【正文】 NOR SYSTEM 學(xué)院（部）： 電氣與信息工程學(xué)院 專業(yè)班級： 電氣工程及其自動化 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 I 冷凍站鹽水泵變頻調(diào)速系統(tǒng) 摘要 近年來，交流調(diào)速發(fā)展十分迅速，打破了過去直流拖動在調(diào)速領(lǐng)域中的統(tǒng)治地位，交流拖動 已經(jīng) 進入了與直流 拖動相媲美、相抗衡的時代。變頻調(diào)速技術(shù)用于水泵控制系統(tǒng)，具有調(diào)速性能好、節(jié)能效果顯著、運行工藝安全可靠等優(yōu)點。 變頻器 調(diào)節(jié)流量閉環(huán) 控制： 通過供水管道上的遠傳 流量計 ，輸出 020mA 模擬量信號送入 PLC， 在通過 A/D 轉(zhuǎn)換，執(zhí)行 PID 程序， D/A 轉(zhuǎn)換后，輸出控制信號給變頻器， 來自動調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，來自動調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，從而改 變 拖動 水泵的 電動機的轉(zhuǎn)速，達到調(diào)節(jié)流量的作用 。 關(guān)鍵詞：凍結(jié)站，變頻器，鹽水泵，變頻器，節(jié)能，閉環(huán)調(diào)速 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 II COAL FREEZE STATION SALT WATER PUMPING FREQUENCY GOVERNORSYSTEM ABSTRACT In recent years, the development of AC variable speed very quickly, breaking the dominance of the DC drive speed field, AC Drive has entered the era of parable DC drive, to pete. This paper bines the status quo of China39。某些傳統(tǒng)的設(shè)計方法、設(shè)計模型及設(shè)計參數(shù)不符合現(xiàn)場實際，是造成凍結(jié)站耗電嚴(yán)重的原因之一，所以凍結(jié)站的節(jié)能問題已成為當(dāng)前不如忽視的大問題。但目前各凍結(jié)施工單位根據(jù)凍結(jié)需要調(diào)節(jié)鹽水流量時，僅對閥門開度進行調(diào)節(jié)，水泵拖動電機仍處于恒轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)狀態(tài)。采用變頻器直接控 制風(fēng)機、泵類負載成為了一種最科學(xué)的控制方法，利用變頻器內(nèi)置 PID 調(diào)節(jié)軟件，直接調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速保持恒定的風(fēng)壓、風(fēng)量，從而滿足系統(tǒng)要求的壓力和風(fēng)量。因此，大力推廣變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)，不僅是當(dāng)前煤礦節(jié)能 降耗的重要技術(shù)手段，而且也是實現(xiàn)經(jīng)濟增長方式轉(zhuǎn)變的必然要求。 凍結(jié)鑿井分為 鉆凍結(jié)孔 、 形成凍結(jié)壁 和 井筒掘砌 三大工序。隨著鹽水循環(huán)的進行，凍結(jié)壁厚度逐漸增大，直到達到設(shè)計厚度和強度為止（積極凍結(jié)）。 1955 年，我國用凍結(jié)法開鑿了開灤林西風(fēng)井，井筒凈直徑 5m凍結(jié)深度 105m，此后我國科技人員開始了凍結(jié)法鑿井技術(shù)的研究。凍結(jié)不穩(wěn)定的第三系和第四系地層，具有代 表性的是德國的 SophiaJacba 8 號井，凍結(jié)深度558m。從凍結(jié)開始到凍結(jié)壁達到設(shè)計厚度的時間，稱積極凍結(jié)期。氨循環(huán)系統(tǒng)流程：氣態(tài)氨經(jīng)低壓螺桿壓縮機壓縮一冷卻器降溫 (防止進入高壓螺桿壓縮機時溫度過高 )一高壓螺桿安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 3 壓縮機繼續(xù)增壓一冷凝器 (氣態(tài)氨 變成液態(tài)氨 )一熱虹吸儲液器一低壓調(diào)節(jié)站一汽化器(液態(tài)氨變成氣態(tài)氨吸收熱量使鹽水降溫 )一氣態(tài)氨被吸回低壓螺桿機 (完成～個循環(huán) )。