【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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(chǔ)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(gè)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(jī)進(jìn)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(dāng)于是恒壓源，故稱電壓型。電流型交一直一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(chǔ)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(dāng)于電流源，故稱電流型。(VVVF)原理當(dāng)在實(shí)際利用變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的過程中，當(dāng)頻率f下降時(shí)，定子繞組的反電動(dòng)勢(shì)E有所下降，定子電流增大，但是轉(zhuǎn)子側(cè)的負(fù)載并未增加，故轉(zhuǎn)子段電流不變，根據(jù)電流平衡方程可知，勵(lì)磁電流比增大，因而磁通增大。增加將導(dǎo)致鐵芯的飽和，進(jìn)而引起勵(lì)磁電流波形的畸變，這是不希望的結(jié)果，因此希望可以保持基本不變。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，只要在變頻過程中使變頻器輸出電壓Ul/f=const，則磁通可保持基本不變。因此變頻的同時(shí)也要變壓，常用VVVF表示。怎樣實(shí)現(xiàn)VVVF是變頻器必須解決的重要課題之一。VVVF實(shí)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(shí)現(xiàn)方法就是調(diào)節(jié)頻率的同時(shí)，也改變直流電壓的振幅值。PAM需要同時(shí)調(diào)節(jié)兩個(gè)部分:整流部分和逆變部分，兩者之間還必須滿足一定的關(guān)系，故控制電路比較復(fù)雜，因此比較少用。(2)脈寬調(diào)制(PWM)實(shí)現(xiàn)方法就是在每半個(gè)周期內(nèi)，把輸出電壓的波形分割成若干個(gè)脈沖波，每個(gè)脈沖的寬度為t1，每個(gè)脈沖間的間隔寬度為t2，則脈沖的占空比Υ=tl/(t2+tl)。這時(shí)電壓的平均值和占空比成正比，所以在調(diào)節(jié)頻率時(shí)，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(shí)現(xiàn)變頻也變壓的效果。PWM只需控制逆變電路便可實(shí)現(xiàn)，與PAM相比控制電路簡(jiǎn)化了許多，因此在變頻調(diào)速中比較常用。異步電動(dòng)機(jī)的等效變換 異步電動(dòng)機(jī)的等效變換異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式： Tm=其中:P為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)，S為轉(zhuǎn)差率。(2)變頻調(diào)速的原理異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由定子主磁通和轉(zhuǎn)子電流相互作用產(chǎn)生。異步電動(dòng)機(jī)的定子主磁通是以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)實(shí)際是三個(gè)交變磁場(chǎng)合成的結(jié)果。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速=60f/p，其中f是電流頻率，P是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)。產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流的必要條件是轉(zhuǎn)子繞組切割定子磁場(chǎng)的磁力線。因此轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速必須低于定子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速 (即所謂的“異步，’)。