【正文】 所以，在多數(shù)情況下，下限頻率不能太低，可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整。 (2) 上限頻率：由于變頻器內(nèi)部具有轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能，在 50Hz 的情況下，水泵在變頻運(yùn)行時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)速要高于工頻運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速，從而增大了電動機(jī)的負(fù)載，因此實(shí)際預(yù)置得略低于額定頻率。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 X12X13X14KA15Y15KA14Y14Y13KA13KA12Y12Y11KA11KA10FR 4KA7KA1KA3 KA6KA5KA5KA6FR 3KA5KA1 KA4KA3KA3KA4FR 2FR 1KA2KA1KA1KA2KA3KA5Y10Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1KA8Y0KM9變頻器的 Y1KM8水位下限信號遠(yuǎn)傳壓力表上限電節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)傳壓力表下限電節(jié)點(diǎn)變頻器的Y2KAX16X15X11X10X7X6X5X4X3X2X1X0CO MFX 2N 3 2 M R圖 PLC 的接線圖 變頻器功能設(shè)定及接線 圖 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 表 變頻器 接線及 參數(shù)設(shè)置 表 中頻率參數(shù)設(shè)置說明： (1) 最 大 頻率：水泵屬于平方律負(fù)載，轉(zhuǎn)矩 T ∝ 2n ，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過其額定轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)矩將按平方規(guī)律增加，導(dǎo)致電動機(jī)嚴(yán)重過載。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 PLC 的 I/O 端子分配 及接線圖 PLC 的 I/O 分配如表 。 HLO為自動運(yùn)行指示燈。在自動狀態(tài)時(shí)，四臺泵在 PLC 的控制下能夠有序而平穩(wěn)地切換、運(yùn)行。 中間繼電器 KA 的 7 個(gè)常閉觸點(diǎn)串接在四臺泵的手動控制電路上，控制四臺泵的手動運(yùn)行。在手動狀態(tài)，通過 按鈕 SB1SB14控制各臺泵的起停。圖 給出了供水系統(tǒng)的部 分 電氣控制線路圖。 出于可靠性及檢修方面的考慮，設(shè)計(jì)了手動 /自動轉(zhuǎn)換控制電路。為提高互鎖的可靠性，在 PLC 控制程序設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)M1 M2 M3 M4KM2 KM4 KM6 KM7KM3 KM5KM1QF2 QF3 QF4 QF5QF1FUFR1 FR2 FR3 FR4VVVFR S TUVWN3~ 3~ 3~ 3~湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 一步通過 PLC 內(nèi)部的軟繼電器 來做 互鎖。變頻器的輸出端嚴(yán)禁和工頻電源相連，也就是說不允許一臺電機(jī)同時(shí)接到工頻電源和變頻電源的情況出現(xiàn)。通過隔離，可延長系統(tǒng)的使用壽命，增強(qiáng)系統(tǒng) 工作的可靠性。 控制電路設(shè)計(jì) 在控制電路的設(shè)計(jì)中，必須要考慮弱電和強(qiáng)電之間的隔離的問題。變頻器接地端子必須可靠接地，以保證安全，減少噪聲。在變頻器起動、運(yùn)行和停止操作中，必須用觸摸面板的運(yùn)行和停止鍵或者是外控端子 FWD(REV)來操作，不得以主電路空氣開關(guān) QF2的通斷來 進(jìn)行。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 圖 主電路圖 變頻器的主電路輸出端子 (U,V,W)經(jīng)接觸器接至三相電動機(jī)上，當(dāng)旋轉(zhuǎn)方向與工頻時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)向不一致時(shí)，需要調(diào)換輸出端子 (U,V,W)的相序，否則無法工作。