變頻控制技術(shù)在風(fēng)機電控系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計方案.doc

變頻控制技術(shù)在風(fēng)機電控系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計方案第一章 緒論1.1選題的目的和意義 變頻調(diào)速技術(shù)是基于變頻控制器的交流調(diào)速系統(tǒng)。該調(diào)速系統(tǒng)可顯著減小供電系統(tǒng)的容量，可避免電機啟動時對電網(wǎng)的沖擊。這種調(diào)速系統(tǒng)還具有調(diào)速性能好、調(diào)速比寬、響應(yīng)速度快、控制精度高、應(yīng)用范圍廣、性價比高、震動小、噪聲低、操作簡單、可靠性高、自動化程度好、成套設(shè)備體積小等諸多優(yōu)點。經(jīng)過二十余年的發(fā)展，伴隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的進步和大功率變頻器件的技術(shù)成熟，以變頻器的交流調(diào)速技術(shù)已相當成熟，引起了調(diào)速和節(jié)能領(lǐng)域內(nèi)的一場革命，正在以其卓越的性能和高效節(jié)能的經(jīng)濟性毫無爭議地替代傳統(tǒng)的調(diào)速方式，發(fā)達國家已經(jīng)在鋼鐵、冶金、油田、發(fā)電、化工、紡織、造紙、輕工、供水、風(fēng)機、船舶、港口、起重、食品、包裝、礦山等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。由于變頻調(diào)速技術(shù)具有的以上所述獨特的調(diào)速性能，能實現(xiàn)電機的變頻啟動，運行，也可實現(xiàn)電機的變轉(zhuǎn)向運行，而且能提供精確的速度控制，可以方便的控制機械傳動的上升、下降和變速運行。因此變頻調(diào)速能夠應(yīng)用在大部分的電機拖動的場合，如水泵，風(fēng)機，空調(diào)機，電梯等。 1.2本課題在國內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢1.2.1 變頻技術(shù)的發(fā)展信息技術(shù)的發(fā)展帶動了變頻技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速因具有調(diào)速精度高、啟動能耗低，占地少、工藝先進、功能豐富、操作簡便、通用性強、易形成閉環(huán)控制等特點，被認為是最理想的調(diào)速方案，代表電氣傳動的發(fā)展方向。為應(yīng)對來自不同應(yīng)用領(lǐng)域的挑戰(zhàn)，變頻器也在不斷更新?lián)Q代，產(chǎn)品越來越多樣化。總的來說，新一代的變頻器應(yīng)具有以下特點：一是全數(shù)字化、功能齊全，能夠補償負載變化，非凡是分布式的具有通信、聯(lián)網(wǎng)功能并具有可編程功能。二是簡單或行業(yè)專用的變頻器以及實現(xiàn)了機電一體化、小型化。三是網(wǎng)絡(luò)化和系統(tǒng)化，通過網(wǎng)絡(luò)連接減少生產(chǎn)成本，通過現(xiàn)場總線模塊，將不同型號的變頻器以同一種編程語言和通信協(xié)議進行組態(tài)。1.2.2國內(nèi)變頻器現(xiàn)狀 目前國內(nèi)市場上的變頻器廠家有300多家。由于我國變頻器配套產(chǎn)業(yè)的實力相對較弱，國產(chǎn)品牌無論在加工制造、工業(yè)設(shè)計等技術(shù)方面都與國外品牌存在一定差距。目前，外資品牌在國內(nèi)變頻器市場的占有率約為7成，本土變頻器企業(yè)主要生產(chǎn)V/F控制產(chǎn)品，對于性能優(yōu)越、技術(shù)含量高的矢量變頻器，國內(nèi)絕大多數(shù)企業(yè)開發(fā)的產(chǎn)品還不夠成熟。因此，中國的變頻器市場依舊以價格導(dǎo)向為主，但隨著本土品牌的興起，內(nèi)資變頻器企業(yè)的市場份額正逐步擴大，非凡是近幾年出現(xiàn)加速替代外資品牌的趨勢。雖然尚未具備和國際頂級品牌展開全面競爭的實力，但在部分細分產(chǎn)品和市場上顯示出一定的競爭優(yōu)勢，市場份額逐步擴大。從整體看，目前我國變頻器行業(yè)的競爭日趨激烈。由于市場極具吸引力，不但市場已形成一定規(guī)模，而且潛在容量也十分可觀，不斷吸斷和載流能力方面有了新的進展；且每次通電或斷電時的瞬變電流和瞬變電壓可通過門電路進行控制。ABB 公司在發(fā)展IGCT 技術(shù)方面，主要是在快速、均衡換流和內(nèi)在低損耗等方面取得很大進展。最近又有新半導(dǎo)體開關(guān)器件推出，如IPM（IntelligentPower Module）、IEGT （Injection EnhancedGate Transistor）、碳化硅SiC 等，但目前只有小功率。隨著半導(dǎo)體及微電子技術(shù)的發(fā)展，將開發(fā)出性能更好的半導(dǎo)體開關(guān)器件，并用于變頻器中。1.3變頻器的應(yīng)用 交流變頻傳動裝置現(xiàn)已在我國各行業(yè)廣泛應(yīng)用，特別在石化、冶金、汽車、造紙、熱電、食品、紡織、包裝等工業(yè)。最大交流變頻傳動用于鋼鐵企業(yè)5 000 kW 控制精確度要求高的軋機上，最小用在家用空調(diào)的風(fēng)機上，幾乎包括各個領(lǐng)域。它主要應(yīng)用在以下幾方面：1.3.1節(jié)能調(diào)速 節(jié)能調(diào)速目前普遍使用在控制精確度不高、動態(tài)性能要求低的平方率負載上，如風(fēng)機和水泵。風(fēng)機和水泵等機械總?cè)萘繋缀跽脊I(yè)電氣傳動總?cè)萘康囊话?