋轉(zhuǎn)來供水，并且把電機(jī)和水泵連成一體，通過變頻器調(diào)節(jié)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵的出水流量而實(shí)現(xiàn)恒壓供水的。因此，供水系統(tǒng)變頻的實(shí)質(zhì)是異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速。異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。變頻器水泵用戶管網(wǎng)壓力壓力變送器給定值+- 圖2.1恒壓供水系統(tǒng)方框圖水壓由壓力(yl)傳感器的信號4-20mA送入變頻器內(nèi)部(nib)的PID模塊(m kui)，與用戶設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較，并通過變頻器內(nèi)置PID運(yùn)算將結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號，以調(diào)整水泵電機(jī)的電源頻率，從而實(shí)現(xiàn)控制水泵轉(zhuǎn)速。由于變頻

34、器內(nèi)部自帶的PID調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法，所以使水壓的調(diào)節(jié)十分平滑，穩(wěn)定。同時(shí)，為了保證水壓反饋信號值的準(zhǔn)確、不失值，可對該信號設(shè)置濾波時(shí)間常數(shù)，同時(shí)還可對反饋信號進(jìn)行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試更為簡單、方便。西門子系列PLC編程采用STEP7軟件，它是西門子PLC的視窗軟件支持工具，提供完整的編程環(huán)境，可進(jìn)行離線編程和在線連接和調(diào)試，并能實(shí)現(xiàn)梯形圖與語句表的相互轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)程序包括主程序和起動(dòng)子程序，主程序包括參與調(diào)節(jié)程序和電機(jī)切換程序；電機(jī)切換程序又包括加電機(jī)程序和減電機(jī)程序。起動(dòng)子程序?qū)嶋H上是清零子程序。在主程序中，設(shè)置兩個(gè)變頻器頻率上下限到達(dá)濾波時(shí)間繼電器，用于穩(wěn)定系統(tǒng)。2.2變頻恒壓控制理論模型

35、 變頻恒壓控制系統(tǒng)以供水出口管網(wǎng)水壓為控制目標(biāo)，在控制上實(shí)現(xiàn)出口總管網(wǎng)的實(shí)際供水壓力跟隨設(shè)定的供水壓力。設(shè)定的供水壓力可以是一個(gè)常數(shù)，也可以是一個(gè)時(shí)間分段(fn dun)函數(shù)，在每一個(gè)時(shí)段內(nèi)是一個(gè)常數(shù)。所以，在某個(gè)特定時(shí)段內(nèi)，恒壓控制的目標(biāo)就是使出口(ch ku)總管網(wǎng)的實(shí)際供水壓力維持在設(shè)定的供水壓力上 從圖2-2中可以看出，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，如果實(shí)際(shj)供水壓力低于設(shè)定壓力，控制系統(tǒng)將得到正的壓力差，這個(gè)差值經(jīng)過計(jì)算和轉(zhuǎn)換，計(jì)算出變頻器輸出頻率的增加值，該值就是為了減小實(shí)際供水壓力與設(shè)定壓力的差值，將這個(gè)增量和變頻器當(dāng)前的輸出值相加，得出的值即為變頻器當(dāng)前應(yīng)該輸出的頻率。該頻率使水泵

36、機(jī)組轉(zhuǎn)速增大，從而使實(shí)際供水壓力提高，在運(yùn)行過程中該過程將被重復(fù)，直到實(shí)際供水壓力和設(shè)定壓力相等為止。如果運(yùn)行過程中實(shí)際供水壓力高于設(shè)定壓力，情況剛好相反，變頻器的輸出頻率將會(huì)降低，水泵的轉(zhuǎn)速減小，實(shí)際供水壓力因此而減小。同樣，最后調(diào)節(jié)的結(jié)果是實(shí)際供水壓力和設(shè)定壓力相等。 圖2.2變頻恒壓控制原理圖3變頻(bin pn)恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)任務(wù)(rn wu)及要求本系統(tǒng)是以一個(gè)供水系統(tǒng)作為被控對象，PLC與變頻器協(xié)調(diào)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速與啟動(dòng)(qdng)和停止。控制要求：（1）工藝參數(shù): 水泵流量：295 m3/h 水泵出口壓力： 0.08Mpa （2）水泵參數(shù)：型號：125H-13額定流量：