低溫鹽水在凍結(jié)管中沿環(huán)形空間流動時，吸收其周圍巖層的熱量，使周圍巖層凍結(jié)，逐漸擴展連成封閉的凍結(jié)圓筒 (凍結(jié)壁 )。通常，現(xiàn)場所選離心泵的流量、揚程可能會和管路中要求的不一致，由于泵選型時留有裕量，甚至泵的額定參數(shù)超過工藝參數(shù)的一倍以上?？偨Y(jié)電氣傳動控制系統(tǒng)關(guān)系到合理地使用電動機以節(jié)約電能和控制機械的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，來實現(xiàn)電能和機械能的轉(zhuǎn)換，以達到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗等目的．電氣傳 動分成不可調(diào)速和可調(diào)速兩大類，可調(diào)速方式又可細分為直流調(diào)速和交流調(diào)速兩種方式。 我國還是一個發(fā)展中國家，目前自主研發(fā)生產(chǎn)的變頻調(diào)速產(chǎn)品只相當(dāng)于一些西方國家 80 年代的水平。均取得顯著的經(jīng)濟 效益． (2)大功率變頻器件得到迅猛的發(fā)展．近年來，隨著高電壓、大電流的 SCR、 GTO、IGBT、 IGCT 等器件的生產(chǎn)和并聯(lián)、串聯(lián)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，使大功率變頻器產(chǎn)品的生產(chǎn)及應(yīng)用成為現(xiàn)實，并得到廣泛應(yīng)用。電廠調(diào)峰時，傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方式通過改變調(diào)節(jié)閥和擋板的開度來調(diào)整通過泵與風(fēng)機的工質(zhì)流量。 變頻調(diào)速技術(shù)是一項綜合現(xiàn)代電氣技術(shù)和計算機控制的先進技術(shù)，廣泛應(yīng)用于水泵節(jié)能和恒壓供水領(lǐng)域。依靠現(xiàn)代化技術(shù)手段對生產(chǎn)過程進行控制和管理，提高設(shè)備運行效率和可靠性，節(jié)省寶貴的水、電資源，是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。 (4)電壓型 IGBT、 IGCT 逆變器供電的傳動設(shè)備擴大功能，改善性能。特別是電壓電動機，容量大，節(jié)能效果更顯著。因此，泵行業(yè)中采用有效的節(jié)能技術(shù)是當(dāng)務(wù)之急?？梢?，水泵 的調(diào)節(jié)方式與節(jié)能的關(guān)系非常密切。 水泵變頻調(diào)速和其他方法的節(jié)能對比 調(diào)節(jié)水泵流量的兩種方法 常見的調(diào)節(jié)流量方法有閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法兩種。設(shè)用戶所需的流量從 QA 減小到 QB， 當(dāng)通過關(guān)小閥門來實現(xiàn)時，管阻特性將變?yōu)榍€③，而揚程特性則仍為曲線①，系統(tǒng)工作點由 A 點移至 B 點。這說明使用閥門調(diào)節(jié)流量時，電動機消耗的功率基本是不變的。當(dāng)轉(zhuǎn)速改變時，揚程特性將隨之改變，而管阻特性則不變。 轉(zhuǎn)速控制法和傳統(tǒng)方法的比較 (1)供水功率的比較 比較上述兩種調(diào)節(jié)流量的方法可以看出：在所需流量小于額定流量的情況下，轉(zhuǎn)速控制時的揚程比閥門控制時的小得多，所以轉(zhuǎn)速控制方式所需的供水功率也比閥門控制方式小得多，兩者之差 Gp? 便是轉(zhuǎn)速控制方式節(jié)約的供水功率，它與面積 HCBF(圖 2l中的陰影部分 )成正比。因此，上述水泵的工作效率 P? 實際上包含了水泵本身的效率和供水系統(tǒng)的效率。當(dāng)流量 ?Q =60％時，其效率將降為 80%(由 B點決定 )?？梢姡捎棉D(zhuǎn)速控制方式時，水泵的工作效率總是處于最佳狀態(tài)。所以，在實際運行中，即使在鹽水流量的高峰期，電動機也常常不是處于滿載狀態(tài)，其效率和功率因數(shù)都較低。綜合起來。