【文章內(nèi)容簡介】 380V或415V；頻率：50Hz或60Hz；冷卻方式：IC411。Y2系列電動機有兩種設計，一種是適用于一般機械配套和出口需要，在輕載時有較高效率，在實際運行中有較佳節(jié)能效果，且具有較高堵轉轉矩，此設計稱為Y2Y系列。中心高63～355mm，～315kW。電動機符合JB/ Y2系列(1P54)三相異步電動機（機座號63～355）技術條件。 型號含義：如Y2200L12Y：“Y2”表示異步電動機第二次改型設計，“200”表示中心高，“L”表示機座長短號，“1”表示鐵心長度序號，“2”表示極數(shù)，“Y”表示第一種設計（可省略）。 第2種設計是滿載時有較高效率，更適用于長期運行和負載率較高的使用場合，如水泵、風機配套，此設計稱為Y2E系列，中心高80～280mm，～90kW。電動機符合JB/ Y2系列(1P54)三相異步電動機（機座號80～280）技術條件。 型號含義：如Y2200L26E：“Y2”表示異步電動機第二次改型設計，“200”表示中心高，“L”表示機座長短號，“2”表示鐵心長度序號，“6”表示極數(shù)，“E”表示第二種設計,功率22KW。根據(jù)上述分析，選擇Y2200L26E 22KW即可滿足要求。 變頻器基本原理及變頻器選型 變頻器簡介變頻器的功能是將頻率固定的(通常為50Hz)的交流電變換成頻率連續(xù)可調(diào)的三相交流電源。變頻器的輸入端接至頻率固定的三相交流電，輸出端輸出的是頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的三相交流電。變頻器主要分為間接變頻和直接變頻兩大類，而間接變頻又根據(jù)中間直流環(huán)節(jié)的主要儲能元件的不同可分為電壓型和電流型。電壓型變頻器主回路由相控整流器，中間直流環(huán)節(jié)和逆變器三個部分組成。相控整流器將交流電壓整流為可控的直流電壓，經(jīng)濾波由電容Cd輸出直流電壓Vd，逆變器將直流Ud變換成頻率可調(diào)的交流電源供給電機進行變頻調(diào)速。由于中間直流環(huán)節(jié)是Cd低阻抗輸出相當于是恒壓源，故稱電壓型。電流型交直交變頻器與電壓型變頻器的差別僅在于中間直流環(huán)節(jié)中的儲能元件用的是電感而不是電容。由于中間直流環(huán)節(jié)是高阻抗輸出相當于電流源，故稱電流型。 變頻與變壓(VVVF)原理當在實際利用變頻器調(diào)節(jié)電機轉速的過程中，當頻率f下降時，定子繞組的反電動勢E有所下降，定子電流增大，但是轉子側的負載并未增加，故轉子段電流不變，根據(jù)電流平衡方程可知，勵磁電流比增大，因而磁通φm增大。φm增加將導致鐵芯的飽和，進而引起勵磁電流波形的畸變，這是不希望的結果，因此希望φm可以保持基本不變。要實現(xiàn)這個目標，只要在變頻過程中使變頻器輸出電壓Ul/f=const，則磁通φm可保持基本不變。因此變頻的同時也要變壓，常用VVVF表示。VVVF實施的基本方法包括：脈幅調(diào)制(PAM)和脈寬調(diào)制(PWM)。（１）脈幅調(diào)制(PAM)實現(xiàn)方法就是調(diào)節(jié)頻率的同時，也改變直流電壓的振幅值。PAM需要同時調(diào)節(jié)兩個部分：整流部分和逆變部分，兩者之間還必須滿足一定的關系，故控制電路比較復雜，因此比較少用。（２）脈寬調(diào)制(PWM)實現(xiàn)方法就是在每半個周期內(nèi)，把輸出電壓的波形分割成若干個脈沖波，每個脈沖的寬度為t1，每個脈沖間的間隔寬度為t2，則脈沖的占空比Υ=tl/(t2+tl)。這時電壓的平均值和占空比成正比，所以在調(diào)節(jié)頻率時，不改變直流電壓的幅值，而是改變輸出電壓脈沖的占空比，同樣可以實現(xiàn)變頻也變壓的效果。PWM只需控制逆變電路便可實現(xiàn)，與PAM相比電路簡化了許多，因此在變頻調(diào)速中比較常用。 變頻調(diào)速的基本原理U1R1 X1 R2 X2 Rm Io Ri U2 RL（１）異步電動機的等效變換圖36 異步電動機的等效變換異步電動機的電磁轉矩公式：（）其中：P為旋轉磁場的磁極對數(shù)，S為轉差率。