变频器的工程实践（精选9篇）
变频器的工程实践 篇1
摘要：变频器在工业领域的使用越来越广泛, 本文从实践的角度, 论述了不同领域和设备在变频器使用上的共性问题, 着重论述了变频器在实际应用过程中选择、安装、维护的常见问题和解决方法。
关键词：变频器,选择,安装,维护
0 引言
据统计, 工业用电中60%～70%的电量被电动机所消耗, 而这些电中, 又有约90%被三相交流异步电动机所消耗, 可见电动机用量之大。变频器的出现, 使得交流电动机调速困难、交变速设备结构复杂且效率和可靠性不尽人意的缺点得以改善。在我国, 变频器已在各行各业得到推广应用, 基于变频器的交流电机变频调速系统具有调速方便、体积小、噪声小、能耗低、保护功能完善、组态灵活、可靠性强、智能化、数字化、网络化、易维护等特点, 每年以20%的递增量在发展。因此, 合理的使用和维护变频器对自动化工程人员来说至关重要。
1 变频器的选择
1.1 品牌的选择
目前, 国内市场上的变频器品牌多达上百种, 应根据项目的预算, 项目要求和个人熟悉程度等多种因素综合考虑品牌和型号。就市场占有量来说, 日本的东芝、三菱、富士、松下等大公司是世界上重要的变频器生产厂家, 在我国有较大的市场份额;ABB、西门子、施耐德等欧美品牌也相继进入中国;LG、三星、现代重工等韩国的后起之秀也在争夺中国市场;当然, 国内的台达、台安、时代、康沃等公司也占有一席之地。总体而言, 欧美国家的产品以性能先进、环境适应能力强而著称;日本产品以外型小巧、功能丰富而闻名;我国港澳台的产品以功能简单实用而流行;大陆产品则以价格低廉、功能专用、简单而广泛应用。
1.2 类型的选择
工业中使用的变频器可以分为通用变频器和专用变频器两大类, 主要技术指标有:控制方式、启动转矩、转矩和转速控制精度、控制信号种类、速度控制方式、通信借口等等。变频器的操作方式灵活, 接口易和上位机通信, 从实际应用角度看, 中小型容量的变频器以U/f控制方式为主, 属于通用型变频器, 还有一类具有矢量控制功能的变频器, 性能好、价格高, 但价格也比U/f控制的要贵的多;而直接转矩控制方式的变频器动态性能好, 转矩控制精度高, 代表了当代变频器技术的最高水平。
1.3 其它应考虑的问题
1.3.1 选择合适的容量:
应以电动机的额定电流和负载特性为依据, 总的负载电流不超过变频器的额定电流, 频繁工作或重载时可增大容量。
1.3.2 考虑负载的类型:
根据实际负载, 存在恒功率负载、恒转矩负载、降转矩负载三种类型。风机类、泵类负载属于降转矩负载特性, 一般宜采用具有U/f恒压频比控制的变频器;提升机、吊车、注塑机、运输机、传送带、搅拌机等摩擦类负载和位能负载基本属于恒转矩负载, 采用具有转矩控制功能的高功能型变频器是比较理想的;金属切削机床的主轴和轧机、造纸机、薄膜生产线中的卷取机、开卷机等都属于恒功率负载, 可采用变极电动机与变频器相结合或者机械变速与变频器结合的方法实现。
1.3.3 专用变频器:
注塑机、抽油机、纺织机械、电梯、风机、水泵、空调、矿山机械等领域, 可选择在本行业有应用特长的专用变频器, 往往有意想不到的效果。
2 变频器的安装
2.1 墙挂式安装:
变频器与周围物体之间的距离应满足两个条件:两侧≥100mm上下≥150mm。
2.2 柜式安装:
单台变频器安装应尽量采用柜外冷却方式 (环境比较洁净, 尘埃少时) ;单台变频器采用柜内冷却方式时, 应在柜顶安装抽风式冷却风扇, 并尽量装在变频器的正上方;多台变频器安装应尽量并列安装, 如必须采用纵向方式安装, 应在两台变频器间加装隔板, 不论哪种方式, 变频器应垂直安装。
2.3 工作环境的要求:
