【正文】 ） 18 1）其它設(shè)備的電源線和信號線應(yīng)盡量地遠(yuǎn)離變頻器的輸入輸出線 2）其它設(shè)備的電源線和信號線應(yīng)盡量不與變頻器的輸 入輸出線平行。同理，若對第二臺電動機(jī)軟啟動；則按啟動按鈕 SB2。若發(fā)生過載、過流，則切斷接觸器 KMl 電源，則軟啟動器進(jìn)線電源切除。 A A2， BB2， C C2 端子由軟啟動器三相晶閘 管 兩端分別直接引出，當(dāng)相對應(yīng)端子短接時(shí)，等價(jià)于將軟啟動器內(nèi)部可控硅晶閘管短接，但現(xiàn)在軟啟動器內(nèi)部的電流檢測環(huán)節(jié)仍起作用，即此時(shí)軟啟動器對電動機(jī)保護(hù)功能仍起作用。當(dāng)） 12 壓力檢測值低于壓力給定值時(shí)，變頻器的輸出繼電器閉合進(jìn)而控制接觸器 KM2 閉合，使得電動機(jī) M2 工頻軟啟動 開始，軟啟動結(jié)束后接觸器 KM8 閉合且 KM4 斷開，使得電動機(jī) M2 全 壓工頻運(yùn)行。 (7)使用變壓變頻設(shè)備和軟啟動裝置進(jìn)行調(diào)速，用變頻泵和工頻泵的組合進(jìn)行恒壓供水，節(jié)能效果顯著，對每臺水泵進(jìn)行軟啟動，啟動電流可從零到電機(jī)額定電流，減少了啟動電流對電網(wǎng)的沖擊同時(shí)減少了啟動慣性對設(shè)備的大的轉(zhuǎn)動慣量的沖擊，延長了設(shè)備的使 用壽命。 ） 9 圖 水泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的分析說明 水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)因其控制性能穩(wěn)定、可靠性能強(qiáng)，節(jié)能效果好等特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于高層建筑、安全消防、污水處理、工廠和電廠水泵房中。 圖 圖 ） 8 (3)電壓提升脈沖啟動方式 電壓提升脈沖啟動特性曲線如圖 所示。這種啟動方式主要用于 一 臺軟啟動器并接多臺電機(jī)或電動機(jī)功率遠(yuǎn)低于軟啟動器額定值的應(yīng)用場合。 ） 6 軟啟動器 及其使用 傳統(tǒng)的三相異步電動機(jī)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)。水泵不要求定時(shí)循環(huán)運(yùn)行，但能夠手動切換運(yùn)行。如啟動后系統(tǒng)壓力大于母管壓力時(shí)，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。 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(diǎn)，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(shí)現(xiàn)頻率和電壓的自動調(diào)節(jié)，但是要實(shí)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(shí)現(xiàn)起來系統(tǒng)更加復(fù)雜，同時(shí)也不利于后期的維護(hù)。 工業(yè)補(bǔ)給水泵系統(tǒng)（一控二），其變頻柜只控制兩臺 37KW 小 泵，水泵不要求定時(shí)循環(huán)運(yùn)行，但能夠手動切換運(yùn)行。 本 設(shè)計(jì) 研究的主要內(nèi)容 本設(shè)計(jì)是以電廠綜合水泵房的中水提升泵及工業(yè)補(bǔ)給水泵兩套系統(tǒng)為控制對象，采用變頻技術(shù)，設(shè)計(jì)一套某電廠綜合水泵房的恒壓供水系統(tǒng)，現(xiàn)擬對其進(jìn)行變頻調(diào)速改造。 系統(tǒng)采用的變頻器，可實(shí)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(jī)。 從上式可知，三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法有 ： (l) 改變轉(zhuǎn)差率 (2) 改變電機(jī)極對數(shù) (3) 改變頻率 改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 ，異步電動機(jī)運(yùn)行時(shí)，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(fù)載消耗掉，另一部分就是轉(zhuǎn)差功率。