（２）變頻調(diào)速的原理異步電動機的電磁轉矩是由定子主磁通和轉子電流相互作用產(chǎn)生。異步電動機的定子主磁通是以一定的轉速旋轉，旋轉磁場實際是三個交變磁場合成的結果。旋轉磁場的轉速n0=60f/p，其中f是電流頻率，P是旋轉磁場的磁極對數(shù)。產(chǎn)生轉子電流的必要條件是轉子繞組切割定子磁場的磁力線。因此轉子的轉速n1必須低于定子磁場的轉速n0 (即所謂的“異步”)。兩者之間的差異可由轉差率表示，轉差率s=( n0 n1)/n0根據(jù)n0=60f/p可知，當頻率f連續(xù)可調(diào)時，電動機的同步轉速n0也連續(xù)可調(diào)，而異步電機的轉子轉速n1，總是比同步轉速略低一點，所以當n0連續(xù)可調(diào)時，n1也是連續(xù)可調(diào)。設變頻后的頻率為fx，電壓為Ux，電動機的額定相電壓和頻率為UN和fN，則有：＝ （）＝ （）其中kf為頻率可調(diào)比，ku為電壓可調(diào)比。將上述兩個公式代入異步電動機的電磁轉矩公式可得變頻后的轉矩公式：（））]其中：sx為頻率為fx時的轉差率。在變頻器正常工作情況下，即kf＝km1時的機械特性如圖37所示。圖37　kf＝km1時的機械特性由圖27可知隨著f的下降，臨界轉矩Tkx逐漸減少，電動機的帶負載能力也隨之下降。這無疑給變頻調(diào)速帶來了瑕點。而針對這種想象一般要采取電壓補償法。新系列的變頻器一般都提供了設置自動轉矩補償功能。變頻器可以根據(jù)電流的大小自動地決定補償?shù)某潭取?變頻器選型由于電動機的功率為22KW所以在選變頻器時應注意，該系統(tǒng)選用的變頻器是西門子MM430變頻器，功率范圍７．５KW至２５０KW，具有多個繼電器輸出，具有多個模擬量輸出（0～20 mA），2 個模擬輸入：AIN1：0～10 V， 0～20 mA 和–10至+10 V； AIN2：0～10 V， 0～20 mA，6 個帶隔離的數(shù)字輸入，并可切換為NPN/PNP 接線。它是一種風機水泵負載專用變頻器，能適用于各種變速驅動系統(tǒng)，尤其是適用于工業(yè)部門的水泵和風機。該型變頻器，具有能源利用率高的特點，優(yōu)化了部分結構與功能，便于工作人員進行操作，實現(xiàn)功能強。它們具有很高的運行可靠性和功能的多樣性。其脈沖寬度調(diào)制的開關頻率是可選的，因而降低了電動機運行的噪聲。全面而完善的保護功能為變頻器和電動機提供了良好的保護。 變頻器參數(shù)設置該工業(yè)污水處理系統(tǒng)中的MM430變頻器是一種風機水泵負載專用變頻器，能適用于各種變速驅動系統(tǒng)，尤其適合用于工業(yè)部門的水泵和風機。該變頻器，具有能源利用率高的特點，優(yōu)化了部分結構與功能，便于工作人員進行操作，實現(xiàn)其控制功能。在此控制系統(tǒng)中，需要對變頻器進行通信控制，因此需先對變頻器的參數(shù)進行設置，主要對一下幾個參數(shù)進行調(diào)整，如表38所示。表38 變頻器參數(shù)設置表參數(shù)號參數(shù)值說明P000521顯示實際頻率P07002由端子排輸入P10002模擬輸入P13002可用于可變轉矩負載P201069600baudP20111USS地址P0300根據(jù)具體電動機設置電動機類型P0304根據(jù)具體電動機設置電動機額定電壓P0305根據(jù)具體電動機設置電動機額定電流P0310根據(jù)具體電動機設置電動機額定頻率P0311根據(jù)具體電動機設置電動機額定轉速 其它硬件選型 接觸器選型在控制系統(tǒng)中，所有設備是根據(jù)控制面板上的按鈕情況或者根據(jù)傳感器的反饋值進行動作的，因此需要PLC根據(jù)當前的工作情況，以及按鈕的情況來控制所有設備的啟停，在此用到了大量接觸器：如格柵機接觸器、清污機接觸器、潛水泵接觸器、分離機接觸器、轉碟曝氣機接觸器、潛水攪拌機接觸器、刮泥機接觸器等。為此該系統(tǒng)選用施耐德LC1D0901M5C交流接觸，其額定電壓220V,額定電流9A。