由圖 3 可看出，與調(diào)節(jié)閥門開度相比，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速所節(jié)約的功率 ? P*E是相當(dāng)可觀的。而交流電的動機的同步轉(zhuǎn)速為 ??? 11 60f (24) 式子中 1? —— 同步轉(zhuǎn)速， n/min； 1f —— 釘子頻率， Hz； P—— 電機的磁極對數(shù)。 在 電機運行時有： mdpkfwU ?1111 ??? (26) 式中， 1w 一電機繞組匝數(shù)； dpk 一基波繞組因數(shù)； m? 一主磁通。為了不使電動機因平率變化導(dǎo)致磁飽和而造成勵磁電流增大，引起功率因數(shù)和效率的降低，需對變頻器的電壓和頻率的比值進行控制，是該比率保持不變，即恒壓頻比控制，以保持氣隙磁通為安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 10 額定值。因而實際變頻器中采用 E/F 控制。 實用性強 采用變頻調(diào)速，可以實現(xiàn)低速起動，使起動電流低于額定電流，避免起動力矩對電機造成的沖擊損傷，不僅延長了電動機的使用壽命，而且無震動、無噪音。 鹽水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)的總體設(shè)計 系統(tǒng)控制過程如 圖 23： 鹽水泵變頻節(jié)能系統(tǒng)由鹽水泵、三相異步電動機、變頻器、電磁流量傳感器和 PLC等部分組成，見圖 。由電磁流量計監(jiān)測鹽水通過上位機對變頻器的工作狀態(tài)進行設(shè)定，以達管路中的實時流量值，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的420mA 標(biāo)準(zhǔn)電流信號后，傳送給變頻器；變頻器接收到信號后，通過內(nèi)置的比較器與預(yù)先設(shè)定的數(shù)值進行比較并求算出偏差信號，再通過 PID 環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲱l率信號后，安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 11 傳送給變頻器主電路，控 制電機調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)對流量的閉環(huán)控制。如果當(dāng)變頻器發(fā)生故障或檢修等原因不能運行時，可通過 PLC 的控制和變頻工頻切換電路直接啟動電機。 （ 3）按泵體形式分類：蝸殼泵 筒行泵 。 q=1000kg/m3 旋轉(zhuǎn)葉輪傳遞給單位重量液體的能量，亦稱理論楊程。 對 多 級 泵 標(biāo) 出 的 是 單 極楊 程 ， 對 老 產(chǎn) 品 標(biāo) 出 的 是 比 轉(zhuǎn) 速 n 被 1 0 除 后 的整 數(shù)漢 語 拼 音 標(biāo) 出 泵 的 基 本 型 式泵 的 吸 入 口 直 徑 ， 新 產(chǎn) 品 標(biāo) 出 毫 米 數(shù) ， 老 產(chǎn)品 標(biāo) 出 英 寸 數(shù) 圖 31 離水泵的命名 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 13 斯托道拉公式 ： g uc tgucH Art22222 )1( ??? (32) 14Sh9A 型水泵介紹 SH 型是單級雙吸 、臥式 中開離心泵 。在進出水法蘭上，制有安裝真空表和壓力表的管螺孔。泵體與泵蓋構(gòu)成葉輪的工作室，在進、出水法蘭上制有安裝真空表和壓力表的管螺孔。 本型泵的主要 零 件有：泵體、泵蓋、葉輪、軸、雙吸密封環(huán)、軸套、軸承等。 泵軸由兩個單列向心球軸承支承，軸承裝在泵體兩端的軸承體 內(nèi)，用黃油潤滑，雙吸密封環(huán)用以減少水泵壓水室的水漏回吸水室。設(shè)旋轉(zhuǎn)磁場按順時針方向旋轉(zhuǎn)，且某時刻為上為北極 N下為南極 S，根據(jù)右手定則，在上半部轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的電動勢和電流方向由里向外，用⊙表示；在下半部則由外向里，用⊕表示。 電動運行時 n 恒不等于 n0(異步 )且 nn0建立轉(zhuǎn)矩的電流由感應(yīng)產(chǎn)生。轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動時， n=0, s=1 ；當(dāng) 1nn? 時， s=，轉(zhuǎn)差率的變化范圍總在 0 和 1 之間，即 0＜ s＜ 1。核算最大設(shè)計揚程和最小設(shè)計揚程是否超出工作范圍。