，也是耗能大戶。如一個5 000 t/d 的水泥廠，窯尾高溫風(fēng)機為2 500 KW，全廠風(fēng)機的耗電量約占整個廠用電量的30%；大的水廠如北京水源九廠，僅水泵容量為2 500 KW 的就有4 臺。如交流傳動不調(diào)速，風(fēng)量和水的流量，靠檔板和閥門來調(diào)節(jié)，相當于增加管道的阻力，使大量電能消耗在檔板和閥門上，負載下降又使驅(qū)動電動機的功率因數(shù)降低。由于風(fēng)機和水泵屬于平方率負載，如換成交流調(diào)速系統(tǒng)，把消耗在檔板和閥門上的能量節(jié)省下來，節(jié)能效果是很可觀的，據(jù)統(tǒng)計平均節(jié)能在20%左右。目前在城市供水、供熱系統(tǒng)的離心泵、循環(huán)泵、風(fēng)機已普遍使用變頻器調(diào)速，在煤礦、化工、食品、冶金、有色、建材行業(yè)中的泵類和風(fēng)機也開始大量使用變頻器，并取得較好的節(jié)能效果。由于控制要求不高，只要選型正確，各類變頻器都可用于泵類和風(fēng)機中。如大功率高壓泵類和風(fēng)機負載可采用低壓半導(dǎo)體器件組成功率單元串聯(lián)的大功率高壓變頻器，當然也可使用大功率器件組成的高壓變頻器，但價格較貴。大的水廠如大連、福州、東莞水廠，大的熱電廠如吉林熱電廠、首鋼熱電廠等采用了大功率高壓變頻器；廣州珠江水泥廠、都江堰水泥廠等幾乎所有風(fēng)機都采用了大功率高壓變頻器。1.3.2特大容量和極高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速 特大容量和極高轉(zhuǎn)速的傳動裝置，當極限容量與轉(zhuǎn)速的乘積超過約106 kWr/min 這一數(shù)值時，由于直流電動機換向器的換向能力，限制了其容量和轉(zhuǎn)速，交流電動機則不受限制。因此特大容量的傳動如鋼板軋機、礦井主皮帶機、卷揚機等，以采用交流變頻調(diào)速為宜。對此類傳動裝置控制要求很高。西門子SIMOVERT MV 用在安陽鋼鐵公司和酒泉鋼鐵公司特大容量的軋機上，傳動裝置功率為5 000 kW 和3 500 kW；用在山西晉城煤礦礦井卷揚機傳動裝置的功率為900kW；用在平朔安家?guī)X井工礦1 號井、2 號井主皮帶機的功率分別為3X1080 kW 和3X850 kW；燕山石化高壓聚乙烯擠壓機功率為3 000 kW。對極高轉(zhuǎn)速的傳動裝置如在化工和食品行業(yè)的離心機，高速攪拌機和高速磨頭也應(yīng)采用交流調(diào)速裝置。這種傳動裝置容量不大，但動態(tài)性能要求高，在運行時要防止超速。1.3.3交流調(diào)速裝置應(yīng)用時注意事項（1）交流變頻調(diào)速傳動裝置對電網(wǎng)會產(chǎn)生諧波干擾，應(yīng)按中國諧波標準GB/T14549-93 加諧波濾波器或電抗器，使其對電網(wǎng)干擾最小。（2）為使變頻調(diào)速器受外界干擾影響最小,在布線時控制電纜，電源電纜與電動機的連接電纜走線須相互隔離，不能放在同一電纜線槽中或電纜架上；輸入和輸出信號回路須用屏蔽對絞線，接到電動機主回路連接電纜應(yīng)屏蔽或鎧裝，屏蔽層接地；用短而粗的節(jié)電接地線按規(guī)定正確連接保護接地和系統(tǒng)接地，最后連接到公共的星形接地網(wǎng)絡(luò)；根據(jù)需要還可考慮加隔離變壓器和進線電抗器，使其受干擾影響最小。（3）在低速運行時，須防止軸系的震蕩；在高速運行時，須防止超速。1.4本課題主要研究的內(nèi)容 本課題是基于施耐德TAV71變頻器控制的B75風(fēng)機電氣控制系統(tǒng)。B75型風(fēng)機雖然為小型風(fēng)機，但是風(fēng)機轉(zhuǎn)速較高，為低壓電氣控制系統(tǒng)，對啟動及運行要求較高，要求電氣控制回路可實現(xiàn)風(fēng)機的變頻啟動、變頻運行、變頻切工頻運行以及變頻故障可自動切工頻運行。第二章 變頻調(diào)速的基本概念及其作用原理2.1變頻器的概念及組成2.1.1變頻器的概念 frequency changer / frequency converter是一種用來改變交流電頻率的電氣設(shè)備。此外，它還具有改變交流電電壓的輔助功能。過去，變頻器一般被包含在電動發(fā)電機、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器等電氣設(shè)備中。隨著半導(dǎo)體電子設(shè)備的出現(xiàn)，人們已經(jīng)可以生產(chǎn)完全獨立的變頻器。2.1.2變頻器的組成 1、主電路是給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類:電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。 （1）整流器：最近大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進行再生運轉(zhuǎn)。（2）平波回路：在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。裝置容量小時，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路。 （3）逆變器：同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時間使6個開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到3相交流輸出。以電壓型PWM逆變器為例示出開關(guān)時間和電壓波形。 