【正文】 轉(zhuǎn) 矩 補 償 ， 是 為 補 償 因 電 動 機 定 子 繞 組 電 阻 所 引 起 的 低 速 時 轉(zhuǎn) 矩 降 低 ， 而把 低 頻 率 范 圍 f/V 增 大 的 方 法 。 但 有 些 參 數(shù)由 于 和 實 際 使 用 情 況 有 很 大 關(guān) 系 ， 且 有 的 還 相 互 關(guān) 聯(lián) ， 因 此 要 根 據(jù) 實 際 進 行 設(shè) 定 和調(diào) 試 。整流 逆變RST交流直流交流UWVDU3 8 V5 0 H Z0 ～ 3 8 0 VO — l O O H Z圖 32 交直交變頻器的基本結(jié)構(gòu)安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計16 交直交變頻器主電路變頻器的的整流部分采用三相橋式不可控控整流電路，逆變部分采用全控型器件的電壓型你變電路，直流側(cè)并聯(lián)有大電容，相當(dāng)于電壓源，直流電壓基本無脈動，當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時，需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功的作用，為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。 交直交變頻器按中間直流濾波環(huán)節(jié)的不同，又可以分為電壓型和電流型兩種，由于控制方法和硬件設(shè)計等各種因素，電壓型逆變器應(yīng)用比較廣泛。雖然大功率交交變頻器得到了普遍的應(yīng)用，但因其功率因數(shù)低，高次諧波多，輸出頻率低，變化范圍窄一般為額定頻率的 1/2 以下，使用元件數(shù)量多使之應(yīng)用受到了一定的限制。一般情況下，額定運行時=1%5%。轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受電磁力作用形成電磁轉(zhuǎn)矩，推動轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速 n 順 n0 方向旋轉(zhuǎn)（電動機左手定則） ，并從軸上輸出一定大小的機械功率。除軸的材料為優(yōu)質(zhì)碳素鋼外，其馀多為鑄鐵制成。 進 出 水 法 蘭 的 下 部 ， 制 有 放 水 的 管 螺 孔 ?？紤]有限葉片數(shù)受滑移的泵的類型 ， A 或 B 或 C 分別表示葉輪外徑經(jīng)過一 、 二 、 三次切割多級泵的級數(shù) ， 若為單極泵 ， 就不標(biāo)出新產(chǎn)品標(biāo)出楊程數(shù) ， 有時在該值前標(biāo)出流量 ，兩值前加以橫線隔開 ?？删幊炭刂破鱌 L C通訊模塊A / D 轉(zhuǎn)換模塊D / A 轉(zhuǎn)換模塊報警 、 控制量輸入上位機 P C組態(tài)故障 、 狀態(tài)量輸入流量傳感器鹽水泵變頻器接觸器電源接觸器電動機軟啟動器接觸器接觸器圖 23 鹽水泵變頻節(jié)能系統(tǒng)原理圖安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計123 變頻技術(shù)在凍結(jié)站鹽水泵應(yīng)用中的硬件分析和系統(tǒng)說明 鹽水泵的選型介紹 離心泵的分類可按使用目的、介質(zhì)種類、結(jié)構(gòu)類型等進行分類。其中鹽水泵型號為 14Sh9A，額定流量 1332022/2h，揚程56m，功率 257kw，轉(zhuǎn)速 1450r/min；拖動電機型號為 Y355L22，額定電壓 380V，電流 560A，功率 315kw。采用 E/F 控制方式的變頻器通常被稱作普通功能變頻器。m?所以如果 不變，則磁通 隨頻率 的改變而改變，一般電機在設(shè)計中為了充分1Um?1f利用鐵心材料，都把磁通 的數(shù)值設(shè)計在磁化曲線的膝點，因此，如果頻率從額定值下降，則會引起磁通的增加，隨之使激磁電流急劇上升，功率因數(shù)下降；反之，若頻率升高，則 會下降，電機允許的輸出轉(zhuǎn)矩降低，電機得不到充分利用。? 變頻器原理 交流變頻器的工作原理交流變頻器是現(xiàn)代電力電子技術(shù)高度發(fā)展的結(jié)果。采用轉(zhuǎn)速控制方式，可將排水閥完全打開而適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速?？梢?，隨著流量的減小，水泵工作效率的降低是十分顯著的。這是變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有節(jié)能效果的最基本方面?？梢?，當(dāng)凍結(jié)所需的流量遠小于鹽水泵的設(shè)計流量時，供液管路中浪費的能量是非常驚人的。（1）閥門控制法：即通過關(guān)小或開大閥門來調(diào)節(jié)流量，而電動機轉(zhuǎn)速保持不變(通常為額定轉(zhuǎn)速) 。水泵的節(jié)能主要有以下幾個方法：通過改進配套電機的設(shè)計，使電機在大的范圍內(nèi)有較高的效率；通過對水泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造性能的改進，提高水泵的性能；水泵、配套電機的正確選型和合理使用。如 4 象限運行，帶有電機參數(shù)自測量與自設(shè)定和電機參數(shù)變化的自動補償以及無傳感器的矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。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。(3)矢量控制、磁通控制、轉(zhuǎn)矩控制、模糊控制等新的控制理論的發(fā)展為變頻器的高性能發(fā)展提供了很好的理論基礎(chǔ)：同時，16 位、32 位高速微處理器、數(shù)字信號處理(DSP)、專用集成電路(ASIC)水泵調(diào)速的意義：工礦供水工況隨工藝要求而變化，城市供水隨著晝夜及季節(jié)的變化、供水量的變化而變化，為了保證母管壓力穩(wěn)定，滿足供水需要，常采用開停水泵或調(diào)節(jié)泵出口閥門開度的控制方法。不可調(diào)速的安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計4電動機直接由電網(wǎng)供電，但隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，這類原本不可調(diào)速的機械越來越多地由可調(diào)速的傳動裝置來代替，以節(jié)約電能，降低能耗．在我國大約 60％的發(fā)電量都是由電動機消耗的，因此發(fā)展可調(diào)速的電氣傳動技術(shù)，提高其生產(chǎn)應(yīng)用平是非常重要的，目前在該方面的技術(shù)已經(jīng)有了一定的規(guī)模。 