【正文】 .............................................................................. 33 ....................................................................................................................... 34 總結 ........................................................................................................................................... 35 參考文獻 .................................................................................................................................... 36 附錄 A ........................................................................................................................................ 37 致謝 ........................................................................................................................................... 41 ） 1 第一章 引言 研究背景 變頻技術的國內外發(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 計算機控制技術及電 機拖動控制 系統(tǒng) 理論 的發(fā)展 ，使大功率變頻技術得以迅 速發(fā)展，性能日臻 完善。而在我國這十幾年的變頻技術發(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到自主的創(chuàng)新研發(fā)。該變頻器將壓力閉環(huán)調節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內部實現(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。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，為兩套變頻調速系統(tǒng)供電。 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。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頻率下。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。 變頻柜功能 變頻柜控制方式分為：手動操作、自動運行兩種。壓力設定有控制柜上的壓力設定電位器完成。 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。 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。而轉差功率等于轉差率與電磁功率的乘積。繞線轉子異步電動機一 般采用串級調速的方式，其最大優(yōu)點是它可以回收轉差功率，節(jié)能效果好，且調速性能也好，但由于線路過于復雜，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。但是，單一地調節(jié)電源頻率，將導致電機運行性能惡化。 對于啟動電流和啟動轉矩要求較高的 場合， 可選用軟啟動器 。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通角 來 改變其輸出電壓，達到通過調壓來控制啟動電流和啟動轉矩的目的。 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矩，啟動轉矩逐漸增加，轉速也逐漸增加。這種啟動方式斷開電流反饋，屬開環(huán)控制方式。此種啟動方式一般可設定啟動初始力矩 Tqo 。圖 同時給出啟動過程中轉矩 T、電壓 U、電流 I 和電動機轉速 n 的曲線，其中轉速曲線為恒加速度上升。斜坡陡，轉矩上升速率大，即加速度上升速率大，啟動時間短。 隨著軟啟動器控制技術的發(fā)展，目前它大多采用轉矩控制 方式，也有采用電 流控制方式，即電流斜坡控制 及恒流升壓啟動方式。升壓脈沖寬度一般為 5 個電源周波，即 100ms。傳統(tǒng)的控制方式大都采用這種方法。轉矩控制軟停車方式，是在停車過程中，勻速調整電動機轉矩的下降速率，實現(xiàn)平滑減速。在實施能耗制動時，軟啟動器向電動機定子繞組通人直流電，由于軟啟動器是通過晶閘管對電動機供電，因此很容易通過改變晶閘管的控制方式而得到直流電。在實踐運用中如何充分合理地利用專業(yè)應用的變頻器所含有的各種功能，對合理設計變頻調速系統(tǒng)、降低投資成本、保證技術質量等方面有著重大意義。同時用于電機速度控制的變頻器也存在一定的滯后效應。因此我們可以認為，變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的控制對象是具有變化性的。控制柜應留有信號接口，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。 本設計中 兩個系統(tǒng)均為控制三 臺水泵 電機 ，采用 PID調節(jié)方法 。硬件設備選型、變頻器選型 及相關電器 ，繪制系統(tǒng)硬件連接圖。即將壓力控制點測的壓力信號直接輸入到變頻器中，由變頻器將其與用戶設定的壓力值進行比較，并通過變頻器內置 PID 運算將結果轉換為頻率調節(jié)信號調整水泵電機的電源頻率，從而實現(xiàn)控制水泵轉速。 KM KM KM5 分別為電動機 M1 、 M2 、 M3 變頻運行時接通電源的控制接觸器， KM KM4 、 KM6 、KM KM8 、 KM9 分別為電動機 M M M3 工頻運行時接通電源的控制接觸器。當變頻泵調整為某一合適的頻率時，切除備用泵，改為變頻調節(jié)。 圖 業(yè)補給水泵 系統(tǒng) 主回路接線圖 (一控二 ) 圖 工業(yè)補給水泵系統(tǒng)工作原理 電機有兩種工作情況：在工頻電下運行和在變頻電下運行。