为了保证安全可靠, 使用时应留有余地。一般, 变频器的工作温度应控制在0～40℃;运行中的环境温度允许值多为-10～50℃;周围环境的湿度推荐为40%～90%;安装场所的海拔高度为1000m以下, 海拔越高, 冷却效果越差, 由1500m开始, 每超过100m, 容许温升就下降1%。此外, 还应注意周围用电设备的电磁干扰和因雷击等自然因素引起的环境问题。
3 变频器的维护
变频器由许多集成芯片, 电子元器件等组成, 装置较为复杂, 寿命一般小于10年, 使用过程中不可避免的会出现各种故障, 正确的维护, 简单的检修可保证生产生活的正常进行。
3.1 变频器外部引起的故障
3.1.1 变频器的工作环境。
温度是影响电子器件寿命及可靠性的重要因素, 可安装散热装置并避免日光直射以避免温度过高;振动是对电子器件造成机械损伤的主要原因, 可安装在振动冲击较小的部位或者采用橡胶等避振措施;潮湿、腐蚀性气体及尘埃等会造成电子器件生锈、接触不良、绝缘降低而形成短路, 可对控制柜进行防腐防尘处理, 并采用封闭式结构。
3.1.2 外部的电磁感应干扰。
外部的电磁感应干扰可能会引起控制回路误动作, 造成工作不正常或停机, 严重时甚至损坏变频器。可采用以下方法抑制噪声干扰: (1) 采用屏蔽线回路 (2) 接地端子单独使用; (3) 缩短控制回路的配线距离 (4) 周围的继电器、接触器线圈上加装RC吸收器; (5) 输入端安装噪声滤波器。
3.1.3 电源异常。
为保证设备的正常运行, 对变频器供电电源也有相应的要求。如果附近有直接起动电动机和电磁炉等设备, 应和变频器供电系统分离, 减小相互影响。对于要求瞬时停电后仍能继续运行的场合, 除选择合适价格的变频器外, 还应预先考虑负载电机的降速比例。变频器和外部控制回路采用瞬停补偿方式, 当电压回复后, 通过速度追踪和测速电机的检测来防止在加速中的过电流。对于要求不能停止运行的设备, 要对变频器加装自动切换的不停电电源装置。
3.1.4 雷击、感应雷电。
雷击或感应雷击形成的冲击电压有时也能造成变频器的损坏。此外, 当电源系统一次侧带有真空断路器时, 断路器开闭也能产生较高的冲击电压。变压器一次侧真空断路器断开时, 通过耦合在二次侧形成很高的电压冲击尖峰。为防止因冲击电压造成过电压损坏, 通常需要在变频器的输入端加压敏电阻等吸收器件, 保证输入电压不高于变频器主回路期间所允许的最大电压。当使用真空断路器时, 应尽量采用冲击形成追加RC浪涌吸收器。如变压器一次侧有真空断路器, 因在控制顺序上应在真空断路器动作前先将变频器断开。
3.2 变频器内部引起的故障
3.2.1 参数设置引起的故障。
应多注意电动机参数、变频器控制方式和启动方式的设定等, 若发生参数设置故障, 可根据故障代码或产品说明书进行参数修改, 必要时可恢复出厂值, 重新设置。
3.2.2 过电流和过载。
如果变频器一上电就报过流故障, 可能是整流桥或逆变管损坏, 需予以更换;若去掉电动机不再报警, 可能是变频器和电机间存在断路;若运行中, 出现机械卡死、重载、加速时间设置过短或负载突变也有可能引起过流, 应从上述可能性逐一排查。
3.2.3 过电压和欠电压。
过电压主要体现为电机拖动大惯性负载或多电机拖动同一负载时由于负荷分配不均引起;欠电压主要由电源电压过低或缺相、一个直流母线上的电压过低或欠压检测元件出现问题引起, 可检查供电电压是否正常, 更换故障元件或维修相应检测电路
3.2.4 过热故障。
应注意变频器的环境温度, 尽量通风, 检查变频器风扇等。
4 结束语
不同厂家对变频器的操作方法设定略有差异, 但就其工作模式主要有面板操作模式和外部操作模式, 由于篇幅有限, 这里不再详述。要合理使用变频器, 应多参考变频器厂家提供的使用手册, 在实际应用中多积累经验。
参考文献
[1]吕汀, 石红梅.编.《变频技术原理与应用》.机械工业出版社.