凍結(jié)施工存在的問題一方面由于凍結(jié)施工工程中對鹽水流量的控制通常根據(jù)以往的施工經(jīng)驗和測溫孔、凍結(jié)器的溫度數(shù)據(jù)進行控制的，溫度場數(shù)據(jù)與鹽水流量的控制并沒有很好的進行結(jié)合，使的溫度數(shù)據(jù)分析的結(jié)果不能完全反映實際凍結(jié)壁的情況，而且每隔一段時間分析的數(shù)據(jù)結(jié)果對流量、溫度的控制并沒有起到很大的作用，數(shù)據(jù)的利用率很低，沒有實現(xiàn)溫度場分析與流量、溫度控制相結(jié)合的真正意義上的數(shù)字化施工。掘砌時期須部分供冷，維護凍結(jié)壁，稱為維護凍結(jié)期或消極凍結(jié)期。近 50 年，取得了豐碩的研究成果，總共建了430 余項凍結(jié)工程，包括 20 世紀(jì) 80 年代最大凍深 415m 的淮南潘三東風(fēng)井和 90 年代最大凍深 435m 的河南永夏礦區(qū)陳四樓副井。 首先在井筒周圍打一定數(shù)量的凍結(jié)孔，孔內(nèi)安裝凍結(jié)器，凍結(jié)器由帶有底錐的凍結(jié)管和底部開口的供液管所組成。當(dāng)電機在額定轉(zhuǎn)速的 80％運行時，理論上其消耗的功率為額定功率的 51。凍結(jié)法鑿井是一種理論上和實踐上都比較成熟的特殊施工方法。交流變頻調(diào)速是交流電動機調(diào)速方法中最優(yōu)的方案，采用變頻器對鹽水泵機械進行調(diào)速來調(diào)節(jié)流量的方法，對節(jié)約電能，提高經(jīng)濟效益具有重要意義。本科畢業(yè)設(shè)計說明書冷凍站鹽水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)FROZEN STATION SALT WATER PUMP FREQUENCY CONVERSION GOVERNOR 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。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。采用變頻器直接控制風(fēng)機、泵類負(fù)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。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。 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。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。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)?？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(xì)分為直流調(diào)速和交流調(diào)速兩種方式。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。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。(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。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。 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。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。 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 便是轉(zhuǎn)速控制方式節(jié)約的供水功率，它與面積Gp?HCBF(圖 2l 中的陰影部分 )成正比。當(dāng)流量 =60％時，其效率將降為 80%(由?B 點決定 )。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。由圖 3 可看出， 0 1ACB *?*?圖 22 水泵的效率曲線安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計9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。在電機運行時有： (26)mdpkfwU?114.??? 式中， 一電機繞組匝數(shù)；1w一基波繞組因數(shù)；dpk一主磁通。因而實際變頻器中采用 E/F 控制。 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 。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。q=1000kg/m 3旋轉(zhuǎn)葉輪傳遞給單位重量液體的能量，亦稱理論楊程。 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。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。轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動時，n=0, s=1 ；當(dāng) 時，s=0. 可知異步電動機處于電動狀態(tài)1n時，轉(zhuǎn)差率的變化范圍總在 0 和 1 之間，即 0＜s＜ 1。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。中間濾波環(huán)節(jié)是用電容器進行濾波。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) 。 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 。 加 減 速 時 間 可 根 據(jù) 負(fù) 載 計 算 出 來 ， 但 在 調(diào) 試 中 常 采 取 按 負(fù) 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 。(4) 頻 率 限 制即 變 頻 器 輸 出 頻 率 的 上 、 下 限 幅 值 。 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。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。實現(xiàn)系統(tǒng)的智能控制。 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，是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。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