【文章內容簡介】 有規(guī)則地控制逆變器的導通與截止，使之向異步電動機輸出電壓和頻率可變的電源，驅動電動機運行。(1)整流器一般的三相變頻器的整流電路由三相全波整流橋組成。它的主要作用是把工頻電源變換為直流電源，供給逆變電路和控制電路所需。整流電路按其控制方式，可以是直流電壓源，也可以是直流電流源。(2)濾波電路在整流器整流后的直流電壓中，含有六倍電源頻率的脈動電壓，此外，逆變器回路產生的脈動電流也使直流電壓波動。為了抑制這些電壓波動，采用直流電抗器和電容器吸收脈動電壓(電流)。(3)逆變器逆變器是變頻器的主要部分之一。它是利用六個半導體開關器件組成的三相橋式逆變電路，有規(guī)律的控制逆變器中的主開關元器件的通與斷，得到任意頻率的三相交流電輸出。它的主要作用是在控制電路的控制下，將整流電路輸出的直流電源轉換為頻率和電壓都可以任意調節(jié)的交流電源。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，它被用來實現(xiàn)對異步電動機的調速控制。隨著變頻器性能價格比的提高，交流變頻調速己應用到許多領域，由于變頻調速的諸多優(yōu)點，使得交流變頻調速在噴灌系統(tǒng)中也得到了廣泛應用。本設計選用轉為風機、泵用負載設計的普通功能性U/F控制方式的FR74015KCH三菱變頻器。變頻器內置PID控制模塊，可用于閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)恒壓噴灌。FR74015KCH變頻器的特點如下:①該變頻器是基于現(xiàn)代控制理論的磁通觀測器、神經元控制，直接控制轉矩，真正的電流矢量控制達到高精度轉矩控制速度控制范圍:1:1000(1:100不帶PG)。速度控制精度:%(%不帶PG)。起動轉矩:150%/r/min(150%/1Hz不帶PG)。②操作設置簡單③多種控制功能以滿足各種機械需要。④應用軟件更加豐富，適用于各種系統(tǒng)，易于維護。⑤完善的保護功能FR74015KCH變頻器具有電機保護、變頻器過載、瞬間過電流、電壓下降、過電壓、輸入缺相等保護功能。 (3)容量選擇常規(guī)設計的交流電動機，通常都是在額定頻率、額定電壓下工作的。此時，軸上輸出轉矩、輸出功率都可以達到額定值。在變頻調速的情況下，供電頻率是變化的，電機的實際輸出也會變化。由于變頻器有一定的通用性，因此在與不同拖動場合的電機配合時，必須合理選擇容量。對于現(xiàn)場己使用或己選定的電動機，需要選配相應的變頻器[3]。在一臺變頻器驅動一臺電機的情況下，變頻器的容量選擇要保證變頻器的額定電流大于該電動機的額定電流，或者是變頻器所適配的電動機功率大于當前該電動機的功率[3]。按連續(xù)恒負載運轉時所需的變頻器容量(KVA)的計算式計算[3]: (31) (32) (33)式中:PM——負載所要求的電動機的軸輸出功率；——電動機的效率()；cos——電動機的功卒因數(shù)()；UM——電動機電壓(V)；IM——電動機電流(A)，工頻電源時的電流；k——電流波形的修正系數(shù)，對PWM方式，取 k=；PCN——變頻器的額定容量(KVA)；ICN——變頻器的額定電流(A)。這三個式子是統(tǒng)一的，選擇變頻器容量時，應同時滿足三個算式的關系，尤其變頻器電流是一個較關鍵的量[3]?？紤]到電機性能上的差異及機械負載的不同，變頻器容量應是電機容量的12倍。另外，也可根據(jù)生產機械所需的實際轉矩與穩(wěn)定運行時的轉速，求其乘積，得到所需電機的軸上功率，據(jù)此確定變頻器容量。由于絲光機傳動裝置運行過程中慣性較大，所以變頻調速裝置應具有制動功能。帶有逆變功能的變頻調速裝置通過逆變器雖然能夠將再生能量回饋電網(wǎng)，但成本太高。采用能耗制動方式通過制動單元將再生能量消耗在制動電阻上，成本較低而且具有良好的使用效果。能耗制動電阻Rz的大小應使制動電流Iz的值不超過變頻器額定電流的一半，即Iz=Uo/Rz ≤In (34)其中Uo為額定情況下變頻器的直流母線電壓。由于制動電阻的工作不是連續(xù)長期工作，因此其功率可以大大小于通電時消耗的功率。 PLC的選擇PLC(可編程序控制器)是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算數(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其相關設備，都應按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。