兩者之間的差異可由轉(zhuǎn)差率表示，轉(zhuǎn)差率s=()/根據(jù)=60f/p可知，當(dāng)頻率f連續(xù)可調(diào)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速也連續(xù)可調(diào)，而異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，總是比同步轉(zhuǎn)速略低一點(diǎn)，所以當(dāng)連續(xù)可調(diào)時(shí)，也是連續(xù)可調(diào)。異步電動(dòng)機(jī)在額定頻率和電壓下直接啟動(dòng)時(shí)，由于轉(zhuǎn)子繞組以同步轉(zhuǎn)速切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子電流都很大，故其啟動(dòng)電流可達(dá)額定電流的47倍。這將對(duì)電源形成沖擊，引起電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。此外，由于啟動(dòng)過程過于快捷，常常對(duì)機(jī)械負(fù)載形成沖擊，影響其使用壽；在泵水管道系統(tǒng)中，還會(huì)引發(fā)水錘效應(yīng)，使管道受到損害。使用變頻器后，由于其輸出頻率可以從很低頻率開始，頻率上升的快慢可以任意設(shè)定，從而可以有效地將啟動(dòng)電流限制在一定的范圍內(nèi)。設(shè)定升速時(shí)間的基本原則:在電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流不超過允許值的前提下，盡可能地縮短升速時(shí)間。對(duì)于泵類負(fù)載升速方式選擇半S型。在泵水管道系統(tǒng)中，由于水的阻尼作用，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能夠十分迅速地降下來，而不會(huì)引起再生制動(dòng)的過電流和過電壓，但是降速太快，會(huì)導(dǎo)致管道系統(tǒng)出現(xiàn)“空化現(xiàn)象”，對(duì)管道有害無益，甚至?xí)p害管道。因此，在降速停機(jī)時(shí)應(yīng)設(shè)定足夠的降速時(shí)間，使轉(zhuǎn)速緩慢下降，從而保護(hù)管道。: 設(shè)變頻后的頻率為，電壓為，電動(dòng)機(jī)的額定相電壓和頻率為和，則有＝＝其中為頻率可調(diào)比，為電壓可調(diào)比。 ＝1時(shí)的機(jī)械特性，臨界轉(zhuǎn)矩逐漸減少，電動(dòng)機(jī)的帶負(fù)載能力也隨之下降。這無疑給變頻調(diào)速帶來了瑕點(diǎn)。所以如何改變變頻后的機(jī)械特性就成了關(guān)注的焦點(diǎn)。V/F控制是其中一種比較簡(jiǎn)便的方法。其含義:負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比。其中:一空載轉(zhuǎn)矩，一空載時(shí)的功率損耗，和為比例常數(shù)。 ①機(jī)械特性 ②功率特性平方律負(fù)載主要是泵類和風(fēng)機(jī)，其工作特點(diǎn)是:(1)大多數(shù)在長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的狀態(tài)下工作，屬于連續(xù)恒定負(fù)載。(2)大多數(shù)該類產(chǎn)品都和電動(dòng)機(jī)連成一體，成為整體產(chǎn)品。(3)因?yàn)樨?fù)載轉(zhuǎn)矩是和轉(zhuǎn)速的平方成正比，所以一旦轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速，就會(huì)造成電動(dòng)機(jī)嚴(yán)重過載。因此，在變頻調(diào)速時(shí)，應(yīng)該禁止在額定頻率以上運(yùn)行。(注:變頻調(diào)速(即f改變)瞬間時(shí)，負(fù)載特性曲線不變，轉(zhuǎn)速n不變，負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩不變。但是電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線改變，從而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩改變。電動(dòng)機(jī)要能夠穩(wěn)定運(yùn)行的條件是:升速時(shí)，；降速時(shí)，) V/F控制的概念:(1)基本思想針對(duì)時(shí)，當(dāng)頻率下降，在中所占的比例增大，造成了和下降的情況，采取適當(dāng)提高調(diào)壓比而使的方法，來抵償比值的增大，從而保持，最終使電動(dòng)機(jī)的臨界轉(zhuǎn)矩得到補(bǔ)償。