变频器.docx
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变频器.docx
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变频器
成绩评定表
学生姓名
陶艳
班级学号
1003010606
专业
自动化
课程设计题目
工业锅炉鼓风机变频器调速系统
评
语
组长签字:
成绩
日期
20年月日
课程设计任务书
学院
信息科学与工程
专业
自动化
学生姓名
陶艳
班级学号
1003010606
课程设计题目
工业锅炉鼓风机变频器调速系统
实践教学要求与任务:
1控制要求
(1)工艺参数:
风量:
1875m3/h
(2)鼓风机参数:
型号:
9-19型离心通风机
额定风流量:
12749m3/h
额定风压:
14.8kPa
(2)电动机参数:
型号:
Y315S-2
额定功率:
110KW
额定频率:
50Hz
额定电压:
380VAC;
额定转速:
1470r/min
额定电流:
200A
(4)鼓风机电机的起动/停止、正转、调速控制。
(5)变频器采用远方控制方式。
(6)通过压力变送器测得实际风力大小,同时和风力给定组成闭环控制。
(7)变频器的运行状态指示(如运行、停止、过流、低压等)。
(8)变频器的报警处理。
2设计要求
(1)根据工业锅炉鼓风机变频器调速系统控制要求,选择变频器型号。
(2)选择其他电器设备型号。
(3)工业锅炉鼓风机变频器调速系统电气控制线路的设计(包括主回路和控制回路)。
(4)电气图按A4大小设计(CAD画图)。
(5)电气图形符号和文字符号要符合国家最新标准。
(6)变频器参数的设置。
工作计划与进度安排:
1、查阅资料一天
2、设计四天
3、实验操作四天
4、撰写报告及答辩一天
指导教师:
201年月日
专业负责人:
201年月日
学院教学副院长:
201年月日
摘要
变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。
20世纪60年代以后,电力电子器件经历了SCR(晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)、显示光电BJT(双极型功率晶体管)、MOSFET(金属氧化物场效应管)、SIT(静电感应晶体管)、SITH(静电感应晶闸管)、MGT(MOS控制晶体管)、MCT(MOS控制晶闸管)、IGBT(尽缘栅双极型晶体管)、HVIGBT(耐高压尽缘栅双极型晶闸管)的发展过程,器件的更新促进了电力电子变换技术的不断发展。
20世纪70年代开始,脉宽调制变压变频(PWM-VVVF)调速研究引起了人们的高度重视。
20世纪80年代,作为变频技术核心的PWM模式优化题目吸引着人们的浓厚爱好,并得出诸多优化模式,其中以鞍形波PWM模式效果最佳。
20世纪80年代后半期开始,美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器已投进市场并获得了广泛应用。
变频器的分类方法有多种,按照主电路工作方式分类,可以分为电压型变频器和电流型变频器;按照开关方式分类,可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器;按照工作原理分类,可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等;按照用途分类,可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。
VVVF:
改变电压、改变频率CVCF:
恒电压、恒频率。
各国使用的交流供电电源,无论是用于家庭还是用于工厂,其电压和频率均为400V/50Hz或200V/60Hz(50Hz),等等。
通常,把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。
为了产生可变的电压和频率,该设备首先要把电源的交流电变换为直流电(DC)。
用于电机控制的变频器,既可以改变电压,又可以改变频率。
1.题目及相关要求
1.1设计题目:
工业锅炉鼓风机变频器调速系统
1.2控制要求