其特點有：高標準：。長壽命：機械壽命高達2000萬次；電壽命高達200萬次。強適應性：“TH”防護處理，可以在濕熱的環(huán)境中使用。寬電壓：線圈控制電壓在70%120%Uc之間波動，不影響產(chǎn)品正常工作。強通用性：具有50Hz60Hz通用線圈，可以全世界通用。模塊化：產(chǎn)品本體上可以附加輔助觸頭，通電/斷電延時觸頭，機械閉鎖等模塊。也可以很方便地組合成可逆接觸器、星三角起動器。 液位差計選型對格柵機的清污機進行控制，需要監(jiān)測格柵機兩側的液面差，在該系統(tǒng)中利用液位差計，該系統(tǒng)選用的超聲波液位差計型號：XL60YI4000。粗格柵、細格柵各安裝了一臺超聲波液位差計，通過格柵機前后的液位差來反映格柵機阻塞程度，并傳輸?shù)絇LC控制器，進行分析計算。當液位差超過預設值后，系統(tǒng)控制清污機運行，清除大顆粒的污染物質(zhì)，保障污水流動暢通；在液位差未超過設定值時，清污機處于停止狀態(tài)，這樣就可以大大減少設備損耗。超聲波液位差計精度較高，且有多種量程可供選擇，其輸出信號有一下三種：可編程繼電器輸出、高精度4～20mA模擬信號輸出、RS485通信口輸出，可根據(jù)需要的信號選擇輸出，作為PLC的輸入信號。該系統(tǒng)選用的超聲波液位差計型號：XL60YI4000。工作溫度： 20～60℃ ，工作電壓：AC220V或 DC24V，工作壓力：常壓，差值精度：177。％FS（取其較大者），重復精度：1‰，分辨率：1mm ，方 向 角：4176。/ 6176。（全角），工作頻率：13KHz～40KHz（因型號規(guī)格而不同），信號輸出：RS48Modbus、標準的420mA電流信號和多路開關量輸出。 溶解氧儀選型溶解氧（DO）是指溶解在水中的氧氣，它在河流、湖泊、海洋中都大量的存在，是檢測水質(zhì)和環(huán)境污染程度的主要指標。當前用來測量水中溶解氧濃度最常用的儀器就是電化學傳感器（例如Clark傳感器）。它是根據(jù)電池原理而設計的，本身就是個電池，不需要外加電壓，可通過測量電解電流來測量溶解氧濃度。曝氣過程是工業(yè)污水處理系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)，為了保證微生物所需要的氧氣，必須檢測污水中的含氧量，并通過曝氣機增加或減少其含氧量。通過將溶解氧儀設置在適當位置上，將檢測值反饋到PLC中，通過運算輸出控制曝氣機的轉速信號。當溶解氧值偏低時，降低了微生物分解的效果，延長了處理時間，嚴重時甚至導致處理失效，因此需要增加曝氣機轉速以增加供氧量；當溶解氧值偏高時，導致微生物過氧化，降低了其活性，也不利于處理，因此減小曝氣機轉速以減少供氧量，最終使污水中的溶解氧保持在一定的范圍內(nèi)。選用PH/溶解氧測量儀型號:SA29MP525。測量范圍：pH：（～）pH mV：177。 mV，溶解氧：（0～）mg/L(ppm)；（0～）% 溫度：（10～110）℃精確度：pH：177。 pH mV：177。% FS 溶解氧：177。 mg/L 溫度：177。 ℃，自動溫度補償：pH：（0～100）℃ 溶解氧：（0～45）℃，其他參數(shù)：數(shù)據(jù)儲存：900組，通訊接口：RS232，電源：DC9V/300mA。 主控系統(tǒng)設計 控制系統(tǒng)總體框圖工業(yè)污水處理系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)總框圖如圖39所示，PLC為核心控制器，通過檢測操作面板按鈕的輸入、各類傳感器的輸入，以及相關模擬量的輸操作面板液位差傳感器輸入液位高度傳感器輸入溶解氧儀反饋值（模擬量）可編程邏輯控制器PLC格柵機定時運行各類泵運行離心式脫水機運行變頻器轉碟曝氣機運行顯示面板入，完成相關設備的運行、停止和調(diào)速控制。圖39電氣控制系統(tǒng)總框圖 電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)主要包括操作面板、顯示面板、電氣控制柜等單元。由于在該系統(tǒng)中需要檢測較多的