37、793 m3/h揚(yáng)程：32.3 m功率：80.3 KW額定轉(zhuǎn)速：1450 r/min配用電機(jī)功率：100KW（3）電動(dòng)機(jī)參數(shù)：型號：JD-L-39-4 功率：100KW 額定頻率：50Hz 額定電壓：380VAC； 額定轉(zhuǎn)速：1470 r/min 額定電流：188.2 A（4）水泵電機(jī)的起動(dòng)/停止、正轉(zhuǎn)、調(diào)速控制。（5）變頻器采用遠(yuǎn)方控制方式。（6）變頻器的頻率由420mA電流信號控制。（7）變頻器的運(yùn)行狀態(tài)指示（如運(yùn)行、停止(tngzh)、過流、低壓等）。（8）變頻器的報(bào)警(bo jng)處理。3.2系統(tǒng)(xtng)主電路設(shè)計(jì)圖3.1 系統(tǒng)主電路圖主電路。如圖所示，接觸器KM1用于將電源接至

38、變頻器的輸入端，KM2用于將變頻器的輸出端接至電動(dòng)機(jī)，KM3用于將工頻電源直接接至電動(dòng)機(jī)，熱繼電器KR用于工頻運(yùn)行時(shí)的過載保護(hù)3.3控制系統(tǒng)(kn zh x tn)組成方框圖恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成是：變頻器+水泵+水管網(wǎng)壓力檢測部件(bjin)+PID調(diào)節(jié)器(目前大多數(shù)變頻器已將PID調(diào)節(jié)器集成到其內(nèi)部)，如圖3.2所示：該圖為簡單的單泵控制系統(tǒng)(kn zh x tn)。該系統(tǒng)的電氣接線圖如圖3.3所示。圖3.2 恒壓供水系統(tǒng)示意圖圖3.3電氣(dinq)接線圖圖3.3中的補(bǔ)償(bchng)電阻Rc用于補(bǔ)償(bchng)壓力遠(yuǎn)傳表電阻值與VLT變頻器輸出電源匹配問題。ABB公司的SAMI ST

39、AR系列的315F 660/690型的變頻器的50端子是10V DC電源，專門用于過程控制系統(tǒng)的檢測裝置的供電電源。53端子是模擬量信號（反饋輸入和模擬量給定值）輸入端。55端子為公共端。 ABB公司的SAMI STAR系列的315F 660/690型的變頻器集成有恒轉(zhuǎn)矩輸出特性和變轉(zhuǎn)矩輸出特性以及速度PID調(diào)節(jié)器和過程控制PID調(diào)節(jié)器，分別用于速度閉環(huán)運(yùn)行控制和過程運(yùn)行的閉環(huán)控制。在恒壓供水系統(tǒng)中使用變轉(zhuǎn)矩運(yùn)行特性和過程控制PID調(diào)節(jié)器。4器件(qjin)的選型及介紹4.1 變頻器簡介(jin ji)1、變頻器的基本(jbn)結(jié)構(gòu)變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電

40、源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備。變頻器包括控制電路、整流電路、中間直流電路及逆變電路組成。其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來說，有時(shí)還需要一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的CPU以及一些相應(yīng)的電路。 2、變頻器的分類 變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關(guān)方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等

41、；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。 4.2 變頻器選型4.2.1 變頻器的控制(kngzh)方式控制方式是決定變頻器使用(shyng)性能的關(guān)鍵所在。目前市場上低壓通用變頻器品牌很多，包括歐、美、日及國產(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。下表中參數(shù)供選用(xunyng)時(shí)參考。表4.1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)器不要不帶PG帶PG或編碼器速比I150%200%靜態(tài)速度精度/%

