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畢業(yè)論文-基于plc的鼓風(fēng)機的變頻調(diào)速系統(tǒng)-文庫吧資料

2024-11-15 20:57本頁面
  

【正文】 接電源進線,可不分相序。 [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。 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。因此,有必要采取如下對策。 [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。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。 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。 2)高性能變頻器通常指配備矢量控制功能的變頻器。 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。 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 。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 )。 ( 4 ) 操作簡單可靠 。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 。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 。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 。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(dá)到盡可能大的節(jié)能效果 。變頻器輸出頻率的精確度和分辨率都達(dá)到 0. 01 Hz??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。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。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。 ( 1 ) 風(fēng)門控制。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 。通過圖 1 的風(fēng)機特性曲線可以說明其節(jié)能原理 。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”。 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。如圖 4所示。這時,可以人為的把電壓 U1 抬高一些,以便近似的補償定子壓降。 然而繞組中的感應(yīng)電動勢是難以控制的,但電動勢較高時,可以忽略電子繞組的漏磁阻抗壓降,而認(rèn)為定子相電壓 U1=E,則得 U1/f=常值。需要考慮基頻 (額定頻率 )以下和基頻以上兩種情況 : ( 1) 基頻以下調(diào)速 : 即采用恒定的電動勢。在交流異步電機種,磁通是定子和轉(zhuǎn)子合成產(chǎn)生的。磁通太弱,沒有充分利用電機的磁心,是一種浪費 :若要增大磁通,又會使磁通飽和,從而導(dǎo)致過大氏勵磁電流,嚴(yán)重時會因為繞組過熱而損壞電機。從某種意義上說,變頻器就是一個可以任意改變頻率的交流電源。 異步電動機定子磁場的轉(zhuǎn)速被稱為異步電動機的同步轉(zhuǎn)速,其同步轉(zhuǎn)速由電動機的磁極個數(shù)和電源頻率所決定 : ns=50f1/np ns同步頻率 fl電源頻率 np磁極對數(shù) 異步電動機的轉(zhuǎn)速總是小于其同步轉(zhuǎn)速,異步電機的實 際轉(zhuǎn)速可由下式給出 : n=ns(1s)=50f1 (1s)/np 式中 : n電動機實際轉(zhuǎn)速 s異步電動機的轉(zhuǎn)差率 由式 (2)可知,改變參數(shù) f1,s 中的任意一個就可以改變電動機的轉(zhuǎn)速,即對異步電動機進行調(diào)速控制。當(dāng)將三相異步電動機繞組的任意兩相進行交換時,所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的方向?qū)l(fā)生改變。 [3] 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 變頻器的選型 變頻調(diào)速的基本原理 當(dāng)在一臺三相異步電動機的定子繞組上加上三相交流電壓時,該電壓將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場,其速度由定子電壓的頻率所決定。 ( 4) 應(yīng)充分考慮鼓風(fēng)機實施變頻調(diào)速后在頻率從低頻到高頻爬升階段的能耗,給鼓風(fēng)機提速留出適量的時間,不能主觀的認(rèn)為在制氣階段頻率可降至零,以最大限度的節(jié)電,因為鼓風(fēng)機在頻率爬升階段運轉(zhuǎn)電流很大,甚至超出正常電流的 30 %- 50%,這階段時間過長,節(jié)電效果會很差,時間過短變頻器會因過 流而保護。 ( 3) 鼓風(fēng)機實施變頻調(diào)速后應(yīng)掌握好節(jié)電和節(jié)能的關(guān)系 ,找出最佳平衡點,達(dá)到既節(jié)電而發(fā)生爐產(chǎn)氣能力、產(chǎn)氣率變化又不大的目的。具體實施時,還應(yīng)充分考慮變頻器帶動鼓風(fēng)機的時間,否則生產(chǎn)階段進入吹風(fēng)過程時 ,鼓風(fēng)機從低速開始加速,風(fēng)量風(fēng)壓還遠(yuǎn)未達(dá)到要求,對生產(chǎn)影響大。③從各氣動或液動閥門上行程開關(guān)取信號。大致有 3個方案:①從時間段上取,如吹風(fēng)定為70 s,在吹風(fēng)時間達(dá)到 70 s 時,發(fā)出降頻信號,使變頻器帶動鼓風(fēng)機電機低速運轉(zhuǎn)。根據(jù)水煤氣的生產(chǎn)特點,鼓風(fēng)機的高頻全速運轉(zhuǎn)應(yīng)在吹風(fēng)階段,而低頻運轉(zhuǎn)應(yīng)在制氣階段,那么可以在對發(fā)生爐鼓完風(fēng)后取一個信號使鼓風(fēng)機低速運行,而在制氣結(jié)束后取一個信號使鼓風(fēng)機全速運行。如某鼓風(fēng)機設(shè)計風(fēng)量為 10000 m3 /h,實際僅需 6000 m3 /h,因轉(zhuǎn)速與頻率成正比,風(fēng)量與頻率成正比,風(fēng)壓與頻率的平方成正比,風(fēng)機消耗功率與頻率的立方成正比,若將頻率降低至 30 Hz 可滿足要求,節(jié)電率也非常高,但風(fēng)壓卻降 低至 36%,不能滿足水煤氣生產(chǎn)過程要求。 鼓風(fēng)機變頻調(diào)速 ( 1) 鼓風(fēng)機實施變頻調(diào)速應(yīng)結(jié)合發(fā)生 爐的特點來考慮,綜合考慮頻率對風(fēng)量、風(fēng)壓的影響 ,否則實施后效果可能會很差。 ( 2) 鼓風(fēng)機變速的調(diào)節(jié) 對于鼓風(fēng)機變速調(diào)節(jié),一般選用效率不高而簡單的調(diào)速方式時,初期投資低而運行費用高;采用效率高而復(fù)雜的調(diào)節(jié)時,效果相反。改變?nèi)~片寬度調(diào)節(jié) 。更換工作輪調(diào)節(jié) 。前倒流器調(diào)節(jié) ,此為離心式風(fēng)機基本調(diào)節(jié)方式 ,軸流風(fēng)機亦可用 。 風(fēng)量調(diào)節(jié)又具體分為 2 類 :鼓風(fēng)機恒速的調(diào)節(jié)和鼓風(fēng)機變速的調(diào)節(jié)。 圖 3 HQ 曲線 當(dāng)風(fēng)機的管網(wǎng)風(fēng) 阻保持不變時,其風(fēng)量 Q與通風(fēng)阻力 f按阻力定律變化,即f=R? Q2 ,它對應(yīng)的曲線稱為風(fēng)阻特性曲線。 其中 Qe是風(fēng)機額定風(fēng)量; He 是風(fēng)機的額定風(fēng)壓; PHe 是風(fēng)機的額定軸功率;nHe 是風(fēng)機的額定轉(zhuǎn)速。根據(jù)風(fēng)機參數(shù)的比例定律,在不同轉(zhuǎn)速時的 HQ曲線如圖 3 所示。 風(fēng)機的基本參數(shù)有:風(fēng)量 Q,風(fēng)壓 H 及風(fēng) 阻 R。而隨著變頻器技術(shù)的飛速發(fā)展和日益廣泛的應(yīng)用,越來越多的風(fēng)機采用變頻器進行調(diào)節(jié),節(jié)能效果明顯。但目前的情況是,很大一部分風(fēng)機不是在設(shè)計工況下運行,而是 處于變工況下運行,為滿足其要求 ,就需對風(fēng)機進行調(diào)節(jié)。 本系統(tǒng)通過壓力傳感器和流量傳感器將鍋爐的蒸汽壓力、蒸汽流量、風(fēng)量等信號送給 PLC,然后通過 PLC 將信號送給變頻器,以控制鼓風(fēng)機的變頻調(diào)速,實現(xiàn)系統(tǒng)的功能。送風(fēng)量調(diào)節(jié)器接受風(fēng)量反饋信號,及時反映送風(fēng)量的變化,以提高調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性。由于送風(fēng)量調(diào)節(jié)器與引風(fēng)負(fù)壓調(diào)節(jié)器之間有動態(tài)補償信號,此時引風(fēng)負(fù)壓調(diào)節(jié)器也同時動作,這樣 就保證了燃燒控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)動作。 [1] 6 圖 1 蒸汽鍋爐燃燒控制過程系統(tǒng)的原理圖 ( 2)根據(jù)圖一可得鍋爐燃燒控制系統(tǒng)框圖,如圖 2所示 7 圖 2 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)的工作原理 當(dāng)負(fù)載蒸汽量變化時,主調(diào)節(jié)器接受蒸汽壓力信號 P,輸入給煤量調(diào)節(jié)器,及時調(diào)節(jié)給煤量,以適應(yīng)負(fù)載的變化。