[2]王廷才.主编.《变频器原理及应用》.机械工业出版社.
[3]何超.主编.《交流变频调速技术》.北京航空航天大学出版社.
[4]孟晓芳, 李策, 王钰.等编.《西门子系列变频器及其工程应用》.机械工业出版社.
变频器的工程实践 篇2
关键词： 企业需求 高职《变频器技术与应用》 企业需求 课程实践 教学改革
近年来，围绕高职《变频器技术与应用》课程实践教学改革方面展开诸多讨论，探讨当今企业在选拔这方面人才时的需求，在学校授课时具体课程实践应该做出什么样的调整，强调了教师在传授学生专业技能的同时还应该加强对他们人生观和价值观方面的培养，以及这些内容对于今后他们在企业发展的影响。
一、高职《变频器技术与应用》课程实践教学存在的问题
1.学生就业意识不明确
在不少企业中出现这样的现象：刚毕业进入企业的高职生在职业意识和职业习惯方面存在不足之处。学生可能对专业知识感兴趣，但是对毕业之后的工作内容却没有很清晰的认识，这就导致许多学生在工作后跟不上企业节奏或经常出错。部分学生对于自己的职业生涯没有准确的认识，只是凭借自己单方面的想象构思自己将来的工作环境和内容，没有理性地认识到这些问题，对于在企业所就职的岗位并没有明确的意识。
2.学生专业技能知识不全面
不少学生在工作后发现，在学校学习的元器件、PLC、变频器等专业知识，在实际工作中不太用得到，或者是自己不具备解决问题的能力，综合考虑问题的能力还很欠缺。处理具体的问题时，思路有局限性，不能将潜在因素考虑其中，通过对《变频器技术与应用》这门课程的学习和实践操作，要求学生应该对在校期间所学的知识内容充分理解与消化，出现问题能够作出全面系统的分析，并给出解决方案，但是目前很少有学生具备这样的能力。
3.实践能力薄弱
一些学生在进入企业后显得缩手缩脚，不敢上机操作，缺乏自信心和实际动手能力。这个问题是由于学生在校期间关于实践课方面没有用心学习，有些学生是因为不懂如何操作，有些学生是因为潜意识里不重视实践课，过后也不怎么思考，这些想法导致学生后来进入企业后对专业理论不熟悉，实际操作能力差。
二、企业需求分析
现如今，企业之间的竞争愈发变得激烈残酷，所以企业在为自己挑选人才的时候有着很严格的标准，企业更需要有强烈进取心及责任感的人，有良好的组织才能，对专业理论知识理解透彻，遇到问题能够独当一面，具有很强的动手能力和善于学习总结的能力。这样的人才进入企业后会快速成长，为企业带来效益的同时也实现自己的价值。
三、高职院校具体改革措施
1.根据企业需求改变教学内容
高职教育主要培养高素质技术人才，所以对《变频器技术及应用》这门课的教学内容要求应从以下方面考虑：培养学生勤于思考、踏实认真的良好作风;在社会能力方面，培养学生分析、解决问题的能力;在专业职能方面，要求学生掌握变频器的工作原理、规范的操作方法和技术指标，培养学生能够独立根据具体要求完成变频器相关的安装调试及设置参数的能力。教学内容还要依据企业发展需求，选取具备完成企业实际工作任务所需的知识、素质的教材。重点应该包括变频器的制造、维修及应用等内容。采用好的教材，适当运用灵活的教学方法，合理组织优化教学内容。
2.提升师资水平