2、控制電路是給異步電動機供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號的回路，它有頻率、電壓的“運算電路”，主電路的“電壓、電流檢測電路”，電動機的“速度檢測電路”，將運算電路的控制信號進行放大的“驅(qū)動電路”，以及逆變器和電動機的“保護電路”組成。 （1）運算電路：將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。（2）電壓、電流檢測電路：與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。（3）驅(qū)動電路：驅(qū)動主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。（4）速度檢測電路:以裝在異步電動機軸機上的速度檢測器(tg、plg等)的信號為速度信號，送入運算回路，根據(jù)指令和運算可使電動機按指令速度運轉(zhuǎn)。（5）保護電路:檢測主電路的電壓、電流等，當發(fā)生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。圖2.1變頻器的基本構(gòu)成2.2變頻調(diào)速傳動的特點 采用變頻器對機械設(shè)備進行轉(zhuǎn)速控制，變頻調(diào)速傳動的特點是可以使標準電動機調(diào)速，可以連續(xù)調(diào)速，電動機啟動電流小，最高速度不受電源影響，電動機可以高速化、小型化、防爆容易，低速時定轉(zhuǎn)矩輸出，可以調(diào)節(jié)加減速的大小，可以使用籠型電動機不需要維護電動機。2.3變頻器的工作原理 變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電機的變速運行的設(shè)備，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆成交流電。 對于如矢量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說，有時還需要一個進行轉(zhuǎn)矩計算的CPU以及一些相應(yīng)的電路。變頻調(diào)速是通過改變電機定子繞組供電的頻率來達到調(diào)速的目的。 變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機無級調(diào)速的需要而誕生的。20世紀60年代以后，電力電子器件經(jīng)歷了SCR(晶閘管)、GTO(門極可關(guān)斷晶閘管)、BJT(雙極型功率晶體管)、MOSFET(金屬氧化物場效應(yīng)管)、SIT(靜電感應(yīng)晶體管)、SITH(靜電感應(yīng)晶閘管)、MGT(MOS控制晶體管)、MCT(MOS控制晶閘管)、IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、HVIGBT(耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管)的發(fā)展過程，器件的更新促進了電力電子變換技術(shù)的不斷發(fā)展。 按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。VVVF：改變電壓、改變頻率 CVCF：恒電壓、恒頻率。各國使用的交流供電電源，無論是用于家庭還是用于工廠，其電壓和頻率均為400V/50Hz或200V/60Hz(50Hz)，等等。通常，把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把電源的交流電變換為直流電(DC)。用于電機控制的變頻器，既可以改變電壓，又可以改變頻率。 變頻器電路方式有交- 交變頻和交- 直- 交變頻兩種電路?；竟ぷ髟頌檎髌鲗⒔涣髯?yōu)橹绷鳎交娐穼⒅绷麟娖交?，逆變器將直流電逆變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電，變頻器的基本構(gòu)成如圖1 所示。 1. 交- 交變頻器是指無直流中間環(huán)節(jié), 直接將電網(wǎng)頻率(fi)的電壓變換為頻率(f)。比電網(wǎng)頻率低而可變的輸出電壓的變換器。 2. 交- 直- 交變頻器的工作原理。目前應(yīng)用最廣泛的是交- 直- 交變頻器。其工作原理是先將三相或單相不可調(diào)工頻電源經(jīng)過整流橋整流成直流電，再經(jīng)過逆變橋把直流電逆變成頻率任意可調(diào)的交流電，以實現(xiàn)無極調(diào)速。交-直-交變頻器的主電路有電壓型變頻和電流型變頻。電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器；電流型是指將電流源的直流變換為交流的變頻方式?？刂品绞揭卜譃殡妷嚎刂坪碗娏骺刂苾煞N。這兩種方式不管主電路方式是電壓型還是電流型都可以適用。2.4變頻器調(diào)速原理我們知道，交流電動機的同步轉(zhuǎn)速表達式為： n60 f(1s)/p (式2.1)式中n異步電動機的轉(zhuǎn)速； f異步電動機的頻率； s電動機轉(zhuǎn)差率； p電動機極對數(shù)。由(式2.1)可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉(zhuǎn)速，當頻率f在050Hz的范圍內(nèi)變化時，電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。第三章 變頻器的選型3.1變頻器選型的依據(jù) 1、采用變頻的目的：變頻調(diào)速等。 2、變頻器的負載類型：如葉片泵或容積泵等，特別注意負載的性能曲線，性能曲線決定了應(yīng)用時的方式方法。 3、 變頻器與負載的匹配問題：（1）電壓匹配：變頻器的額定電壓與負載的額定電壓相符。 （2）電流匹配：普通的離心泵，變頻器的額定電流與電機的額定電流相符。