【文章內(nèi)容簡介】 把基頻以下和基頻以上兩種情況合起來，可得到異步電動機的變頻調(diào)速控制 12 特性，如圖 5 所示。如果電動機在不同的轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，則電動機都能在溫升容許的條件下長期運行，這時轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化。在基頻以下，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”的調(diào)速，而在基頻以上，基本上屬于“恒功率調(diào)速”。 圖 5 異步電動機變頻調(diào)速控制特性 調(diào)速控制風(fēng)量的節(jié)能原理 與風(fēng)門控制風(fēng)量方式相比 ,采用調(diào)速控制風(fēng)量有著明顯的節(jié)能效果 。通過圖 1 的風(fēng)機特性曲線可以說明其節(jié)能原理 。圖中，曲線 1 為風(fēng)機在恒速 n1 下的風(fēng)壓 —— 風(fēng)量（ HQ） 特性；曲線二為管網(wǎng)風(fēng)阻特性 (風(fēng)門開度全開 ) 。設(shè)工作點為 A ,輸出風(fēng)量 Q 1 為 100% ,此時風(fēng)機軸功率 N 1 同 Q 1 與 H1的乘積即面積 AH1 OQ1 成正比 。根據(jù)工藝要求，風(fēng)量從 Q1 降至 Q 2 有兩種控制方法 。 ( 1 ) 風(fēng)門控制。風(fēng)機轉(zhuǎn)速不變，調(diào)節(jié)風(fēng)門 (開度減小 )，即增加管網(wǎng)阻力，使管網(wǎng)阻力特性變到曲線 3，系統(tǒng)工作點由 A 移到 B。由圖 6 可見，此時風(fēng)壓反而增加，軸功率 N2與面積 B H2 OQ 2 成正比，大小與 N 1 差不多。 ( 2 ) 調(diào)速控制 。風(fēng) 機轉(zhuǎn)速由 n1 降到 n2 ,根據(jù)風(fēng)機參數(shù)的比例定律，畫出轉(zhuǎn)速 n2 下的風(fēng)壓 風(fēng)量 ( HQ )特性 ,如曲線 4。工作點由原來的 A 點移到 C 點 ?？梢娫谙嗤L(fēng)量 Q 2 的情況下，風(fēng)壓 H3 大幅度降低，面積 CH3 OQ 2 也顯著減少；節(jié)省的功率損耗△ N 同 Q 2 與 △ H 的乘積面積成正比，因而節(jié)能效果十分明顯。 13 圖 6 節(jié)能原理圖 變頻調(diào)速控制的優(yōu)點 變頻控制的優(yōu)點除節(jié)能外，還有以下幾點 : ( 1 ) 精確的速度控制 。變頻器輸出頻率的精確度和分辨率都達到 0. 01 Hz。也就是說， 1對磁極的電動機 ,轉(zhuǎn)速可以以每分鐘不到 1 轉(zhuǎn)的速率調(diào)節(jié) 。因此 ，在工廠中可以根據(jù)物料流量的變化，精確地控制風(fēng)機風(fēng)量，既保證物料不堵不掉 ，又保證可靠的運行在最低轉(zhuǎn)速，達到盡可能大的節(jié)能效果 。 ( 2 ) 軟起動 。變頻器輸出頻率可以連續(xù)地從 0到 50 Hz 之間變化，變化速率可以根據(jù)工藝要求設(shè)定，因此高壓風(fēng)機可以實現(xiàn)軟起動 。通常高壓風(fēng)機容量都較大 ( 45 kW 以上 ) ,直接起動時沖擊電流很大 ( 5～ 7 倍額定電流值 ) ，造成對電網(wǎng)的干擾，同時對電網(wǎng)容量的要求也相應(yīng)增加；即使安裝 附加的起動裝置 ，沖擊電流仍然相當(dāng)大 。