連線時(shí)一定要注意，保證水泵旋向正確，接觸器的選擇依據(jù)電動機(jī)制容量來確定。壓力表測量范圍 01MPa，精度 ；數(shù)顯儀輸出一路 420mA 電流信號，送給變頻器作為 PID調(diào)節(jié)的反饋電信號，可設(shè)定壓力上下、限，通過兩路繼電器控制輸出壓力超限信號。 FX2N32MR 主要參數(shù)及特點(diǎn) ： I/O 點(diǎn)數(shù) ： 16/16；用戶程序步數(shù) ： 4K；基本指令 ： 27 條；功能指令 ： 298 條；基本指令執(zhí)行時(shí)間 ： 微秒；通信功能 ： 強(qiáng)；輸出形式 ： 繼電型；輸出能力 ： 2A/點(diǎn) 。 3． PLC 的選型 依據(jù)控制任務(wù)，從 PLC 的輸入 1輸出點(diǎn)數(shù)、存儲器容量、輸入 l輸出接口模塊類型等方面等來選擇 PLC 型號。 其主要參數(shù)及性能介紹如下 ： 額定容量： 30KVA；額定電壓： 380V；額定電流： 45A；額定過載電流：額定電流的120%1 分鐘 。供水系統(tǒng)屬泵類負(fù)載，低速運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩小，可選用價(jià)格相對便宜的 u/f 控制變頻器。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 表 水泵型號及參數(shù) 用水量 /（ hm/3 ） 揚(yáng)程 /m 水泵型號 電動機(jī)功率 /kw 配用變頻器 /kw 36? 3 100 65LG5020? 5 22 22 24? 1 100 50LG2420? 5 11 11 2．變頻器的選型 根據(jù)控制功能不同，通用變頻器分為三種類型。 綜合以上分析，確定以可靠性高、使用簡單、維護(hù)方便的變頻器和 PLC 作為主要控制設(shè)備來設(shè)計(jì)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，其總體結(jié)構(gòu)如圖 。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 供水系統(tǒng)的恒壓通過壓力變送器、 PID 調(diào)節(jié)器和變頻 器組成的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制。 處于供水低谷小流量或夜間小流量時(shí)，為進(jìn)一步減少功耗，采用一臺小流量泵來維持正常的泄漏和水壓。多泵并聯(lián)代替一、二臺大泵單獨(dú)供水不會增加投資，而其好處是多方面的 。 采用多臺水泵并聯(lián)供水，根據(jù)用水量大小調(diào)節(jié)投入水泵臺數(shù)的方案。 采用變頻調(diào)速方式來實(shí)現(xiàn)低流量時(shí)的恒壓供水節(jié)能效果比較明顯，與通常的工頻氣壓給水設(shè)備相比平均節(jié)能可達(dá) 30%。 連續(xù)型是指一天內(nèi) 很少有流量為零的時(shí)候，或本身管網(wǎng)的正常泄漏就保持有一定的流量。 根據(jù)用戶的用水時(shí)段特點(diǎn)可將用戶用水量變化類型分為連續(xù)型、間歇型兩大類，根據(jù)流量的變化特點(diǎn)，還可進(jìn)一步細(xì)分為高流量變化型，低流量變化型，全流量變化型等。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 第三 章 變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 供水系統(tǒng)總體方案的確定 1． 用戶需求 供水系統(tǒng)總體要求 ： (1) 由多臺水泵機(jī)組實(shí)現(xiàn)供水，流量范圍 120m3/h，揚(yáng)程 80米左右； (2) 設(shè)置一臺小泵作為輔助泵，用于小流量時(shí)的供水； (3) 供水壓力要求恒定，尤其在換泵時(shí)波動要??； (4) 系統(tǒng)能自動可靠運(yùn)行，為方便檢修 和應(yīng)急，應(yīng)具備手動功能； (5) 各主泵均能可靠地實(shí)現(xiàn)軟啟動； (6) 具有完善的保護(hù)和報(bào)警功能； (7) 系統(tǒng)要求較高的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性能 。 