對于特殊的負載如深水泵等則需要參考電機性能參數(shù)，以最大電流確定變頻器電流和過載能力。（3）轉(zhuǎn)矩匹配；這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負載或有減速裝置時有可能發(fā)生。 4、在使用變頻器驅(qū)動高速電機時，由于高速電機的電抗小，高次諧波增加導(dǎo)致輸出電流值增大。因此用于高速電機的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機的選型。 5、變頻器如果要長電纜運行時，此時要采取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響，避免變頻器出力不足，所以在這樣情況下，變頻器容量要放大一檔或者在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。 6、對于一些特殊的應(yīng)用場合，如高溫，高海拔，此時會引起變頻器的降容，變頻器容量要放大一擋。 風(fēng)機在某一轉(zhuǎn)速下運行時，其阻轉(zhuǎn)矩一般不會發(fā)生變化，只要轉(zhuǎn)速不超過額定值，電機也不會過載。一般變頻器在出廠標注有一定的安全系數(shù)，所以選擇變頻器容量與所驅(qū)動的電機容量相同即可，若考慮更大的余量，也可以選擇比電機、容量大一個級別的變頻器，但價格要高出不少。3.2本次課題所選的變頻器及其參數(shù) 本次課題選擇施耐德 ATV71HC25N4 變頻器來實現(xiàn)小型風(fēng)機的變頻啟動及運行。由于具有不同的電機控制類型以及大量的內(nèi)置功能，Altivar 71系列變頻器能夠滿足最嚴格的要求，適宜作為要求最高的變頻器：1.極低速度時的轉(zhuǎn)矩與速度的精確性，磁通矢量控制(帶或不帶傳感器)的高動態(tài)性能2.擴大的頻率范圍，適合高速電機驅(qū)動3.提供電壓/頻率比控制方式，適用于驅(qū)動專用電機和變頻器進行并聯(lián)連接4.開環(huán)模式下同步電機控制方式，能提高靜態(tài)速度精度并省電5.ENA功能使不平衡機器運行平穩(wěn) Altivar 71變頻器的功能性使得其性能得到提高，并加大了機器在多個應(yīng)用領(lǐng)域交叉使用的適應(yīng)性。并針對工業(yè)恒轉(zhuǎn)矩應(yīng)用而推出的一款高性能變頻器，主要替代ATV38以及ATV58和ATV68的恒轉(zhuǎn)矩應(yīng)用場合;其功率等級：0.37KW 1400kW；定位：工業(yè)市場的機械類負載。最大瞬態(tài)電流： 165% 變頻器額定輸出電流，持續(xù)時間 2sec； 150% 變頻器額定輸出電流，持續(xù)時間 60sec；瞬態(tài)過轉(zhuǎn)矩 (+/-10%)： 220%電機額定轉(zhuǎn)矩，持續(xù)時間2sec ; 170%電機額定轉(zhuǎn)矩，持續(xù)時間 60sec制動轉(zhuǎn)矩： 30 % 電機額定轉(zhuǎn)矩，無制動電阻 (典型值) 通過動態(tài)制動功能可以提高帶制動電阻: 可達150% Tn 與規(guī)格有關(guān) 這個功能用電機的轉(zhuǎn)矩控制來代替電機的速度控制。 在電流矢量控制模式下，轉(zhuǎn)矩控制在開環(huán)和閉環(huán)模式下都有效。 (SVCI or FVC) . 開環(huán)精度為15%的額定轉(zhuǎn)矩，閉環(huán)精度為5%的額定轉(zhuǎn)矩 調(diào)節(jié)范圍為 +/-300%的Cn圖3.1變頻器的典型應(yīng)用3.3ATV71的相關(guān)特性Altivar 71符合最嚴格的電氣工業(yè)控制設(shè)備國際標準與建議(IEC，EN),特別是:低壓，IEC/EN 61800-5-1，IEC/EN 61800-3傳導(dǎo)式和輻射式電磁兼容性(EMC)抗干擾性和電磁散射性)。表3.1ATV71相關(guān)特性表阻尼震動1.5mm，峰值從3到13HZ；1gn，從13至200HZ，符合IEC/EN 60068-2-6沖擊強度15 gn，持續(xù)11 ms,符合IEC/EN 60068-2-27輸出頻率范圍0.1000HZ可設(shè)置的開關(guān)頻率可在運行期間調(diào)節(jié)，1.8KHZ ；2.5.8KHZ或1 .16KHZ，由額定值決定速度范圍在帶有編碼器反饋的閉環(huán)模式下為1 .1000在開環(huán)模式下為1 .100速度精度額定速度的0.01，在帶有增量式編碼器反饋的閉環(huán)模式下額定滑差的10%，.沒有速度反饋轉(zhuǎn)矩精度在閉環(huán)模式下為5%在開環(huán)模式下為15%瞬時過電壓電機額定轉(zhuǎn)矩的170%（典型值為10%），持續(xù)60s。電機額定轉(zhuǎn)矩的220%（典型值為10%），持續(xù)2s制動轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩的30%，沒有制動電阻器（典型值)帶有可選制動電阻器時為150%.最大瞬時電流變頻器額定電流的150%，持續(xù)60 s(典型值)變頻器額定電流的165%，持續(xù)2s(典型值)電機控制類型帶有傳感器的磁通矢量控制(Fvc(電流矢量)無傳感器的磁通矢量控制(Fvc(電壓或電流矢量)電壓/頻率比(2或5個點)用于不平衡負載的ENA（能量適配)系統(tǒng)可用的內(nèi)部電源短路與過載保護：.1x10.5V 5%電源，用于基準電位計(1至10k），最大電流為10 mA.1x24V (最小21 V,最大27 V)，最大電流為200 mA加速與減速斜坡斜坡圖:1.線性斜坡，可分別進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為從0.01至9999 s2.S形斜坡，U形斜坡或定制的斜坡如果超過制動能力，自動適應(yīng)減速斜坡時間，此功能可被禁止(使用制動電阻器)制動停止通過直流注入:1.