鍋爐運行時,蒸汽壓力和蒸汽生產(chǎn)量直接反映了鍋爐燃燒發(fā)熱量。爐膛負(fù)壓控制主要通過變頻器 2來實現(xiàn)。通常燃煤鍋爐的運行都要求爐膛負(fù)壓保持在 20 40Pa 的范圍內(nèi),如果爐膛負(fù)壓太小,爐膛容易向外噴火,既影響環(huán)境衛(wèi)生,又可能危及設(shè)備及操作人員的安全。這主要通過變頻器 1調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速來 實現(xiàn)。在圖中, FT表示流量傳感器, FIC 表示流量控制器, PT 表示壓力傳感器, FT FIC1 和變頻器 1組成鼓風(fēng)機控制回路。不考慮系統(tǒng)間的耦合。由于蒸汽鍋爐的過程控制系統(tǒng)包括汽包水位控制和燃燒過程控制系統(tǒng),兩系統(tǒng)在鍋爐運行過程中相互耦合,所以控制起來非常困難。下面以 20t 燃煤蒸汽鍋爐為例,介紹變頻器的應(yīng)用。這三種鍋爐的燃燒過程控制基本相同,只有燃料量的調(diào)節(jié)有所區(qū)別。 過去,當(dāng)需要調(diào)節(jié)風(fēng)量或流量時,采用的辦法是調(diào)節(jié)風(fēng)門或節(jié)流閥 的開啟程度,不改變電動機的運行狀況 .這種方法雖然簡單,但是不能節(jié)省電能,這是很不經(jīng)濟的 .采用變頻器對風(fēng)機、水泵及油泵進行速度控制,實現(xiàn)調(diào)節(jié)風(fēng)量和流量,對于節(jié)約能源,提高經(jīng)濟效益具有重要意義。機械行業(yè)中應(yīng)用變頻器是改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、實現(xiàn)機電一體化的重要乎段;在工礦企業(yè)自動化技術(shù)中,交流伺服系統(tǒng)正在取代直流伺服系統(tǒng) 。 隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及控制理論的發(fā)展,變頻器己經(jīng)廣泛應(yīng)用于交流電動機速度控制,“變頻調(diào)速”幾乎成了自動化的代名詞。 目前,國內(nèi)變頻調(diào)速系統(tǒng)的研究非?;钴S,但是在產(chǎn)業(yè)化方面還不是很理想,市場的大部分還是被國外公司所占據(jù)。我國在用電機拖動系統(tǒng)的總體裝備水平僅相當(dāng)于發(fā)達(dá)國家 50 年代水平。我國電機的總裝機容量已達(dá) 4億千瓦,年耗電量達(dá) 6000 億千瓦時,約占工業(yè)耗電量的 80%。 由此可見,對能源的有效利用在我國已經(jīng)非常迫切。如果進行單位 GNP 能耗(噸標(biāo)準(zhǔn)煤 /千美元)的國家比較( 90 年代中期),中國分別是瑞士、意大利、日本、法國、德國、英國、美國、加拿大的 倍、 倍、 倍、 倍、 、 倍、 倍、和 倍。有資料表明,受資金、技術(shù)、能源價格的影響,中國能源利用效率比發(fā)達(dá)國家低很多。 能源工業(yè)作為國民經(jīng)濟的基礎(chǔ),對于社會、經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高都極為重要。而能源的開發(fā)與利用又對環(huán)境的保護有著重大影響。能源的緊張不僅制約了相當(dāng)多發(fā)展中國家的經(jīng)濟增長,也為許多發(fā)達(dá)國家?guī)砹讼喈?dāng)大的問題。另外,通過 PLC 對整個工業(yè)系統(tǒng)的控制,很好地實現(xiàn)了控制要求, 相比繼電器和單片機控制, PLC 控制提高了系統(tǒng)控制的準(zhǔn)確性和可靠性。所以,節(jié)能對工業(yè)生產(chǎn)具有很大的意義。 河南科技學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文(設(shè)計) 論文題目: 基于 PLC 的鼓風(fēng)機變頻調(diào)速系統(tǒng) 學(xué)生姓名: 吳君挺 所在院系: 機電學(xué)院 所學(xué)專業(yè): 機械設(shè)計制造及其自動化 導(dǎo)師姓名: 王玉萍 完成時間: 2020 年 5 月 20 日 1 摘 要 當(dāng)前全球經(jīng)濟發(fā)展過程中,有兩條顯著的相互交織的主線:能源和環(huán)境。能源的緊張不僅制約了相當(dāng)多發(fā)展中國家的經(jīng)濟增長,也為許多發(fā)達(dá)國家?guī)砹讼喈?dāng)大的問題。變頻調(diào)速系統(tǒng)在我國將有非常巨大的市場需求, 變頻器對風(fēng)機、水泵及油泵 進行速度控制,實現(xiàn)對風(fēng)量和流量的調(diào)節(jié),對于節(jié)約能源,提高經(jīng)濟效益具有重要意義。 關(guān)鍵詞: PLC,變頻器,變頻調(diào)速 ,鼓風(fēng)機
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