變頻器應(yīng)用實(shí)例

《變頻器原理與應(yīng)用》第《變頻器原理與應(yīng)用》第10章第10章變頻器應(yīng)用實(shí)例io.1變頻調(diào)速技術(shù)在風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用10.1.1風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)機(jī)理風(fēng)機(jī)應(yīng)用廣泛，但常用的方法則是調(diào)節(jié)風(fēng)門或擋板開度的大小來調(diào)整受控對象，這樣，就使得能量以風(fēng)門、擋板的節(jié)流損失消耗掉了。采用變頻調(diào)速可以節(jié)能30%?60%。 負(fù)載轉(zhuǎn)矩7［和轉(zhuǎn)速/?l之間的關(guān)系可用下式表示：TL=TO+KTnL (10-1)(10-3)則功率4和轉(zhuǎn)速"l之間的關(guān)系為:(10-3)Pl= +Kp上三式中，己、Tl——分別為電動(dòng)機(jī)軸上的功率和轉(zhuǎn)矩。&、Kp——分別為二次方律負(fù)載的轉(zhuǎn)矩常數(shù)和功率常數(shù)。10.1.2風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)容量選擇風(fēng)機(jī)容量的選擇，主要依據(jù)被控對象對流量或壓力的需求，可查閱相關(guān)的設(shè)計(jì)手冊。變頻器的容量選擇選擇變頻器容量與所驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)容量相同即可。變頻器的運(yùn)行控制方式選擇依據(jù)風(fēng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，阻轉(zhuǎn)矩很小，不存在低頻時(shí)帶不動(dòng)負(fù)載的問題，采用〃/淺制方式即可。4.變頻器的參數(shù)預(yù)置上限頻率，下限頻率，加、減速時(shí)間，加、減速方式，回避頻率，起動(dòng)前的直流制動(dòng)。

5.風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖考慮到變頻器一旦發(fā)生故障，也不能讓風(fēng)機(jī)停止工作，應(yīng)具有將風(fēng)機(jī)由變頻運(yùn)行切換為工頻運(yùn)行的控制。km2KMi考慮到變頻器一旦發(fā)生故障，也不能讓風(fēng)機(jī)停止工作，應(yīng)具有將風(fēng)機(jī)由變頻運(yùn)行切換為工頻運(yùn)行的控制。km2KMi圖10-3所示為風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖風(fēng)機(jī)用變頻器的功能代碼以變頻器為森蘭BT12S系列為例，變頻器的功能預(yù)置為：F01=5頻率由X4、X5設(shè)定。F02=l使變頻器處于外部FWD控制模式。F28=0使變頻器的FMA輸出功能為頻率。F40=4設(shè)置電機(jī)極數(shù)為4極。FMA為模擬信號(hào)輸出端，可在FMA和GND兩端之間跨接頻率表。F69=0選擇X4、X5端子功能。即用控制端子的通斷實(shí)現(xiàn)變頻器的升降速。X5與公共端CM接通時(shí)，頻率上升；X5與公共端CM斷開時(shí)，頻率保持。X4與公共端CM接通時(shí)，頻率下降；X4與公共端CM斷開時(shí)，頻率保持。這里我們使用S］和禹兩個(gè)按鈕分別與X4和X5相接，按下按鈕S。使X5與公共端CM接通，控制頻率上升；松開按鈕S2,X5與公共端CM斷開，頻率保持。同樣，按下按鈕S］使X4與公共端CM接通，控制頻率下降；松開按鈕X4與公共端CM斷開，頻率保持?！蹲冾l器原理與應(yīng)用》第《變頻器原理與應(yīng)用》第10章風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖說明1.主電路三相工頻電源通過斷路器Q接入，接觸器KM〔用于將電源接至變頻器的輸入端R、S、T,接觸器KM?用于將變頻器的輸出端U、V、W接至電動(dòng)機(jī)，KM’用于將工頻電源直接接至電動(dòng)機(jī)。注意接觸器KM2^KM3絕對不允許同時(shí)接通，否則會(huì)造成損壞變頻器的后果，因此，KM2?KM3之間必須有可靠的互鎖。熱繼電器KR用于工頻運(yùn)行時(shí)的過載保護(hù)。風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖說明2.