(1)工艺参数:
风量:
1875m3/h
(2)鼓风机参数:
型号:
9-19型离心通风机
额定风流量:
12749m3/h
额定风压:
14.8kPa
(2)电动机参数:
型号:
Y315S-2
额定功率:
110KW
额定频率:
50Hz
额定电压:
380VAC;
额定转速:
1470r/min
额定电流:
200A
(4)鼓风机电机的起动/停止、正转、调速控制。
(5)变频器采用远方控制方式。
(6)通过压力变送器测得实际风力大小,同时和风力给定组成闭环控制。
(7)变频器的运行状态指示(如运行、停止、过流、低压等)。
(8)变频器的报警处理。
1.3设计要求
(1)根据工业锅炉鼓风机变频器调速系统控制要求,选择变频器型号。
(2)选择其他电器设备型号。
(3)工业锅炉鼓风机变频器调速系统电气控制线路的设计(包括主回路和控制回路)。
(4)电气图按A4大小设计(CAD画图)。
(5)电气图形符号和文字符号要符合国家最新标准。
(6)变频器参数的设置。
2变频器原理及结构设计
2.1变频器工作原理
变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源,以实现电机的变速运行的设备,其中控制电路完成对主电路的控制,整流电路将交流电变换成直流电,直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波,逆变电路将直流电再逆成交流电。
对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说,有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。
变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。
2.2变频器的结构
变频器最基本的三个环节:
整流电路,直流中间环节和逆变电路。
一般的三相变频器的整流电路由三相全波整流电路组成。
它的主要作用是对输入的工频电源进行整流,给逆变电路和控制电路提供所需的直流电源。
直流中间环节的作用是对整流电路的输出进行平滑,以保证逆变电路和控制电路能得到高质量的直流电源。
此外,由于电动机制动的需要,在直流中间电路中时还包括制动电阻及其他辅助电路。
逆变电路是变频器最主要的部分之一。
它的主要作用是在控制电路的控制下将平滑的整流输出直流电源转化成频率和电压可调的交流电源。
逆变电路的输出就是变频器的输出,他被用于实现异步电机的调速控制。
变频调速系统结构框图
2.3变频器控制方式
控制方式是决定变频器使用性能的关键所在。
目前市场上低压通用变频器品牌很多,包括欧、美、日及国产的共约5O多种。
选用变频器时不要认为档次越高越好,其实只要按负载的特性,满足使用要求就可,以便做到量才使用、经济实惠。
该变频器选用时要求带闭环控制,采用变频器的远方控制方式速比要求不能太大。
故变频器的控制方式选择为恒压频比的控制方式。
下表中参数供选用时参考。
控制方式
U/f=C控制
电压空间矢量控制
矢量控制
直接转矩控制
反馈装置
不带PG
带PG或PID调节器
不要
不带PG
带PG或编码器
速比I
<1:
40
1:
60
1:
100
1:
100
1:
1000
1:
100
起动转矩(在3Hz)
150%
150%
150%
150%
零转速时为150%
零转速时为>150%~200%
静态速度精度/%
±(0.2~0.3)
±(0.2~0.3)
±0.2
±0.2
±0.02
±0.2
适用场合
一般风机、泵类等
较高精度调速,控制
一般工业上的调速或控制
所有调速或控制
伺服拖动、高精传动、转矩控制
负荷起动、起重负载转矩控制系统,恒转矩波动大负载
2.4变频器的选择
2.4.1变频器的型号选择
因为负载是离心机,它对精度要求不高,灵活性要求高一些,故选用的变频器为MM430.
离心机属于大惯性负载,启动时很有可能会震荡,且在电机减速时有能量回馈。
故在选用变频器时要求选用容量稍大的变频器来加快启动、避免震荡并配合制动单元消除回馈的电能。
变频器选用功率为132KW。
综上所述,变频器选择MM430-132K/3。
其额定功率为132KW,额定电流为250A.