通過可編程邏輯輸入上的命令2.一旦估計的輸出頻率下降至 0.1Hz,就自動進行直流注入，周期可在0至60 s之間調(diào)節(jié)或連續(xù)進行，電流可在0至1.2h之間調(diào)節(jié)(僅在開環(huán)模式卜)。主變頻保護與安全保護熱保護:1.防止過熱；2.功率級保護保護:1.電機各相之間短路2.輸入相中斷3.輸出相位與地線之間出現(xiàn)過電流4.直流總線上出現(xiàn)過電壓5.控制電路斷路6.超過速度限幅安全功能:1.線路電源過電壓與欠電壓2.輸入缺相，使用3相電源時3.4變頻器運行特性3.4.1轉(zhuǎn)矩特性(典型曲線)下面的曲線定義了強制冷卻型電機與自冷卻型電機可用的連續(xù)轉(zhuǎn)矩與瞬時過轉(zhuǎn)矩。唯一的區(qū)別在于電機在小于一半額定速度時提供連續(xù)大轉(zhuǎn)矩的能力。3.4.2開環(huán)應(yīng)用 1.自冷卻型電機:連續(xù)有用轉(zhuǎn)矩（1） 2.強制冷卻型電機:連續(xù)有用轉(zhuǎn)矩 3.過轉(zhuǎn)矩，最大可持續(xù)60s 4.瞬時過轉(zhuǎn)矩，最大可持續(xù)2s 5.恒定功率下超速時的轉(zhuǎn)矩(2)Altivar 71可在零速時連續(xù)提供額定轉(zhuǎn)矩。 圖3.2開環(huán)應(yīng)用3.4.3閉環(huán)應(yīng)用 1.自冷卻n電機:連續(xù)有用轉(zhuǎn)矩獷刀 2.強制冷卻型電機:連續(xù)有用轉(zhuǎn)矩 3.過轉(zhuǎn)矩，最大可持續(xù)60s 4.瞬時過轉(zhuǎn)矩，最大可持續(xù)2s 5.恒定功率下超速時的轉(zhuǎn)矩(2)Altivar 71 可在零速時連續(xù)提供額定轉(zhuǎn)矩。圖3.3閉環(huán)應(yīng)用3.4.4電機熱保護 Altivar 71變頻器專為自冷卻型變速電機或強制冷卻型變速電機設(shè)計了熱保護功能。變頻器計算電機的熱態(tài)，即使在變頻器斷電的情況下也會計算。在設(shè)計此電機熱保護功能時將電機附近的最高環(huán)境溫度定在40 C。如果電機附近的溫度超過40 C，集成在電機中的熱敏探頭(PTC)就會直接提供熱保護。這些探頭由變頻器直接管理。3.5變頻器附件選型3.5.1電機電抗器 變頻器在工作中由于整流和變頻，周圍產(chǎn)生了很多的干擾電磁波，這些高頻電磁波對附近的儀表、儀器有一定的干擾。如果處理不好電磁干擾，往往會使整個系統(tǒng)無法工作，導(dǎo)致控制單元失靈或損壞。電抗器作用就是防止變頻器產(chǎn)生的高次諧波通過電源的輸入回路返回到電網(wǎng)從而影響其他的受電設(shè)備，電機電纜長度超過一定值時，建議在變頻器與電機之間插入一個電機電抗器。此最大長度決定于變頻器的額定值以及電機電纜的類型。電抗器可以用于:1.將dv/dt ISP制到500 V/Ns2.將電機端子上的過電壓限制到:. 1000 V至400 V、(rms值). 1150 V至460 V、(rms值)3.打開濾波器與電機之間的接觸器所引起的濾波器干擾4.減小電機接地泄漏電流需要根據(jù)變頻器的容量大小來決定是否需要加電抗器；因此根據(jù)ATV71選型表，本次選擇VW3A5107.圖3.4電機電抗器3.5.2變頻器遠程顯示終端 此顯示終端安裝在變頻器的前面。如果提供不帶圖形顯示終端的變頻器，則本終端將遮蓋變頻器集成的7段顯示終端。它可以:1.與適當?shù)母郊M合(見下面)遠程使用2.使用多點連接兀件連接至幾臺變頻器用途:1.控制、調(diào)節(jié)與設(shè)置變頻器2.顯示當前值(電機，輸入/輸出值等)3.保存和下載設(shè)置;叮保存4個設(shè)置文件。終端的最高工作溫度為 60 C，具有IP 54級保護。圖4.1遠程圖形顯示終端說明： 1. 圖形顯示: 一8行，240 x 160像素 一顯示字符較大，可從5m遠的地方看到 一支持柱狀圖顯示 2. 可分配的功能鍵F1, F2, F8, F4: 一對話功能:直接訪問，幫助屏幕，導(dǎo)航 一應(yīng)用功能:“本機/遠程”，預(yù)置速度 3. STOP/RESE下”：本機控制電機停車/故障復(fù)位 4. RUN:本機控制電機運行 5. 導(dǎo)航按鈕: 一按下:保存當前值(ENT) 一旋轉(zhuǎn)士:增大或減小當前值，轉(zhuǎn)到下一行或下一行。 6. FWD/REV:使電機的旋轉(zhuǎn)方向反向 7. ESC:放棄當前值、參數(shù)或菜單，返回先前的選擇。圖形顯示終端附件可用的附件有:一個遠程安裝工具包，用于在具有IP 54級保護的機柜門下安裝圖形顯示終端。包括: 1.所有的機械零件 2.一些螺釘與螺栓 3.一個透明的門，用于安裝到遠程機構(gòu)I以獲得IP 65級保護 4.一根帶有兩個RJ45連接器的電纜，用于將圖形顯示終端連接至Altivar 71變頻器(可用長度有1、3, 5或10 m) 5.一個RJ45母/母適配器，用于連接VW3A1 101圖形顯示終端與VW3 A1 104 R遠程電纜。 第四章 電氣組件的選擇4.1本次課題所選電氣組件 在控制電路中用到的電氣組件比較多，以下對電氣組件進行統(tǒng)計、歸納整理出設(shè)備清單。如表4.1電氣設(shè)備原件明細表。表4.1電氣設(shè)備原件明細表4.2具體選型的依據(jù)本次課題的電機型號、技術(shù)參數(shù)：型號: M2QA355L2A 功率:250 kW 電壓：380V/50Hz 額定轉(zhuǎn)速：2980r/min 接法：安裝型式: B3 工作制: S1 防護等級: IP55絕緣等級: F（B級溫升） 根據(jù)電機參數(shù)，具體設(shè)備選型如下：4.2.1空氣斷路器（1QA） 斷路器的額定電壓和額定電流的確定：UnUln InqIjs 式中：Un-斷路器額定電壓，單位V Uln-線路額定電壓，單位V Inq-斷路器殼架等級的額定電流，單位A Ijs-線路的計算負荷電流，單位A本次選擇施耐德的NS630，三級，帶延伸旋轉(zhuǎn)手柄。