變頻器調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用MicrosoftWord文檔資料(共50頁)

1、第6 章 變頻器調(diào)速系統(tǒng)(xtng)應(yīng)用學(xué)習(xí)(xux)目的與要求：1. 熟悉和了解(lioji)變頻器在生產(chǎn)中的應(yīng)用2. 能夠閱讀和分析變頻器各種應(yīng)用電路3. 應(yīng)用所學(xué)知識能夠設(shè)計(jì)簡單的變頻器調(diào)速控制電路6.1 變頻技術(shù)應(yīng)用綜述 變頻技術(shù)的應(yīng)用分為兩類，一類用于交流調(diào)速系統(tǒng)，一類用于為其它設(shè)備提供靜止電源。變頻器最典型的用途是各種生產(chǎn)機(jī)械電力拖動系統(tǒng)的節(jié)能和提高產(chǎn)品質(zhì)量。隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動控制理論的不斷發(fā)展，電氣傳動技術(shù)日新月異。交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)廣泛取代直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。交流電動機(jī)調(diào)速技術(shù)是節(jié)能，改善工藝流程以及提高產(chǎn)品質(zhì)量，推動技術(shù)進(jìn)步的必要手段之一。表6-1

2、列出了由變頻器組成的電氣傳動系統(tǒng)的特點(diǎn)，據(jù)有關(guān)資料表明：變頻器在工業(yè)生產(chǎn)中的節(jié)能效果是非常明顯的，無論是用于節(jié)能還是提高產(chǎn)品質(zhì)量，其應(yīng)用潛力也非常巨大。表6-1 變頻器組成的電氣傳動系統(tǒng)特點(diǎn)變頻器的傳動特點(diǎn)用途效果采用標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)調(diào)速風(fēng)機(jī)、水泵、空調(diào)，一般機(jī)械也可以使用原有電動機(jī)調(diào)速連續(xù)調(diào)速機(jī)床、攪伴機(jī)、空壓機(jī)可選擇任意轉(zhuǎn)速起動電流小空壓機(jī)電源設(shè)備容量可減小最高轉(zhuǎn)速不受電源影響風(fēng)機(jī)，水泵，空調(diào)，一般機(jī)械最大工作能力不受電源頻率限制電動機(jī)高速化，小型化機(jī)床、化纖機(jī)械、帶式輸送機(jī)可以得到用其它調(diào)速方式得不到的最高轉(zhuǎn)速防爆制藥、化工、礦山機(jī)械容易做到防爆低速時定轉(zhuǎn)矩輸出位置控制伺服系統(tǒng)電動機(jī)可堵轉(zhuǎn)可調(diào)

3、節(jié)加減速的大小生產(chǎn)流水線、電梯防止加速度過大6.2 變頻器在風(fēng)機(jī)(fn j)控制中的應(yīng)用風(fēng)機(jī)是工礦企業(yè)中應(yīng)用比較廣泛的機(jī)械，諸如鍋爐的燃燒系統(tǒng)，礦山通風(fēng)系統(tǒng)以及造紙烘干系統(tǒng)等。傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)控制是全速運(yùn)行，風(fēng)機(jī)提供固定的風(fēng)壓風(fēng)量。但生產(chǎn)工藝往往需要對風(fēng)壓和風(fēng)量以及溫度等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行(jnxng)調(diào)節(jié)控制。若全速運(yùn)行必然導(dǎo)致電能的大量浪費(fèi)。因此，采用變頻器實(shí)施對風(fēng)機(jī)的控制具有重要的節(jié)能意義。6.2.1 風(fēng)機(jī)負(fù)載(fzi)的機(jī)械特性1. 二次方律負(fù)載風(fēng)機(jī)是具有二次方律負(fù)載的機(jī)械特性，屬于這類機(jī)械特性的風(fēng)機(jī)有離心式風(fēng)機(jī)、混流式風(fēng)機(jī)、軸流式風(fēng)機(jī)等。其中以離心式風(fēng)機(jī)最為典型，應(yīng)用也最為廣泛。風(fēng)機(jī)從零開始升速

4、時，風(fēng)量的流速低，但也要考慮此時的負(fù)載轉(zhuǎn)矩T0和功率P0。 隨著電動機(jī)的升速，風(fēng)壓風(fēng)量也隨之加大，負(fù)載轉(zhuǎn)矩和功率也越來越大。因此，即使是在空載情況下也要考慮轉(zhuǎn)矩和功率的損失。2. 風(fēng)量調(diào)節(jié)方法（1）由于電動機(jī)的轉(zhuǎn)速是恒定不變的，只能用調(diào)節(jié)風(fēng)門或擋板的開度來調(diào)節(jié)風(fēng)壓和風(fēng)量。這樣的調(diào)節(jié)，使得風(fēng)門和擋板損失和消耗了一部分功率。（2）如果風(fēng)門或擋板的開度不變，調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速，則風(fēng)量隨轉(zhuǎn)速而改變。（3）在所需風(fēng)量相同情況下，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法所消耗的功率要比調(diào)節(jié)風(fēng)門或擋板開度小得多，這就是變頻調(diào)速節(jié)能原因所在。3. 風(fēng)機(jī)容量選擇風(fēng)機(jī)容量是根據(jù)生產(chǎn)工藝要求選擇的。如果對現(xiàn)有風(fēng)機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，風(fēng)機(jī)容量就不用再選

5、擇了。4. 變頻器容量選擇風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中，如果穩(wěn)定在某一速度工作，其轉(zhuǎn)矩不會發(fā)生變化，只要轉(zhuǎn)速不超過額定值，就不會發(fā)生過載現(xiàn)象(xinxing)。通常情況下，變頻器技術(shù)說明書所給出的容量具有一定裕度和安全系數(shù)。因此，變頻器容量比所要驅(qū)動的電動機(jī)稍大即可。6.2.2 變頻器的設(shè)置(shzh)1. 變頻器控制方式(fngsh)設(shè)置（1）操作模式設(shè)置為了操作方便，可將變頻器的操作設(shè)置為“面板與外部操作組合模式”或“外部操作模式”。操作人員可以通過安裝在工作臺上的按鈕或電位器控制和調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。（2）變頻器控制方式設(shè)置變頻器控制方式可根據(jù)風(fēng)機(jī)的負(fù)載特性進(jìn)行設(shè)置。如果風(fēng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以下工作，負(fù)載轉(zhuǎn)矩

6、較低，不存在電動機(jī)帶不動負(fù)載問題。因此，采用V/F方式控制方式即可滿足工藝要求。而且從性能價格比角度考慮，也可以選擇比較廉價的風(fēng)機(jī)水泵專用變頻器。（3）U/f控制曲線的選擇風(fēng)機(jī)的機(jī)械特性及有效轉(zhuǎn)矩曲線如圖6-1所示。圖中曲線0是風(fēng)機(jī)的二次方律負(fù)載特性曲線。曲線1是電動機(jī)在V/F控制方式下轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償為零時的有效轉(zhuǎn)矩曲線。當(dāng)轉(zhuǎn)速nX時，對應(yīng)負(fù)載曲線0的轉(zhuǎn)矩為TLX，對應(yīng)曲線1的電動機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩TMX。由此可見，在低頻運(yùn)行時，即使轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償為0，電動機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相比，也具有相當(dāng)大的余量。也說明拖動系統(tǒng)仍有較大的節(jié)能余量。在選擇低減U/f曲線時，要考慮電動機(jī)的起動問題。圖中曲線0與電動機(jī)有效轉(zhuǎn)矩

7、曲線3的交叉點(diǎn)S，是電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等的點(diǎn)，也就是系統(tǒng)的工作點(diǎn)。顯然，在S點(diǎn)以下是不能起動的，解決起動難的辦法是選擇低減U/f曲線2，適當(dāng)加大起動頻率。 在進(jìn)行(jnxng)變頻器參數(shù)設(shè)置時，要仔細(xì)閱讀變頻器操作手冊中U/f曲線(qxin)的出廠設(shè)定值。通常變頻器出廠都把U/f曲線(qxin)設(shè)置為具有一定補(bǔ)償量的狀態(tài)，以適應(yīng)低速時需要較大轉(zhuǎn)矩的負(fù)載。但風(fēng)機(jī)低速時轉(zhuǎn)矩很小，即便沒有補(bǔ)償，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩也足以帶動負(fù)載。如果用戶不作U/f曲線的設(shè)置，而直接接上風(fēng)機(jī)使用，則節(jié)能效果就不明顯了，甚至?xí)霈F(xiàn)過流跳閘現(xiàn)象。4. 變頻器參數(shù)設(shè)置（1）上限頻率如果風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩

8、按平方規(guī)律增大很多，容易使電動機(jī)和變頻器處于過載狀態(tài)。因此，上限頻率不能超過電動機(jī)的額定頻率（2）下限頻率風(fēng)機(jī)對下限頻率沒有要求，因風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速很低時，風(fēng)量較小，并無實(shí)際意義。一般下限頻率可設(shè)置大于20Hz。（3）升降速時間因?yàn)轱L(fēng)機(jī)屬于大慣性負(fù)載，升速時間過短容易產(chǎn)生過電流，而降速時間過短又會產(chǎn)生能量回饋。因此，降速時間可以適當(dāng)設(shè)置長些，具體時間可視風(fēng)機(jī)容量和工藝要求而定。一般情況，風(fēng)機(jī)容量越大其升降速時間越應(yīng)設(shè)置長些。（4）升降速方式風(fēng)機(jī)在低速時轉(zhuǎn)矩很小，隨著轉(zhuǎn)速不斷升高，轉(zhuǎn)矩也隨之越來越大，反之，開始停機(jī)后，由于慣性作用，轉(zhuǎn)速下降緩慢。所以選擇S型B升速方式較為適宜。（5）回避頻率由于風(fēng)機(jī)存在

9、固有頻率，在運(yùn)行中為防止發(fā)生機(jī)械共振，所以必須考慮設(shè)置回避頻率，跳躍出發(fā)生機(jī)械共振頻率區(qū)域。設(shè)置回避頻率可采用反復(fù)試驗(yàn)的方法，反復(fù)地觀察產(chǎn)生共振的頻率區(qū)域，然后進(jìn)行設(shè)置。（6）起動前的直流制動風(fēng)機(jī)在停機(jī)時，由于自然風(fēng)的作用，常常處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)，此時也就是電動機(jī)處于再生發(fā)電(fdin)狀態(tài)，為使風(fēng)機(jī)從零速開始起動，須采用起動前的直流制動。 6.2.3 風(fēng)機(jī)(fn j)變頻調(diào)速系統(tǒng)電路組成例如某學(xué)校(xuxio)鍋爐房引風(fēng)機(jī)，電動機(jī)容量為37kW，采用變頻調(diào)速。一般情況下，風(fēng)機(jī)采用正轉(zhuǎn)控制，電路比較簡單。風(fēng)速大小由操作工人調(diào)節(jié)?？刂乒窈妥冾l器以及操作臺均安裝在電控室，進(jìn)行遠(yuǎn)距離操作。風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)

10、電氣原理如圖6-2所示。1. 主電路電器選擇（1）變頻器選型選用三菱FR-A540-37K-CH型變頻器，額定容量為54kV.A，額定電流71A。（2）空氣開關(guān)由式5-13可得 選用DZX10D-100型自動空氣開關(guān)。（3）接觸器的選擇(xunz)根據(jù)(gnj)式5-15，IN = 71A IKN=80A 選用CJ10系列(xli)交流接觸器，型號CJ10-80。2. 控制電路原理按鈕開關(guān)SB1、SB2用于控制接觸器KM，KM用來控制變頻器電源的通斷。按下SB2,KM線圈得電并自鎖，主觸頭閉合，接通變頻器電源。按鈕開關(guān)SB3、SB4用于控制繼電器KA，KA用來控制變頻器的運(yùn)行與停止。按下SB4

11、,KA線圈得電并自鎖，接通變頻器正轉(zhuǎn)起動端子STF,風(fēng)機(jī)起動運(yùn)行。KM與KA之間具有連鎖關(guān)系，在KM未接通電源之前，KA不能得電。在KA未斷電時，KM也不能斷電。電位器RP用于變頻器的頻率給定，用來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)變頻器發(fā)生異常故障時，其異常輸出端子B-C分?jǐn)啵袛嗫刂齐娐冯娫?，使系統(tǒng)迅速停機(jī)，同時A-C間接通，接通聲光報(bào)警電路，對變頻器起到了保護(hù)作用。6.2.4 節(jié)能效益分析對于風(fēng)機(jī)設(shè)備采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果，可根據(jù)風(fēng)機(jī)在不同的控制方式下的風(fēng)量與負(fù)載關(guān)系以及現(xiàn)場運(yùn)行的負(fù)荷變化等情況進(jìn)行計(jì)算。例：一臺工業(yè)鍋爐所使用的30kW引風(fēng)機(jī)，一天24小時連續(xù)運(yùn)行。采用變頻調(diào)器調(diào)速，在大風(fēng)量時，頻率按4

12、6Hz計(jì)算，每天有10小時，在小風(fēng)量時，頻率按20Hz計(jì)算，每天有14小時；用擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量時，在大風(fēng)量時，電動機(jī)功率消耗按額定功率的98%計(jì)算，每天同樣有10小時。在小風(fēng)量時電動機(jī)功率消耗按額定功率的70%計(jì)算，每天也有14小時。全年運(yùn)行時間以300天計(jì)算,則采用變頻調(diào)速后每年所節(jié)約電能是非常可觀的。 6.3 變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中應(yīng)用(yngyng) 城市供水系統(tǒng)是人們生活和工業(yè)生產(chǎn)不可缺少的公共設(shè)施之一。水壓通常保證6層以下(yxi)樓房用戶用水。而其余各層都需要“提升(tshng)”水壓才能滿足用水的需求量。傳統(tǒng)的提升方式是采用水塔、高水位水箱或氣壓罐等增壓設(shè)備。這種設(shè)備經(jīng)濟(jì)成本高、能量

13、消耗大。如果采用變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)，無需增壓設(shè)備，節(jié)約電能，降低供水成本。恒壓供水系統(tǒng)基本控制思想是：采用變頻器對水泵電動機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速，組成供水壓力的閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的控制目標(biāo)是水泵總管道的出水壓力，系統(tǒng)的給定水壓力值與反饋的總管道出水壓力值相比較，將偏差值送CPU進(jìn)行運(yùn)算處理后，發(fā)出控制指令。調(diào)節(jié)水泵電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和控制水泵電動機(jī)投入運(yùn)行的臺數(shù)，實(shí)現(xiàn)總管道以穩(wěn)定壓力供水。6.3.1 供水系統(tǒng)主要參數(shù)某供水系統(tǒng)示意圖如圖6-3所示。水泵將水池中的水抽出，并上揚(yáng)至一定高度，滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活所需求供水壓力和水流量。1. 流量(liling)在單位時間內(nèi)流過管道某一橫截面的水量(shu

14、lin)，稱為流量，用Q表示。單位：m3/s、m3/min或m3/h。2. 壓力(yl)水在管路中的壓強(qiáng)，俗稱為壓力。用p表示，單位：Mpa。3. 全揚(yáng)程單位質(zhì)量的水被水泵所上揚(yáng)的高度，稱為揚(yáng)程。如圖6-3所示。揚(yáng)程是說明水泵泵水能力的物理量，用HT表示，單位：m。將水上揚(yáng)到一定高度，是水由動能轉(zhuǎn)化成勢能的過程，在這個過程中包括克服管道阻力所做功，并且要使水保持一定的流速。那么，全揚(yáng)程就可定義為在忽略管道阻力，也不計(jì)流速的情況下，水泵將水上揚(yáng)的最大高度。4. 損失揚(yáng)程與實(shí)際揚(yáng)程水在管道中流動克服管道阻力做功，必然有一定的揚(yáng)程損失, 這部分揚(yáng)程稱為損失揚(yáng)程。因此，水泵將水克服一切阻力后所上揚(yáng)的實(shí)