2.4.2变频器选用应注意的事项
1.采用变频器的目的:
恒压控制或者恒流控制。
2.变频器的负载类型:
如叶片泵或容积泵等,特别注意负载的性能曲线,性能曲线决定应用的方式方法。
3.变频器与负载的匹配问题:
(1)电压匹配:
变频器的额定电压与负载的额定电压相符。
(2)电流匹配:
普通的离心泵,变频器的额定电流与负载的额定电流相符。
(3)转矩匹配:
这种情况在恒转矩负载或有减速装置时可能发生。
4.在使用变频器驱动高速电机时,由于高速电机的电抗小,高次谐波增加导致输出电流增大。
因此用于高速电机的变频器的选型,其容量要稍大于普通电机的选型。
5对于一些特殊的场合,如高温、高海拔,此时会引起变频器的降容,变频器的容量要稍微放大一档。
2.4.3变频器抗干扰措施
(1)变频器的E端要与控制柜及电机的外壳相连,要接保安地,接地电阻应小于100Ω,可吸收突波干扰。
(2)变频器的输入或输出端加装电感式磁环滤波器。
以台达KG系列变频器为例(还有许多变频器品牌使用手册有规格提供),平性并绕3-4圈,有助于抑制高次谐波(此方法简单易行,价格低廉)。
若需进一步加强抗干扰效果,可选台达变频器专用的符合EMC标准的滤波装置。
(3)上述磁环滤波器还可根据现场情况加绕在变频器控制信号端或模拟信号给定端的进线上。
(4)装有变频器的电控柜中,动力线和信号线应分开穿管走线,金属软管应接地良好。
(5)模拟信号线要选用屏蔽线,单端在变频器处接仿真地。
(6)还可通过调整变频器的载频来改善干扰。
频率越低,干扰越小,但电磁噪声越大。
(7)RS485通讯口与上位机相连一定要采用光电隔离的传输方式,以提高通信系统的抗干扰性能。
(8)外配计算机或仪表的供电要和变频器的动力装置供电分开,尽量避免共享一个内部变压器。
(9)在受干扰的仪表设备方面也要进行独立屏蔽,市场上的温控器、PID调节器、PLC、传感器或变送器等仪表,都要加装金属屏蔽外壳并与保安地相连。
必要时,可在此类仪表的电源进线端加装上述的电感式磁环滤波器。
2.5变频器的参数设置
参数号设置值说明
P00101快速调试
P01000功率单位为KW;f的缺省值为50Hz
P0304380电动机的额定电压
P0305200电动机的额定电流
P0307110电动机的额定功率
P031050电动机的额定频率
P03111470电动机的额定转速
P07002变频器命令源选择为模入端子/数字输入
P10002模拟设定值
P108030电动机最小频率
P108250电动机最大频率
P112010电动机从静止停车加速到最大电动机频率所需时间
P112110电动机从最大频率减速到静止停车所需的时间
P13002控制方式为抛物线V/f控制
P39001结束快速调试
参数
参数说明
参数
参数说明
P0003=3
用户访问级别为专家级
P0731=53.B
数字输出1为电机频率已达上限输出
P0700=2
选择命令源,选择为端子启停
P0732=53.A
数字输出2为电机频率低于下限输出
P1000=1
频率设定选择为键盘设定
P0733=52.3
数字输出3为变频器故障输出
P1080=20Hz
限定电机的下限频率
P2200=1
闭环控制选择,PID功能
P1082=50Hz
限定电机的上限频率
P2231=1
允许存储P2240的设定值
P0004=22
参数滤过,选择PID应用宏
P2240=68%
键盘给定的PID设定值
P0701=1
数字输入1的功能接通正转/停车命令
P2253=2250
选择P2240的值作为PID给定值
P0756
(1)=2
模拟量输入2作为反馈0-20mA信号
P2264=755.1
PID反馈信号源于模拟通道2
P0757=4
模拟设定值X1的值
P2265=1s
PID反馈值滤波时间为1s
P0758=0
模拟设定值Y1的值
P2257=15s
PID设定值的斜坡上升时间为15s
P0759=20
模拟设定值X2的值
P2258=15s
PID设定值的斜坡下降时间为15s
P0760=100%
模拟设定值Y2的值
P2280=3
PID的比例增益系数
P2285=15s
PID的积分时间
P2274=0
PID的微分时间
