【正文】 電壓為5760V，線電壓為10000V。逆變器輸出采用多電平移相式 PWM 控制技術(shù)，同一相的功率單元輸出 相同幅值和相位的基波電壓，但串聯(lián)各單元的載波之間互相錯(cuò)開(kāi)一定電角度，實(shí)現(xiàn)多電平 PWM ，輸出電壓非常接近正弦波。 功率單元本質(zhì)就是一臺(tái)單相3電平交一直一交變頻器，其工作是在變頻器控制下進(jìn)行變頻的，因此功率單元需要接收變頻控制器的控制指令，按照控制要求進(jìn)行變頻。主控器的核心為雙DSP的CPU單元，使指令能在納秒級(jí)完成。 DSPIC30F4012是一款性能優(yōu)良、資源豐富、功能強(qiáng)大、價(jià)格便宜的一款 DSP，非常適合作為功率單元控制器 ，使用該芯片開(kāi)發(fā)功率單元不需要直接接收 PWM信號(hào)，只需要接收要求輸出頻率、載波頻率、相位等參數(shù)就可以控制變頻，簡(jiǎn)化了高壓變頻器控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度，完善了功率單元功能，縮短了開(kāi)發(fā)周期，制造成本低，具有一定推廣價(jià)值。 　　 變頻器全部交由上位機(jī)DCS控制，設(shè)計(jì)的接口說(shuō)明如下:(1)集控室操作員站根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝要求通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)4～20mA調(diào)速信號(hào)控制變頻器轉(zhuǎn)速輸出，變頻器通過(guò)4～20mA模擬信號(hào)實(shí)時(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)運(yùn)行電流、電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速(AI兩路、AO一路)。(3)變頻器啟動(dòng)、停止、急停、報(bào)警解除為用戶(hù)控制變頻器DO節(jié)點(diǎn)。(5)工藝聯(lián)鎖信號(hào):關(guān)用戶(hù)風(fēng)門(mén)信號(hào)(DI)、風(fēng)門(mén)位置信號(hào)(DO)。DCS系統(tǒng)輸出 4～20mA電流信號(hào)控制高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行頻率,來(lái)控制電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速。高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)同時(shí)接收DCS控制系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止、急停、復(fù)位控制信號(hào)，調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)。如果系統(tǒng)出現(xiàn)緊急情況，DCS監(jiān)視人員立即點(diǎn)擊變頻器緊急停止按鈕，此時(shí)變頻器立即封鎖輸出，并及時(shí)跳開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)10kV小車(chē)開(kāi)關(guān)。為了保證煙氣凈化過(guò)程順暢進(jìn)行，DCS接受壓力變送器傳輸過(guò)來(lái)的壓力信號(hào)，按照既定算法進(jìn)行計(jì)算。DCS遠(yuǎn)程控制由DCS把DC420mA輸入到變頻器控制引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，變頻輸出DC010V電壓信號(hào)由電流轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成420mA電流信號(hào)給DCS，達(dá)到監(jiān)控運(yùn)行數(shù)據(jù)。由變頻器返回到DCS系統(tǒng)的反饋信號(hào)有五種,分別為頻率信號(hào),緊急停止信號(hào)。 模擬量輸入：2路，4～20mA 或0～5VDC 。用于接收速度設(shè)置或被控量設(shè)置的模擬信號(hào)。4～20mA輸出時(shí)最大阻抗500Ω，0～5VDC電壓輸出時(shí)最小阻抗5000Ω。數(shù)字量輸入：32路，光電隔離，隔離電壓500VAC。數(shù)字量輸出：16路，中間繼電器隔離，隔離電壓750VAC，接點(diǎn)容量5A。通訊接口：MODBUS，MODBUS作為一種通用的現(xiàn)場(chǎng)總線，已經(jīng)得到很廣泛的應(yīng)用，很多廠商的工控器、PLC、變頻器、智能I/O與A/D模塊具備MODBUS通訊接口。通過(guò)MODBUS總線，可以很方便地將不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。