它主要由三相交流調(diào)壓電路和控制電路構(gòu)成。由于控制目標(biāo)為轉(zhuǎn)矩，因此 軟啟動器輸出電壓為非線性上升。 (4)轉(zhuǎn)矩控制軟停車方式 當(dāng)電動機(jī)需要停車時(shí)，立即切斷電動機(jī)電源，屬自由停車。水泵變頻調(diào)速系統(tǒng) 能適用生活用水、工業(yè)用水以及消防用水 等多種場合的供水要求，該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn) : (1)系統(tǒng)的控制對象是管網(wǎng)的水壓，它是一個(gè)過程控制量，同其它一些過程控制量(如：溫度、流量、液位等 )一樣，對控制作用的響應(yīng)具有延遲性。 圖 的結(jié)構(gòu)圖 水泵變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) 的控制策略 根據(jù)以上控制要求，進(jìn)行系統(tǒng)總體控制方案設(shè)計(jì)。 同時(shí)變頻器要求在電動機(jī) M1 、 M2 、 M3 中 定時(shí)循環(huán)切換，且一周切換一次。 KAl 和 KA2 為輸出繼電器。 圖 、軟啟動、軟停車或自由停車控制線路 （ 2） 單臺軟啟動器啟動多臺電動機(jī) 我們用一臺軟啟動器對多臺電動機(jī)進(jìn)行軟啟動，可以降低控制系統(tǒng)的投入成本。 低壓電器指電壓在 1200V 以下的各種控制設(shè)備及保護(hù)設(shè)備等。此電源輸出的電壓或電流及頻率，由控制回路的控制指令進(jìn)行控制。在控制電路 B 部分增加了速度檢測電路，即增加了速度指令，可以對異步電動機(jī)的速度進(jìn)行控制更精確的閉環(huán)控制。可以采取停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)或停止快速減速的辦法，防止過電壓。所以，在負(fù)載電流減小之前要進(jìn)行控制，抑制頻率上升或使頻率下降。因此，它們具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性。 10% （內(nèi)置 A級濾波器） 訂貨號6SE6430 2AD388FA0 高： 1150mm，寬： 350mm，深： 320mm。 PID控制器的控制形式主要有兩種 ： (1)硬件型：即通用 PID控制器，在使用時(shí)只需要進(jìn)行線路的連接和 P、 I、 D參數(shù)及目 標(biāo)值的設(shè)定。 開關(guān)電源 DC 24 V壓力變送器 420m A水泵U V W 10 11 9 5MM430撥碼開關(guān) ON圖 壓力變送器的接線圖 其它電氣元件 1. 低壓斷路器 QF的作用： ①接通和分?jǐn)嘭?fù)載電路 ②隔離作用：維修時(shí)，使變頻器與電源隔離。 其 功能結(jié)構(gòu) 具有 ① 斷相保護(hù)； ② 整定電流連續(xù)可調(diào)裝置； ③ 溫度補(bǔ)償； ④ 動作指示；⑤ 測試機(jī) 構(gòu)； ⑥ 停止按鈕； ⑦ 手動與自動復(fù)位按鈕； ⑧電氣上可分的一常開和一常閉觸頭 . 工作原理 ： 熱繼電器的雙金屬元件串聯(lián)在主電路中。 具體為 75KW選擇 CJ20150， 37KW選擇 CJ20100。該產(chǎn)品結(jié)合多項(xiàng)新技術(shù)，具有全溫范圍補(bǔ)償及相應(yīng)的線性補(bǔ)償，保證產(chǎn)品的長期穩(wěn)定性。 ） 25 ③ 減小積分時(shí)間，雖可以加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。整個(gè)系統(tǒng)包括一臺用變頻器控制速度的水泵和三臺輔助水泵。 （ 7） 具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能，內(nèi)置 USB 通信接口，方便連接 FRConfigurator 變頻器設(shè)置軟件。過載檢出裝置與逆變器保護(hù)共用，但考慮低速運(yùn)轉(zhuǎn)的過熱時(shí)，在異步電動機(jī)內(nèi)埋入溫度傳感器，或 者利用轉(zhuǎn)在逆變器內(nèi)的電子熱保護(hù)來檢出過熱。 2）過載保護(hù)。 ③ 逆變器 同整流器相反，逆變器的作用是將直流功率變換為所需要頻率的交流功率，根據(jù)PWM 控制信號使 6 個(gè)開關(guān)器 件導(dǎo)通、關(guān)斷，就可以得到三相頻率可變的交流輸出。 