教师的教学水平及综合能力能够保证培养的学生具备职业能力。随着社会的发展，自动化技术的发展速度飞快，变频器在自动化技术中占据重要地位。近年来，关于变频器的新产品和新技术越来越多，学校要组织师生参加由挂架教育部门组织的教师培训，开阔教师的视野，提升教师的理论水平，增长教师的专业知识，提高教师的业务素质，利用假期时间组织师生去相关单位进行实践，学习新知识、新技能，了解企业的用人需求，促进教师综合能力的提高。此外，在校期间培养学生良好的职业习惯有助于他们在企业中的发展。教师在上《变频器技术与应用》实践课时，在进行实际操作时让学生就各种问题发表看法，并且通过实际行动解决，增强他们的动手操作能力，并且及时对问题进行总结，久而久之，这种良好的习惯就会得到培养，尤其是今后当他们从事这种技术性和操作性极强的工作时，更需要及时地总结经验，在技术上不断地加以改进，方能取得快速进步。
3.加强对学生素质、合作能力及价值观的培养
高等职业院校在传授学生专业知识与技能的同时，也要加强对学生的素质和价值观等方面的培养，他们为社会输送大批人才，企业需要的是高素质技能型人才，在校期间，学校应注重学生素质方面的教育，使学生树立正确的价值观。学校通过学生的入学教育、社会实践及平时的各种活动及讲座等方式对学生进行政治方面的教育，加强学生文化素质及专业素质的教育。对于变频器的教学，教师可以让学生分组进行实践和讨论，锻炼他们的团队协作能力，在提高效率的同时也让学生明白在工作中与同事相处的方式，让学生得到全方位的发展。
学好《变频器技术与应用》这门课有利于学生实践操作能力的提高，能使学生以后更快地适应企业。基于企业需求对《变频器技术与应用》课程实践教学的改革，能够让学生在进入企业之前就具备过硬的专业知识和动手操作能力，能够快速适应企业的工作，在今后的工作中为企业发展贡献力量。
参考文献：
[1]杨明.推进高职变频器应用技术实践教学的探讨[DB].http：//www.zytxs.com.
[2]郭平，陈平，陈宇燕，等.高职《变频器应用技术》教学改革实践[J].大众科技，2014，（11）.
变频器的工程实践 篇3
1 煤矿机电工程中变频技术的原理概况
在实际的煤矿机电工程中, 煤矿生产机械在正常运行的时候不需要在满负荷的情况下进行长时间工作。因此, 在满足机械正常动力的条件下, 煤矿机电工程应该尽量减少机械的耗电量, 将变频技术应用与煤矿机电工程中能够实现节能减排的要求。变频技术是一项包含多种机械技术的综合技术, 包括数控技术、电机传动技术和电力电子技术。一般而言, 变频技术是在机械中设置半导体构件, 使工频电流信号转化为其他频率, 再将此工频交流点转化为工频直流电, 最后使用逆变器控制直流电及其电压, 从而达到对机械设备进行无极调控的目的。总而言之, 将变频技术应用到在现代煤矿机电工程中就是利用电流频率和电机转数之间的增长联系, 通过对直流电进行控制并调节电机转动速度, 使电机能够稳定工作, 提高煤矿机电设备的工作效率, 减少机电设备对能源造成的浪费。
2 变频技术在煤矿机电工程中的应用
在现代煤矿机电工程中, 许多机电设备都应用了变频技术, 使用变频技术既可以控制调节机电设备的工作状态, 又可以利用现代数控技术对机电设备进行远程控制并且对其进行智能操作。
2.1 变频技术在提升机中的应用