主控板采用高速單片機(jī)，完成對(duì)電機(jī)控制的所有功能，采用正弦波載波移相方式產(chǎn)生脈寬調(diào)制的三相電壓指令。 變頻器有三種控制方式：本地控制：通過(guò)變頻器的人機(jī)界面控制電機(jī)的啟動(dòng)和停機(jī)，并能完成變頻器的所有控制。上位控制：通過(guò)RS485接口，采用PROFIBUS通訊協(xié)議，接收上位DCS系統(tǒng)的控制；或與DCS硬件連接。模擬設(shè)置：接收DCS系統(tǒng)0～10V或4～20mA模擬信號(hào)設(shè)置運(yùn)行頻率或被控量給定值。多檔設(shè)置：通過(guò)開(kāi)關(guān)量設(shè)置多檔運(yùn)行速度或被控量給定值。變頻器有開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種運(yùn)行方式。頻率（或稱(chēng)速度）的設(shè)置方式有本地設(shè)置、模擬設(shè)置、通訊設(shè)置和多檔設(shè)置。閉環(huán)運(yùn)行時(shí)，實(shí)際壓力信號(hào)來(lái)自于現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，而壓力期望值有3種設(shè)置方式，分別為本地設(shè)置、模擬設(shè)置、通訊設(shè)置?！　。?）變頻裝置控制系統(tǒng)應(yīng)可靠，重要元器件應(yīng)冗余配置。且變頻器本體柜操作盤(pán)應(yīng)能進(jìn)行相關(guān)的各種控制操作和參數(shù)設(shè)置，顯示面板具有電流、電壓、頻率、功率、功率因數(shù)、開(kāi)、停、故障顯示及故障記憶等基本功能顯示。變頻裝置應(yīng)帶故障自診斷功能，能對(duì)發(fā)生的故障類(lèi)型及位置提供中文指示，能在就地顯示并遠(yuǎn)方報(bào)警。　　開(kāi)關(guān)量輸出：高壓準(zhǔn)備就緒、變頻器運(yùn)行、故障、停止信號(hào)?！　∧M量輸出：輸出頻率、輸出電流；DC 4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。對(duì)開(kāi)關(guān)量輸出控制應(yīng)具有光電隔離輸出，并能直接啟動(dòng)任何中間繼電器；模擬量信號(hào)增加信號(hào)隔離器隔離。　?。?）變頻裝置內(nèi)部通訊應(yīng)采用光纖連接，以提高通訊速率和抗干擾能力；變頻器柜內(nèi)強(qiáng)電信號(hào)和弱電信號(hào)應(yīng)分開(kāi)布置，以避免干擾。自從20世紀(jì)70年代第一臺(tái)PLC誕生以來(lái)，PLC 的應(yīng)用越來(lái)越廣泛、功能越來(lái)越完善 ，除了具有強(qiáng)大的邏輯控制功能外還具其他擴(kuò)展功能A／D和D／A轉(zhuǎn)換、PID閉環(huán)回路控制、高速記數(shù)、通信聯(lián)網(wǎng)、中斷控制及特殊功能函數(shù)運(yùn)算等功能，并可以通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行顯示、報(bào)警、記錄、人機(jī)對(duì)話，使其控制水平大大提高。其中PLC是專(zhuān)為滿足各種控制場(chǎng)合而設(shè)計(jì)的，新型高性能的PLC不僅可以代替繼電接觸系統(tǒng)對(duì)開(kāi)關(guān)量進(jìn)行邏輯運(yùn)算和控制，還可以對(duì)模擬量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、算術(shù)運(yùn)算以及控制，有的還具有通信聯(lián)網(wǎng)功能。眾所周知，PLC具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、系統(tǒng)配置靈活、編程、調(diào)試及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。其控制系統(tǒng)的智能控制終端宜選用PLC控制器，即控制單元的核心部件由PLC擔(dān)任。高壓變頻器使用西門(mén)子的PLC中的S7200，具有較好的與DCS系統(tǒng)接口能力。S7200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)。本機(jī)集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn)。最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn)。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。I/O端子排可很容易地整體拆卸?？赏耆m應(yīng)于論文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)。