4.2.2熔斷器（1FU1-3） 熔斷器類型應(yīng)根據(jù)負載的保護特性和短路電流的大小來選擇。對于保護照明和電動機的熔斷器，一般只考慮它們的過載保護，熔體的熔化系數(shù)適當小些。對于大容量的照明線路和電動機，除過載保護外，還應(yīng)考慮短路時分斷短路電流的能力來選擇。當短路電流較大時，還應(yīng)采用具有高分斷能力的熔斷器甚至用具有限流作用的熔斷器。此外，還應(yīng)根據(jù)熔斷器所接電路的電壓來決定熔斷器的額定電壓。低壓熔斷器的選擇，主要是確定熔體的額定電流Irn、熔斷器的額定電流Irn和額定電壓Vrn以及分析能力。熔體額定電流大小與負載大小、負載性質(zhì)有關(guān)。對于負載平穩(wěn)、無沖擊電流，如一般照明電路、電熱電路可按負載電流大小來確定熔體的額定電流。對于有沖擊電流的電動機負載，為達到短路保護的目的，又保證電動機正常起動，本次選擇NTO-6A，500VAC。4.2.3熱過載繼電器的選擇 對于熱過載繼電器的選擇，要求電壓與電流相匹配。所以根據(jù)ATV71選型表，本次選擇選擇施耐德LRD-08C 2.5-4A 帶段子排：LAD-7B106第五章 控制原理圖設(shè)計變頻器控制原理圖設(shè)計如下：5.1變頻器控制原理圖圖5.1低壓回路原理圖 圖5.2低壓控制原理圖（1）圖5.3低壓控制圖（2）5.2控制回路操作說明 該控制回路可分別實現(xiàn)電機的變頻運行、變頻故障轉(zhuǎn)工頻運行、工頻運行。實現(xiàn)電機上述運行方式的操作方法分別為：5.2.1變頻運行 1.將旋轉(zhuǎn)開關(guān)1SA置于“0”位； 2.設(shè)置變頻器參數(shù)； 3.按下1SB1按鈕，變頻器工作，電機變頻起動； 4.電機工作頻率由變頻器圖形顯示終端給定； 5.在電機運行過程中，如果變頻器發(fā)生故障，故障指示燈1HR1亮，電機停運，現(xiàn)場停運指示燈1HR2亮；5.2.2變頻故障轉(zhuǎn)工頻 1.將旋轉(zhuǎn)開關(guān)1SA置于“變頻故障轉(zhuǎn)工頻”檔； 2.設(shè)置變頻器參數(shù)； 3.按下1SB1按鈕，變頻器工作，電機變頻起動； 4.電機工作頻率由變頻器圖形顯示終端給定； 5.在電機運行過程中，如果變頻器發(fā)生故障，主回路接觸器斷開，旁路接觸器閉合，電機自動轉(zhuǎn)到工頻運行，變頻器故障指示燈1HR1亮；5.2.3工頻運行 1.將1SA置于“工頻運行”檔； 2.設(shè)置變頻器參數(shù)； 3.按下現(xiàn)場起動按鈕，變頻器工作，電機變頻起動； 4.在起動過程中，電機工作頻率由DCS給定，或由變頻器圖形顯示終端給定； 5.在電機起動過程中，如果變頻器發(fā)生故障，故障指示燈1HR1亮，電機停運，現(xiàn)場停運指示燈1HR2亮； 6.當電機變頻起動結(jié)束，即電機工作頻率達到頻率閾值（該值在設(shè)置變頻器參數(shù)時設(shè)置），主回路接觸器斷開，旁路接觸器閉合，變頻器停運，電機自動轉(zhuǎn)到工頻運行； 5.3變頻器布線方式 1）變頻器和電機的距離應(yīng)該盡量的短。這樣減小了電纜的對地電容，減少干擾的發(fā)射源。 2）控制電纜選用屏蔽電纜，動力電纜選用屏蔽電纜或者從變頻器到電機全部用穿線管屏蔽。 3）電機電纜應(yīng)獨立于其它電纜走線，其最小距離為500mm。同時應(yīng)避免電機電纜與其它電纜長距離平行走線，這樣才能減少變頻器輸出電壓快速變化而產(chǎn)生的電磁干擾。如果控制電纜和電源電纜交叉，應(yīng)盡可能使它們按90度角交叉。與變頻器有關(guān)的模擬量信號線與主回路線分開走線，即使在控制柜中也要如此。 4）與變頻器有關(guān)的模擬信號線最好選用屏蔽雙絞線，動力電纜選用屏蔽的三芯電纜（其規(guī)格要比普通電機的電纜大檔）或遵從變頻器的用戶手冊。 5.4變頻器的接地 變頻器正確接地是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，抑制噪聲能力的重要手段。變頻器的接地端子的接地電阻越小越好，接地導(dǎo)線的截面不小于4mm，長度不超過5m。變頻器的接地應(yīng)和動力設(shè)備的接地點分開，不能共地。信號線的屏蔽層一端接到變頻器的接地端，另一端浮空。變頻器與控制柜之間電氣相通。第六章 變頻器基本參數(shù)的設(shè)定6.1出廠設(shè)置 常用變頻器，一般出廠時，廠家對每一個參數(shù)都有一個默認值，這些參數(shù)叫工廠值。在這些參數(shù)值的情況下，用戶能以面板操作方式正常運行的。6.2頻率限制 即設(shè)定變頻器輸出頻率的上、下限幅值。一般情況下電機散熱靠本身風(fēng)扇進行冷卻，因此下限頻率不能低于15HZ。如果工藝要求經(jīng)常低速運行（小于15HZ），則電機要另加散熱風(fēng)扇。上限頻率幅值不能超出50HZ,否則損壞電機。如果工藝要求頻率大于50HZ，需配置專用電機。6.3電機參數(shù) 在相應(yīng)參數(shù)組中設(shè)定電機的功率、電流、電壓、轉(zhuǎn)速、最大頻率，這些參數(shù)可以從電機銘牌中直接得到。 6.4加減速時間 加減速時間就是輸出頻率從0上升到最大頻率和從最大頻率下降到0所需時間。設(shè)定時要滿足在電動機加速時防止過電流，減速時以防止過電壓。這需要根據(jù)負載特性定出最佳加減速時間。以使運轉(zhuǎn)中不發(fā)生過電流、過電壓報警為原則，將加減速時間縮短。 6.5控制方式 變頻器采取的控制方式，即速度控制、轉(zhuǎn)距控制、PID控制或其他方式。采取控制方式后，一般要根據(jù)控制精度，需要進行靜態(tài)或動態(tài)辨識。