在现代煤矿机电工程中经常会使用到提升机, 提升机设备主要起运输作用, 其主要职能是将矿场中的工作人员和煤矿运送到指定地点。由此可见, 提升机在煤矿生产的过程中占有非常重要的地位。但由于煤矿生产工作的速度会随着开采速度而变化, 工作人员需要对煤矿提升机设备的提升速度进行频繁的调整, 而且需要经常开启和关闭提升机。在传统的煤矿机电工程中, 煤矿提升机的调速控制原理是在电机控制电路中加入金属电阻元件, 通过调节电阻大小以调整提升机的转速。这种传统的电机调速装置不仅耗电量大, 而且会产生多余的热量, 对提升机设备造成损坏, 而且传统电机调速装置的调速范围十分有限, 而且调节速度的精确度也较低。特别是操作人员在控制提升机下降时还需要额外使用制动装置对提升机下降速度进行辅助控制, 加大了能源的浪费;同时, 会使煤矿生产过程产生危险。而在提升机中应用变频技术, 可以从根本上解决传统变速装置能耗大的问题, 使提升机在运行时保持平稳, 进而消除煤矿生产过程中的安全隐患。在提升设备中应用变频技术可以很大程度减少使用继电器, 减少企业维护电路所需要的费用。同时, 使用变频技术能够更为精确地控制和调节提升机的运行速度, 变频技术可以通过修改电路命令来改变煤矿提升设备的系统功能。通过使用变频技术能够使提升设备的下降方式转变为通过机械摩擦控制提升机的下降速度, 从而降低对设备的磨损, 延长了提升机的使用时限。
2.2 变频技术在皮带设备中的应用
在煤矿的开采和生产的过程中, 皮带设备正常运行所需的功率比提升机设备更大。皮带设备在煤矿的生产工作中起到了传输功能, 其工作原理是通过设备的运转将皮带上的煤矿运送到工程指定地点;其运行原理是通过轮毂与皮带之间的相互摩擦从而使皮带设备正常运行。皮带设备需要非常大的启动电流来能实现运转, 目前我国的煤矿机电工程中普遍采用液力耦合设备对皮带设备进行软启动, 在皮带设备软启动时需求的启动电流大, 不仅会造成电路中的电压造成较大压力, 还会对皮带设备中零件造成严重的损伤。液力耦合设备在运作过程中会产生较多热量, 使皮带设备内部的温度过高, 最终增加设备机械的磨损;同时, 对设备运行造成安全隐患。在皮带设备中应用变频技术, 不但能够取代液力耦合设备对皮带设备进行软启动, 而且让皮带设备在启动、运行以及停止过程中保持稳定, 提高了皮带设备的能源利用率。
2.3 变频技术在煤矿风机中的应用
随着我国工业技术水平的不断提高, 矿井通风的设计方案种类较多, 如在煤矿开采工程中期, 主要通过调整煤矿风机的不同方位来保障矿井通风, 但实际操作步骤较多, 且容易对煤矿风机造成不必要的磨损, 这在很大程度上加大了煤矿工程的维修量和维修难度。此外, 传统风机的使用频率不高, 会造成资源浪费, 这也在一定程度上影响了煤矿机电设备的有效利用率。通过将变频技术应用在煤矿风机中, 可以有效解决煤矿开采时的通风问题, 避免工作人员重复更换煤矿风机, 且具有良好的节能效果。例如, 煤矿开采和生产过程中, 只需要一台风机即可有效对矿井进行通风, 且操作也十分的方便。
2.4 变频技术在煤矿空气压缩机中的应用
一般而言, 煤矿风动机电设备的运行需要利用空气压缩机和交流电机, 所以长时间处于全速工作状态。目前, 空气压缩机都采用上、下两点式控制, 也就是说交流电动机在工频运行状态下, 若空压机气缸压力达到预设值上限, 空压机关闭进气阀, 则不产生压缩气体, 电动机此时为空载;若压力下降至预设值下限, 空压机打开进气阀, 产生压缩气体, 电动机此时为重载。根据煤矿机电工程实际操作情况, 煤矿实际用气量与产气量很难达到一致, 往往致使空压机频繁加载、卸载, 对电网、电动机和空压机造成损害。由于变频技术具有控制精密度高、易操作以及不需要维护等优点, 所以应用于普通电动机中可以进行调速, 并且在空气压缩机拖动负载过程中不需要进行改动, 但针对不同煤矿企业的生产工艺要求, 应当对空气压缩机转速进行适当的调整。使用变频器驱动的方式, 能够从根本上改变传统空气压缩机加载和卸载供气的控制方式, 通过调整电机用气量进对转数进行自动调控, 确保空气压缩机能够稳定运行, 减少空气压缩器的启停次数。