控制電路設(shè)置有“變頻運(yùn)行”和“工頻運(yùn)行”的切換，控制電路釆用三位開關(guān)SA進(jìn)行選擇。當(dāng)SA合至“工頻運(yùn)行”方式時(shí)，按下起動(dòng)按鈕SB?,中間繼電器KA〔動(dòng)作并自鎖，進(jìn)而使接觸器KM,動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入工頻運(yùn)行狀態(tài)。接下停止接鈕SB〔，中間繼電器KA〔和接觸器KM3均斷電，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。當(dāng)SA合至“變頻運(yùn)行”方式時(shí)，按下起動(dòng)按鈕SBr,中間繼電器KA〔動(dòng)作并自鎖，進(jìn)而使接觸器KM?動(dòng)作，將電動(dòng)機(jī)接至變頻器的輸岀端。KM?動(dòng)作后使KM〔也動(dòng)作，將工頻電源接至變頻器的輸入端，并允許電動(dòng)機(jī)起動(dòng)。同時(shí)使連接到接觸器KM3線圈控制電路中的KM?的常閉觸點(diǎn)斷開，確保KM,不能接通。接下?lián)рoSB’，中間繼電器KA?動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)開始加速，進(jìn)入“變頻運(yùn)行”狀態(tài)。KA?動(dòng)作后，停足按鈕SB〔失去作用，以防止直接通過切斷變頻器電源使電動(dòng)機(jī)停機(jī)。 在變頻運(yùn)行中，如果變頻器因故障而跳閘，則變頻器的“30B-30C”保護(hù)觸點(diǎn)斷開，接觸器KM丄和KM?線圈均斷電，其主觸點(diǎn)切斷了變頻器與電源之間，以及變喊器與電源之間的連接。同時(shí)“30B-30A”觸點(diǎn)旬合，接通報(bào)警揚(yáng)聲器HA和報(bào)警燈HL進(jìn)行聲光報(bào)警。同時(shí)，時(shí)間繼電器KT得電，其觸點(diǎn)延時(shí)一段時(shí)間后閉合，使KM,動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入工頻運(yùn)行狀態(tài)。10.1.3節(jié)能計(jì)算以一臺(tái)工業(yè)鍋爐使用的30kW鼓風(fēng)機(jī)為例。一天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行，其中每天10小時(shí)運(yùn)行在90%負(fù)荷(頻率按46Hz計(jì)算，擋板調(diào)節(jié)時(shí)電機(jī)功耗按98%計(jì)算)，14小時(shí)運(yùn)行在50%負(fù)荷(頻率按20Hz計(jì)算，擋板調(diào)節(jié)時(shí)電機(jī)功耗按70%計(jì)算)；全年運(yùn)行時(shí)間在300天為計(jì)算依據(jù)。則變頻調(diào)速時(shí)每年的節(jié)電量為：Wl=30X10X[1-(46/50)3]X300=19918kW-hW2=30X14X[1-(20/50)3]X300=117936kW-hWb=Wl+W2=19918+117936=137854kW-h擋板開度時(shí)的節(jié)電量為：Wl=30X(1-98%)X10X300=1800kW-hW2=30X(1-70%)X14X300=37800kW-hWd=Wl+W2=1800+37800=39600kW-h相比較節(jié)電量為：W=Wb-Wd=137854-39600=98254kW-h每度電按0.6元計(jì)算，則采用變頻調(diào)速每年可節(jié)約電費(fèi)58952元。一般來說，變頻調(diào)速技術(shù)用于風(fēng)機(jī)設(shè)備改造的投資，通?？梢栽谝荒曜笥业纳a(chǎn)中全部收回。10.2空氣壓縮機(jī)的變頻調(diào)速及應(yīng)用10.2.1空氣壓縮機(jī)變頻調(diào)速機(jī)理空氣壓縮機(jī)是一種把空氣壓入儲(chǔ)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)琴，其運(yùn)行功率與轉(zhuǎn)速成正比：七二絲 (10-4)式中，，為空氣壓縮機(jī)的岸辭7［為空氣壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)矩，q為空氣壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速。