6.6變頻器啟動方式 一般變頻器在出廠時設(shè)定從面板啟動，用戶可以根據(jù)實際情況選擇啟動方式，可以用面板、外部端子、通訊方式等幾種。6.7信號給定方式 一般變頻器的頻率給定也可以有多種方式，面板給定、外部給定、外部電壓或電流給定、通訊方式給定，當然對于變頻器的頻率給定也可以是這幾種方式的一種或幾種方式之和。正確設(shè)置以上參數(shù)之后，變頻器基本上能正常工作，如要獲得更好的控制效果則只能根據(jù)實際情況修改相關(guān)參數(shù)。 6.8保護參數(shù)設(shè)定 變頻器提供了過壓、過流、斷相、接地等一系列保護功能，用戶可根據(jù)實際情況選取相應(yīng)功能。 6.9變頻器I/O設(shè)置 R1設(shè)置成“變頻器故障”，變頻器正常工作時，常閉點斷開，故障時，常閉點閉合； R2設(shè)置成“到頻率閾值”，變頻器輸出工頻，或達到設(shè)定值時，常開點閉合； R3設(shè)置成“變頻器運行”，變頻器運行時，常開點閉合，停運時，常閉點閉合； LI1輸入邏輯為“1”時，變頻器運行，輸入邏輯為“0”時，變頻器停運； 第七章 常見故障分析7.1過流故障 過流故障可分為加速、減速、恒速過電流。其可能是由于變頻器的加減速時間太短、負載發(fā)生突變、負荷分配不均，輸出短路等原因引起的。這時一般可通過延長加減速時間、減少負荷的突變、外加能耗制動元件、進行負荷分配設(shè)計、對線路進行檢查。如果斷開負載變頻器還是過流故障，說明變頻器逆變電路已環(huán)，需要更換變頻器。7.2過載故障 過載故障包括變頻過載和電機過載。其可能是加速時間太短，電網(wǎng)電壓太低、負載過重等原因引起的。一般可通過延長加速時間、延長制動時間、檢查電網(wǎng)電壓等。負載過重，所選的電機和變頻器不能拖動該負載，也可能是由于機械潤滑不好引起。如前者則必須更換大功率的電機和變頻器；如后者則要對生產(chǎn)機械進行檢修。 7.3欠壓 說明變頻器電源輸入部分有問題，需檢查后才可以運行。結(jié)束語 變頻調(diào)速技術(shù)作為高新技術(shù)、基礎(chǔ)技術(shù)、和節(jié)能技術(shù)，己經(jīng)滲透到經(jīng)濟領(lǐng)域的所有技術(shù)部門中。變頻調(diào)速正在逐步地成為電氣傳動的中樞。它取代著變極調(diào)速、滑差調(diào)速、整流子電機調(diào)速、液力藕合器調(diào)速、串級調(diào)速及直流調(diào)速。除了節(jié)電外(12 -70%)，更重要的是，帶來了增產(chǎn)、降耗、優(yōu)質(zhì)的效果，深受設(shè)計、工程、操作人員歡迎，社會效益非常顯著，變頻調(diào)速確實是節(jié)能、增產(chǎn)、降耗、優(yōu)質(zhì)的好技術(shù)，是邁入21世紀的首要傳動技術(shù)，利國利民。 為期兩個月的畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束了，經(jīng)過努力，我順利的完成了這次畢業(yè)設(shè)計。本次畢業(yè)設(shè)計工作是對我大學(xué)所學(xué)知識的一個總結(jié)，在這期間，無論是資料的查閱、調(diào)研、方案的論證及設(shè)計都給我的專業(yè)素質(zhì)、個人能力的培養(yǎng)提供了一個難得的機會，令我回顧這些天來的設(shè)計過程，我學(xué)到許多實際問題的解決方法，為以后在工作崗位上的繼續(xù)深造打下了基礎(chǔ)。我們從接受知識到選用知識來解決問題，必須通過反復(fù)鍛煉和實踐，設(shè)計便是學(xué)生選用自己所學(xué)課程的知識來解決實際問題的一次很好的全面的鍛煉過程。為我們以后踏上工作崗位，打下了堅實的基礎(chǔ)。 最后，感謝學(xué)校安排的此次畢業(yè)設(shè)計。致謝 首先衷心感謝我的指導(dǎo)老師!她學(xué)識淵博，治學(xué)嚴謹，勤奮敬業(yè)，使我于耳濡目染中受益匪淺;設(shè)計期間，老師對我傾注了大量的心血，不斷給我方向性的指導(dǎo)和建議，同時也不斷鼓勵我獨立思考，提出自己的見解，鍛煉我獨立的科研能力，這一切都將對今后的工作和生活產(chǎn)生重要的積極影響。特此在本論文完成之際，對老師的精心指點和諄諄教誨表示崇高的敬意和衷心的感謝! 對那些在大學(xué)期間給予我知識和指導(dǎo)的老師，給予我?guī)椭椭С值耐瑢W(xué)，表示真誠的感謝和由衷的敬意。 最后，感謝我的母校，是您使我在大學(xué)期間接受良好的教育，無論我身在何處都以“重德、敦品、篤學(xué)、躬行”為訓(xùn)，無論走到哪里都會踏踏實實做事、堂堂正正做人，為社會做貢獻!參考文獻1韓安榮.通用變頻器及應(yīng)用M.北京:機械工業(yè)出版社，2000.2王廷才，王偉.變頻器原理及應(yīng)用M.北京:機械工業(yè)出版社，2005.7.3伶純厚.變頻器調(diào)速原理M.北京:冶金工業(yè)出版社，1984.4張燕賓.變頻調(diào)速應(yīng)用實踐M.北京:機械工業(yè)出版社，2000.5黃元培，張學(xué).變頻器應(yīng)用技術(shù)及電動機調(diào)速M.人民郵電出版社，1998.6王廷才.