【正文】 ......... 27 第四章 MM430 系列變頻器的快速調(diào)試 ...................................................................................... 32 參數(shù)復(fù)位 ....................................................................................................................... 32 快速調(diào)試 ....................................................................................................................... 33 功能調(diào)試 ....................................................................................................................... 34 總結(jié) ........................................................................................................................................... 35 參考文獻 .................................................................................................................................... 36 附錄 A ........................................................................................................................................ 37 致謝 ........................................................................................................................................... 41 ） 1 第一章 引言 研究背景 變頻技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展與現(xiàn)狀 近年來電力電子器件的材料開發(fā)和制造工藝水平不斷提高，尤其是高壓大容量絕緣柵雙極型晶體管 IGBT、集成門極換向晶閘管 IGCT 器件的成功開發(fā)，與此同時 伴隨著微型 計算機控制技術(shù)及電 機拖動控制 系統(tǒng) 理論 的發(fā)展 ，使大功率變頻技術(shù)得以迅 速發(fā)展，性能日臻 完善。如今 我國 每年大約 60%的 發(fā)電量是 由 電動機消耗掉的，因此如何利用電機調(diào)速技術(shù)進行電機運行方式的改造以節(jié)約電能，受到 了 國家和業(yè)界人士的重視。在 80 年代末 90 年代初以及中期，我國變頻技術(shù)主要依賴于國外產(chǎn)品進口。國外變頻技術(shù)發(fā)展 從 20 世紀 80 年代后半期開始 ，尤其以歐洲、美國、日本發(fā)展較早， 基于 VVVF技術(shù) 的 變頻器 技術(shù)產(chǎn)業(yè)也愈來愈成熟。而在我國這十幾年的變頻技術(shù)發(fā)展期間，我們走的是集成化的道路，從先學習國外的先進技術(shù)到自主的創(chuàng)新研發(fā)。我國自主研發(fā)變頻器的生產(chǎn)地區(qū)主要集中于南方地區(qū)，且主要集中為低壓變頻器，但多數(shù)國外跨國企業(yè)在我國變頻技術(shù)占有 主導(dǎo)地位，不僅是低壓變頻方面，還包括了高壓變頻方面。 國內(nèi)外 水泵 變頻 系統(tǒng) 的現(xiàn)狀 隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及 顯著的節(jié)能效果 等方面的優(yōu)點，國 內(nèi) 外變頻器廠家 紛紛 開始重視并推出 了 具有恒壓供水功能的變頻器， 像 三菱變頻器 FRA740，雖然 它本身帶有 PID 控制器，可以實現(xiàn)頻率和電壓的自動調(diào)節(jié)，但是要實現(xiàn)多臺變頻泵的自動切換、水泵的變頻工頻切換功能，需要外接 PLC，實現(xiàn)起來系統(tǒng)更加復(fù)雜，同時也不利于后期的維護。 像原深圳華為電氣公司和成都希望集團也推出了恒壓供水專用變頻 (~22KW)，無需外接 PLC 和 PID 調(diào)節(jié)器，可完成最多 4 臺水泵的循環(huán)切換、定時起、停和定時循環(huán)。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負載容量，同時操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場所。可以看出，目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計中，對于能適應(yīng)不同的用水場合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性 (EMC)的變頻恒壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制研究得不夠。