而軟起動是平穩(wěn)的，沒有沖擊電流，從根本上解決了大容量電動機的起動問題 。 ( 3 ) 完善的保護功能 。變頻器的保護功能很強，在運行過程中能隨時監(jiān)測到各種故障，顯示故障類別 (如電網(wǎng)電壓降低，缺相，模塊過熱，過載，直流過電壓，欠電壓等 )，并立即封鎖輸出電壓 。這種自我保護的功能，不僅保護了變頻電源，還保護了電機不被損壞 。 ( 4 ) 操作簡單可靠 。變頻器操作十分簡單，通過按鍵就能設(shè)置各種參數(shù)、完成起動和停機操作，特別是簡化了風(fēng)機起動的操作過程 。由電網(wǎng) 直接供電的電動機 —— 風(fēng)機傳動系統(tǒng)，啟動前必須將風(fēng)門全部關(guān)閉，待起動完成后，再將風(fēng)門逐漸打開至適當(dāng)?shù)奈恢?(該位置必須有相當(dāng)?shù)摹帮L(fēng)量欲量”，不可能適度 )。而對變頻器 —— 電動機 —— 風(fēng)機的傳動系統(tǒng)，風(fēng)機風(fēng)門始終在全開位置，不需要調(diào) 14 節(jié)風(fēng)門，只要操作按鈕就能完成起動和精確的速度控制。 變頻控制除上述優(yōu)點外，還降低了電機的損壞率，延長了使用壽命，這同樣也是一種節(jié)能，為廠家間接帶來了經(jīng)濟效益 。推廣應(yīng)用變頻調(diào)速控制技術(shù)，提高經(jīng)濟效益，節(jié)約能源，已刻不容緩 。 變頻器選型原則 （ 1） 變頻器類型的選擇 目前市場上的變 頻器，大致可分為三類。 1)通用型變頻器通常指沒有矢量控制功能的變頻器，也稱簡易變頻器。 2)高性能變頻器通常指配備矢量控制功能的變頻器。 3)專 用變頻器專門針對某種類型的機械而設(shè)計的變頻器，如水泵、風(fēng)機用變頻 器，電梯專用變頻器，起重機械專用變頻器，張力控制專用變頻器等。 在此選擇三菱 FRE500 系列的變頻器 （ 2）變頻器選擇原則 變頻器在選型時其匹配的功率應(yīng)比鼓風(fēng)機電機銘牌功率高些，節(jié)電效果會比相同的功率匹配好。為了最大程度的節(jié)電，鼓風(fēng)機應(yīng)做到升頻時快速達到高頻高速，降頻時快速達到低頻低速 ,然后恒頻低耗 運轉(zhuǎn)。等同的功率匹配，會使變頻器較難有效控制鼓風(fēng)機電機快速升頻或降頻 ,這兩個階段耗時較多，從而削弱了節(jié)電效果。如功率選高些，可使變頻器牽制鼓風(fēng)機電機快速升頻或降頻，減少了這兩個階段的電耗，并且在鼓風(fēng)機的低頻運轉(zhuǎn)階段頻率還可再低些，節(jié)電效果會更加突出，一般情況下變頻器功率高出鼓風(fēng)機電機銘牌功率 10%－ 20%，即可達到良好的效果。 [6] 注意限制起動電流 容量大的電動機，每相繞組的匝數(shù)較少，電感量較小。故電流的脈動幅度和起動瞬間的沖擊電流較大，起動過程中的加速電流也較大。因此，有必要采取如下對策。 1)在變 頻器和電動機之間接入輸出電抗器，如圖 7 中的 L0 ， L0 可對沖擊電流起 緩沖作用，以保護變頻器。 15 圖 7 接入輸出電抗器 2)起動時的 U/f 比應(yīng)預(yù)置得小一些。 3)加速時間和減速時間應(yīng)預(yù)置得長一些，在設(shè)備要求快速起動和快速停機的情況下，變頻器的容量不宜選得太小。 [7] 變頻器的接線 (1) 變頻器主電路的接線 主電路的基本接線變頻器主電路的基本接線如圖 8所示。應(yīng)注意幾點： 。 R、 S、 T是變頻器的輸入端，接電源進線，可不分相序。 