【文章內容簡介】 不要 不帶 PG 帶 PG 或編碼器 速比 I 1:40 1:60 1:100 1:100 1:1000 1:100 起動轉 矩（在3Hz） 150% 150% 150% 150% 零轉速時為 150% 零轉速時為 150%~200% 靜態(tài)速度精度/% 177。（ ~） 177。（ ~） 177。 177。 177。 177。 適用場合 一般風機、泵類等 較高精度調速，控制 一般工業(yè)上的調速或控制 所有調速或控制 伺服拖動、高精傳動、轉矩控制 負荷起動、起重負載轉矩控制系統(tǒng)，恒轉矩波動大負載 故選擇 U/f=C 控制 變頻器 容量的選擇 變頻器的容量直接關系到變頻調速系統(tǒng)的運行可靠性，因此，合理的容量將保證最優(yōu)的投資。變頻器的容量選擇在實際操作中存在很多誤區(qū)，這里給出了三種基本的容量選擇方法，它們之間互為補充。 從電流的角度 ： 大多數(shù)變頻器容量可從三個角度表述：額定電流、可用電動機功率和額定容量。其中后兩項，變頻器生產(chǎn)廠家由本國或本公司生產(chǎn)的標準電動機給出，或隨變頻器輸出電壓而降低，都很難確切表達變頻器的能力。 選擇變頻器時，只有變頻器的額定電流是一個反映半導體變頻裝置負載能力的關鍵量。負載電流不超過變頻器額定電流是選擇變頻器容量的基本原則。需要著重指出的是，確定變頻器容量前應仔細了解設備的工藝情況及電動機 參數(shù)，例如潛水電泵、繞線轉子電動機的額定電流要大于普通籠形異步電動機額定電流，冶金工業(yè)常用的輥道用電動機不僅額定電流大很多，同時它允許短時處于堵轉工作狀態(tài)，且輥道傳動大多是多電動機傳動。應保證在無故障狀態(tài)下負載總電流均不允許超過變頻器的額定電流。 從效率的角度 ： 課程設計論文 12 系統(tǒng)效率等于變頻器效率與電動機效率的乘積，只有兩者都處在較高的效率下工作時，則系統(tǒng)效率才較高。從效率角度出發(fā)，在選用變頻器功率時，要注意以下幾點： （ 1）變頻器功率值與電動機功率值相當時最合適，以利變頻器在高的效率值下運轉。 （ 2）在變頻器的 功率分級與電動機功率分級不相同時，則變頻器的功率要盡可能接近電動機的功率，但應略大于電動機的功率。 （ 3）當電動機屬頻繁起動、制動工作或處于重載起動且較頻繁工作時，可選取大一級的變頻器，以利用變頻器長期、安全地運行。 （ 4）經(jīng)測試，電動機實際功率確實有富余，可以考慮選用功率小于電動機功率的變頻器，但要注意瞬時峰值電流是否會造成過電流保護動作。 （ 5）當變頻器與電動機功率不相同時，則必須相應調整節(jié)能程序的設置，以利達到較高的節(jié)能效果。 從計算功率的角度 ： 對于連續(xù)運轉的變頻器必須同時滿足以下 3 個計算公式： (1)滿足負載輸出： P≥Pm／ η () (2)滿足電動機容量： P≥√3KUeIe cosφ 103 () (3)滿足電動機電流： I≥KIe () 式中 P 為變頻器容量（單位 kW）， PM負載要求的電動機軸輸出功率（單位 kW），Ue 為電動機額定電壓（單位 V）， Ie 為電動機額定電流（單位 A）， η為電動機效率（通常約為 0． 85）， cosφ 為電動機功率因數(shù)（通常約為 0． 75）， k 是電流波形補償系數(shù)（由于變頻器的輸出波形 并不是完全的正弦波，而含有高次諧波的成分，其電流應有所增加，通常 K 約為 1． 05～ 1． 1）。 將本系統(tǒng)參數(shù)帶入求得所取變頻器容量最低為 88KW 故取 100KW，額定電流 ，故取 150A。 根據(jù)計算所得的所需參數(shù)可以選取西門子 MicroMaster430（風機水泵專業(yè)）變頻器，具體的可以選擇 MM430110K 型號的變頻器，他配接電機的容量是 110kw，額定電流為 205A 滿足使用需求，可以選擇。 變頻器 主電路外圍設備選擇 斷路器 當變頻器需要檢修時，或者因某種原因而長時間不用時， 將 QF 切斷，使變頻器與電源課程設計論文 13 隔離。當變頻器輸入側發(fā)生短路等故障時，進行保護。 選擇原則 : (1)變頻器在剛接電源的瞬間，對電容器的充電電流可達額定電流的（ 23）倍； (2)變頻器的進線電流是脈沖電流，其峰值?？赡艹^額定電流； (3)變頻器允許的過載能力為 150%， 1min。 為了避免誤動作，斷路器的額定電流 QNI 應選： NQN II )~(? () 其中 NI 為變頻器的額定電流。 