15、際高度，稱為實(shí)際揚(yáng)程。用HA表示。是全揚(yáng)程與損失揚(yáng)程相減的差值。5. 管阻在管道系統(tǒng)中，管路、截門等管件對水流的阻力，稱為管阻。 6.3.2 供水系統(tǒng)的特性1. 水泵的揚(yáng)程特性在管道閥門完全打開的條件下，全揚(yáng)程HT與流量Q之間的函數(shù)關(guān)系HT=f（Q），稱為水泵的揚(yáng)程特性。如圖6-4中所示的曲線“3”為水泵在額定轉(zhuǎn)速情況下的揚(yáng)程特性。曲線“4”為水泵在轉(zhuǎn)速較低的情況下的揚(yáng)程特性。圖中A、B、C、D四點(diǎn)為供水工作點(diǎn)。當(dāng)用戶用水需求量較小時，在曲線“3”A點(diǎn)，所對應(yīng)的流量QA較小。此時，所對應(yīng)的全揚(yáng)程HTA較大。當(dāng)用戶用水需求量較大(jio d)時，在曲線“3”B點(diǎn)，所對應(yīng)(duyng)的流量QB較

16、大(jio d)。此時，所對應(yīng)的全揚(yáng)程HTB較小?？梢?，流量的變化反映了用戶水需求量的大小。因此，揚(yáng)程特性反映了用戶用水需求量對全揚(yáng)程的影響。2. 管道阻力特性在管道閥門開度一定的條件下，全揚(yáng)程HT與流量Q的函數(shù)關(guān)系HT= f（Q）,稱為管道阻力特性，簡稱管阻特性。如圖6-4所示中的曲線“1”和“2”。管阻特性的意義是，為了提供一定的供水流量（也就是用水需求量）所需全揚(yáng)程的大小。圖中，曲線“2”為閥門全開時的管阻特性，由C點(diǎn)對應(yīng)的流量QA與B點(diǎn)流量QB可以看出，供水流量較小時，所需的揚(yáng)程HTC也較小。在供水流量較大時，所需的揚(yáng)程HTB也較大。6.3.3 供水系統(tǒng)流量的調(diào)節(jié)方法在供水系統(tǒng)中，最根

17、本的控制對象就是流量。因此，了解調(diào)節(jié)流量的方法，對供水系統(tǒng)的節(jié)能有非常重要的意義。常用調(diào)節(jié)流量的方法有閥門調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)兩種。1. 管道閥門調(diào)節(jié)在保持水泵轉(zhuǎn)速不變（額定轉(zhuǎn)速）的前提下，改變閥門開度調(diào)節(jié)供水流量的方法，稱為閥門控制法。閥門調(diào)節(jié)水流量的實(shí)質(zhì)是水泵本身供水能力保持不變，用調(diào)節(jié)閥門開度來調(diào)節(jié)供水流量，也就是通過改變管路中阻力大小來改變供水能力（流量）。此時，管阻特性將隨著閥門的開度變化而改變，而揚(yáng)程特性則不變。如圖6-4中，減小閥門的開度，使供水流量由QB減小到QA，管怚特性將由曲線“2”變化到曲線“1”，而揚(yáng)程特性則不變，仍為曲線“3”。供水工作點(diǎn)由B 移至 A 。此時，流量減小了。

18、但揚(yáng)程由HTB增大到HTA。2. 水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) 在保持閥門開度不變的前提下，改變水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)供水流量的方法，稱為轉(zhuǎn)速控制法。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)水流量的實(shí)質(zhì)是，在閥門開度最大且保持不變，通過改變水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)供水流量，也就是通過改變水泵揚(yáng)程改變供水能力流量，以適應(yīng)用戶用水需求量。此時，揚(yáng)程特性將隨著水泵轉(zhuǎn)速變化而改變，而管路特性則不變。如圖6-4中，降低水泵(shubng)的轉(zhuǎn)速，使供水流量由QB減小到QA，揚(yáng)程特性(txng)將由曲線“3”變化(binhu)到曲線“4”，而管阻特性則不變，仍為曲線“2”。供水工作點(diǎn)由B點(diǎn)移至C點(diǎn)。此時，流量減小了。揚(yáng)程由HTB下降到HTC。將管道閥門調(diào)節(jié)與水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)兩種

19、方法相比較，可知，采用調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速的方法調(diào)節(jié)水的流量，降低了電動機(jī)使用功率，從而達(dá)到了節(jié)能目的。6.3.4 恒壓供水的控制目標(biāo)供水系統(tǒng)的控制目的就是為了滿足用戶對流量的要求。因此，流量是供水系統(tǒng)的基本控制對象。而流量的大小又取決于水泵的揚(yáng)程，但揚(yáng)程是很難測量和控制的。在動態(tài)情況下，設(shè)管道中水壓為p，供水能力為Qg，用水需求量為Qn，三者的平衡關(guān)系是：當(dāng)供水能力Qg大于用水需求量Qn， 則水壓上升p；當(dāng)供水能力Qg小于用水需求量Qn， 則水壓下降p；當(dāng)供水流量Qg等于用水需求量Qn， 則水壓恒定p 。所謂供水能力就是水泵能夠提供的水流量，其大小取決于水泵的容量大小與管道的阻力情況。而用水流量則是

20、用戶實(shí)際使用的需求量，其流量大小取決于用戶的用水量?？梢?，供水能力與用水流量之間的矛盾主要反應(yīng)在水壓力的變化上。因此，控制了水壓力也就相應(yīng)控制了流量。保持系統(tǒng)總管道出水壓力的恒定，也就保持了供水能力和用水流量的平衡狀態(tài)，這就是恒壓供水所要控制的目標(biāo)。6.3.5 恒壓供水變頻調(diào)速系統(tǒng)控制原理1. 恒壓供水變頻調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成圖6-5所示為恒壓供水系統(tǒng)示意圖。由圖可見，變頻器有兩個控制信號：（1）目標(biāo)(mbio)信號XT目標(biāo)(mbio)信號XT是變頻器模擬(mn)給定端“2”得到的信號。該信號是一個與壓力的控制目標(biāo)相對應(yīng)的值，通常用百分?jǐn)?shù)來表示。如用戶要求的供水壓力為0.3MPa，壓力變送器SP的量程

21、為（01）MPa，則目標(biāo)值應(yīng)設(shè)置為30%。目標(biāo)信號可由鍵盤給定。而不必通過外接電位器給定。（2）反饋信號XF反饋信號XF由壓力變送器SP反饋到變頻器模擬輸入端子“4”的信號，該信號反映了實(shí)際壓力值的的大小。2. 壓力傳感器壓力傳感器用來檢測供水總管路的出水壓力，為系統(tǒng)提供反饋信號。壓力傳感器種類有多種。這里只介紹常用的兩種壓力傳感器。如圖6-6所示為壓力傳感器的接法。（1）壓力變送器SP如圖6-6(a)所示。它是將流體壓力變換成電壓或電流信號輸出的器件。所以，其輸出信號是隨壓力變化的電壓或電流信號。當(dāng)距離較遠(yuǎn)時，應(yīng)取420mA，電流信號。（2）遠(yuǎn)傳壓力表P如圖6-6(b)所示。遠(yuǎn)傳壓力表基本結(jié)

22、構(gòu)是在壓力表的指針軸上附加一個(y )能夠帶動電位器的滑動觸點(diǎn)裝置，實(shí)質(zhì)上就是一個電阻值隨壓力變化的電位器。3系統(tǒng)(xtng)工作原理(yunl)圖6-7所示為變頻器內(nèi)部PID控制框圖。由圖可見，給定信號XT和反饋信號XF兩者是相減的關(guān)系，其相減結(jié)果為偏差信號 。經(jīng)過PID調(diào)節(jié)處理后得到頻率給定信號XG，它決定了變頻器的輸出頻率fX。（1）用水需求量減小時的平衡過程當(dāng)用水需求量減小時，供水能力Qg大于用水需求量Qn，則水壓p上升，反饋信號也XF上升，偏差信號X 減小，變頻器輸出頻率fX降低，使電動機(jī)及水泵轉(zhuǎn)速降低。供水能力Qg下降，直到水壓p回復(fù)到目標(biāo)值。供水能力Qg等于用水流量Qn，恢復(fù)供需