停機(jī) 過程效果類似。 圖中曲線 ① 是異步電動機(jī)的機(jī)械特性，曲線 ② 是水泵的機(jī)械特性，圖 )中的鋸齒狀線是變頻起動過程中的動態(tài)轉(zhuǎn)矩。 拖動系統(tǒng)中，動態(tài)轉(zhuǎn)矩 LmJ TTT ?? ； mT ： 是電動機(jī)的拖動轉(zhuǎn)矩 ； LT ： 是供水系統(tǒng)的制動轉(zhuǎn)矩 。 采用變頻調(diào)速，通過減少動態(tài)轉(zhuǎn)矩，可以實(shí)現(xiàn)徹底消除水錘效應(yīng)。停泵時(shí)，如果是揚(yáng)程很高，泵通過關(guān)斷電源自然停止，水會逆向砸下來，形成水錘。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 產(chǎn)生水錘效應(yīng)的原因及消除辦法 產(chǎn)生 水錘效應(yīng)的根本原因，是水泵在起動和制動過程中的動態(tài)轉(zhuǎn)矩太大，短時(shí)間內(nèi)流量的巨大變化而引起的。壓強(qiáng)過高，將引起管子的破裂 ； 壓強(qiáng)過低 ， 又會導(dǎo)致管子的癟塌。相反，關(guān)閉的閥門在突然打開或給水泵 啟動后，也會產(chǎn)生水錘，叫負(fù)水錘，但沒有前者大。當(dāng)打開的閥門突然關(guān)閉或給水泵停車，水流對閥門及管壁，主要是閥門或泵會產(chǎn)生一個(gè)壓力。這是變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有節(jié)能效果的第三個(gè)方面 供水系統(tǒng)安全性討論 水錘效應(yīng) 水錘效應(yīng)是一種形象的說法 .它是指給水泵在起動和停車時(shí)，水流沖擊管道，產(chǎn)生的一種嚴(yán)重水擊。 變頻調(diào)速電機(jī)運(yùn)行效率高 在設(shè)計(jì)供水系統(tǒng)時(shí)，額定揚(yáng)程和額定流量通常留有裕量，而且，實(shí)際用水流量也往往達(dá)不到額定值，電動機(jī)也常常處于輕載狀態(tài)，電機(jī)恒速運(yùn)行時(shí)效率和功率因數(shù)很低。 所以，轉(zhuǎn)速控制方式與閥門控制方式相比，供水系統(tǒng)的工作效率要大得多。 轉(zhuǎn)速控制方式時(shí)，因閥門開度不變，由式 ()，流量 *Q 和轉(zhuǎn)速 *n 是成正比的，比值**nQ 不變。 有以下關(guān)系 ，Np ??? ?* 、湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 NQ?* 、Nnnn?* 1C 、 2C 為 常數(shù)，遵循如下規(guī)律 1C 2C =1。供水過程中的損耗主要來自于水泵本身的機(jī)械損耗、水力損失、容積損失，以及管路中的管阻損耗。 轉(zhuǎn)速控制供水系統(tǒng)的工作效率高 (1) 工作效率的定義 供水系統(tǒng)的工作效率為水泵的供水功率 GP 與軸功率pP之比，即 PGp Pp?? () 該效率是包含了水泵本身效率在內(nèi)的整個(gè)供水系統(tǒng) 的總效率。 可見 ，在供水系統(tǒng)中根據(jù)用水量的大小，通過變頻方式調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速的方式來實(shí)現(xiàn)供水具有很好的節(jié)能效果。 一般在設(shè)計(jì)中，水泵均考慮在最不利工況下供水，水泵在選型上也是按水泵額定工作點(diǎn)選型和安裝使用，即按額定工作點(diǎn)設(shè)計(jì)。 兩種控制方式下的面積之差 △ P = BHAH CE 表明了采取轉(zhuǎn)速控制方式相對于閥門控制方式可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能。 圖 變頻器實(shí)物圖 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)能耗分析 轉(zhuǎn)速控制調(diào)節(jié)流量實(shí)現(xiàn)節(jié)能 （ 1）轉(zhuǎn)速控制法與閥門控制法供水能耗分析 在圖 ，將閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法的特性曲線畫在了同一坐標(biāo)系中。