配電柜內(nèi)設(shè)備的冷卻 可考慮采用在變頻器散熱器外加強(qiáng)迫水暖，水冷或強(qiáng)迫油循環(huán)等方法，以隔絕腐蝕性氣體 。軟啟動器旁路后，使輸出繼電器 KAl 觸點(diǎn)斷開、 KA3 線圈斷電， KA3 觸點(diǎn)斷開使接觸器 KM2 線圈自鎖回路斷開，使得電動機(jī)從軟啟動器上切除，啟動結(jié)束后輸出繼電） 16 器 KA2 觸點(diǎn)也斷開，中間繼電器 KA4 線圈斷電，但此時(shí)接觸器 KM7 線圈支路自鎖，電動機(jī)直接由電網(wǎng)供電。但此） 14 時(shí)電動機(jī)需要加過載、缺相等保護(hù)，所以需要加熱繼電器。圖中實(shí)線框所 示為軟啟動器，其中 C 和 400 為軟啟動器控制電源進(jìn)線端子； L L L3 為軟啟動器供電電源的進(jìn)線端子； T T T3 為連接電動機(jī)的出線端子。 具體為：接觸器 KM1 閉合時(shí)， KM KM5 均為斷開，電動機(jī) M1 變頻運(yùn)行。壓力設(shè)定由控制柜上的壓力設(shè)定電位器完成。如圖 ，一般可設(shè)定制動電流加入的幅值 I1L 和時(shí)間 t1 ， 但制動開始到停車時(shí)間不能設(shè)定，時(shí)間長短與制動電流有關(guān)，應(yīng)根據(jù)實(shí) 際應(yīng)用情況，調(diào)節(jié)加入的制動電流幅值和時(shí)間來調(diào)節(jié)制動時(shí)間。 此種方式間接控制電動機(jī)電流來達(dá)到控制轉(zhuǎn)矩目的，與轉(zhuǎn)矩控制方式相比啟動效果略差，但控制相對簡單。在電動機(jī)啟動過程中，電壓線性逐漸增加，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到額定電壓。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(jìn)了 變頻 技術(shù)的發(fā)展。 ） 4 工業(yè)補(bǔ)給水泵系統(tǒng)（一控二） 工業(yè)補(bǔ)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。 另外兩臺水泵作為工頻備用泵，當(dāng)變頻水泵達(dá)到額定頻率且人不滿足系統(tǒng) 用水要求時(shí)，自動啟動 1 臺工頻備用泵。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。當(dāng)變頻泵不能滿足要求時(shí)，自動啟動另一臺工頻小泵。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(bǔ)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。 變頻柜功能 變頻柜控制方式分為：手動操作、自動運(yùn)行兩種。而轉(zhuǎn)差功率等于轉(zhuǎn)差率與電磁功率的乘積。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(dá)到通過調(diào)壓來控制啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩的目的。圖 同時(shí)給出啟動過程中轉(zhuǎn)矩 T、電壓 U、電流 I 和電動機(jī)轉(zhuǎn)速 n 的曲線，其中轉(zhuǎn)速曲線為恒加速度上升。傳統(tǒng)的控制方式大都采用這種方法。同時(shí)用于電機(jī)速度控制的變頻器也存在一定的滯后效應(yīng)。硬件設(shè)備選型、變頻器選型 及相關(guān)電器 ，繪制系統(tǒng)硬件連接圖。 圖 業(yè)補(bǔ)給水泵 系統(tǒng) 主回路接線圖 (一控二 ) 圖 工業(yè)補(bǔ)給水泵系統(tǒng)工作原理 電機(jī)有兩種工作情況：在工頻電下運(yùn)行和在變頻電下運(yùn)行。 KAl 為可編程輸出繼電器，可設(shè)置成故障繼電器或隔離繼電器。通過設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)碾娐房梢詫?shí)現(xiàn)對多臺電動機(jī)軟啟動、軟停車控制，但不能同時(shí)啟動或停機(jī)多臺電機(jī)，只能一臺一臺的分別啟動或停機(jī)。常用的低壓電器設(shè)備有刀開關(guān)、熔斷器、低壓斷路器、各種繼電器等。而控制指令則根據(jù)外部的運(yùn)轉(zhuǎn)指令進(jìn)行運(yùn)算獲得。 控制電路主要包括： ① 運(yùn)算電路 將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、功率。 