這種方法稱為轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，因?yàn)槭峭ㄟ^提高U/F比而得到，故又稱為V/F控制或電壓補(bǔ)償。矢量控制的成功實(shí)施，使得異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速后的機(jī)械特性以及動(dòng)態(tài)特性能達(dá)到足以和直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓時(shí)的調(diào)速性能相媲美，從而使異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速在電動(dòng)機(jī)的調(diào)速領(lǐng)域全方位地處于優(yōu)勢(shì)地位?，F(xiàn)在許多新型的變頻器都提供了相應(yīng)的矢量控制的功能。根據(jù)一個(gè)三相交流的磁場(chǎng)系統(tǒng)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)體上的直流磁場(chǎng)系統(tǒng)，以兩相系統(tǒng)作過渡，可以相互進(jìn)行等效變換的原理，所以將變頻器的給定信號(hào)變換成類似直流電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)系統(tǒng)的控制信號(hào)，也就是說，假設(shè)有兩個(gè)互相垂直的直流繞組同處于一個(gè)旋轉(zhuǎn)體上，兩個(gè)繞組中分別獨(dú)立地通入由給定信號(hào)分解而得的勵(lì)磁電流信號(hào)和轉(zhuǎn)矩電流信號(hào)，并且和作為基本控制信號(hào)，則通過等效變換，可以得到與基本控制信號(hào)等效的三相交流控制信號(hào),去控制逆變電路。對(duì)于電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中的三相交流系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，又可以等效變換成兩個(gè)互相垂直的直流信號(hào)，反饋到給定控制部分，用以修正基本控制信號(hào)和。進(jìn)行矢量控制時(shí)，可以和直流電動(dòng)機(jī)一樣，使其中一個(gè)磁場(chǎng)電流信號(hào)不變，而控制另一個(gè)磁場(chǎng)電流信號(hào)，從而獲得和直流電動(dòng)機(jī)類似的控制功能。如下圖所示，給定控制器將信號(hào)分解成兩個(gè)相互垂直且獨(dú)立的直流信號(hào)和，然后通過直/交變換將和變換成兩相直流電流信號(hào)和，又經(jīng)過2/3變換，得到三相交流控制信號(hào)，去控制逆變橋。 矢量控制基本設(shè)想電流反饋用于反映負(fù)載的狀況，使直流信號(hào)的轉(zhuǎn)矩分量能隨負(fù)載而變，從而模擬出類似于直流電動(dòng)機(jī)的工作狀況。速度反饋用于反映拖動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和給定值之間的差異，并使之以最快的速度進(jìn)行校正，從而提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性?，F(xiàn)在許多新系列的變頻器設(shè)置了“無反饋矢量控制”功能，這里“無反饋”是指不需要由用戶在變頻器外部另行設(shè)置反饋環(huán)節(jié)。無反饋矢量控制在改善異步電動(dòng)機(jī)在低頻時(shí)的機(jī)械特性方面，己經(jīng)取得了令人滿意的結(jié)果，故對(duì)于一些在動(dòng)態(tài)特性方面無嚴(yán)格要求的場(chǎng)合，速度反饋可以不用。 ATV38的特性我們采用的變頻器是施耐德（Schneider）公司的Altivar 38 異步電動(dòng)機(jī)變頻器，簡(jiǎn)稱ATV38。 Altivar 38 是一種用于三相異步電動(dòng)機(jī)的變頻器，由 360 V 至 460 V 三相電源供電，功率范圍 kW 至 315 kW。Altivar 38 設(shè)計(jì)用于工業(yè)或商用建筑中的加熱、通風(fēng)以及空氣調(diào)節(jié) (HVAC) 方面的現(xiàn)代化應(yīng)用場(chǎng)合。Altivar 38 通過對(duì)能耗進(jìn)行優(yōu)化可以降低運(yùn)行成本，同時(shí)提高了用戶的舒適程度。大量的集成化選件可讓它與電氣設(shè)備和復(fù)雜的控制系統(tǒng)進(jìn)行適配和集成。變頻器在最初設(shè)計(jì)中就已經(jīng)考慮了電磁兼容性的要求。Altivar 38 的成品可直接用于泵類和通風(fēng)應(yīng)用中。