23、平衡。（2）用水需求量增加時的平衡(pnghng)過程當(dāng)用水流量增加(zngji)時，供水能力Qg小于用水需求量Qn ，則水壓(shu y)p下降，反饋信號也XF下降，偏差信號X增大，變頻器輸出頻率fX上升，電動機(jī)及水泵轉(zhuǎn)速上升，供水能力增加，直到水壓上升到目標(biāo)值。供水能力Qg等于用水需求量Qn，恢復(fù)供需平衡。6.3.6 變頻器選型及功能設(shè)置1變頻器選型目前，大多數(shù)制造廠商都專門生產(chǎn)了“風(fēng)機(jī)，水泵專用變頻器”系列,功能設(shè)置與普通變頻器有一定區(qū)別。一般情況下，直接選用即可。但對于用在含有大量泥沙場合的“泥漿”泵，應(yīng)該根據(jù)其對過載能力的要求選擇變頻器。2控制方式設(shè)置供水系統(tǒng)對供水量精度要求不是很高

24、，故采用V/F控制方式已經(jīng)能夠滿足。大部分變頻器都給出兩條U/f低減線，如圖4-26中所示的01和02線。一般選用負(fù)補(bǔ)償程度較輕的U/f曲線01，不必采用矢量控制方式。供水系統(tǒng)根據(jù)供水壓力反饋信號構(gòu)成恒壓供水的閉環(huán)系統(tǒng)，采用PID控制調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)反應(yīng)快速運(yùn)行穩(wěn)定。3頻率功能設(shè)置（1）最高頻率由于水泵是二次方律負(fù)載，工作轉(zhuǎn)速不允許超過額定轉(zhuǎn)速。這是因?yàn)?，水泵如果超過額定轉(zhuǎn)速，會造成轉(zhuǎn)矩超過額定轉(zhuǎn)矩很多，導(dǎo)致電動機(jī)嚴(yán)重過載。因此，變頻器工作頻率不允許超過水泵電動機(jī)額定頻率，其最高頻率只能和額定頻率相等。 （2）上限頻率一般情況下，上限頻率也可以等于額定頻率。但有時也可以設(shè)置略低一些。這是因?yàn)樽冾l器

25、內(nèi)部具有轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能，同是在50Hz情況下，水泵在變頻運(yùn)行時的實(shí)際轉(zhuǎn)速超過(chogu)工頻運(yùn)行時的額定轉(zhuǎn)速，也會造成轉(zhuǎn)矩超過額定轉(zhuǎn)矩，使電動機(jī)過載。而電動機(jī)和水泵的負(fù)載能力，則難以承受。因此，將上限頻率設(shè)置為49Hz為宜。 （3）下限(xixin)頻率在供水過程中，轉(zhuǎn)速過低有時會導(dǎo)致水泵的揚(yáng)程過低，且低于實(shí)際(shj)揚(yáng)程會出現(xiàn)“空轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。一般情況下，下限頻率設(shè)置在3035Hz。在有些場合，依據(jù)具體情況，還可再略低一些。（4）起動頻率水泵在起動前，葉輪都浸在水中，起動時會存在一定阻力。在從0 Hz開始起動的一段頻率內(nèi)，實(shí)質(zhì)上電動機(jī)是轉(zhuǎn)不起來的。因此，應(yīng)該適當(dāng)設(shè)置起動頻率，使其在起動瞬間有適

26、當(dāng)?shù)臋C(jī)械沖擊力。起動頻率一般設(shè)置510Hz。（5）升降速時間通常，水泵不是頻繁起動與制動的機(jī)械，升速時間與降速時間長短并不影響生產(chǎn)效率。因此，升速時間與降速時間可以設(shè)定稍長一些，要求電動機(jī)起動時的最大電流接近或略大于額定電流。降速時間與升速時間相等即可。4暫停運(yùn)行功能在生活用水系統(tǒng)中，夜間用水量往往很少。即使水泵在下限頻率運(yùn)行，供水壓力仍有可能超過目標(biāo)值。此時，可使水泵暫停運(yùn)行，也稱為“睡眠”功能。當(dāng)用水流量增大，供水壓力低于壓力下限值時，水泵結(jié)束暫停運(yùn)行，也稱為“喚醒”功能。系統(tǒng)又重新進(jìn)入正常恒壓供水工作狀態(tài)。6.3.7 恒壓供水變頻調(diào)速系統(tǒng)實(shí)例分析傳統(tǒng)供水系統(tǒng)，電動機(jī)工作在額定功率，出水壓

27、力和流量只能靠閥門控制。采用變頻器控制后，控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速即可達(dá)到調(diào)節(jié)壓力和流量的目的，徹底取消了水塔、高位水箱以及增壓氣罐等設(shè)備。消除了水質(zhì)二次污染，提高了供水質(zhì)量、節(jié)約能源、操作方便、自動化程度高。如果與計(jì)算機(jī)通訊還可以做到無人值守，節(jié)省了人員開支。其節(jié)能效率可20%40%。有關(guān)資料表明，對傳統(tǒng)供水系統(tǒng)(xtng)進(jìn)行技術(shù)改造后。一年就可以收回技改所用的投資。1多臺水泵(shubng)的切換為保證供水流量的需求，系統(tǒng)通常采用多臺水泵聯(lián)合供水。用一臺變頻器控制多臺水泵協(xié)調(diào)工作，這種方法(fngf)稱為“1”控“X”，X為水泵臺數(shù)。在不同季節(jié)和不同時間用水需求量變化也是很大的。為節(jié)約能源，本著多

28、用多開，少用少開的原則，通常需要對電動機(jī)進(jìn)行切換控制。2主電路說明如圖6-8所示為1控3供水系統(tǒng)主電路。圖中接觸器1KM2、 2KM2 、3KM2分別用于將各臺水泵電動機(jī)接至變頻器。接觸器1KM3、 2KM3 、3KM3分別用于將各臺水泵電動機(jī)接至工頻電源。系統(tǒng)采用PLC控制變頻器。變頻器的STF由PLC的Y0點(diǎn)控制，SD端子與PLC的COM點(diǎn)相連接。在PLC的COM點(diǎn)設(shè)置了復(fù)位按鈕，用于變頻器的復(fù)位RES操作。由信號處理器的U0點(diǎn)和COM點(diǎn)接變頻器的“2”和“5”端子用于變頻器頻率給定。變頻器的異常輸出信號A端子接PLC的X2點(diǎn)，C 端子以與COM點(diǎn)相連接。采用一臺變頻器控制(kngzh)三

29、臺水泵時，稱為(chn wi)“1“控”3“。首先由1號泵變頻運(yùn)行，當(dāng)用水需求量增大時，1號泵已經(jīng)(y jing)達(dá)到50Hz的額定頻率，但水壓仍然不足。經(jīng)過短暫的延時后，將1號泵切換為工頻運(yùn)行。同時，將2號泵切換到變頻運(yùn)行，變頻器輸出頻率降至為0Hz，當(dāng)2號泵也達(dá)到50Hz的額定頻率時，水壓仍然不足，又將2號泵切換到工頻運(yùn)行，而將3號泵投入變頻運(yùn)行。反之，當(dāng)用水需求量減少時，各泵依次退出工頻運(yùn)行，而用一臺泵變頻運(yùn)行。這種方案所需設(shè)備成本較低，但每一次只有一臺水泵變頻運(yùn)行，故節(jié)能效果較差。近年來，由于變頻器在恒壓供水領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，使變頻器制造廠商推出了內(nèi)置“1“控”X“的專用變頻器。現(xiàn)有的供

30、水專用變頻器基本上是將普通變頻器與PLC組裝在一起具有“1“控”X“的切換功能，使控制系統(tǒng)簡化，提高了系統(tǒng)的可靠性。3系統(tǒng)調(diào)節(jié)原理如圖6-9所示為某恒壓供水系統(tǒng)控制框圖。由壓力傳感器檢測總管道的實(shí)際供水壓力p，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，作為反饋信號UF，與變頻器鍵盤給定的數(shù)字信號UT相比較，得到偏差信號U。 經(jīng)PID調(diào)節(jié)，再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換成模擬量UG，來控制變頻器輸出頻率fX，進(jìn)而控制電動機(jī)及水泵轉(zhuǎn)速n，以達(dá)到恒壓供水之目的。其調(diào)節(jié)過程是：當(dāng)供水壓力上升時供水壓力下降時的情況由同學(xué)自行分析。4控制電路(dinl)說明1控3供水系統(tǒng)控制電路如圖6-10所示。采用(ciyng)三菱FX2N系列PLC通