故選擇 斷路器額定電流選擇 210A 根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以選擇斷路器 DW15—400 斷路器額定電壓為 380V，額定電流為300 滿足要求可以選擇。 接觸器 (1)主要作用 ： 可通過按鈕開關方便地控制變頻器的通電與斷電；變頻器發(fā)生故障時，可自動切斷電源。 (2)選擇原則 ： 由于接觸器自身并無保護功能，不存在誤動作的問題，故選擇原則是主觸點的額定電流 NKN II ? ，應該大于 ,可以選擇主觸點額定 電流為 130A 的接觸器。 根據(jù)上述數(shù)據(jù)施奈德的 LC1—D150，滿足參數(shù)要求，可以選擇 主電路的線徑 (1)電源和變頻器之間的導線 一般說來，和同容量普通電動機的電線選擇方法相同。考慮到其輸入側的功率因數(shù)往往較低，應本著宜大不宜小的原則來決定線徑。 (2)變頻器和電機之間的導線 因為頻率下降時，電壓也要下降，在電流相等的情況下，線路電壓降 U? 在輸出電壓中的比例將上升，而電動機得到電壓的比例則下降。這有可能導致電動機帶不動負載并發(fā)熱。所以，在決定變頻器和電動機之間 導線的線徑時，最關鍵的因素便是線路電壓降 U?的影響。一般要求： NUU )%3~2(?? () U? 的計算公式是： )(10003 0 VlRIU MN?? () 課程設計論文 14 式中： NU ——額定相電壓， V ； MNI ——電動機 額定電流， A ； 0R ——單位長度（每米）導線的電阻， mΩ/m ； l ——導線的長度， m 。由上兩式可直接求出 0R 的取值范圍。 根據(jù) Ro 值確定導線面積。 由公式（ ）得： (??U ～ ） V 由公式（ ）得： mΩ/m ?? 0R mΩ/m 根據(jù)表 判斷所需的導線截面積 ，為了滿足控制系統(tǒng)的要求，應該選擇截面積為16 2mm 的導線。 表 常用電動機引出線的單位長度電阻值。 標稱截 面 /mm2 0R /(mΩ/m) 制動電阻 準確計算制動電阻值十分麻煩，在實際工作中基本不用。許多變頻器的使用說明書上給了一些計算方法， 也有的直接提供了供用戶選用的制動電阻的規(guī)格。但按說明書上選擇電阻時須注意下面問題，變頻器生產(chǎn)廠家為了減少制動電阻檔次，常常對若干種不同容量的電動機提供相同阻值和容量的制動電阻。選用時，應注意根據(jù)生產(chǎn)機械的具體情況進行調整。對同一擋中電動機容量較小者，制動轉矩與額定轉矩的比值偏大。為了減小能量的消耗，應根據(jù)制動過程的緩急程度以及飛輪力矩的大小，考慮能否選擇阻值較大的制動電阻。對同一擋中電動機容量較大者，制動轉矩與額定轉矩的比值偏小。在一些飛輪力矩較大，又要求快速制動的場合，或者如起重機械那樣，需要釋放位能的場合，上述制動電阻有可能滿足不了要求，靠考慮選擇阻值較小的一擋制動電阻。 可編程控制器 (PLC) PLC 的定義 及特點 在 PLC 的發(fā)展過程中，美 國電 氣制造商協(xié)會（ NEMA）經(jīng)過 4 年的調查，于 1980年把這種新型的控制器正式命名為可編程序控制器（ Programmable Controller），英文縮課程設計論文 15 寫為 PC，并作如下定義： “可編程序控制器是一種數(shù)字式電子裝置。它使用可編程序的存儲器來存儲指令，并實現(xiàn)邏輯運算、順序控制、計數(shù)、計時和算術運算功能，用來對各種機械或生產(chǎn)過程進行控制。 PLC 的特點 如下： 高可靠性 (1)所有的 I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與 PLC 內部電路之間電氣上隔離。 (2)各輸入端均采用 RC 濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為 10~20ms. (3)各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。 (4)采用性能優(yōu)良的開關電源。 (5)對采用的器件進行嚴格的篩選。 (6)良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況， CPU 立即采用有效措施，以防止故障擴大。 (7)大型 PLC 還可以采用由雙 CPU 構成冗余系統(tǒng)或有三 CPU 構成表決系統(tǒng) ,使可靠性更進一步提高。 豐富的 I/O 接口模塊 PLC 針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如： 交流或直流； 開關量或模擬量； 電壓或電流；脈沖或電位； 強電或弱電等。