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。 軟啟動器控制系統(tǒng)的過程分析 （ 1） 一臺軟啟動器控制一臺電動機的軟啟動、軟停車或自由停車控制線路 如圖 所示型號為 Y2280S4 的 電動機利用軟啟動器啟動的控制線路圖。 STOP、 RUN 分別為軟停車和軟啟動控 制信號，接線方式分為：三線制控制、二線制控制和通信遠程制控制。 KAl 為可編程輸出繼電器，可設置成故障繼電器或隔離繼電器。 如圖 所示為電動機單向運行、軟啟動、軟停車或自由停車控制線路。電動機按設定的啟動方式啟動，當啟動完成后， 內部繼電器KA2 常開觸點閉合， KM2 接觸器線圈吸合，電動機通過接觸器由電網(wǎng)直接供電。正常停車時，按停車按鈕 SBl，停止指令使 KA2 觸點斷開，旁路接觸器 KM2 跳閘，使電機軟停車，軟停車結束后， KAl 觸點斷開。通過設計適當?shù)碾娐房梢詫崿F(xiàn)對多臺電動機軟啟動、軟停車控制，但不能同時啟動或停機多臺電機，只能一臺一臺的分別啟動或停機。由于電動機啟動結束后，由旁路接觸器為電動機供電，圖 中主電路的接線方式是將整個軟啟動器及其連在其上的接觸器短接，因此軟啟動器的各種保護對電動機不起作用，故軟啟動器的旁路接線中每臺電動機還要增加過載保護的熱繼電器。當啟動結束時，軟啟動器的啟動結束繼電器 KA2 觸點閉合，中間繼電器 KA4 線圈通電， KA4 常開觸點閉合使旁路接觸器 KM7 線圈通電 并自鎖，此時 KM2 和 KM7 均接通。第二臺電動機的啟動與停止控制過程分析與上述類似，不再復述。常用的低壓電器設備有刀開關、熔斷器、低壓斷路器、各種繼電器等。兩個變頻柜的控制電路均選擇 1 mm2 棉紗編織聚氯乙烯絕緣軟線 BVR。當需要將變頻器上下布置時，應在變頻器之間安裝隔板，并形成各自獨立的風道，防止下方變頻器的出風成為上方變頻器的進風，影響整體的散熱效果。（屏蔽層要可靠接地） （但一般不建議在變頻調速系統(tǒng)中使用濾波器）。而控制指令則根據(jù)外部的運轉指令進行運算獲得。 ① 整流器 ） 19 最近大量使用的是二極管的交流器，圖 所示，它把工頻電源變換為直流電源。裝置容量小時，如果電源和主電路的構成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路。 主電路原理圖 變頻器的控制電路 給異步電動機供電（電壓、頻率可調）的主電路提供控制信號的回路，稱為控制電路。 控制電路主要包括： ① 運算電路 將外部的速度、轉矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、功率。 ④ 速度檢測電路 以裝在異步電動機軸上的速度檢測器（ TG、 PLG 等）的信號為速度信號送入運算回路，根據(jù)指令和運算可使電動機按指令速度運轉。交流器的輸出電流達到異常值，也同樣停止逆變器運轉。過負載是由于負載的 GD2（慣性）過大或因負載過大使電動機堵轉而產生的。 4）瞬時停電保護。逆變器負載側接地時，為了保護逆變器，有時要有接地過電流保護功能。 ⑵ 異步電動機的保護 1）過載保護。逆變器的輸出頻率或者異步電動機的速度超過規(guī)定值時，停止逆變器運轉。對于恒速運轉中的過電流，也進行同樣的控制。 （ 2） 工頻變頻切換功能。 （ 6） 具有遠程輸出、簡單磁通矢量控制功能等豐富功能。本系列有多種型號，額定功率范圍從 到 250kW，可供用戶選用。其脈沖寬度調制的開關頻率是可選的，因而降低了電動機運行的噪聲。 10%，三相，交流， ~250kW；風機和泵類變轉矩負載專用；牢固的 EMC（電磁兼容）設計；控制信號的快速響應。 PID 控制信號作用下，最多可以控制三臺輔助電動機。而 三菱變頻器FRA740 本身不具有電動機的分級控制功能，即使利用三菱變頻器 FRA740 和相應的PLC，最終也能實現(xiàn)電動機的分 級控制功能，但是這樣反而增加了設備的投入與維護，可靠性也降低。 68A， 37KW 電機 變頻器選擇 ②電源電壓 3AC 400V 功率 45KW 調制脈沖頻率4KHZ 75A，輸入電壓范圍 3AC (380~480)V177。 開關電源 DC 24V壓力變送器 420mA水泵U V W 10 11 9 ON 1 2 3 4 5 OFF AD1 AD2MM430撥碼開關圖 外部端子相關參數(shù)的設置 外接模擬給定信號的參數(shù)設置 為了從電壓模擬輸入切換到電流模擬輸入，僅僅修改參數(shù) P0756 是不夠的。 積分（ I）調節(jié)的特點： ① 調節(jié)可以消除靜差 ② 積分調節(jié)動作緩慢，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。 利用 I動作消除 靜 差和 利用 D動作抑制振蕩， 再 結合 P動作 快速調節(jié) 就構成了 PID控制。本設計中 PID相關參數(shù)設置見下 文附錄 A表 (2)軟件型：使用離散形式的 PID控制算法在可編程序控制器 (或單片機 )上做 PID控制器 此次使用硬件型控制形式，并且本 系統(tǒng)的 PID調節(jié)器內置于變頻器中。其主要特點是：具有斜坡升壓啟動、轉矩 控制啟動、啟動電流限制啟動、電壓提升脈沖啟動三種啟動方式；具有轉矩控制軟停車、制動停車、自由停車三種停車方式；具有對電動機和軟啟動器本身的熱保護、限制轉矩和電流沖擊、三相電源不平衡、缺相、斷相和電動機運行中過流等保護功能并提供故障輸出信號；具有實時檢測并顯示如電流、電壓、功率因數(shù)等參數(shù)的功能，并提供模擬輸出信號；提供本地端子控制接口和遠程控制 RS— 485 通信接口。 壓力 變送 器的選擇 ：標準型壓力變送器 EVT100A ： EVT100A標準型工業(yè)用壓力變送器采用國際上最先進的硅壓阻技術及精密補償技術，并融合獨特的 ASIC技術，組成完美的放大輸出的壓力變送器。 %，177。 ③保護作用：（變頻器輸入側發(fā)生短路）在出現(xiàn)過電流或欠電壓等保護。 限流式低壓斷路器 主要型號 DWX15和 DZ X10系列，用于短路電流相當大（高達70KA）的電路中。 即 IKN? IN 選用交流接觸器的型號為 C J 20 □ □ /□ □ 其相應的注釋為 C：接觸器 J：交流 ， 20：設計代號 。 具體為 75KW選擇 CJ20250 ， 37KW選擇 CJ20100 3. 繼電器的 選擇 ： 中間繼電器 KA的作用：將一個輸入信號變成多個輸出信號 或增大觸點容量。當線路電流增大后 , 雙金屬元件受熱彎曲到一定程度推動滑板 , 并通過補償雙金屬元件與推桿將常閉觸頭分開 ，常開觸點閉合