CPU226輸入接口 變頻停止 急停 變頻/停止/就地 遠(yuǎn)程/就地 就地變頻停止 遠(yuǎn)程復(fù)位 遠(yuǎn)程變頻啟動(dòng) 工頻啟動(dòng) 備用 遠(yuǎn)程信號(hào)圖412 PLC引腳分配圖 風(fēng)機(jī)故障信號(hào) 風(fēng)機(jī)運(yùn)行信號(hào) 頻率鎖定信號(hào) 變壓器超溫信號(hào) 備用圖413 PLC與系統(tǒng)故障連接圖CPU226輸出接口： 變頻故障切除 封鎖IGBT 工頻故障切除 變頻運(yùn)行指示 KM1合閘 報(bào)警故障指示 KM1分閘 變頻器運(yùn)行指示 KM4合閘 變頻器就緒指示 KM4分閘 變頻器故障指示 KM3合閘 KM3分閘 風(fēng)機(jī)保持 風(fēng)機(jī)分閘圖414 PLC輸出引腳圖EM223輸出接口 跳用戶(hù)開(kāi)關(guān) 用戶(hù)開(kāi)關(guān)合閘允許 備用 變頻器報(bào)警指示 PLC電源：輸出側(cè)采用220VAC給輸出的繼電器和指示燈，輸入側(cè)采用自身的24VDC，如415圖：圖415 PLC電源接線圖高壓變頻器設(shè)計(jì)本身帶有PID調(diào)節(jié)器，通過(guò)參數(shù)設(shè)置，從變頻器的控制端子上連接反饋信號(hào)，從面板或控制端子上設(shè)定目標(biāo)值，通過(guò)內(nèi)部的PID參數(shù)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。這種方式采用內(nèi)部控制，優(yōu)點(diǎn)是不用增加別的器件，直接進(jìn)行控制，投資少，缺點(diǎn)是PID的調(diào)節(jié)精度不高，對(duì)于一般的控制精度不高的場(chǎng)合可達(dá)到要求，對(duì)于要求精密度較高的則難以滿足工況需求。必須再重新設(shè)置參數(shù)，改成開(kāi)環(huán)控制才能實(shí)現(xiàn)，比較繁瑣。 為保證高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的高可靠性，在提高系統(tǒng)各組單元的內(nèi)在可靠性和系統(tǒng)抵抗外部故障因素的能力方面，主要采用以下設(shè)計(jì)措施：（1）上位操作計(jì)算機(jī)采用與主控計(jì)算機(jī)基本相同的軟硬件配置，當(dāng)主控計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時(shí)，可以在不停機(jī)的狀態(tài)下，迅速替換，保證系統(tǒng)的可靠性運(yùn)行。（3）為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，所有的功率模塊與主控單元之間通過(guò)光纖通訊，低壓和高壓部分完全可靠隔離，所有I/O板全部采用了隔離措施，將通道上竄入的干擾源拒絕在系統(tǒng)之外。（5）盡量采用低功耗的CMOS元器件提高系統(tǒng)的溫度適應(yīng)能力，降低功耗。（7）選用各種電阻、電容器及集成電路、隔離器件時(shí)，對(duì)其耐壓能力留有較大的余量，對(duì)集成電路的拉電流、灌電流能力使用，也留有足夠的余量。（9）多級(jí)模塊串聯(lián)，器件工作在低壓狀態(tài)，便于采用成熟技術(shù)，不易發(fā)生故障。整個(gè)系統(tǒng)的組成軟件經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試，窮盡各種故障可能，確保系統(tǒng)不死機(jī)，不出故障。5 節(jié)能計(jì)算當(dāng)風(fēng)速的轉(zhuǎn)速?gòu)膎1變?yōu)閚2時(shí)，風(fēng)量Q、風(fēng)壓H、風(fēng)機(jī)功率P變化關(guān)系為： Q1/Q2= n1/n2 （1） 　　 H1/H2= （n1/n2）2 （2） 　 　P1/P2 = （n1/n2）3 （3） 有上式（1）、（2）、（3）可知，風(fēng)機(jī)流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，而軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低以后，其軸功率以轉(zhuǎn)速的3次方的速率降低，驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)所需的電功率亦可大大減少，因此調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速是風(fēng)機(jī)節(jié)能的重要途徑。例如，當(dāng)轉(zhuǎn)速與風(fēng)量下降到90％時(shí)，軸功率降到額定功率的73％，當(dāng)轉(zhuǎn)速與風(fēng)量下降到70％時(shí)，軸功率降到額定功率的34％。如采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)風(fēng)量，可使軸功率隨流量的減小大幅度下降。