31、過(tnggu)信號處理器對變頻器實(shí)施控制。（1）PLC輸入點(diǎn)X2用于接受來自變頻器異常輸出端子A 的跳閘信號。X4、X6、X10分別用于1號、2號、3號泵的過載保護(hù)及報(bào)警。X5、X7、X11分別用于1號、2號、3號泵的自動運(yùn)行。 （2）PLC輸出點(diǎn)Y0用于控制變頻器的正轉(zhuǎn)STF運(yùn)行。Y2、Y3分別控制相關(guān)的接觸器對1號泵進(jìn)行變頻與工頻切換；Y4、Y5分別控制相關(guān)的接觸器對2號泵進(jìn)行變頻與工頻切換；Y6、Y7分別控制相關(guān)的接觸器對3號泵進(jìn)行變頻與工頻切換。（3）信號處理器信號處理器具有放大(fngd)和邏輯變換兩個功能。在這里，主要用于處理由傳感器檢測的實(shí)際壓力信號。壓力傳感器的反饋信號U11

32、與給定(i dn)信號U12相比較(bjio),經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后,輸入到PLC的輸入點(diǎn)X0。 經(jīng)PLC程序運(yùn)算后,由Y1送回信號處理器。再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換，由U0輸出到變頻器對其頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。與此同時，PLC根據(jù)偏差信號由Y2-Y7控制接觸器的切換動作。電路的工作過程是，當(dāng)工作方式開關(guān)SA撥到“恒壓”位置時，將實(shí)際壓力與給定壓力相比較，總管道出水壓力不足時，通過PID運(yùn)算控制水壓的上升，使水泵轉(zhuǎn)速上升，供水量增加。當(dāng)工作方式開關(guān)SA撥到“恒速”位置時，系統(tǒng)不考慮給定壓力值，而是將變頻器的頻率設(shè)置在050Hz之間的任意一個固定值上，水泵恒速運(yùn)行。6.4 變頻器在中央空調(diào)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用中央空調(diào)是現(xiàn)代公

33、共建筑不可缺少的設(shè)施。為賓館、商場和寫字樓等公共設(shè)施提供制冷服務(wù)，保持室內(nèi)溫度恒定。但因季節(jié)和晝夜變化，還有些公共設(shè)施因開放時間變化，需冷量具有明顯的不同。而傳統(tǒng)中央空調(diào)并不能監(jiān)測環(huán)境溫度的變化而調(diào)節(jié)自身的能耗，加之工藝設(shè)計(jì)，電機(jī)功率設(shè)計(jì)都有相當(dāng)?shù)母辉Ａ?，即液泵的流量和揚(yáng)程都大于實(shí)際所需。因此，對中央空調(diào)進(jìn)行變頻節(jié)能技術(shù)改造是降本增效的一條有效途徑。6.4.1 中央空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成中央空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成如圖6-11所示。1冷凍主機(jī)與冷卻塔 （1）冷凍主機(jī)冷凍主機(jī)也稱制冷裝置，是中央空調(diào)的制冷源，通往各房間的循環(huán)水由冷凍主機(jī)進(jìn)行內(nèi)部熱交換，降溫為冷凍水。（2）冷卻水塔冷凍主機(jī)在制冷過程中，必然會釋放熱量

34、，使機(jī)組發(fā)熱(f r)。冷卻水塔為冷凍機(jī)組提供冷卻水，冷卻水在盤旋流過冷凍主機(jī)后，帶走冷凍主機(jī)所產(chǎn)生的熱量，使冷凍主機(jī)降溫。2外部(wib)熱交換系統(tǒng)外部熱交換系統(tǒng)(xtng)由以下兩個子系統(tǒng)構(gòu)成：（1）冷凍水循環(huán)系統(tǒng)冷凍水循環(huán)系統(tǒng)由冷凍泵及冷凍水管路組成。從冷凍主機(jī)流出的冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管路，通過各房間的盤管和風(fēng)機(jī)，帶走熱量，使房間降溫。也就是房間的熱量被冷凍水所吸收，使冷凍水溫度升高。升溫后的循環(huán)水再經(jīng)冷凍主機(jī)制冷后又成為冷凍水，這樣循環(huán)不止。從冷凍主機(jī)出來的稱為“出水”流經(jīng)房間后回流到冷凍主機(jī)的稱為“回水”。顯然回水溫度高于出水溫度。（2）冷卻水循環(huán)系統(tǒng)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)由冷卻泵

35、、冷卻水管路及冷卻水塔組成。冷凍主機(jī)在進(jìn)行熱交換時，釋放出大量的熱量。該熱量被冷卻水吸收，使冷卻水溫度升高，冷卻泵將升溫的冷卻水壓入冷卻塔，使之在冷卻塔中散熱。然后再將降溫的冷卻水送回到冷凍主機(jī)，如此循環(huán)不止。流進(jìn)冷凍主機(jī)(zhj)的冷卻水稱為“進(jìn)水”，流出冷凍(lngdng)主機(jī)的冷卻水稱為“出水(ch shu)”，而且出水溫度要高于進(jìn)水溫度。（3）冷卻風(fēng)機(jī)安裝在冷卻塔上，用于降低冷卻塔中水溫加速出水散熱的風(fēng)機(jī)，稱為冷卻塔風(fēng)機(jī)。（4）盤管風(fēng)機(jī)安裝在房間內(nèi)，用于將冷凍水盤管的冷氣吹入房間的風(fēng)機(jī)，稱為盤管風(fēng)機(jī)。6.4.2 冷卻水系統(tǒng)變頻調(diào)速控制1系統(tǒng)的控制依據(jù)（1）溫度控制當(dāng)冷卻水出水溫度過高超

36、過規(guī)定限值37時，為有效地保護(hù)冷凍主機(jī)，整個系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行保護(hù)性跳閘。在出水與進(jìn)水溫度都很低時，也不允許冷卻水?dāng)嗔?。因此，在變頻調(diào)速時應(yīng)設(shè)置一個下限頻率，使冷卻泵在下限轉(zhuǎn)速運(yùn)行，而減少冷卻水流量?？梢?，根據(jù)從冷凍主機(jī)出來的出水溫度控制冷卻水的流量。是冷卻水系統(tǒng)變頻調(diào)速控制的依據(jù)。（2）溫差控制冷卻水從冷凍主機(jī)出來的出水溫度與進(jìn)水溫度之間的“溫差”t，最能反映冷凍主機(jī)發(fā)熱情況和體現(xiàn)冷卻效果。溫差t的大小，反映了冷卻水從冷凍主機(jī)帶走熱量的多少。因此，根據(jù)溫差信號t控制冷卻水流量，也將作為冷卻水系統(tǒng)變頻調(diào)速的控制依據(jù)。溫差大，表明冷凍主機(jī)產(chǎn)生熱量多，應(yīng)提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，加快冷卻水循環(huán)速度。溫差小，表明冷

37、凍主機(jī)產(chǎn)生熱量少，應(yīng)降低冷卻泵轉(zhuǎn)速，減緩冷卻水循環(huán)速度。通常，將溫差值定為一個理想范圍，稱為溫差目標(biāo)值。經(jīng)驗(yàn)(jngyn)表明，把溫差目標(biāo)值控制在35范圍(fnwi)內(nèi)是較為理想的情況，如圖6-12所示為目標(biāo)值的取值范圍(fnwi)。t表示溫差值，tA表示進(jìn)水溫度。當(dāng)進(jìn)水溫度低于24時，溫差的目標(biāo)值定為5度，當(dāng)進(jìn)水溫度高于32時，溫差的目標(biāo)值定為3度，當(dāng)進(jìn)水溫度在2432變化時。溫差的目標(biāo)值按圖中曲線自選整定。2冷卻水循環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)控制冷卻水溫度是隨環(huán)境溫度改變的，它并不能準(zhǔn)確地反映出冷凍主機(jī)產(chǎn)生熱量的多少。那么，溫差t顯然不可能恒定準(zhǔn)確。工程實(shí)踐表明，根據(jù)進(jìn)水溫度隨時調(diào)整溫差大小的方法是非?？?/p>