該變頻器采用先進(jìn)磁通矢量控制方式，實(shí)現(xiàn)在線自動調(diào) 整功能，調(diào)速比可達(dá) 1： 120（ ～ 60Hz）；可拆御風(fēng)扇和接線端子，維護(hù)方便；柔性 PWM，實(shí)現(xiàn)更低噪音運(yùn)行；內(nèi)置 RS485通信口，可插擴(kuò)展卡符合全世界主要通信標(biāo)準(zhǔn)； PID等各種功能適合各種應(yīng)用場合。適用環(huán)境條件差，有水，塵及一定腐蝕氣體的場合。本身無機(jī)箱，適合裝在電控箱內(nèi)或電氣室內(nèi)的屏，盤，架上，尤其是多臺變頻器集中使用，選用這種型式較好，但環(huán)境條件要求較高； （ 2）封閉 IP20。 3. 變頻器箱體結(jié)構(gòu)的選用 變頻器的箱體結(jié)構(gòu)要與環(huán)境條件相適應(yīng)，即必須考慮溫度， 濕度，粉塵，酸堿度，腐蝕性氣體等因素，這些因素與能否長期安全、可靠運(yùn)行有很大的關(guān)系。對于鼠籠式異步電動機(jī)，變頻器的容量選擇應(yīng)以變頻器的額定電流大于電動機(jī)的最大正常工作電流 ，這樣可以最大限度地節(jié)約資金。若以電動機(jī)額定電流為依據(jù)來選擇變頻器的容量，留有富裕量太大，造成經(jīng)濟(jì)上浪費(fèi)，而可靠性并沒有因此而得到提高。同時(shí)，對于原來采用變頻器的改造項(xiàng)目，變頻器的容量選擇也不能以電動機(jī)額定電流為依據(jù)。隨著電動機(jī)極數(shù)的增多，電動機(jī)額定電流增大。 變頻器的額定功率 指的是它適用的 4級交流異步電動機(jī)的功率。選擇變頻器時(shí)，只有變頻器的額定電流量是一個(gè)反映半導(dǎo)體變頻器裝置負(fù)載能力的關(guān)鍵量。 變頻器的選型應(yīng)滿足 以下條件 : （ 1）電壓等級與驅(qū)動電動機(jī)相符； （ 2）額定電流為所驅(qū)動電動機(jī)額定電流的 ～ ； （ 3）根據(jù)被驅(qū)動設(shè)備的負(fù)載特性選擇變頻器的控制方式； 變頻器容量選擇 變頻器的容量可從三個(gè)角度表述 :額定電流、可用電動機(jī)功率和額定容量。為減少主電源千擾，使用時(shí)可在中間或變頻器輸入電路中增加電抗器，或安裝前置隔離變壓器。一般電動機(jī)極數(shù)以不多于 4極為宜，否則變頻器容量要適當(dāng)加大； （ 2）轉(zhuǎn)矩特性。對于風(fēng)機(jī)，泵類等平方轉(zhuǎn)矩，低速負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小，通?？蛇x擇普通功能型的變頻器。 變頻器的型式選擇 根據(jù)控制功能可將通用變頻器分為三種類 :普通功能型 U/F控制變頻器、具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高性能 U/F控制變頻器和 矢量控制高性能型變頻器。 圖 變頻調(diào)速機(jī)械特性 變頻器選型 變頻器的選擇包括變頻器的型式選擇、容量選擇和變頻器箱體結(jié)構(gòu)的選擇三個(gè)方面。電機(jī)的運(yùn)行效率高，適合于恒壓供 水方式中的轉(zhuǎn)速控制法。 圖 中 Nf ＞ 1f ＞ 2f ＞ 3f ＞ 4f 。2x 一一轉(zhuǎn)子漏電抗折算值 。21139。 變頻調(diào)速方式時(shí)，電動機(jī)的機(jī)械特性表達(dá)式 ])()[(2/239。最常用的變頻器采取的是變壓變頻方式的，簡稱為 VVVF (Variable Voltage Variable Frequency)。 3． 變頻調(diào)速 通過調(diào)節(jié)電動機(jī)的電源頻率來實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)方式。雖然變轉(zhuǎn)差調(diào)速中的串級調(diào)速法能將增加部份的轉(zhuǎn)差功率通過整流、逆變裝置回饋給電網(wǎng)，但其功率因數(shù)較低，低速時(shí)過載能力低，還需一臺與電動機(jī)相匹配的變壓器，成本高，且 增加了中間環(huán)節(jié)的電能損耗。電動機(jī)工作在額定狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)差率 s 很小，相應(yīng)的轉(zhuǎn)子銅損耗小，電機(jī)效率高。2239。 2． 變轉(zhuǎn)差調(diào)速 通過改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變。磁極對數(shù)的改變通過改變電機(jī)定子繞組的接線方式來實(shí)現(xiàn)。由三相異