傳統(tǒng)的工作方式為進(jìn)氣閥開、關(guān)控制方式，即壓力達(dá)到上限時(shí)關(guān)閥，壓縮機(jī)進(jìn)入輕載運(yùn)行；壓力抵達(dá)下限時(shí)開閥，壓縮機(jī)進(jìn)入滿載運(yùn)行。這種頻繁地加減負(fù)荷過程，不僅使供氣壓力波動(dòng)，而且使空氣壓縮機(jī)的負(fù)荷狀態(tài)頻繁地變換。由于設(shè)計(jì)時(shí)壓縮機(jī)不能排除在滿負(fù)荷狀態(tài)下長時(shí)間運(yùn)行的可能性，所以只能按最大需求來選擇電動(dòng)機(jī)的容量，故選擇的電動(dòng)機(jī)容量一般較大。在實(shí)際運(yùn)行中，輕載運(yùn)行的時(shí)間往往所占的比例是非常高的，這就造成巨大的能源浪費(fèi)?！蹲冾l器原理與應(yīng)用》第《變頻器原理與應(yīng)用》第10章10.2.2空氣壓縮機(jī)加、卸載供氣控制方式存在的問空氣壓縮機(jī)加、卸載供氣控制方式的能量浪費(fèi)1） 壓縮空氣壓力超過所消耗的能量當(dāng)儲(chǔ)氣罐中空氣壓力達(dá)到聶，加、還要使其壓力繼續(xù)上升，直到己遂。這一過程中需要電源提供壓縮機(jī)能量。2） 減壓閥減壓消耗的能量氣動(dòng)元件的額定氣壓在左右，高于％”的氣體在進(jìn)入氣動(dòng)元件前，其壓力需要經(jīng)過減壓閥減壓至接近％”。3） 卸載時(shí)調(diào)節(jié)方法不合理所消耗的能量當(dāng)壓力達(dá)到4菸時(shí)，但空氣壓縮機(jī)的電機(jī)還是要帶動(dòng)螺桿做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。加、卸載供氣控制方式其他損失1）供氣壓力的波動(dòng)，從而供氣壓力精度達(dá)不到工藝要求，會(huì)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，會(huì)加速進(jìn)氣閥的磨損，增加維修量和維修成本。2）頻繁地打開和關(guān)閉放氣閥，會(huì)導(dǎo)致放氣閥的壽命大大縮短。10.2.10.2.3空氣壓縮機(jī)變頻調(diào)速的設(shè)計(jì)《變頻器原理與應(yīng)用》第《變頻器原理與應(yīng)用》第10章系額離翳胃請聽技術(shù)進(jìn)行恒壓供氣控制時(shí)'圖10-4系統(tǒng)原理框圖

空氣壓縮機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖如圖10-5所示。圖10-5空氣壓縮機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖10.2.10.2.4空氣壓縮機(jī)變頻調(diào)速的安裝調(diào)試《變頻器原理與應(yīng)用》第《變頻器原理與應(yīng)用》第10章安裝：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(gè)電抗器。安裝時(shí)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。控制回路的配線釆用屏蔽雙絞線，接線距離應(yīng)在20ni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，木與動(dòng)為接地混用。調(diào)試：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(dòng)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)：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。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。對PID參數(shù)的進(jìn)行整定?！蹲冾l器原理與應(yīng)用》第《變頻器原理與應(yīng)用》第10章10.2.5空壓機(jī)變頻調(diào)速后的效益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(xiàng)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?jí)嚎s機(jī)運(yùn)行成本的80%0通過變頻技術(shù)改造后能源成本降低20%,再加上變頻起動(dòng)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。