38、行的。這是采用了溫度與溫差控制相結(jié)合的控制方法。如圖6-13所示為冷卻水系統(tǒng)控制方案。當(dāng)進(jìn)水溫度低時，應(yīng)主要考慮節(jié)能效果。溫差的目標(biāo)值可適當(dāng)高一些。而當(dāng)進(jìn)水溫度高時，則必須保證冷卻效果，溫差目標(biāo)值可以放低些。如圖6-14所示為冷卻水系統(tǒng)溫差與溫度控制原理圖。其控制原理如下：（1）反饋信號在冷卻水管路進(jìn)水和出水口各安裝一個溫度傳感器，用以檢測冷卻水系統(tǒng)進(jìn)水和出水溫度。并通過溫度變送器將其溫差信號反饋到變頻器，與目標(biāo)信號相比較。（2）目標(biāo)信號目標(biāo)信號是與進(jìn)水溫度TA有關(guān)的，并與目標(biāo)溫差值成正比的數(shù)值。（3）調(diào)節(jié)過程將目標(biāo)信號與溫差信號送入變頻器，進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。若溫差大，說明冷凍主機(jī)產(chǎn)生的熱量大，

39、變頻器輸出頻率應(yīng)上升，提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，以增大冷卻水循環(huán)速度；溫差小，說明冷凍主機(jī)產(chǎn)生熱量小，變頻器輸出應(yīng)頻率下降，降低冷卻泵轉(zhuǎn)速，減緩冷卻水循環(huán)速度，從而滿足了節(jié)約電能的需要。6.4.3 冷凍(lngdng)水系統(tǒng)變頻調(diào)速控制1系統(tǒng)(xtng)的控制依據(jù)冷凍水系統(tǒng)變頻調(diào)速方案(fng n)中以以下兩個控制依據(jù)（1）壓差控制所謂壓差控制，就是以出水壓力和回水壓力之差作為控制依據(jù)。這是為了使最高樓層的冷凍水能夠保持一定壓力，如圖6-15所示。但這種控制方案存在一定弊端。方案中沒有把環(huán)境溫度變化考慮進(jìn)去，也就是沒有考慮冷凍水溫度和房間溫度等因素。也沒有考慮溫度、流量與轉(zhuǎn)速等節(jié)能問題。（2）溫度控制

40、冷凍水出水溫度通常是比較穩(wěn)定的。因此，單是回水溫度就足以反映了房間的溫度。在冷凍泵的變頻調(diào)速系統(tǒng)中，可以根據(jù)回水溫度進(jìn)行控制。也就是以回水溫度作為反饋信號。采用安裝在冷凍水系統(tǒng)回水主管道的溫度傳感器檢測回水溫度。當(dāng)回水溫度高于給定溫度時，說明房間里溫度較高。經(jīng)PID調(diào)節(jié)，變頻器輸出頻率上升，冷凍泵轉(zhuǎn)速提高，加快冷凍水循環(huán)速度，使室溫降低。反之，當(dāng)回水溫度低于給定溫度時，說明房間里溫度較低，經(jīng)PID調(diào)節(jié)，變頻器輸出(shch)頻率下降，冷凍泵轉(zhuǎn)速度下降，從而減緩冷凍水循環(huán)速度，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制。2系統(tǒng)(xtng)的控制方案（1）壓差(y ch)為主溫度為輔的控制以壓差信號為反饋信號進(jìn)行恒壓差控制。

41、而壓差的目標(biāo)值可以在一定范圍內(nèi)根據(jù)回水溫度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。當(dāng)房間溫度較低時，使壓差目標(biāo)值下降，減小冷凍泵轉(zhuǎn)速，提高節(jié)能效果。這種控制方案，既考慮了環(huán)境溫度因素，又提高了節(jié)能效率。（2）溫度為主壓差為輔的控制以溫度信號為反饋信號進(jìn)行恒溫控制，而目標(biāo)信號可以根據(jù)壓差信號大小作適當(dāng)調(diào)整。當(dāng)壓差較高時，說明負(fù)荷較重，此時應(yīng)該適當(dāng)提高目標(biāo)信號值，增加冷凍泵轉(zhuǎn)速，以保持最高樓層有足夠的冷凍水壓力。6.4.4 中央空調(diào)變頻調(diào)速的節(jié)能(ji nn)作用有關(guān)(yugun)資料表明(biomng)，我國現(xiàn)有電動機(jī)裝機(jī)總?cè)萘考s4億多千瓦，其用電量占當(dāng)年全國發(fā)電量的6070； 而風(fēng)機(jī)、水泵設(shè)備裝機(jī)總功率達(dá)1.6億千瓦，

42、年耗電量非常巨大，約占當(dāng)年全國電力消耗總量的13。應(yīng)用變頻器后，其節(jié)電率一般在2060，投資回收期l-2年，企業(yè)和社會經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。所以，大力推廣應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，不僅是當(dāng)前推進(jìn)企業(yè)節(jié)能降耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段，而且也是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長方式轉(zhuǎn)變和我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的必然要求。6.5 變頻器在起重設(shè)備中的應(yīng)用6.5.1 變頻調(diào)速起重設(shè)備系統(tǒng)的特點(diǎn)起重機(jī)械變頻調(diào)速系統(tǒng)是由變頻器和PLC及外圍電器設(shè)備組成。由PLC根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置和檢測參數(shù)控制起重機(jī)的起動、制動、停止、可逆運(yùn)行及調(diào)速運(yùn)行。可使起重機(jī)操作平穩(wěn)，提高運(yùn)行效率，消除起動和制動時所產(chǎn)生的機(jī)械沖擊。電氣設(shè)備故障率低，降低電能消耗，提高功率因數(shù)

43、。同時，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)過電流、欠電壓及輸入缺相等保護(hù)。還可以實(shí)現(xiàn)變頻器超溫、超載和制動單元過熱等自身保護(hù)。起重機(jī)械與其它傳動機(jī)械相比，對變頻器在安全和性能上有著更為苛刻地要求。近10年來，隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)日臻成熟，很多變頻器廠商相繼推出了專門針對起重機(jī)械的專用變頻器，使得起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)變頻調(diào)速更加方便可靠。1起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的基本結(jié)組成起升機(jī)構(gòu)是起重機(jī)械(q zhn j xi)的核心部分，它是由卷筒、鋼絲繩、減速機(jī)、電動機(jī)和吊鉤等組成。如圖6-16所示。2起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)(jgu)的轉(zhuǎn)矩分析在起升機(jī)構(gòu)中存在(cnzi)三種轉(zhuǎn)矩：（1）電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩TM電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩T

44、M即電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，它是主動轉(zhuǎn)矩，其方向可正可負(fù)。（2）重力轉(zhuǎn)矩TG重力轉(zhuǎn)矩TG是重物及吊鉤作用在卷筒上的力矩，其大小等于重物加吊鉤的重量與卷筒半徑的乘積 (6.1) TG 的方向永遠(yuǎn)向下。（3）磨擦轉(zhuǎn)矩T0減速機(jī)是靠磨擦轉(zhuǎn)矩傳動的，其傳動比很大，最大可達(dá)50：1。方向永遠(yuǎn)與運(yùn)動方向相反。3升降過程中電動機(jī)工作狀態(tài)（1）重物上升重物上升完全是電動機(jī)正向轉(zhuǎn)矩作用的結(jié)果。此時電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向與電磁轉(zhuǎn)矩方向相同，電動機(jī)處于電動狀態(tài)。當(dāng)重物接近吊裝高度降低頻率減速時，在頻率下降的瞬間，電動機(jī)處于再生制動狀態(tài)，其轉(zhuǎn)矩變?yōu)榉捶较虻闹苿愚D(zhuǎn)矩。使轉(zhuǎn)速迅速下降，并以低速重新進(jìn)入電動狀態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行，（2）輕載或空鉤