安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 15 其主要優(yōu)點是沒有中間環(huán)節(jié)，電路結(jié)構(gòu)簡單，只使用一次變流，變換效率高， 不含直流電路及濾波部分，與電源之間無功功率處理以及有功功率回饋容易。 （ 2）交一直一交變頻器先把頻率固定的交流電整流成直流電，再把直流電逆變成頻率連續(xù)可調(diào)的三相交流電。中間濾波環(huán)節(jié)是用電容器進行濾波。 目前迅速地普及應(yīng)用的主要是這一種。 本次設(shè)計采用的 SAMCOVMO5SPF 系列通用變頻器 也是這個結(jié)構(gòu) 變頻器的工作 可分為兩個基本過程： （ 1）先將電源的三相 (或單相 )交流電經(jīng)整流橋整流成直流電 (交流一直流變換 )； （ 2）再把直流電變 成頻率任意可調(diào)的三 相 逆變 成頻率任意可調(diào)的三相交流電 (直流 一交 流 變換 )。 逆變電路采用 PWM控制方式，即對脈沖的寬度進行調(diào)制的技術(shù)，應(yīng)用面積等效原理，將所需要 的波形等效為一系列幅值相等，寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖波形。實際應(yīng)用中，沒必要對每一參數(shù)都進行設(shè)置和調(diào)試，多數(shù)只要采用出廠設(shè)定值即可。 (1) 加減速時間 加速時間就是輸出頻率從 0 上升到最大頻率所需時間，減速時間是指從 最大頻率下降到 0 所需時間。加減速時間可根據(jù)負載計算出來，但在調(diào)試中常采取按負載和經(jīng)驗先設(shè)定較長加減速時間，通過起、停電動機觀察有無過電流、過電壓報警；然后將加減速設(shè)定時間逐漸縮短，以運轉(zhuǎn)中不發(fā)生報警為原則，重復(fù)操作幾次， 便可確定出最佳加減速時間。對于變轉(zhuǎn)矩負載，如選擇不當(dāng)會出現(xiàn)低速時的輸出電壓過高，而浪費電能的現(xiàn)象，甚至還會出現(xiàn)電動機帶負載起動時電流大，而轉(zhuǎn)速上不去的現(xiàn)象。 (4) 頻率限制 即變頻器輸出頻率的上、 下限幅值。如在調(diào)試中當(dāng)頻率設(shè)定信號為 0%時，變頻器輸出頻率不為 0Hz，而為xHz，則此時將偏置頻率設(shè)定為負的 xHz 即可使變頻器輸出頻率為 0Hz。 SAMCOVMO5SPF 具備無速度傳感 器矢量控制功能，可實現(xiàn)無傳感器應(yīng)用場合的高轉(zhuǎn)矩及高精度控制。三墾通用變頻器到目前為止已歷經(jīng)了五次更新?lián)Q代：第一代 SVS、SVF 系列采用大功率晶體管逆變器 (GTR)和正弦波脈寬調(diào)制 (SPWM)控制技術(shù)；第二代MS、 MF 系列采用 16 位微機處理控制的電壓矢量控制技術(shù)，面板采用了全數(shù)字控制；第三代 LS、 LF 系列采用高速開關(guān)器件絕緣柵雙極性晶體管 IGBT、高性能準(zhǔn) 32 位微機安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 19 處理器及大規(guī)模集成晶片 (LIS)，并運用三墾電氣株式會社獨特的高頻載波 SPWM 控制方式，變頻調(diào)速范圍為 ，控制功能已擴展到近 200 項，其中包括可以實現(xiàn)程序運行、內(nèi)置 PID 控制功能、節(jié)電控制和變頻控制自動切換、與計算器實現(xiàn)串行通信，最多控制 32 臺 變頻器運行；第四代 IHE/IPF 變頻器是以矢量控制理論為基礎(chǔ)的無速度傳感器控制高性能通用變頻器，采用了內(nèi)含 IGBT 的智能功率模塊 IPM 及 32 位微機處理器，使變頻器的低速性能大幅提高，最大起動轉(zhuǎn)矩達到 150％額定轉(zhuǎn)矩，在 100％負載轉(zhuǎn)矩內(nèi)，其速度控制精度小于 177。 SAMCOvm05 系列通用變頻器除了具有 IHF/IPF 系列通用變頻器的所有功能外，還具有卷繞控制、帶 PG 的速度／位置控制和功能更加完善的恒壓供水控制等功能。 可編程控制器（ PLC） 可編程控制器 的作用 可編程序控制器是計算機家族中的一員 ,是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的 ， 是一種安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 20 數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專