因此，有待于進一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能，使其 能） 2 被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實踐。 本 設(shè)計 研究的主要內(nèi)容 本設(shè)計是以電廠綜合水泵房的中水提升泵及工業(yè)補給水泵兩套系統(tǒng)為控制對象，采用變頻技術(shù)，設(shè)計一套某電廠綜合水泵房的恒壓供水系統(tǒng)，現(xiàn)擬對其進行變頻調(diào)速改造。其中 3 臺中水提升泵配備一臺變頻器，采用一面變頻柜； 2 臺工業(yè)補給水泵配備一臺變頻器，采用一面變頻柜；在綜合水泵房安裝一套雙電源切換裝置，為兩套變頻調(diào)速系統(tǒng)供電。 中水提升泵變頻調(diào)速系統(tǒng)可由現(xiàn)場集控系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)控制，根據(jù)運行工況按設(shè)定程序，實現(xiàn)對中水提升泵電動機轉(zhuǎn)速控制。 表 電動機的參數(shù)表 電動機型號 Y315S6 額定電壓 380V 額定功率 75KW 臺數(shù) 3 額定電流 140A 絕緣等級 F 工業(yè)補給水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)可由現(xiàn)場集控系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)控制，根據(jù)運行工況按設(shè)定程序，實現(xiàn)對工業(yè)補給水泵電動機轉(zhuǎn)速控制。 表 電動機的參數(shù)表 電動機型號 Y2200L22 額定電壓 380V 額定功率 37KW 臺數(shù) 2 額定電流 68A 絕緣等級 F 另外一臺工業(yè)補給水泵不參與變頻調(diào)速，只工頻運行。 表 電動機的參數(shù)表 電動機型號 Y2280S4 額定電壓 380V 額定功率 75KW 臺數(shù) 1 額定電流 140A 絕緣等級 F 具體要求如下： 控制方式： 中水提升泵采用一控三的方式，工業(yè)補給水泵采用一控二的方式。具體如下：以母管壓力為自動控制依據(jù)，根據(jù)運行情況，設(shè)定母管壓力實現(xiàn)恒壓供水。在用水高峰期，變頻器以較高頻率運行，保證正常的用水壓力。當不用水時，變頻器運行在 0Hz,水泵電） 3 機停車。當下次用水時，隨著用水量的增加，管網(wǎng)壓力降低，變頻器開始由低頻啟動，直到運行在滿足用水壓力要求的相應(yīng)頻率下。 另外兩臺水泵作為工頻備用泵，當變頻水泵達到額定頻率且人不滿足系統(tǒng) 用水要求時，自動啟動 1 臺工頻備用泵。如啟動后系統(tǒng)壓力大于母管壓力時，不立即切除工頻備用泵，而是首先由變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)母管壓力，以避免切除備用泵后系統(tǒng)母管壓力急劇下降造成備用泵頻繁啟動。當變頻泵調(diào)整為某一合適的頻率時，切除備用泵，改為變頻調(diào)節(jié)。當啟動 1 臺工頻備用泵仍不滿足系統(tǒng)用水要求是在啟動另外一臺工頻備用泵，以滿足系統(tǒng)用水要求。 為了保證水系的安全用水，系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計變頻器故障旁路功能。即在變頻器檢修或故障情況下系統(tǒng)具有工頻供水功能，使供水系統(tǒng)更加安全，更加可靠。 系統(tǒng)采用的變頻器，可實現(xiàn) PID 控制，能無沖擊的再啟 動瞬停后正在旋轉(zhuǎn)的電動機。 變頻柜功能 變頻柜控制方式分為：手動操作、自動運行兩種。具體功能描述如下： 操作方式選擇功能 系統(tǒng)的操作方式由設(shè)置在變頻控制柜上的轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇。 手動操作功能 手動操作由設(shè)置在控制柜上的啟動、停止按鈕完成。 自動運行功能 自動運行方式下，系統(tǒng)根據(jù)壓力設(shè)定自動調(diào)節(jié)運行泵的轉(zhuǎn)速及投運泵的臺數(shù)。壓力設(shè)定有控制柜上的壓力設(shè)定電位器完成。 設(shè)備狀態(tài)指示功能 控制柜上設(shè)有每臺供水泵的啟動、停止按鈕及設(shè)備運行狀態(tài)指示燈顯示功能。 恒壓供水功能 變頻系統(tǒng)與工頻系統(tǒng)的切換功能 當變頻 器出現(xiàn)故障時，能切換到工頻狀態(tài)運行，保證系統(tǒng)供水的可靠性。 控制柜應(yīng)留有信號接口，能夠把每臺電機的運行信號、過載信號、運行電流、變頻器頻率、主管網(wǎng)壓力返回控制室。 中水提升泵系統(tǒng)（一控三） 中水提升泵要求變頻泵定時循環(huán)運行，一周自動切換一次，當變頻泵不能滿足要求時，自動啟動一臺工頻泵。 ） 4 工業(yè)補給水泵系統(tǒng)（一控二） 工業(yè)補給水泵變頻柜只控制兩臺 37KW 小泵， 75KW 大泵只能工頻手動控制，不參與變頻自動控制。水泵不要求定時循環(huán)運行，但能夠手動切換運行。當變頻泵不能滿足要求時，自動啟動另一臺工頻小泵。 雙電源柜 為了保證供水系統(tǒng)的安全，供電電源要求采用雙電源供電。當一路斷電時，另一路能立即投入。 ） 5 第二章 水泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng) 總體設(shè)計方案 變頻調(diào)速控制系統(tǒng) 的 理論基礎(chǔ) 三相異步 電動機的調(diào)速原理 水泵電機多采用三相異步電動機，而其轉(zhuǎn)速公式為： 60 (1 )fnsp?? () 式中： f 表示電源頻率， p 表示電動機極對數(shù)， s 表示轉(zhuǎn)差率。 