有相應的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設備，如： 按鈕 行程開關 接近開關 傳感器及變送器 電磁線圈 控制閥直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人 機對話的接口模塊 。 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。 采用模塊化結構 為了適應各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC 以外，絕大多數(shù) PLC 均采用模塊化結構。 PLC 的各個部件，包括 CPU，電源， I/O 等均采用模塊化設計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 編程簡單易學 PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術人員所理解和掌握。 安裝簡單，維修方便 PLC 不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設備與 PLC 相應的 I/O 端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝課程設計論文 16 置，便于用戶了解運行情況和查找故障。由于采用模塊化結構，因此一 旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復運行。 PLC 的工作原理 PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式，在 PLC 中用戶程序按先后順序存放， CPU 從第一條指令開始執(zhí)行程序，直到遇到結束符后又返回第一條，如此周而復始不斷循環(huán)。 PLC的掃描過程分為內部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個階段。全過程掃描一次所需的時間稱為掃描周期。當 PLC 處于停狀態(tài)時，只進行內部處理和通信操作服務等內容。在 PLC 處于運行狀態(tài)時，從內部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃 描工作。 PLC 及壓力傳感器的選擇 水泵 M M M3 可變頻運行，也可工頻運行，需要 6 個輸出點，根據(jù)系統(tǒng)設計要求需要五個輸入點，則選擇西門子的 S7200 系列 PLC。 壓力傳感器采用 CYYZ1001 型絕對傳感器。 該傳感器采用硅壓阻效應原理實現(xiàn)壓力測量的力 電轉換。傳感器由敏感芯體和信號調理電路組成，當壓力作用于傳感器時，敏感芯體內硅片上的惠斯登電橋的輸出電壓發(fā)生變化，信號調理電路將輸出的電壓信號作放大處理，同時進行溫度補償、非線性補償，使傳感器的電性能滿足技術指標的要求。傳感器的量程為 0～ ，工作溫度為 5℃ ～ 60℃ ，輸出電壓為 0～ 5V，作為本系統(tǒng)的反饋信號供給 PLC。 課程設計論文 17 4 PLC編程及變頻器參數(shù)設置 PLC 的 I/O 接線圖 圖 PLC 的 I/0 接線圖 輸出端接中間繼電器控制電機的工頻與變頻工作狀態(tài)的轉換，輸入點 控制系統(tǒng)電機的停止 工作， 控制系統(tǒng)電機工作及變頻器工作的開始。 點用于在一號泵有故障時手動啟用三號泵代替一號泵的工作。 為當變頻器輸出頻率達到上限值時手動閉合，使電動機切換為工頻工作。 PLC 程序 啟動變頻器工作 1L Q0. 3 N L1 S7200 PLC 1M M L+ K1 K2 K3 K4 K5 K6 220VAC SB1 SB2 SB3 SB4 SD 課程設計論文 18 PLC 接收壓力變送器反饋的值，與設定值進行以系列計算之后輸出一個值控制變頻器的輸出頻率，同時根據(jù)輸出 AC0 的值判斷電動機工作的臺數(shù)與狀態(tài)。其中壓力變送器反饋值為 0～ 5，內部數(shù)據(jù)為 0～ 32767，對應進行轉換之后通過下面的程序進行判斷，以控制電動機的運行。 課程設計論文 19 判斷反饋值為 H≥，則使一號水泵定速工作，同時使二號水泵變速工作。 判斷反饋值為 ≤H≤，則一號變頻器定速或變速，當變頻器輸出頻率達到上限