U、 V、 W是變頻器的出端，接線時千萬要搞清這一點，萬一將電源進線接到了 U、 V、 W端，則不管哪個逆變管導(dǎo)通，都將引起兩相間的短路而將逆變管迅速燒壞，如圖 9所示。 圖 8 主電路接線 16 圖 9 電源接錯的后果示意圖 KM 的觸頭來控制變頻器的運行和停止，應(yīng)該使用控制面板上的操作鍵或接線端子上的控制信號來控制變頻器的啟、停。 ，最好用調(diào)換變頻器輸出端相序的方法（也可調(diào)換電動機的接線）不要用調(diào)換控制端子 FWD 或 REV 的控 制信號來改變電動機的旋轉(zhuǎn)方向。 。 （ 2）變頻器控制電路的接線 變頻器的控制電路大體可分為模擬量控制和開關(guān)量（或稱數(shù)字量）控制兩種。 a．模擬量控制線模擬量控制線主要包括：輸入側(cè)的給定信號線和反饋信號線；輸出側(cè)的頻率信號線和電流信號線。模擬量信號的抗干擾能力較低，因此必須使用屏蔽線。屏蔽層靠近變頻器的一端，應(yīng)接控制電路的公共端（ COM），而不要接到變頻器的地端（ E）或大地，如圖 10所示。屏蔽層的另一端應(yīng)該懸空。布線時還應(yīng)注意遵守以下原則：一是控制線要盡量 遠離主電路 100mm 以上；二是盡量不要和主電路交叉，如必須交叉時，應(yīng)采取垂直交叉的方式。 b．開關(guān)量控制線如啟動、點動、多擋轉(zhuǎn)速控制等的控制線，都是開關(guān)量控制線。一般來說，模擬量控制線的接線原則也都適用于開關(guān)量控制線。但開關(guān)量的抗干擾能力較強，故在距離不遠時，允許不使用屏蔽線，但同一信號的兩根線必須相互絞在一起。且絞合間距離應(yīng)盡可能小。（小于 20 米）如果操作臺離變頻器較遠，應(yīng)該先將控制信號轉(zhuǎn)變成能遠距離傳 送的信號，（中間加裝信號轉(zhuǎn)換及放大電路）再將能遠距離傳送的信號轉(zhuǎn)變成變頻器所要求的信號。 17 c．變頻器的 接地所有變頻器都專門有一個接地端子 E，用戶應(yīng)將此端子單獨與大地相接。即當(dāng)變頻器和其他設(shè)備，或有多臺變頻器一起接地時，每臺設(shè)備都必須分別和地相接，如圖 11 所示；不允許將一設(shè)備的接地端和另一臺設(shè)備的接地線相接后再接地，如圖 12所示。接地線的線徑不小于 。 [8] 圖 10 屏蔽接線法 圖 11 正確接地 圖 12 錯誤接地 18 PLC 的選型 PLC 從結(jié)構(gòu)上分， 可 分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式 PLC 包括CPU 板、 I/O 板、顯示面 板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式 PLC 包括 CPU 模塊、 I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 PLC 的主要特點 （ 1） 可靠性高、抗干擾能力強，平均故障時間為幾十萬小時。而且 PLC 采用了許多硬件和軟件抗干擾措施。 硬件方面 : ，在微處理與 1/0 電路之間采用光電隔離減少外部干擾源對 PLC 的影響。 ，對供電系統(tǒng)及輸入線路采用多種形式的濾波，減少高頻干擾。且有些模塊還設(shè)置了連鎖保護、自診斷電路等。 軟件方面 : 。 件 故障條件出現(xiàn)時，立即把狀態(tài)重要信息存入指定存儲器，禁止對存儲器進行任何不穩(wěn)定的讀寫操作，以防止存儲器信息被沖掉。這樣，一旦外界調(diào)節(jié)正常后，便可以恢復(fù)故障發(fā)生前的狀態(tài)，恢復(fù)原來的工作。 （ 2） 編程簡單、使用方便目前大多數(shù) PLC 采用繼電器控制形式的梯形圖編程方式，很容易被操作人員接受。一些 PLC 還根據(jù)具體問題設(shè)計了如步進梯形指令等，進一步簡化了編程。 （ 3） 設(shè)計安裝容易，維護工作量少。功能完善、通用性強、體積小、能耗低、性能價格比高。 本系統(tǒng)選用松下 FP0 型的 PLC，點數(shù)為 32 點 。 PLC 和變頻器對系統(tǒng)的控制原理 變頻運行時，利用 PLC 實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、過程控制和變頻調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機 的轉(zhuǎn)速。過程參數(shù)送至 PLC，在 PLC 內(nèi)進行 A/D 轉(zhuǎn)換。當(dāng)實際壓力低于設(shè)定壓力時 ,根據(jù)偏差進行 PID 數(shù)據(jù)處理，通過 D/A 轉(zhuǎn)換后發(fā)出指令，使變頻器輸出頻率升高，增加鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速 ,兩臺 風(fēng)機最大流量無法滿足要求時，備用風(fēng)機變頻啟動 ,并聯(lián)運行 ,使實行壓力達到設(shè)定壓力要求；反之則逆運行，使壓力在波動時保持穩(wěn)定。其控制流程框圖如圖 15 所示。 [10] 19 圖 13 PLC變頻控制原理圖 I/O 口的分配 下面是鼓風(fēng)機與變頻器組 成的系統(tǒng)的 I/O口分配 輸入設(shè)備 輸入地址 輸出設(shè)備 輸出地址 工頻（ SA1） X0 接觸器 KM1 Y0 壓力傳感器 X1 接觸器 KM2 Y1 電源通電（ SB1） X2 接觸器 KM3 Y2 正轉(zhuǎn)起動按鈕（ SB2） X3 正轉(zhuǎn)起動端 Y3 反轉(zhuǎn)起動按鈕（ SB3） X4 反轉(zhuǎn)起動端 Y4 電源斷電按鈕（ SB4） X5 蜂鳴器報警 Y5 變頻制動按鈕（ SB5） X6 指示燈報警 Y6 電動機過載（ FR） X7 電動機過載指示燈 Y7 變頻故障 X10 20 外部接線 PLC 與變頻器的外部接線如下圖所示： 圖 14 PLC與變頻器的外部接線 圖 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 梯形圖程序 梯形圖程序如下： 21 程序說明 （ 1）合上空氣開關(guān)，接通電源。在 PLC 中輸入程序。 （ 2）將轉(zhuǎn)換開關(guān) SA1 撥向“工頻”，按下電源通電按鈕 SB1，鼓風(fēng)機在工頻狀態(tài)下運行。 （ 3）當(dāng)收到壓力信號需要鼓風(fēng)機變頻時，開關(guān) SA1 撥向“變頻”，鼓風(fēng)機開始變頻運行。 （ 4）可以通過開關(guān) SB SB3控制鼓風(fēng)機的正反轉(zhuǎn)。 （ 5）故障處理： 如果變頻器因故障而跳閘，報警后，操作人員應(yīng)立即將 SA1撥向“工頻”位置，這時輸入繼電器 X0 動作，一方面使控制系統(tǒng)投入工頻運行方式；另一方面使 Y5和 Y6 復(fù)位，停止聲光報警。 （ 6）可以通過調(diào)節(jié)頻率設(shè)定器 RP使鼓風(fēng)機處于不同的頻率運行。 5 變頻器的抗干擾 在變頻器的輸入和輸出電路中，除較低次的諧波成分外，還有許多頻率很高的諧波電流，這些諧波電流除了增加輸入側(cè)的無功功率、