4）瞬時(shí)停電保護(hù)。對于恒速運(yùn)轉(zhuǎn)中的過電流，也進(jìn)行同樣的控制。其脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)頻率是可選的，因而降低了電動機(jī)運(yùn)行的噪聲。 68A， 37KW 電機(jī) 變頻器選擇 ②電源電壓 3AC 400V 功率 45KW 調(diào)制脈沖頻率4KHZ 75A，輸入電壓范圍 3AC (380~480)V177。本設(shè)計(jì)中 PID相關(guān)參數(shù)設(shè)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(jī) )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(diào)節(jié)器內(nèi)置于變頻器中。 ③保護(hù)作用：（變頻器輸入側(cè)發(fā)生短路）在出現(xiàn)過電流或欠電壓等保護(hù)。當(dāng)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(bǔ)償雙金屬元件與推桿將常閉觸頭分開 ，常開觸點(diǎn)閉合 。 即 IKN? IN 選用交流接觸器的型號為 C J 20 □ □ /□ □ 其相應(yīng)的注釋為 C：接觸器 J：交流 ， 20：設(shè)計(jì)代號 。 壓力 變送 器的選擇 ：標(biāo)準(zhǔn)型壓力變送器 EVT100A ： EVT100A標(biāo)準(zhǔn)型工業(yè)用壓力變送器采用國際上最先進(jìn)的硅壓阻技術(shù)及精密補(bǔ)償技術(shù)，并融合獨(dú)特的 ASIC技術(shù)，組成完美的放大輸出的壓力變送器。 積分（ I）調(diào)節(jié)的特點(diǎn)： ① 調(diào)節(jié)可以消除靜差 ② 積分調(diào)節(jié)動作緩慢，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。 PID 控制信號作用下，最多可以控制三臺輔助電動機(jī)。 （ 6） 具有遠(yuǎn)程輸出、簡單磁通矢量控制功能等豐富功能。 ⑵ 異步電動機(jī)的保護(hù) 1）過載保護(hù)。交流器的輸出電流達(dá)到異常值，也同樣停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)。裝置容量小時(shí)，如果電源和主電路的構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路。當(dāng)需要將變頻器上下布置時(shí)，應(yīng)在變頻器之間安裝隔板，并形成各自獨(dú)立的風(fēng)道，防止下方變頻器的出風(fēng)成為上方變頻器的進(jìn)風(fēng)，影響整體的散熱效果。當(dāng)啟動結(jié)束時(shí)，軟啟動器的啟動結(jié)束繼電器 KA2 觸點(diǎn)閉合，中間繼電器 KA4 線圈通電， KA4 常開觸點(diǎn)閉合使旁路接觸器 KM7 線圈通電 并自鎖，此時(shí) KM2 和 KM7 均接通。電動機(jī)按設(shè)定的啟動方式啟動，當(dāng)啟動完成后， 內(nèi)部繼電器KA2 常開觸點(diǎn)閉合， KM2 接觸器線圈吸合，電動機(jī)通過接觸器由電網(wǎng)直接供電。 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(jī)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(jī)利用軟啟動器啟動的控制線路圖。 KM KM KM5 分別為電動機(jī) M1 、 M2 、 M3 變頻運(yùn)行時(shí)接通電源的控制接觸器， KM KM4 、 KM6 、KM KM8 、 KM9 分別為電動機(jī) M M M3 工頻運(yùn)行時(shí)接通電源的控制接觸器?？刂乒駪?yīng)留有信號接口，能夠把每臺電機(jī)的運(yùn)行信號、過載信號、運(yùn)行電流、變頻器頻率、主管網(wǎng)壓力返回控制室。在實(shí)施能耗制動時(shí)，軟啟動器向電動機(jī)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(jī)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。 隨著軟啟動器控制技術(shù)的發(fā)展，目