王本軼風(fēng)機設(shè)備的變頻技術(shù)及應(yīng)用附錄一英文文獻：Frequency Variation Speed Control1.1 The Popularity and Prospect of Frequency Variation Speed ControlThe electrical machinery exchange frequency conversion velocity modulation technology is the electricity saving, the improvement technical process improves the product quality and the improvement environment, the impetus technology advancement one main method now The frequency conversion velocity modulation by its outstanding velocity modulation and the braking quality, the high efficiency, the high power factor and the electricity saving effect, the widespread applicable scope and other many merits by the domestic grandfather was thought most has the development future velocity modulation way. The electrical transmission control system usually by the electric motor, the control device and the information installs 3 parts to be composed, the electrical transmission relates uses the electric motor by to save the electrical energy and to control the machinery reasonably the operating condition, the realization electrical energy - mechanical energy transformation, achieves, the high production, the low consumption goal high quality. The electrical transmission divides into does not modulate velocity and modulates velocity two big kinds, the velocity modulation is divided the exchange to modulate velocity and to direct current modulates velocity two ways. The variable speed motor directly does not supply power by the electrical network But the machinery which does not modulate velocity along with electric power electronic technology development this kind of original manuscript more and more many changes to the velocity modulation transmission by to save the electrical energy The improvement product quality, enhances the output Therefore the velocity modulation transmission is an important profession, already obtained the country to take, at present had certain scale.In recent years exchanged in the velocity modulation most to be active, to develop quickest is the frequency conversion velocity modulation technology, the frequency conversion velocity modulation is exchanges the velocity modulation foundation and the branch content. The last century transformer appearance causes the change voltage to become very much easy, thus has accomplished a huge electric power profession. Since long ago, the alternating current frequency always is fixed, the frequency conversion velocity modulation technology appearance causes the frequency to become may the full use resources.In this recent 10 years, the frequency conversion technology application has the very big development in our country, and obtained the good effect to be possible to say, the frequency conversion technology has accepted for the majority users, but had no alternative but to point out, our country in frequency conversion technology appl