它有一個(gè)操作盤可用于修改編程、調(diào)整、控制或檢測(cè)功能，以便適應(yīng)和優(yōu)化應(yīng)用以滿足不同客戶的要求。Altivar 38 用于泵 / 通風(fēng)應(yīng)用的專用功能有：□ 節(jié)能□ 使用速度檢測(cè)自動(dòng)捕捉旋轉(zhuǎn)負(fù)載 (飛車起動(dòng))□ 根據(jù)速度調(diào)整電流限制□ 快 / 慢、預(yù)置速度□ 內(nèi)置 PID 控制，帶有預(yù)置 PID 給定□ 電氣和運(yùn)行時(shí)間儀表□ 電機(jī)降噪Altivar 38 的保護(hù)功能有:□ 使用 PTC 熱傳感器的電機(jī)和風(fēng)扇熱保護(hù)□ 連續(xù)運(yùn)行中防過載和過電流的保護(hù)□ 通過頻率跳躍功能進(jìn)行的對(duì)設(shè)備的機(jī)械保護(hù)□ 通過多重故障狀態(tài)管理和可配置警報(bào)進(jìn)行的保護(hù)同時(shí)，Altivar 38 還容易集成到控制系統(tǒng)中，它配備了:4 個(gè)邏輯輸入，2 個(gè)繼電器輸出， 2 個(gè)模擬輸入和 1 個(gè)模擬輸出 ；插入式 I/O 接頭 ；電氣參數(shù)顯示及運(yùn)行指示 ；內(nèi)置EMC濾波器，內(nèi)置制動(dòng)單元；變頻器中標(biāo)準(zhǔn)配置一個(gè)符合 Modbus 協(xié)議的 RS485 多點(diǎn)串口連接。同時(shí)，Altivar 38 有多種可選件（遠(yuǎn)程控制盤，制動(dòng)電阻，進(jìn)線電抗，RFI濾波器等） 變頻器輸入輸出接線圖 Altivar 38按照歐洲低壓 (73/23/CEE 和 93/68/CEE) 標(biāo)準(zhǔn)和 EMC (89/336/CEE) 規(guī)范設(shè)計(jì)。因此，Altivar 38 變頻器具有歐盟認(rèn)可的標(biāo)志。它也嚴(yán)格執(zhí)行了國(guó)際及國(guó)內(nèi)有關(guān)電子工業(yè)控制裝置的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范 (IEC， EN， NFC，VDE)。變頻器在接線時(shí)，必須接地。動(dòng)力電纜和設(shè)備中的弱電信號(hào)（如PLC信號(hào)等）電路要保持分隔，以免干擾。變頻器的接線方式如上圖所示輸入方面，主電路的電源端子LLL3通過線路帶漏電保護(hù)的斷路器連接至380V的三相交流電源。對(duì)于壓力信號(hào)，則通過AI1或AI2口輸入。對(duì)所有位于變頻器附近的或連接在同一電路上的專門電路如繼電器、接觸器、電磁閥、熒光燈等均應(yīng)安裝干擾抑制器。輸出方面，變頻器的輸出端子（U，V，W）按正確的相序連接至交流接觸器的輸入電源端子上。如果電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不對(duì)，則說明連接相序有錯(cuò)，則改變U、V、W中的任意兩相的接線。AO1可接電動(dòng)機(jī)頻率輸出。變頻器系統(tǒng)應(yīng)連接專用接地極，不要和別的系統(tǒng)串聯(lián)接地或共同接地。 壓力傳感器簡(jiǎn)介本系統(tǒng)采用錢江儀器儀表廠生產(chǎn)的YYBES型壓力變送器，YYBES型壓力變送器為四線制帶現(xiàn)場(chǎng)LED數(shù)字顯示的壓力變送器，其供電電源和輸出信號(hào)分別傳送。★ 主要性能有：（電源地與信號(hào)地隔離），特別適合變頻器應(yīng)用場(chǎng)合 1/2位LED數(shù)字顯示 （交流220V / 直流24V）（0～10 mA / 4～20Ma）： 0～600Ω ( 4～20 mA)。0～ ( 0～10 mA)校驗(yàn)與調(diào)整：通電預(yù)熱15分鐘后，分別在零壓力和滿量程壓力下，檢驗(yàn)輸出電流值。 　　下顯示面端蓋，在零壓力下調(diào)整輸出零位電位器，使輸出電流為0(Ⅱ型)或4mA(Ⅲ型)或規(guī)定值；調(diào)整顯示零位電位器，使數(shù)字顯示值為000 或規(guī)定值。在滿量程壓力下，調(diào)整輸出量程電位器，使輸出電流為10mA(Ⅱ型)或20mA(Ⅲ型)或規(guī)定值；調(diào)整顯示量程電位器，使數(shù)字顯示值為滿量程壓力值。 　　變送器經(jīng)校驗(yàn)標(biāo)定后，現(xiàn)場(chǎng)不需要重新標(biāo)定，一般運(yùn)行半年至一年，做一次基本性能檢查，并可按要求調(diào)整標(biāo)定。第五章 系統(tǒng)開發(fā)本系統(tǒng)的程序開發(fā)主要是PLC的程序開發(fā)，我們采用的是根據(jù)系統(tǒng)的控制流程和控制目標(biāo)，在計(jì)算機(jī)上先編輯好PLC軟件，然后傳給PLC的方法，所用軟件是三菱GX Developer7版本。