PLC的工作原理是用戶程序的執(zhí)行不是從頭到尾只執(zhí)行一遍，而是執(zhí)行完一遍之后，又返回去執(zhí)行第二遍、第三遍……直到停機。如果程序的每一條指令執(zhí)行的足夠快，整個程序的長度有限，使得每執(zhí)行一次程序占用的時間足夠短，這個時間短到足以保證變量條件不變。那么即使在前一次執(zhí)行程序時對某一變量的狀態(tài)沒有捕捉到，也能保證在第二次執(zhí)行程序時該條件依然存在。FX2N系列是三菱PLC是FX家族中最先進的系列。具有高速處理及可擴展大量滿足單個需要的特殊功能模塊等特點，為工廠自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。本設計選用FX2N48MR?！　「鶕?jù)系統(tǒng)要求的總流量范圍、揚程大小，確定供水系統(tǒng)設計小時流量和設計供水壓力（水泵揚程），考慮到用水量類型為連續(xù)性低流量變化性，確定采用兩臺主水泵（離心泵）機組和一臺補水泵（深井泵）機組， 表31水泵機組參數(shù)水泵電機功率(/kW)數(shù)量(臺)型號流量揚程轉速(r/min)補水泵551臺250QJ80140/780140主水泵152臺IS10080160651001253532282900(1)液位傳感器的選用本設計中選用靜壓投入式液位傳感器靜壓投入式液位傳感器（液位計）適用于石油化工、冶金、電力、制藥、供排水、環(huán)保等系統(tǒng)和行業(yè)的各種介質的液位測量。精巧的結構，簡單的調校和靈活的安裝方式為用戶輕松地使用提供了方便。4～20mA、 0～5v、 0～10mA等標準信號輸出方式由用戶根據(jù)需要任選。 利用流體靜力學原理測量液位，是壓力傳感器的一項重要應用。采用特種的中間帶有通氣導管的電纜及專門的密封技術，既保證了傳感器的水密性，又使得參考壓力腔與環(huán)境壓力相通，從而保證了測量的高精度和高穩(wěn)定性。 是針對化工工業(yè)中強腐蝕性的酸性液體而特制，殼體采用聚四氟乙烯材料制成，采用特種氟膠電纜及專門的密封技術進行電氣連接，既保證了傳感器的水密性、耐腐蝕性，又使得參考壓力腔與環(huán)境壓力相通，從而保證了測量的高精度和高穩(wěn)定性。 工作原理：用靜壓測量原理：當液位變送器投入到被測液體中某一深度時，傳感器迎液面受到的壓力公式為：Ρ = ρ . + Po式中： P ：變送器迎液面所受壓力 ρ：被測液體密度　 g ：當?shù)刂亓铀俣?Po ：液面上大氣壓 H ：變送器投入液體的深度 同時，通過導氣不銹鋼將液體的壓力引入到傳感器的正壓腔，再將液面上的大氣壓 Po 與傳感器的負壓腔相連，以抵消傳感器背面的 Po ， 使傳感器測得壓力為：ρ . ，顯然 , 通過測取壓力 P ，可以得到液位深度。 功能特點： ◆穩(wěn)定性好，滿度、零位長期穩(wěn)定性可達 %FS/ 年。在補償溫度 0 ～ 70 ℃范圍內，溫度飄移低于 %FS ，在整個允許工作溫度范圍內低于 %FS 。 ◆具有反向保護、限流保護電路，在安裝時正負極接反不會損壞變送器，異常時送器會自動限流在 35MA 以內。 ◆固態(tài)結構，無可動部件，高可靠性，使用壽命長。 ◆安裝方便、結構簡單、經濟耐用。 主要技術參數(shù)： 工藝: 擴散硅 陶瓷電容 藍寶石 電容任選。分體式一體式可選，量程：，輸出：420mA (2線制)供電： 推薦24VDCCBM2100/CBM2700 投入式靜壓液位計可靠防腐并帶有陶瓷測量單元的探頭，用于凈水、污水及鹽水的物位測量。(2)壓力變送器及數(shù)顯儀的選用選用普通壓力表Y100和XMT1270來實現(xiàn)壓力的檢測、顯示和變送。壓力表的測量范圍位01MPa，；數(shù)顯儀輸出一路420mA的電流信號，送給變頻器作為PID調節(jié)的反饋電信號，可設定壓力的上限和下限，通過兩路繼電器控制輸出壓力超限信號。該壓力變送器的供電電源使用本文中選的PLC內置電源。表32 FX2N4AD的性能項目電流輸入四路模擬量輸入，四路模擬量輸出模擬量輸入范圍DC20mA到20mA(輸入阻抗為250Ω)數(shù)字輸出12位的轉換結果以16位二進制補碼方式存儲最大值：2047 最小值：2048總體精度177。1%（對于20mA到20mA范圍）轉換精度15ms/通道（通常），6ms/通道（高速）分辨率20μA（20mA默認范圍：1/1000） (3)土壤濕度傳感器的選用土壤濕度傳感器主要用來測量土壤容積含水量，做土壤墑情監(jiān)測及農業(yè)灌溉和林業(yè)防護 ，選用FDR型?！　?