MM430参数预置表
3.低压电器的选择
1.断路器
当变频器需要检修时,或者因某种原因而长时间不用时,将QF切断,使变频器与电源隔离。
当变频器输入侧发生短路等故障时,进行保护。
选择原则
(1)变频器在刚接电源的瞬间,对电容器的充电电流可达额定电流的2~3倍;
(2)变频器的进线电流是脉冲电流,其峰值常可能超过额定电流;
(3)变频器允许的过载能力为150%,1min。
为了避免误动作,断路器的额定电流
应选:
其中
为变频器的额定电流。
故选择断路器额定电流选择270A
2接触器
(1)主要作用:
可通过按钮开关方便地控制变频器的通电与断电;变频器发生故障时,可自动切断电源。
(2)选择原则:
由于接触器自身并无保护功能,不存在误动作的问题,故选择原则是主触点的额定电流
,应该大于188.2A,可以选择主触点额定电流为200A的接触器。
4.鼓风机闭环调速系统
工业离心风机的工作要求是指在特定的工作环境中,风机输出的风量随外界变化保持在设定的参数上。
这样,既满足工作要求又不让风机空转。
为实现控制目标采用闭环控制。
工业现场温度由温度传感器测得,变换成输入模拟反馈信号经A|D转换与PLC给定值比较,再经过D|A转换变成模拟量输出信号,通过变频器来调节风速。
系统组成简图如下:
自动控制系统组成框图
离心风机的风流量一定,故可以采用流量控制系统。
流量控制系统是指流体输送控制系统的控制目标是被控流量恒定或者随某一流体变化的系统。
主要扰动来自压力和管道阻力的变化,可采用适当的稳压措施也可将流量控制回路作为串级控制系统的副环。
风机的控制按出口压力不同可以分为送风机和鼓风机,其流量特性与离心泵相似,可以采用直接节流控制系统。
-
直流调节控制框图
5.变频系统设计
5.1系统主电路图和I\O分配表
5.2系统动作分析
1.合上开关,接通电源并在PLC中输入程序。
2将转换开关SA1拨向工频,按下电源接通按钮.鼓风机在工频状态下运行。
3当接收到压力信号需要鼓风机变频时,开关SA1拨向变频,鼓风机开始变频运行。
4通过开关SB2和SB3控制风机的正反转。
5故障处理时,工作人员将SA1拨向工频,输入继电器X0动作,控制系统进入工频运行同时Y5和Y6复位,停止报警
5.3变频器外部接线
变频器外部接线图
6.PLC程序设计
7.系统调试
7.1软件调试
软件调试主要指PLC程序的调试,包括错误校验、逻辑分析和控制要求合理性和正确性分析。
7.2硬件调试
硬件调试主要是各个装置的调试,包括变频器、传感器和PLC等电气装置的安装、连线和初始化。
检查是否断线、连接错误和设置错误等。
7.3软、硬件结合调试
软硬件结合调试是指装入设备投入运行前运行性能和安全性测试。
主要分为以下几部分:
(1)系统的启动/停止调试。
(2)系统的自动/手动调试。
(3)PLC控制系统现场调试。
(4)系统工作过程调试。
(5)在线监控、报警调试。
(6)系统安全性测试。
总结
在设计的过程中我学到了书本上所没有学到的东西。
只有理论,没有结合实际是很难做出东西的。
比如在调试的过程中,遇到问题往往是书本上的知识不能直接的解决的,只要在扎实的专业知识的前提下,我们才能把东西做好。
经过这次的课程设计,让我深深的感受到理论联系实践的重要性,平时在学习中不能够透彻理解的知识,通过动手,会有更好的认知。
本次课程设计虽然不长,但是它给我们带来了很多收获。
它使我意识到自己的操作能力的不足,在理论上还存在很多缺陷。
所以在以后的学习生活中,我会更加努力地加强理论联系实践的学习,在努力学好专业知识的同时努力加强自己的专业技能方面的能力,使自己的知识在实践中不断增长,在实践中锻炼自己,培养自己各方面的能力,不断提高自己的能力。
参考文献
[1]康美.变频器使用指南[M].北京:
化学工业出版社,2008
[2]黎冰.变频器实用手册[M].北京:
化学工业出版社,2011
[3]王树.变频调速系统设计与应用[M].北京:
机械工业出版社,2005
[4]李国厚.PLC原理与应用设计[M].北京:
化学工业出版社,2005
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