這是整個(gè)供水系統(tǒng)軟件開發(fā)的重點(diǎn)，系統(tǒng)的重要功能實(shí)現(xiàn)和順序控制都依靠它，它的開發(fā)好壞直接影響對(duì)了整個(gè)控制系統(tǒng)的質(zhì)量好壞和功能實(shí)現(xiàn)，下面就詳細(xì)敘述。 PLC應(yīng)用的開發(fā)步驟PLC的應(yīng)用設(shè)計(jì)，一般應(yīng)按下述幾個(gè)步驟進(jìn)行。首先要全面詳細(xì)地了解被控對(duì)象的機(jī)械結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝過程，了解機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動(dòng)內(nèi)容、運(yùn)動(dòng)方式和步驟，歸納出工作循環(huán)圖或狀態(tài)（功能）流程圖。要了解工藝過程和機(jī)械運(yùn)動(dòng)與電氣執(zhí)行元件之間的關(guān)系和對(duì)電控系統(tǒng)的控制要求。例如機(jī)械部件的傳動(dòng)與驅(qū)動(dòng)，液壓、氣動(dòng)的控制，儀表、傳感器的連接與驅(qū)動(dòng)等。歸納出電氣執(zhí)行元件的動(dòng)作節(jié)拍圖。電控系統(tǒng)的根本任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)這個(gè)節(jié)拍圖。以上兩個(gè)步驟得到的圖、表，綜合而完整地反映了被控對(duì)象的全部功能和對(duì)被控系統(tǒng)的全部要求，是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)，也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的和任務(wù)所在，必須仔細(xì)分析和掌握。3．制定電氣控制方案根據(jù)生產(chǎn)工藝和機(jī)械運(yùn)動(dòng)的控制要求，確定電控系統(tǒng)的工作方式，例如全自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)、單機(jī)運(yùn)行和多機(jī)聯(lián)線運(yùn)行等。還要確定電控系統(tǒng)應(yīng)有的其他功能，例如故障診斷與顯示報(bào)警、緊急情況的處理、管理功能、聯(lián)網(wǎng)通信功能等。4．確定電控系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)通過研究工藝過程和機(jī)械運(yùn)動(dòng)的各個(gè)步驟、各種狀態(tài)、各種功能的發(fā)生、維持、結(jié)束、轉(zhuǎn)換和聯(lián)系信號(hào)來確定哪些信號(hào)需要輸入PLC，哪些信號(hào)需要PLC輸出或者哪些負(fù)載要由PLC驅(qū)動(dòng)，分類統(tǒng)計(jì)出各種輸入輸出量的性質(zhì)與參數(shù)，做好PLC的I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)。 PID調(diào)節(jié) PID調(diào)節(jié)原理僅用P動(dòng)作控制，不能完全消除偏差。為了消除殘留偏差，一般采用增加I動(dòng)作的 P+I控制。用 PI控制時(shí)，能消除由改變目標(biāo)值和經(jīng)常的外來擾動(dòng)等引起的偏差。但是，I動(dòng)作過強(qiáng)時(shí)，對(duì)快速變化偏差響應(yīng)遲緩。對(duì)有積分元件的負(fù)載系統(tǒng)可以單獨(dú)使用P動(dòng)作控制。 對(duì)于PD控制，發(fā)生偏差時(shí)，很快產(chǎn)生比單獨(dú)D動(dòng)作還要大的操作量，以此抑制偏差的增加。偏差小時(shí)，P動(dòng)作的作用減小?？刂茖?duì)象含有積分元件的負(fù)載場(chǎng)合，僅P動(dòng)作控制，有時(shí)由于此積分元件的作用，系統(tǒng)發(fā)生振蕩。在該場(chǎng)合，為使P動(dòng)作的振蕩衰減和系統(tǒng)穩(wěn)定，可用PD控制。換言之，該種控制方式適用于過程本身沒有制動(dòng)作用的負(fù)載。 利用I動(dòng)作消除偏差作用和用D動(dòng)作抑制振蕩作用。在結(jié)合P動(dòng)作就構(gòu)成了PID控制，本系統(tǒng)就是采用了這種方式。采用PID控制較其它組合控制效果要好，基本上能獲得無偏差、精度高和系統(tǒng)穩(wěn)定的