【正文】 介入，使得變頻器具有豐富的功能和方便好用的特點，因此人們才有可能按照實際要求，自行構(gòu)成一個適用和可靠的調(diào)速系統(tǒng)。 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，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)實現(xiàn)水泵電機無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時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。充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對合理設(shè)計變頻調(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。 變頻恒壓供水控制 系統(tǒng)主要有： ① 帶 PID 回路調(diào)節(jié)器和 /或可編程序控制器 (PLC)的控制 系統(tǒng) 在該 系統(tǒng) 中，變頻器的作用是為電動機提供可變頻率的電源，實現(xiàn)電動機的無級調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓可控。傳感器的任務(wù)是檢測管網(wǎng)水壓；壓力設(shè)定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需要的水壓期望值；壓力設(shè)定信號和壓力反饋信號輸入可編程控制器后，經(jīng)可編程控制器內(nèi)部 PID 控制程序的計算，輸給變頻器一個轉(zhuǎn)速控制信號。還有一種 辦法是將壓力設(shè)定信號和壓力反饋信號送入 PID 回路調(diào)節(jié)器，由后者進(jìn)行運算后，輸給變頻器一個轉(zhuǎn)速控制信號。 ② 新型變頻調(diào)速供水設(shè)備 針對傳統(tǒng)的變頻調(diào) 速 供水設(shè)備的不足之處，國內(nèi)外不少生產(chǎn)廠家近年來紛紛推出了一系列新產(chǎn)品，如華為的 TD2100，施耐德公司的 Altivar58 泵切換卡， 4 SANKEN 的 SAMCOI 系列， ABB 公司的 ACS600、 ACS400 系列，富士公司的 G11S/P11S系列等。這些產(chǎn)品將 PID 調(diào)節(jié)器以及簡易可編程控制器的功能都綜合進(jìn)變頻器內(nèi)，形成了帶有各種應(yīng)用宏的新型變頻器。由于 PID 運算 在變頻器內(nèi)部， 所以 省去了對可編程控制器存儲容量的要求和對 PID 算法的編程，而且 PID參數(shù)的在線調(diào)試非常容易，這不僅降低了生產(chǎn)成本，而且大大提高了生產(chǎn)效率。 ③ 供水專用變頻器 供水專用變頻器是將普通變頻器和 PLC 控制器集成在一起，內(nèi)置供水專用 PID調(diào)節(jié)器，只需加一只壓力傳感器，即可方便地組成供水閉環(huán)控制系統(tǒng)。傳感器反饋的水壓信號直接送入變頻器自帶的 PID 調(diào)節(jié)器輸入口，而壓力設(shè)定既可使用變頻器的鍵盤設(shè)定，也可采用一只電位器以模擬量的形式送入。每日可設(shè)定多段壓力運行，以適應(yīng)供水壓力的需要。也可設(shè)定指定日供水 壓力 。 二：課題研究的內(nèi)容 本課題的主要內(nèi)容包括恒壓供水原理， PLC 原理，變頻調(diào)速原理，通過設(shè)置幾個主要器件 I/O 參數(shù)，實現(xiàn) PLC、變頻器和壓力傳感器之間的通訊、控制功能。 5 第一章 變頻器及變頻調(diào)速 變頻器簡介 變頻器的功能是將頻率固定 (通常為 50Hz)的交流電變換成頻率連續(xù)可調(diào)的三相交流電源。變頻器的輸入端接至頻率固定的三相交流電，輸出端輸出的是頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的三相交流電。 變頻器主要分為間接變頻和直接變頻兩大類， 目前市場上的變頻器，大致可分為三類 。 （ 1） 通用型變頻器 ， 通常指沒有矢量控制功能的變頻器，也稱簡易變頻器。 （ 2） 高性能變頻器 ， 通常指配備矢量控制功能的變頻器。 （ 3） 專用變頻器 ，專門針對某種類型的機械而設(shè)計的變頻器，如水泵、風(fēng)機 專 用變頻器，電梯專用變頻器，起重機械專用變頻器，張力控制專用變頻器等。用戶應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機械的具體情況進(jìn)行選擇。 而間接變頻又根據(jù)中間直流環(huán)節(jié)的主要儲能元件的不同可分為電壓型和電流型。 電壓型變頻器主回路由相控整流器、中間直流環(huán)節(jié)和逆變器三個部分組成。相控整流器將交流電壓整流為可控的直流電壓，經(jīng)濾波由電容 Cd 輸出直流電壓Vd,逆變器將直流 Ud變換成頻率可調(diào)的交流電源供給電機進(jìn)行變頻調(diào)速。由于中間直流環(huán)節(jié)是 Cd低阻抗輸出相當(dāng)于是恒壓源，故稱電壓型。電流型交 — 直 — 交變頻器與電壓型變頻器的差別僅在于中間直流環(huán)節(jié)中的儲能元件用的是電感而不是電容。由于中間直流環(huán)節(jié)是高阻抗輸出相當(dāng)于電流源，故稱電流型。 變頻器的 主要額定數(shù)據(jù)有： (1) 輸入側(cè)數(shù)據(jù) ：① 額定電壓 ： 我國中小容量變頻器的額定電壓多為 380V，三相。 ② 額定頻率 ： 我國為 50 Hz。 (2) 輸出側(cè)數(shù)據(jù) ：① 額定輸出電壓 ： 因為變頻器的輸出電壓是隨頻率而變的 ，所以，其額定輸出電壓只能規(guī)定為輸出電壓中的最大值。 一般情況下，它總是和輸入側(cè)的額定電壓相等。 ② 額定輸出電流 ： 允許長時間運行的最大電流，是用戶在選擇變頻器容量時的主要依據(jù)。 ③ 額定輸出容量 ： 由額定輸出電壓和額定輸出電流的乘積決定。 變頻調(diào)速的基本原理 (1) 異步電動機的等效變換 異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩公式： 2212 2 21 1 2 1 232 [ ( ) ( ) ]m p s r UT f s r r s x x?? ? ? ? 6 其中 :P 為旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)， S為轉(zhuǎn)差率。其原理圖如下圖所示： (2) 變頻調(diào)速的原理 異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是由定子主磁通和轉(zhuǎn)子電流相互作用產(chǎn)生。異步電動機的定子主磁通是以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)磁場實際是三個交變磁場合成的結(jié)果。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速 0n =60f/p，其中 f是電流頻率， P 是旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)。產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流的必要條件是轉(zhuǎn)子繞組切割定子磁場的磁力線。因此轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 1n必須低于定子磁場的轉(zhuǎn)速 0n (即所謂的“異步” )。兩 者之間的差異可由轉(zhuǎn)差率表示，轉(zhuǎn)差率 s=(0n 1n )/0n ，根據(jù) 0n =60f/p 可知，當(dāng)頻率 f連續(xù)可調(diào)時，電動機的同步轉(zhuǎn)速 0n 也連續(xù)可調(diào)，而異步電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 1n 總是比同步轉(zhuǎn)速略低一點，所以當(dāng) 0n 連續(xù)可調(diào)時， 1n 也是連續(xù)可調(diào)。 變頻調(diào)速的優(yōu)點 用變頻調(diào)速來實現(xiàn)恒壓供水，與用調(diào)節(jié)閥門來實現(xiàn)恒壓供水相比，節(jié)能效果十分顯著。其優(yōu)點是： ① 起動平衡 ， 起動電流可限制在額定電流以內(nèi)，避免了起動時對電網(wǎng)的沖擊； ② 由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長泵和閥門等的使用壽命； ③ 可以消除起動和停機時的水錘效應(yīng)； 一般地說，當(dāng)由一臺變頻器控制一臺電動機時，只需使變頻器的配用電動機容量與實際 電動機容量相符即可。當(dāng)一臺變頻器同時控制兩臺電動機時，原則上變頻器的配用電動機容量應(yīng)等于兩臺電動機的容量之和。但如在高峰負(fù)載時的用水量比兩臺水泵全速供水量相差很多時，可考慮適當(dāng)減小變頻器的容量，但應(yīng)注意留有足夠的 裕 量。 雖然水泵在低速運行時，電動機的工作電流較小 ， 但是當(dāng)用戶的用水量變化頻繁時，電動機將處于頻繁的升、降速狀態(tài)，而升、降速的電流可略超過電動機U1 r1 I1 E1 x1 r2 x2 I0 I2 U2 7 的額定電流，導(dǎo)致電動機過熱 ， 因此，電動機的熱保護(hù)是必需的。對于這種由于頻繁地升、降速而積累起來的溫升，變頻器內(nèi)的電子熱保護(hù)功能是難以起到保護(hù)作用的， 所以應(yīng)采用熱繼電器來進(jìn)行電動機的熱保護(hù)。 在主要功能預(yù)置方面，最高頻率應(yīng)以電動機的額定頻率為變頻器的最高工作頻率。升、降速時間在采用 PID 調(diào)節(jié)器的情況下，升、降速時間應(yīng)盡量設(shè)定得短一些，以免影響由 PID 調(diào)節(jié)器決定的動態(tài)響應(yīng)過程。如變頻器本身具有 PID 調(diào)節(jié)功能時，只要在預(yù)置時設(shè)定 PID 功能有效，則所設(shè)定的升速和降速時間將自動失效。 第二章 變頻節(jié)能理論及變頻恒壓供水的工作原理 變頻節(jié)能理論 交流電機轉(zhuǎn)速特性： n=60f(1s)/p，其中 n 為電機轉(zhuǎn)速， f為交流電頻率， s 為轉(zhuǎn)差率， p 為極 對數(shù)。 電機選定之后 s 和 p則為定值，電機轉(zhuǎn)速 n和交流電頻率 f 成正比，使用變頻器來改變交流電頻率，即可實現(xiàn)對電機變頻無級調(diào)速。 流量與轉(zhuǎn)速成正比：Ｑ∝Ｎ 轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比：Ｔ∝Ｎ ２ 功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比：Ｐ∝Ｎ ３ 而且變頻調(diào)速自身的能量損耗極低，在各種轉(zhuǎn)速下變頻器輸入功率幾乎等于電機軸功率，由此可知：在使用變頻調(diào)速技術(shù)供水時，系統(tǒng)中流量變化與功率的關(guān)系為：Ｐ 變 ＝Ｎ ３ Ｐ 額 ＝Ｑ ３ Ｐ 額 。采用出口閥控制流量的方式，電機在工頻運行時，系統(tǒng)中流量變化與功率的關(guān)系：Ｐ 閥 ＝（０ .４ +０ .６Ｑ） Ｐ 額 。其中，Ｐ為功率、Ｎ為轉(zhuǎn)速、Ｑ為流量。 例如設(shè)定當(dāng)前流量為水泵額定流量的６０％，則采用變頻調(diào)速時Ｐ 變 ＝Ｑ３Ｐ 額 ＝０ .２１６Ｐ 額 ，而采用閥門控制時Ｐ 閥 ＝