它利用電磁脈沖原理、根據(jù)電磁波在介質中傳播頻率來測量土壤的表觀介電常數(shù)(ε)，從而得到土壤容積含水量(θv)，F(xiàn)DR具有簡便安全、快速準確、定點連續(xù)、自動化、寬量程、少標定等優(yōu)點。是一種值得推薦的土壤水分測定儀器。 技術參數(shù)：單 位：%( m3/m3) 量 程：0～100% 探針長度： 探針直徑：3mm 探針材料：不銹鋼 密封材料：環(huán)氧樹脂 測量精度：177。3% 工作溫度范圍：40℃～85℃ 工作電壓：5～12V 工作電流：21～26mA，典型值21mA 　測量主頻：100Mhz 輸出信號：0～ DC 測量穩(wěn)定時間：2秒 響應時間：＜1秒 測量區(qū)域：以中央探針為中心，圍繞中央探針的直徑為7cm、高為7cm的圓柱體 電纜長度： (標配) 功能及特點：本傳感器體積小巧化設計，攜帶方便，安裝、操作及維護簡單。 結構設計合理，不繡鋼探針保證使用壽命。外部以環(huán)氧樹脂純膠體封裝，密封性好，可直接埋入土壤中使用，且不受腐蝕。土質影響較小，應用地區(qū)廣泛。測量精度高，性能可靠，確保正常工作。 響應速度快，數(shù)據(jù)傳輸效率高。適用范圍廣泛應用于節(jié)水農業(yè)灌溉、溫室大棚、花卉蔬菜、草地牧場、土壤速測、植物培養(yǎng)、科學試驗等場領域。(1)按鈕的選用按鈕通常是用來短時接通或斷開小電流的控制電路的開關。目前按鈕在結構上是多種形式的：旋鈕式用手扭動旋轉進行操作；指示燈式按鈕內可裝入信號顯示信號；緊急式裝入蘑菇形鈕帽，以示緊急操作。本設計采用型號為LA系列的按鈕，通過按鈕控制設備的運行。(2)組合開關的選用 組合開關主要是根據(jù)電源引入開關，所以也稱電源隔離開關。它也可以起停5KW以下的異步電動機，～。組合開關主要根據(jù)電源種類、電壓等級、所需觸點數(shù)及電動機容量進行選用。常用組合開關為HZ10系列，額定電流為260和100A四種。適用于交流380V以下，直流220V以下的電氣設備中。本設計采用型號為HZ1025/13的組合開關。(3)熱繼電器的選用熱繼電器用于電動機的過載保護。熱繼電器的選擇主要是根據(jù)電動機的額定電流來確定其型號與規(guī)格。熱繼電器的額定電流IRT 應接近或略大于電動機的額定電流即 (35)熱繼電器的整定電流值是指熱元件通過此值的20%時，熱繼電器應當在20min內動作，選用整定電流應于電動機額定電流一致。一般情況下，可選用兩相結構的熱繼電器，但當三相電壓的均衡性較差，工作環(huán)境惡劣或無人看管的電動機，宜選用三相結構的熱繼電器。對于三角形接線的電動機，應選用帶斷相保護裝置的熱繼電器。常用的熱繼電器有JRJRJR0、JR16等系列[11]。本系統(tǒng)選用JR1型號的熱繼電器，JR1系列熱電器適用于交流50Hz、60Hz，額定電壓至660V，供交流電動機的過載與斷相保護之用。 (4)接觸器的選用接觸器用于帶有負載主電路的自動接通或切斷，分直流、交流兩類。 選擇接觸器主要考慮以下技術數(shù)據(jù)：1)電源種類：交流或直流。2)主觸點額定電壓、額定電路。3)輔助觸點的種類、數(shù)量及觸點額定電流。4)電磁線圈的電源種類，頻率繼而額定電壓。5)額定操作頻率(次/h)，即允許的每小時接通的最多次數(shù)。接觸器線圈電壓一般從安全角度考慮，可以選低一些，但當控制線路簡單，所用電器不多，為了節(jié)省變壓器，可選380V、220V。電動機有籠型和繞線型電動機，其使用類別分別為AC2，AC3和AC4，因此，對不同型式和使用類別的電動機用選用不同結構的接觸器，如水泵、風機等需要選用直動式交流接觸器。本系統(tǒng)中采用CJ1020直動式交流接觸器。(5)控制變壓器的選用當控制線路所用的電器較多，線路較為復雜時，一般需采用變壓器降壓的控制電源，提高線路的安全可靠性。控制變壓器主要根據(jù)所需變壓器的容量及一次側、二次側來選擇?？刂谱儔浩骺筛鶕?jù)以下兩種情況確定其容量：根據(jù)控制線路最大工作負載所需的功率計算。一般可根據(jù)下列公式計算： PT ≥ KT ∑PX C (36)式中PT―所需變壓器容量(VA)； KT―變壓器容量儲備系數(shù)，KT = ～； ∑PX C ―控制線路最大負載時工作的電器所需的總功率(VA)。顯然對于交流電器(交流接觸器、交流中間繼電器及交流電磁鐵等)，PX C 應取吸特功率值。②變壓器的容量應滿足已吸合的電器在又起動吸合另一些電器時仍能吸合，課依據(jù)下面公式計算： P T ≥ ∑PX C＋∑PST (37)式中∑PST ―同時起動的電器總吸特功率(VA)。關于式中系數(shù)：變壓器