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，有效地提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。全面改善壓縮機(jī)的運(yùn)行性能變頻器從0Hz起動(dòng)壓縮機(jī)，它的起動(dòng)加速時(shí)間可以調(diào)整，從而減少起動(dòng)時(shí)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，使壓縮機(jī)的使用壽命延長。此外，變頻控制能夠減少機(jī)組起動(dòng)時(shí)電流波動(dòng)，這一波動(dòng)電流會(huì)影響電網(wǎng)和其它設(shè)備的用電，變頻器能夠有效的將起動(dòng)電流的峰值減少到最低程度。根據(jù)壓縮機(jī)的工況要求，變頻調(diào)速改造后，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度明顯減慢，因此有效地降了空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)的噪音。103變頻器在供水系統(tǒng)的節(jié)能應(yīng)用10.3.1恒壓供水的控制目的對供水系統(tǒng)的控制，歸根結(jié)底是為了滿足用戶對流量的需求。所以，流量是供水系統(tǒng)的基本控制對象。而流量的大小又取決于揚(yáng)程,但揚(yáng)程難以進(jìn)行具體測量和控制。考慮到在動(dòng)態(tài)情況下，管道中水壓的大小與供水能力（由流量Qg表示）和用水需求（用水量Q表示）之間的平衡情況有關(guān)。當(dāng)供水能力用水需求Q，則壓力上升（Qf）；當(dāng)供水能力QV用水需求Q,則壓力下降（Qj）；當(dāng)供水能力@=用水需求q,則壓力不變（p=常數(shù)）?？梢?，供水能力與用水需求之間的矛盾具體反映在流體壓力的變化上。因此，壓力就成為控制流量大小的參變量。就是說，保持供水系統(tǒng)中某處壓力的恒定，也就保證了使該處的供水能力和用水流量處于平衡狀態(tài)，恰到好處的滿足了用戶所需的用水流量，這就是恒壓供水所要達(dá)到的目的。10.3.2水泵調(diào)速節(jié)能原理圖10-6為水泵的流量調(diào)節(jié)曲線。曲線2和曲線4為揚(yáng)程特性，曲線2為水泵轉(zhuǎn)速較高的情況，曲線4為水泵轉(zhuǎn)速降低的情況。曲線1曲線3為管阻特性，曲線1為開大管路閥門管阻較小的情況，曲線3為關(guān)小管路閥門管阻較大的情況。圖10-6水泵的流量調(diào)節(jié)曲線可以看出，釆用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法來調(diào)節(jié)流量，電動(dòng)機(jī)所取用的功率將大為減少。

10.3.3變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)水泵的機(jī)械特性可表示為：L=丁。+K用 (10-7)式中，心為損耗轉(zhuǎn)矩；人為系數(shù)；7；為水泵的阻轉(zhuǎn)矩。Xd,[

PID控制「

精出策率注波器ACM Xfxt0~10VI Xfxt0~10VI ? 4?20mA頻率設(shè)定器10.3.10.3.3變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)《變頻器原理與應(yīng)用》第《變頻器原理與應(yīng)用》第10章如果管網(wǎng)系統(tǒng)采用多臺(tái)水泵供水，變頻器可控制其順序循環(huán)運(yùn)行,并且可以實(shí)現(xiàn)所有水泵電機(jī)變頻軟啟動(dòng)。現(xiàn)以兩臺(tái)水泵為例，說明系統(tǒng)按I—II一111一1\「一I順序運(yùn)行過程，如圖10-8所示。圖10-8兩臺(tái)水泵供水時(shí)順序運(yùn)行過程《變頻器原理與應(yīng)用》第《變頻器原理與應(yīng)用》第10章10.3.4變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.設(shè)備選擇原則選擇水泵和電機(jī)的依據(jù)是供水規(guī)模（供水流量）。系統(tǒng)設(shè)計(jì)還應(yīng)遵循以下的原則：蓄水池容量應(yīng)大于每小時(shí)最大供水量。水泵揚(yáng)程應(yīng)大于實(shí)際供水高度。水泵流量總和應(yīng)大于實(shí)際最大供水量。