電力拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)--變頻液位自動(dòng)控制系統(tǒng)(編輯修改稿)
2025-07-09 03:32 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ） （ 22） ? ?p fs1n ? （異步電動(dòng)機(jī)） （ 23） 式中： 0n — 電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速 n— 電動(dòng)機(jī)異步轉(zhuǎn)速 p — 電動(dòng)機(jī)定子極對(duì)數(shù) f— 交流電源頻率 s— 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著電源頻率 f ， 電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù) p ， 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率 s（異步電動(dòng)機(jī)）變化。由于電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù) p 只能有級(jí)調(diào)節(jié)并且調(diào)整量有限，因此調(diào)速范圍有限，從而使其應(yīng)用受到限制。而使用過大的轉(zhuǎn)差率調(diào)速顯然是不經(jīng)濟(jì)的，對(duì)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)及效率的影響也很大，故應(yīng)用范圍十分有限。變頻調(diào)速則通過改變電動(dòng)機(jī)的輸入頻率改變其空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的角速度達(dá)到速度調(diào)節(jié)的目的，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著電源頻率的變化而改變，電源頻率 f 增加，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨之增加，反之則下降。變頻調(diào)速方式實(shí)現(xiàn)了在不影響電動(dòng)機(jī)各項(xiàng)性能前提下的速度無級(jí)調(diào)節(jié)、恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速或恒功率調(diào)速等調(diào)速方式，因此受到工業(yè)界的廣泛重視，應(yīng)用案 例越來越多。 5 2． 水泵特性分析及節(jié)能原理 根據(jù)流體力學(xué)原理，在管徑一定的條件下，管道流量 Q 與水泵轉(zhuǎn)速 n 成正比；揚(yáng)程 H 與轉(zhuǎn)速平方 ( 2n )成正比，而電機(jī)軸功率 P 與轉(zhuǎn)速的三次方 ( 3n )成正比。可見當(dāng)流量僅下降到 80%時(shí)需要的功率 P 將下降到額定功率的 50%(≈ )左右，當(dāng)流量下降到 50%時(shí)需要的功率 2P 僅為額定功率的 13%．圖 2 是水泵特性曲線。若要 求恒壓于 HA，當(dāng)流量 QA 變小至 1Q 時(shí)，如果水泵轉(zhuǎn)速不變，壓力會(huì)上升至 B1，壓力傳感器輸出壓力上升信號(hào)，經(jīng)智能調(diào)節(jié)器分析運(yùn)算后輸出轉(zhuǎn)速下降信號(hào)給調(diào)速電機(jī)的變頻控制器，調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速隨即從 0n 降低至 1n （ B 點(diǎn)），使管網(wǎng)壓力維持在 HA；同理，當(dāng)流量變化至 0Q 時(shí)，壓力升至 1C 點(diǎn)而調(diào)速電機(jī)隨即降低轉(zhuǎn)速至 2n （ C 點(diǎn)），仍保持恒壓 HA，從而實(shí)現(xiàn)了水泵自動(dòng)恒壓變流量供水。 可見調(diào)速控制變載水泵具有顯著的節(jié)電效果。利用變頻器可以根據(jù)電機(jī)負(fù)載的變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、平滑地增速或減速，基本保持異步電機(jī)固有特性轉(zhuǎn)差率小的特點(diǎn)，具有效率高、范圍寬、精度高且能無級(jí)變速的優(yōu)點(diǎn)，這對(duì)于水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備是很適用的。夜間供水量急劇減少時(shí)，可方便地設(shè)定每日休眠工作的起始 /停止時(shí)刻，并可設(shè)定休眠時(shí)的壓力給定值。休眠期間，變頻器監(jiān)測(cè)管網(wǎng)壓力，當(dāng)壓力低于設(shè)定植時(shí)，系統(tǒng)被自動(dòng)喚醒，變頻泵投入工作；壓力高 于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)再次進(jìn)入休眠狀態(tài)，只有休眠水泵運(yùn)行，這樣能最大限度地節(jié)水節(jié)電。實(shí)踐證明，使用變頻設(shè)備可使水泵運(yùn)行平均轉(zhuǎn)速比工頻轉(zhuǎn)速降低 20%，從而大大降低能耗，節(jié)能率可達(dá)（ 20～40） %。同時(shí)，通過采用變頻器控制，可在不同季節(jié)、節(jié)假日、白天和晚上及上下班等時(shí)間全面調(diào)控水量。 變頻液位系統(tǒng)的工作原理 變頻器采用 PID 恒定控制，它采集外部信號(hào)作為反饋信號(hào)。 PLC 對(duì)水泵的運(yùn)行模式、機(jī)組的選擇及機(jī)組的起動(dòng)停止等進(jìn)行控制。以上控制信號(hào)都為 PLC 的輸入信號(hào)。一級(jí)泵站 水 泵 的 起止信號(hào)取自清水池內(nèi)所裝的液位傳感器，當(dāng) 水位達(dá)到低限位液位傳感器給出啟動(dòng)水泵的信號(hào)。當(dāng)水位達(dá)到高限位時(shí)，液位傳感器給出停止水泵運(yùn)行的信號(hào)。 二級(jí)泵站的反饋信號(hào)取自出水管出遠(yuǎn)傳壓力表。當(dāng)壓力高于設(shè)定值時(shí)，變頻器變頻，水泵電機(jī)減速。當(dāng)壓力低于設(shè)定值時(shí)，變頻器變頻，水泵電機(jī)加速。在二級(jí)泵站水泵的運(yùn)行當(dāng)中，它將受到一級(jí)泵站的清水池的缺水信號(hào)的控制，以此來防止清水池幾乎缺水時(shí)水泵空轉(zhuǎn)。缺水液位開關(guān)設(shè)置在低水位下方的 米處。 6 3 變頻液位系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)及元件清單 圖 31 變頻液位控制 主電路圖 水箱液位自 動(dòng)控制電機(jī)采用 的常用泵轉(zhuǎn)速，即可滿足水箱水位液位穩(wěn)定，本設(shè)計(jì)采用兩臺(tái)變頻器，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，通過 PLC 控制液位的自動(dòng)調(diào)節(jié)兩臺(tái)電機(jī)分別控制進(jìn)水與出水，以便能讓其迅速響應(yīng)。 表 31 設(shè)備清單 器件名稱 器件數(shù)量 器件型號(hào) 變頻器 2 臺(tái) HLPA03D743B 電機(jī) 2 臺(tái) TPW100160IA PLC 控制器 1 臺(tái) XCE4AD2DA 7 4 變頻液位系統(tǒng)保護(hù)
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