45、下降輕載或空鉤下降時，必須由電動機(jī)反轉(zhuǎn)運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩都是負(fù)值。當(dāng)通過降低頻率而減速時，在頻率下降的瞬間，電動機(jī)處于反向再生制動狀態(tài)，其轉(zhuǎn)矩是正方向的，以阻止重物下降。使得降速減慢，并重新進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。（3）重載下降重物因自身的重力下降時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速將超過同步轉(zhuǎn)速而進(jìn)入再生制動狀態(tài)，電動機(jī)是反轉(zhuǎn)下降，但其轉(zhuǎn)矩方向卻與旋轉(zhuǎn)方向相反，是向上的。此時，電動機(jī)的作用是防止重物因重力加速度不斷加速下降，而使得重物勻速下降。在這種情況下，磨擦轉(zhuǎn)矩也阻礙重物下降。所以，相同的重物在下降時的負(fù)載轉(zhuǎn)矩比上升時要小。6.5.2 起升機(jī)構(gòu)拖動系統(tǒng)的技術(shù)(jsh)要求起重機(jī)械的升降機(jī)構(gòu)(jgu)主要

46、是吊鉤，噸位較大的起重機(jī)通常配有主鉤與副鉤，下面以主鉤為例說明升降機(jī)構(gòu)對拖動系統(tǒng)的技術(shù)要求。1調(diào)速范圍(fnwi) 一般要求，調(diào)速比為 (6.2)如果要求調(diào)速范圍較大，可以 (6.3)本著“輕載快速，重載慢速”的原則，升降速度可隨負(fù)載重量變化而自動切換。2上升時的傳動間隙 吊鉤從地面或某一放置物體的平面提取重物上升時，必須先消除傳動間隙，將鋼絲繩拉緊。在無變頻調(diào)速系統(tǒng)中，這一檔速度稱為“預(yù)備級速度”。預(yù)備級速度不宜過大，否則會使機(jī)械沖擊力過猛而降低機(jī)械使用壽命。3制動方法吊鉤吊著重物在空中停留時，如果沒有專門的制動裝置，重物很難在空中長時間停留。因此，在電動機(jī)軸上應(yīng)加裝機(jī)械制動裝置。通常采用電

47、磁抱閘和液壓電磁制動器等。為確保制動器安全可靠，制動裝置均采用動斷式電器，在線圈斷電時制動器依靠彈簧力量將軸抱死，在線圈通電時釋放。4溜鉤問題在重物升降和停止瞬間，要求制動器必須和電動機(jī)緊密配合。由于制動器從抱緊到釋放，以及從釋放到抱緊的動作過程需要時間大約0.6s，而電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生與消失，是在通電和斷電瞬間立即反應(yīng)的。因此，應(yīng)該重視兩者之間的配合，如電動機(jī)已經(jīng)斷電，而制動又沒有抱死，則重物必將下降，即溜鉤現(xiàn)象。這種現(xiàn)象非但降低起重機(jī)所吊重物在空中定位，而且還會發(fā)生安全事故。5點(diǎn)動功能(gngnng)起重機(jī)通常需要在空中調(diào)整重物(zhn w)的位置。為此，必須設(shè)置點(diǎn)動功能。6電動機(jī)的選擇(x

48、unz)在對原有起重機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造時，對于原有的且較新的三相籠型異步電動機(jī)，則可以直接選配變頻器。如果原有電動機(jī)年久失修，可考慮選用變頻專用電動機(jī)。7變頻器的選擇在起重機(jī)械中。多數(shù)是帶載起動或停車，所以在升降速過程中電動機(jī)電流較大。所以，應(yīng)計(jì)算出對應(yīng)于最大起動轉(zhuǎn)矩及升降速轉(zhuǎn)矩時的電流。通常變頻器的額定電流IN由下式?jīng)Q定 (6.4)式中：IMN 電動機(jī)額定電流K1 所需最大轉(zhuǎn)矩與電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩之比 K2 變頻器的過載能力，通常取1.5 K3 系統(tǒng)裕度 通常取1.1值得注意的是，對于橋式起重機(jī)，主鉤與副鉤電動機(jī)不能共用變頻器，應(yīng)該另行選擇變頻器。8制動電阻估算在用變頻器控制起重機(jī)械時，應(yīng)該在直流制

49、動單元中外接制動電阻。但制動電阻的精確計(jì)算是比較復(fù)雜的。這里介紹的估算方法能夠滿足實(shí)際工程需要。（1）勢能負(fù)載的最大釋放功率等于以最高轉(zhuǎn)速勻速下降時的電動機(jī)功率，其實(shí)質(zhì)就是電動機(jī)額定功率PMN。（2）由于電動機(jī)處于再生制動狀態(tài)下，回饋的電能完全消耗在電阻上。因此，電阻的功率PRB應(yīng)該與電動機(jī)額定功率PMN相等。即 (6.5)（3）制動電阻接在變頻器的直流回路(hul)中，電壓為UD。阻值(z zh)可按下式計(jì)算： (6.6)（4）制動單元允許電流可按工作(gngzu)電流的兩倍計(jì)算。 (6.7)9再生電能的處理起重機(jī)械在重物下降時，電動機(jī)處于再生制動狀態(tài)，此時再生電能回饋到變頻器。如果處理不當(dāng)

50、，可造成變頻器損壞。近年來，很多變頻器制造廠商都研制出將直流電路中的泵升電壓回饋給電網(wǎng)的新產(chǎn)品或附件。其基本方式有兩種；（1）有源逆變器有源逆變器也稱回饋單元，如圖6-17所示。圖中RG為有源逆變器， P、N端子接變頻器的直流輸出母線端子P、N 。當(dāng)直流電壓超過限值時，有源逆變器將直流電壓逆變成三相交流電，回饋到電網(wǎng)中去。（2）直流反饋具有直流反饋功能的變頻器，可直接將多余的直流電能回饋到三相交流電網(wǎng)中，如圖6-18所示。圖中，二極管VD1VD6 組成三相全波橋式整流電路，與普通變頻器的整流電路相同。VT1VT6組成三相逆變橋式電路將過高的直流電壓逆變成三相交流電壓，并回饋給電網(wǎng)。 10公共(

51、gnggng)直流母線在起重機(jī)械中，由于變頻器數(shù)量多，將所有變頻器的整流部分作為公用，稱為(chn wi)公用直流母線方式，如圖6-19所示。采用(ciyng)公用直流母線方式驅(qū)動多臺變頻器，使系統(tǒng)電路形式更加簡潔、緊湊。 在起升機(jī)構(gòu)重載下降過程中，長時間的制動轉(zhuǎn)矩，其再生電能消耗，采用大量制動電阻來吸收，或?qū)⑵浠仞伒诫娋W(wǎng)。在圖6-19所示中，當(dāng)2個以上的機(jī)構(gòu)同時運(yùn)行時，若某一機(jī)構(gòu)傳動電動機(jī)M1處于再生制動狀態(tài)，其再生制動能量可經(jīng)直流母線直接供給處于電動狀態(tài)的電動機(jī)M2，在很大程度上提高了能量的再生利用率。公用直流母線系統(tǒng)通常由一個整流/有源逆變器加多個變頻器組成。整流/有源逆變器為各個變頻器

52、提供公共直流母線。當(dāng)電動機(jī)處于減速或重載下降并使直流母線電壓升高時，其逆變橋開始工作并將再生制動能量回饋至電網(wǎng)，從而使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可逆運(yùn)行。6.5.3 變頻器在起重機(jī)中的應(yīng)用實(shí)例分析1控制方案（1）控制方式為了確保起重機(jī)在低速時有足夠的轉(zhuǎn)矩，應(yīng)采用帶轉(zhuǎn)速反饋的矢量控制方式。在定位要求不高的場合也可采用無反饋的矢量控制方式。（2）起動方式為了滿足吊鉤及重物從地面(dmin)或某平臺上提升，需要先消除上升中的傳動間隙，將鋼絲繩拉緊，故采用S型起動方式為宜。（3）制動(zh dn)方式應(yīng)采用再生制動(zh dn)、直流制動以及電磁機(jī)械制動相結(jié)合的制動方式。（4）點(diǎn)動方式調(diào)整重物在空間位置，應(yīng)采用點(diǎn)動方式