2.設(shè)計(jì)實(shí)例某居民小區(qū)共有10棟樓，均為7層建筑，總居住560戶,住宅類型為表1中的3型，設(shè)計(jì)恒壓供水變頻調(diào)速系統(tǒng)。（1）設(shè)備選用如下：1） 根據(jù)表1確定用水量標(biāo)準(zhǔn)為0.19m3/人?日；2） 根據(jù)表2確定每小時(shí)最大用水量為105m3/h；3） 根據(jù)7層樓高度可確定設(shè)置供水壓力值為0.36Mpao4） 根據(jù)表3確定水泵型號(hào)為65LG36-20X2共3臺(tái)，水泵自帶電動(dòng)機(jī)功率7.5kW,選用三懇SAMCO-vmO5變頻器SPF-7.5K,配接SWS供水基板，容量7.5kW《變頻器原理與應(yīng)用》第《變頻器原理與應(yīng)用》第10章2.原理圖變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)采用SAMCO-vm05變頻器，內(nèi)置有PID調(diào)節(jié)器，配置有SWS供水控制基板，可直接驅(qū)動(dòng)多個(gè)電磁接觸器，可以方便地組成恒壓供水控制系統(tǒng)。QM2QSFUSAMCOAom3<0.3AKR>KK)KR4ALARMDCMMBSDCM+VVRFACMRDSWSCHiAUTDSAMANUAL圖10-9變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的原理圖《變頻器原理與應(yīng)用》第《變頻器原理與應(yīng)用》第10章2.原理圖說明控制要點(diǎn)說明：Mf為冷卻風(fēng)機(jī)，SA為選擇開關(guān)，系統(tǒng)用戶可方便地進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)和手工運(yùn)轉(zhuǎn)的切換；給定壓力是通過操作面板設(shè)置的；壓力反饋用的壓力傳感器采用遠(yuǎn)傳壓力表，價(jià)格低廉，電路中的P為遠(yuǎn)傳壓力表；中間繼電器KM*是為了進(jìn)行手動(dòng)■自動(dòng)電路之間的互鎖并在發(fā)生瞬時(shí)停電時(shí)起作用；中間繼電器RD是當(dāng)電路自動(dòng)工作變頻運(yùn)行時(shí)，防止儲(chǔ)水池水位過低，水泵抽不到水而進(jìn)行保護(hù)的。當(dāng)水池水位低于要求值時(shí)，與RD線圈串聯(lián)的0M觸點(diǎn)斷開，RD失電，使FR與DCM斷路，水泵電機(jī)停轉(zhuǎn)。同時(shí)MBS與DCM接通，運(yùn)轉(zhuǎn)中的電機(jī)全部停止。當(dāng)由市電工頻電源驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，電機(jī)回路中串接有熱敏繼電器進(jìn)行過載保護(hù)；對于變頻器和市電可切換驅(qū)動(dòng)的電機(jī)而言，必須使用電磁接觸器觸點(diǎn)互鎖，防止雙方的電磁接觸器同時(shí)接通損壞變頻器。3.系統(tǒng)主要電器的選擇1)QM2斷路器選擇‘點(diǎn)(1.3?1.4)/N=(1.3?1.4)X16.4^23(A)QM2選30A式中，/n為變頻器的輸出電流，等于16.4AOQM〔斷路器選擇分2.5你|=2.5X13.6=34AQM〔選40A式中你——電動(dòng)機(jī)的額定電流，等于13.6A。接觸器的選擇接觸器的選擇應(yīng)考慮到電動(dòng)機(jī)在工頻下的起動(dòng)情況，其觸點(diǎn)電流通?？砂措妱?dòng)機(jī)的額定電流再加大一個(gè)擋次來選擇，由于電動(dòng)機(jī)的額定電流Ln=13.6A,所以接觸器的觸點(diǎn)電流選20A即可。4.安裝與配線注意事項(xiàng)1） 變頻器的輸入端R、S、T和輸出端U、V、W是絕對不允許接錯(cuò)的，否則將引起兩相間的短路而將逆變管迅速燒壞。2） 變頻器都有一個(gè)接地端子“E”用戶應(yīng)將此端子與大地相接。當(dāng)變頻器和其它設(shè)備，或有多臺(tái)變頻器一起接地時(shí)，每臺(tái)設(shè)備都必須分別和地線相接，不允許將一臺(tái)設(shè)備接地端和另一臺(tái)的接地端相接后再接地。3） 在進(jìn)行變頻器的控制端子接線時(shí)，務(wù)必與主動(dòng)力線分離，也不要配置在同一配線管內(nèi)，否則有可能產(chǎn)生誤動(dòng)作。4） 壓力設(shè)定信號(hào)線和來自壓力傳感器的反饋信號(hào)線必須采用屏蔽線，屏蔽線的屏蔽層與變頻器的控制