h）電機(jī)參數(shù)表1 電機(jī)參數(shù)型號(hào)YPQ12506額定電壓（V）10000額定電流(A)額定功率(KW)1250額定頻率（Hz）50功率因數(shù)額定轉(zhuǎn)速(rpm)995絕緣等級(jí)F引風(fēng)機(jī)參數(shù)表2 引風(fēng)機(jī)參數(shù)負(fù)載名稱(chēng)高溫風(fēng)機(jī)所帶負(fù)載類(lèi)型離心風(fēng)機(jī)型號(hào)XB2A0315t額定功率(KW)1250額定風(fēng)量（m3/min）2976額定轉(zhuǎn)速(rpm)995（1）風(fēng)機(jī)流量變化量，如前所述，采用變頻調(diào)速是有效的節(jié)電措施。采用擋板調(diào)節(jié)流量對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)輸入功率P1v與流量Q的關(guān)系為P1v=[+(Q/QN)2]P1e 式中 P1e額定流量是電動(dòng)機(jī)輸入功率，kW QN額定流量，m3/min 節(jié)電率為Ki=1(Q/QN)3/[+(Q/QN)2]節(jié)能計(jì)算通風(fēng)機(jī)功率為1250 kW，現(xiàn)總排風(fēng)量2381m3/min，風(fēng)機(jī)額定最大提風(fēng)量為2976m3/min，估計(jì)節(jié)電率。（1）每年節(jié)電量計(jì)算（每年按工作365天計(jì)算）每年工作365天 每天24小時(shí) 功率1250kW 節(jié)電率=365 24= kWh計(jì)算）用電量= = 節(jié)電費(fèi)==6 總結(jié)與展望總結(jié)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)完成了高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在鋁廠焙燒引風(fēng)機(jī)上應(yīng)用的設(shè)計(jì)，主要對(duì)高壓變頻器、高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)原理和運(yùn)用及其成套設(shè)備做了簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)、高壓變頻器采用DSP對(duì)功率單元的控制設(shè)計(jì)了DCS控制系統(tǒng)與變頻器的連接控制，最后節(jié)能運(yùn)算作了簡(jiǎn)單介紹。論文大部分集中在高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)硬件，系統(tǒng)軟件涉及較少，同時(shí)在電氣作圖和設(shè)計(jì)尚有不足。通過(guò)對(duì)題目的設(shè)計(jì)，我反復(fù)查閱了國(guó)內(nèi)外變頻調(diào)速的方式，比較分析了國(guó)內(nèi)變頻器市場(chǎng)，對(duì)國(guó)內(nèi)趨勢(shì)有所了解，同時(shí)培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和基本技能、解決工程實(shí)際及科學(xué)研究問(wèn)題的能力。通過(guò)本次對(duì)高壓變頻交流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是我對(duì)變頻交流調(diào)速及變頻器市場(chǎng)有了深一步的了解，同時(shí)也把自己的所學(xué)知識(shí)得以施展和驗(yàn)證。展望論文在對(duì)引風(fēng)機(jī)高壓變頻調(diào)速設(shè)計(jì)過(guò)程中，整個(gè)系統(tǒng)采用DCS系統(tǒng)來(lái)控制，用DCS系統(tǒng)大大提高了高壓變頻調(diào)速的可靠性。高壓變頻器采用“高一高”方式，這種設(shè)計(jì)無(wú)需使用升壓變壓器和降壓變壓器，并且采用了移相變壓器，移相變壓器采用8級(jí)串聯(lián)，使用24個(gè)副邊，即能有效的消除諧波干擾，又可以做到節(jié)省制作材料?，F(xiàn)在也有公司采用 3300V 的 IGBT 作為功率器件。當(dāng)然，采用高耐壓器件后帶來(lái)的整體成本增加和由于串聯(lián)單元個(gè)數(shù)減少引起的波形質(zhì)量下降必須綜合考慮。目前主要的瓶頸是技術(shù)研發(fā)環(huán)節(jié)，尤其在大容量和高性能領(lǐng)域和國(guó)際領(lǐng)先水平相比有較大差距。 致謝畢業(yè)論文是在我的指導(dǎo)老師張素妍老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。從課題的選擇到設(shè)計(jì)的最終完成，張老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。還經(jīng)常解答我們?cè)趯?shí)習(xí)過(guò)程中遇到的各種疑慮，給我的畢業(yè)論文寫(xiě)作帶來(lái)了很大的幫助。在此，謹(jǐn)向她致以崇高的敬意和衷心的感謝。最后再次感謝我的老師在百忙之中來(lái)指導(dǎo)我們實(shí)習(xí)，衷心的說(shuō)一聲：老師