從上式可知，三相異步電動機的調(diào)速方法有 ： (l) 改變轉(zhuǎn)差率 (2) 改變電機極對數(shù) (3) 改變頻率 改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 ，異步電動機運行時，從定子傳給轉(zhuǎn)子的電磁功率一部分轉(zhuǎn)化為有效功率被負載消耗掉，另一部分就是轉(zhuǎn)差功率。而轉(zhuǎn)差功率等于轉(zhuǎn)差率與電磁功率的乘積。又因為電磁功率等于 轉(zhuǎn)矩乘以角速度，所以若負載不變則電磁功率等于常數(shù)。那么負載不變時轉(zhuǎn)差功率正比于轉(zhuǎn)差率，改變轉(zhuǎn)差功率就可以改變轉(zhuǎn)差率，從而改變電機的轉(zhuǎn)速。有兩種改變轉(zhuǎn)差功率的辦法，一是把全部的轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)化成熱能消耗掉，但這種調(diào)速在轉(zhuǎn)速越低時效率也越低， 如 降低定子電壓、繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串電 阻、電磁轉(zhuǎn)差離合器 的調(diào)速都屬于該方式；二是除小部分 能量 消耗在轉(zhuǎn)子電阻上外，其余大部分反饋給電網(wǎng)或被充分利用。繞線轉(zhuǎn)子異步電動機一 般采用串級調(diào)速的方式，其最大優(yōu)點是它可以回收轉(zhuǎn)差功率，節(jié)能效果好，且調(diào)速性能也好，但由于線路過于復(fù)雜，增加了中間環(huán)節(jié)的電能損耗，且成本高而影響它的推廣價值。 改變電機極對數(shù)調(diào)速的調(diào)控方式控制簡單，投資省，節(jié)能效果顯著，效率高，但需要專門的變極電機，是有級調(diào)速，而且級差比較大，即變速時轉(zhuǎn)速變化較大，轉(zhuǎn)矩也變化大，因此只適用于特定轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)機器。 改變頻率調(diào)速， 由 公式可知，當轉(zhuǎn)差率變化 不大時，異步電動機的轉(zhuǎn)速 n 基本上與電源頻率 f 成正比。連續(xù)調(diào)節(jié)電源頻率，就可以平滑地改變電動機的轉(zhuǎn)速。但是，單一地調(diào)節(jié)電源頻率，將導(dǎo)致電機運行性能惡化。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，已出現(xiàn)了各種性能良好、工作可靠的變頻調(diào)速電源裝置，它們促進了 變頻 技術(shù)的發(fā)展。 ） 6 軟啟動器 及其使用 傳統(tǒng)的三相異步電動機啟動線路較簡單，不許外加啟動裝置，但其啟動電流沖擊較大，啟動轉(zhuǎn)矩較小且不可調(diào)節(jié)。電動機停機時采用控制接觸器的觸點斷開，切掉電源，從而使其自由停車，這樣會造成電網(wǎng)的劇烈波動。 對于啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩要求較高的 場合， 可選用軟啟動器 。其主要特點具有軟 起動和軟停車功能，啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩可調(diào)節(jié)，另外還有電動機過載保護等功能。 如圖 所示為軟啟動 器 內(nèi)部原理 結(jié)構(gòu) 示意圖。它主要由三相交流調(diào)壓電路和控制電路構(gòu)成。其基本原理是利用晶閘管的移相控制原理，通過控制晶閘管的導(dǎo)通角 來 改變其輸出電壓，達到通過調(diào)壓來控制啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩的目的。控制電路按預(yù)定的啟動方式，通過檢測主電路的反饋電流，控制其輸出電壓，可以實現(xiàn)不同的啟動特性。最后軟啟動器輸出全壓，電動機全壓運行。由于軟啟動器內(nèi)部會對電流實時檢測，因此它具有 對電動機及其自身的熱保護、限制轉(zhuǎn)矩電流的沖擊、三相電源的不平衡等功能。 圖 軟啟動器原理示意圖 異步電動機在軟 起 動過程中，軟啟動器通過控制加在電動機上的電壓來控制電動機的啟動電流和轉(zhuǎn)矩，啟動轉(zhuǎn)矩逐漸增加，轉(zhuǎn)速也逐漸增加。一般軟啟動器可以通過改變參數(shù)設(shè)定得到不同的啟動特性，以滿足不同的負載特性要求。 (1)斜坡升壓啟動方式 ） 7 斜坡升壓啟動特性曲線如圖 所示。此種啟動方式一般可設(shè)定啟動初始電壓 Uqo和啟動時間 t1 。這種啟動方式斷開電流反饋，屬開環(huán)控制方式。在電動機啟動過程中，電壓線性逐漸增加，在設(shè)定的時間內(nèi)達到額定電壓。這種啟動方式主要用于 一 臺軟啟動器并接多臺電機或電動機功率遠低于軟啟動器額定值的應(yīng)用場合。 (2)轉(zhuǎn)矩控制及啟動電流限制啟動方式 轉(zhuǎn)矩控制及啟動電流限制特性曲線如圖 所示。此種啟動方式一般可設(shè)定啟動初始力矩 Tqo 。 啟動階段力矩限幅 T1L，力矩斜坡上升時間 t1 和啟動電流限幅 I1L 。這種啟動方式引入電流反饋， 通過計算間接得到負載轉(zhuǎn)矩，屬閉環(huán)控制方式。由于控制目標為轉(zhuǎn)矩，因此 軟啟動器輸出電壓為非線性上升。圖 同時給出啟動過程中轉(zhuǎn)矩 T、電壓 U、電流 I 和電動機轉(zhuǎn)速 n 的曲線，其中轉(zhuǎn)