42、（0.20.3）（0.20.3）0.20.20.020.2適用場合一般風(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)載故選擇(xunz)U/f=C控制(kngzh)4.2.2 變頻器容量(rngling)的選擇變頻器的容量直接關(guān)系到變頻調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，因此，合理的容量將保證最優(yōu)的投資。變頻器的容量選擇在實(shí)際操作中存在很多誤區(qū)，這里給出了三種基本的容量選擇方法，它們之間互為補(bǔ)充。1、從電流的角度：大多數(shù)變頻器容量可從三個(gè)角度表述：額定電流、可用電動(dòng)機(jī)功率和額定容量。其中后兩項(xiàng)，變頻器生產(chǎn)廠家由本國

43、或本公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)給出，或隨變頻器輸出電壓而降低，都很難確切表達(dá)變頻器的能力。選擇變頻器時(shí)，只有變頻器的額定電流是一個(gè)反映半導(dǎo)體變頻裝置負(fù)載能力的關(guān)鍵量。負(fù)載電流不超過變頻器額定電流是選擇變頻器容量的基本原則。需要著重指出的是，確定變頻器容量前應(yīng)仔細(xì)了解設(shè)備的工藝情況及電動(dòng)機(jī)參數(shù)，例如潛水電泵、繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的額定電流要大于普通籠形異步電動(dòng)機(jī)額定電流，冶金工業(yè)常用的輥道用電動(dòng)機(jī)不僅額定電流大很多，同時(shí)它允許短時(shí)處于堵轉(zhuǎn)工作狀態(tài)，且輥道傳動(dòng)大多是多電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。應(yīng)保證在無故障狀態(tài)下負(fù)載總電流均不允許超過變頻器的額定電流。 2、從效率的角度：系統(tǒng)效率等于變頻器效率與電動(dòng)機(jī)效率的乘積，只有兩者都

44、處在較高的效率下工作時(shí)，則系統(tǒng)效率才較高。從效率角度出發(fā)，在選用變頻器功率時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)：（1）變頻器功率值與電動(dòng)機(jī)功率值相當(dāng)時(shí)最合適，以利變頻器在高的效率值下運(yùn)轉(zhuǎn)。（2）在變頻器的功率分級與電動(dòng)機(jī)功率分級不相同時(shí)，則變頻器的功率要盡可能接近電動(dòng)機(jī)的功率，但應(yīng)略大于電動(dòng)機(jī)的功率。（3）當(dāng)電動(dòng)機(jī)屬頻繁起動(dòng)、制動(dòng)工作或處于重載起動(dòng)且較頻繁工作時(shí)，可選取大一級的變頻器，以利用變頻器長期、安全地運(yùn)行。（4）經(jīng)測試，電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率確實(shí)有富余，可以考慮選用功率小于電動(dòng)機(jī)功率的變頻器，但要注意瞬時(shí)峰值電流是否會(huì)造成過電流保護(hù)動(dòng)作。（5）當(dāng)變頻器與電動(dòng)機(jī)功率不相同(xin tn)時(shí)，則必須相應(yīng)調(diào)整節(jié)能程序

45、的設(shè)置，以利達(dá)到較高的節(jié)能效果。3、從計(jì)算功率(gngl)的角度：對于(duy)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的變頻器必須同時(shí)滿足以下3個(gè)計(jì)算公式：(1)滿足負(fù)載輸出：PcnPm (3.1)(2)滿足電動(dòng)機(jī)容量：Pcn3KUeIe cos 10-3(3.2)(3)滿足電動(dòng)機(jī)電流：IcnKIe(3.3)式中Pcn為變頻器容量（單位kW），PM-負(fù)載要求的電動(dòng)機(jī)軸輸出功率（單位kW），Ue為電動(dòng)機(jī)額定電壓（單位V），Ie為電動(dòng)機(jī)額定電流（單位A），為電動(dòng)機(jī)效率（通常約為085），cos為電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)（通常約為075），k是電流波形補(bǔ)償系數(shù)（由于變頻器的輸出波形并不是完全的正弦波，而含有高次諧波的成分，其電流應(yīng)有所增加