53、。需要單獨(dú)控制，但點(diǎn)動頻率不宜過高。（5）調(diào)速要求變頻器調(diào)速是是無級的，完全可以采用外接電位器來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。但為了便于操作人員掌握，采用左右各若干檔轉(zhuǎn)速控制方式為宜。2電路分析某橋式起重機(jī)控制電路如圖6-20所示。系統(tǒng)采用日本安川G7系列變頻器 進(jìn)行調(diào)速控制。以變頻器為核心，結(jié)合PLC控制，使得控制電路簡單可靠。其控制電路具有以下主要特點(diǎn)：（1）按鈕SB1、SB2控制接觸器KM1，由KM1控制變頻器的電源；（2）PLC的輸出點(diǎn)Y4、Y5分別(fnbi)接入變頻器輸入端子S1、S2 ，控制(kngzh)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)及停車；（3）由接觸器KMB控制(kngzh)制動電磁鐵YB，KMB的動作是根據(jù)起

54、重機(jī)在升降或停止過程中的需要來控制的； （4）SA是操作手柄。在正、反兩個方向共設(shè)7檔轉(zhuǎn)速。反方向時采用接近開關(guān)SQR1作為限位控制，正方向時采用接近開關(guān)SQR2作為限位控制； （5）SQF1、SQF2是吊鉤最高限位控制開關(guān)；（6）按鈕SB3、SB4是作為正、反方向的點(diǎn)動控制；（7）采用旋轉(zhuǎn)編碼器PG測量電動機(jī)轉(zhuǎn)速，然后反饋給變頻器，作為有速度傳感器矢量控制方式的反饋信號。6.6 變頻器在電梯控制中的應(yīng)用電梯是一種垂直運(yùn)輸機(jī)械，目前廣泛用于住宅，商場等高層建筑中。電梯的種類大致可分繩索式電梯和液壓式電梯兩大類別。無論是哪一類電梯，基本上是采用變頻器進(jìn)行調(diào)速控制的。為了達(dá)到節(jié)電和改善系統(tǒng)控制品質(zhì)

55、及運(yùn)行效率目的，均采用了PLC與變頻器結(jié)合的最佳控制方法。6.6.1 電梯傳動系統(tǒng)組成1電梯基本構(gòu)成電梯驅(qū)動機(jī)構(gòu)如圖6-21所示。它是由轎廂、配重物體、導(dǎo)輪和曳引機(jī)等組成，其動力由三相異步電動機(jī)提供。為平衡載重量，鋼絲繩一端是轎箱，另一端是配重物體。配重物體的重量隨電梯載重量大小而定。計(jì)算方法是：配重的重量=（載重量/2+轎箱自重）45% 。 45%是平衡系數(shù)，一般取4550%。曳引機(jī)是用來調(diào)速、磨擦驅(qū)動曳引鋼絲繩以及(yj)停車時的制動。這種結(jié)構(gòu)的電梯載重量大，安全系數(shù)高。在電梯重載上下行以及輕載上下行時，為了滿足乘客(chngk)的舒適感和平層精度，要求電動機(jī)在各種負(fù)載下都有良好的調(diào)速性能

56、和準(zhǔn)確停車性能。2電梯工作(gngzu)過程（1）假定電梯位于某層且處于關(guān)門待行狀態(tài)，門外呼叫電梯，人進(jìn)入轎廂。經(jīng)延時或接到手動關(guān)門指令，電梯關(guān)門。（2）接受廂內(nèi)選層指令，判斷“上行”與“下行”。假定為上行方向，接通電磁制動器線圈，使其釋放。電梯按給定升速曲線上行。（3）在上行過程中,速度給定信號不斷地與反饋信號相比較，且不斷地進(jìn)行調(diào)整，使速度曲線盡量符合理想的運(yùn)行曲線，而達(dá)到平穩(wěn)運(yùn)行。（4）在上行過程中，轎廂位置傳感器PAD每經(jīng)過一個樓層就檢測到一個樓層信號，并且核對一下位置，更換一次樓層顯示數(shù)字。（5）在上行過程中，不斷地搜索呼叫信號。若搜索到呼叫信號且即將到達(dá)時，經(jīng)延時，轎廂開始減速運(yùn)行

57、，隔磁板插入平層傳感器，當(dāng)檢測到平層信號后，電梯進(jìn)一步減速，達(dá)到平層位置時，電梯停止運(yùn)行。（6）電磁制動器斷電抱閘，電梯停穩(wěn)并發(fā)出開門信號，電梯開門。3對升降速的要求乘客乘坐電梯舒適度主要取決于加速度的大小，為減小加速度，須采取以下幾點(diǎn)措施：（1）起動、制動必須平穩(wěn)，加速度一般控制在0.9m/s2 以下，并采用S形升、降速方式。（2）上下行的速度通常要求在30105m/min。（3）將要起動或停車時，在開始升速或減速時，有一種沖擊感，這是由于起動或制動轉(zhuǎn)矩過大造成的。為了消除這種感覺，在有些電梯專用變頻器中，增加了“S形轉(zhuǎn)矩控制模式”，在起動與停車時逐漸增加或減小轉(zhuǎn)矩，使乘客無沖擊感。4電動機(jī)

58、工作狀態(tài)（1）轎廂滿載轎廂滿載時，轎廂重量大于配重物體(wt)重量。當(dāng)轎廂上升時，電動機(jī)正轉(zhuǎn)，為電動狀態(tài)。當(dāng)轎廂下降時，電動機(jī)反轉(zhuǎn)，為再生發(fā)電狀態(tài)。（2）轎廂輕載(qn zi)轎廂輕載時，轎廂重量小于配重物體(wt)重量。當(dāng)轎廂上升時，由于配重物體重力作用，它將拉著轎廂上升，電動機(jī)正轉(zhuǎn)。這時實(shí)際轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速，處于再生發(fā)電狀態(tài)。當(dāng)轎廂下降時，電動機(jī)處于反轉(zhuǎn)電動狀態(tài)。5電梯變頻調(diào)速主電路電梯變頻調(diào)速主電路如圖6-22所示。（1）變頻器輸入側(cè)變頻器輸入側(cè)安裝的交流電抗器AL1和直流電抗器DL，用于減小高次諧波電流并提高功率因數(shù)。同時，也相應(yīng)減小了電源電壓不平衡所帶來的影響。為抑制高頻噪聲，輸入側(cè)

59、加裝了噪聲濾波器ZF1。（2）變頻器輸入側(cè)當(dāng)變頻器與電動機(jī)距離較長（超過20m）時，輸出側(cè)應(yīng)該加裝交流電抗器，以防止因線路過長增大的分布電容而引起的過電流。同時也加裝噪聲濾波器。（3）制動由于電梯在重載下降時，處于再生發(fā)電狀態(tài)。因此，有必要外接制動電阻RP和制動單元BV。同時，處于安全考慮有必要安裝電磁制動器YB。6控制電路特點(diǎn)（1）電梯運(yùn)行過程中，給定信號不斷地與速度比較，并且不斷地進(jìn)行速度校正，使之盡量接近理想的電梯運(yùn)行曲線。如圖6-23所示為理想的電梯運(yùn)行曲線。（2）設(shè)置位置檢測信號，隨時判斷轎廂當(dāng)前位置，并根據(jù)轎廂當(dāng)前位置、運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行方向(fngxing)以及接收到的呼梯指令來判斷

60、下一站要停的樓層。算出與當(dāng)前位置的距離，并根據(jù)當(dāng)前的速度來決定加速還是減速。（3）控制電路必須(bx)隨時搜索電梯當(dāng)前位置、速度信息、手動或自動信息、呼梯信息以及平層信息等。6.6.2 變頻調(diào)速電梯實(shí)例(shl)分析變頻器不僅具有良好的調(diào)速性能。而且可節(jié)約大量電能。如圖6-24為變頻調(diào)速電梯專用設(shè)備的電氣原理圖。下面以電梯變頻調(diào)速專用設(shè)備為例，說明變頻調(diào)速控制電梯的電氣傳動系統(tǒng)電路原理。1. 電梯(dint)電氣系統(tǒng)構(gòu)成（1）整流(zhngli)與回饋電路整流與回饋電路具有兩個功能，一是將電網(wǎng)(dinwng)三相交流電整流為直流電，向逆變器提供直流電源；二是在減速或制動時，將電動機(jī)再生電能回饋