46、，通常K約為10511）。將本系統(tǒng)參數(shù)帶入求得所取變頻器容量最低為88KW故取100KW，額定電流139.26A，故取150A。 根據(jù)計(jì)算所得的所需參數(shù)可以選取西門子MicroMaster430（風(fēng)機(jī)水泵專業(yè)）變頻器，具體的可以選擇MM430-110K型號的變頻器，他配接電機(jī)的容量是110kw，額定電流為205A滿足使用需求，可以選擇。4.2.3 變頻器主電路外圍設(shè)備選擇1、斷路器當(dāng)變頻器需要檢修時(shí)，或者因某種原因而長時(shí)間不用時(shí)，將QF切斷，使變頻器與電源隔離。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)。選擇原則(1)變頻器在剛接電源的瞬間，對電容器的充電電流可達(dá)額定電流的（2-3）倍；(2)變

47、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。為了(wi le)避免誤動(dòng)作，斷路器的額定電流應(yīng)選(yn xun)： (3.4)其中(qzhng)為變頻器的額定電流。故選擇斷路器額定電流選擇210A根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以選擇斷路器DW15400斷路器額定電壓為380V，額定電流為300滿足要求可以選擇。2、接觸器(1)主要作用：可通過按鈕開關(guān)方便地控制變頻器的通電與斷電；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，應(yīng)該大于126.6A,可以選擇主觸點(diǎn)額定電流為130

48、A的接觸器。根據(jù)上述數(shù)據(jù)施奈德的LC1D150，滿足參數(shù)要求，可以選擇3、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： (3.5)的計(jì)算公式是： (3.6)式中：額定相電壓，V ； 電動(dòng)機(jī)額定電流，A ； 單位長度（每米

49、）導(dǎo)線的電阻，m/m ； 導(dǎo)線(doxin)的長度，m 。由上兩式可直接(zhji)求出的取值范圍(fnwi)。根據(jù)Ro值確定導(dǎo)線面積。由公式（3.5）得：11.4）V由公式（3.6）得：0.69 m/m 1.04 m/m 根據(jù)表3.1判斷所需的導(dǎo)線截面積，為了滿足控制系統(tǒng)的要求，應(yīng)該選擇截面積為16的導(dǎo)線。表4.2 常用電動(dòng)機(jī)引出線的單位長度電阻值。標(biāo)稱截面/mm21.01.52.54.06.010.016.025.035.0/(m/m)17.811.96.924.402.921.731.100.690.494、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

50、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。對同一擋中電動(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)的場合，或者如起重機(jī)械那樣，需要釋放位能的場合，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

51、。4.3 可編程控制器(PLC)4.3.1 PLC的定義及特點(diǎn) 在PLC的發(fā)展過程中，美國電氣制造商協(xié)會(huì)（NEMA）經(jīng)過4年的調(diào)查，于1980年把這種新型的控制器正式命名為可編程序控制器（Programmable Controller），英文縮寫為PC，并作如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字式電子裝置。它使用可編程序的存儲器來存儲指令，并實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序控制、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)和算術(shù)運(yùn)算功能，用來對各種機(jī)械或生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。PLC的特點(diǎn)如下：1、高可靠性(1)所有(suyu)的I/O接口(ji ku)電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路(dinl)之間電氣上隔離。(2)各輸入端

52、均采用R-C濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為1020ms.(3)各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。(4)采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。(5)對采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。(6)良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。(7)大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進(jìn)一步提高。2、豐富的I/O接口模塊 PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如： 交流或直流； 開關(guān)量或模擬量； 電壓或電流； 脈沖或電位； 強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如： 按鈕 行程開關(guān) 接近開關(guān) 傳感器及變送器 電磁線圈 控制閥

53、直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人-機(jī)對話的接口模塊; 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。3、采用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個(gè)部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。4、編程簡單易學(xué) PLC的編程大多采用(ciyng)類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。5、安裝簡單，維修(wixi)方便PLC不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行(ynxng)。使用時(shí)只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。4.3.2 PLC的工作原理PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，在PLC中用戶程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直到遇到結(jié)束符后又返回第一條，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。PLC的掃描過程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個(gè)階段。全過程掃描一次所需的