3 结语
近年来, 随着我国变频技术水平的不断提高, 变频技术被应用于煤矿机电工程中的各种机电设备中, 其节能效果良好, 且调速性能也十分稳定, 能够提高机电设备的使用寿命。
摘要：随着我国工业技术水平的不断提高, 现代煤矿机电工程的建设水平也随之提高。变频技术作为煤矿机电工程中的一项重要技术, 不仅能够有效为煤矿机电工程节约能源, 还能够提高机电设备的运行管理效率。因此, 变频技术被广泛应用于煤矿机电工程中, 本文通过分析变频技术的原理, 探讨变频技术如何应用于现代煤矿机电工程。
关键词：变频技术,煤矿机电工程,应用,原理
参考文献
[1]王大雷.变频技术在现代煤矿机电工程中的应用实践[J].硅谷, 2014, 21 (1) :104, 100.
[2]冯刚, 李建国.变频技术在现代煤矿机电工程中的应用实践[J].电子技术与软件工程, 2014, 17 (20) :126.
[3]曹宏伟.变频技术在现代煤矿机电中的应用[J].中国高新技术企业, 2015, 28 (10) :67-68.
[4]吕晓伟.现代煤矿机电工程中变频技术的应用研究[J].科技创新与应用, 2015, 22 (18) :119.
[5]冯刚李建国.变频技术在现代煤矿机电工程中的应用实践[J].电子技术与软件工程, 2014, 20 (7) :126.
变频器的工程实践 篇4
1.1 变频调速的基本控制方式
异步电动机的同步转速即旋转磁场的转速为:nl = 60f1/ np
式中:nl-同步转速;f1-定子频率(HZ);np-磁极对数。
异步电动机的轴转速为: n=n1(1-s)= 60f1/ np(1-s)(1)
式中s-异步电动机的转差率,s=(n1-n)/n1改变异步电动机供电电源的频率P,则可改变同步转速,实现调速运行。
根据流体力学原理,水泵的流量Q、总扬程H、轴功率P有下列关系:Q/Qo=n/no(2);H/Ho= (n/no)2 (3);p/po= (n/no)3(4)
式中,n0為基准转速;n为运行转速;Qo为no时的流量;Q为n时的流量;Ho为no时的扬程;H为n时的扬程;po为no时的功率;p为n时的功率。
由以上4式看出,通过控制电机输入电源频率,可以实现控制水泵转速、出水量、出口压力、轴功率的目标,起到节水节能的效果。
1.2变频调速节能原理
对于实际的泵负载,通常存在一个与高低差有关的实际扬程,在进行变频调速运行时必须注意。根据泵的H-Q特性和P-Q特性,在实际的运行点应由管路阻抗曲线与H-Q特性的交点决定。例如,80%时的运转点不在高点,而是低点。轴功率也要考虑同样问题,即工作点不是转速立方曲线直接相交。亦即当实际扬程越大,在相同的转速下(此处为80%)流量减少的比例也越大,使转速调节范围变窄,从而使节电效果变小。
当流量从高点变为低点时,对于阀门控制通过关小阀门使阻抗曲线发生变化,则工作点由高点转移到低点。若改用转速控制,则在同一阻抗曲线上从高点转移到低点。在阀门控制时由100%速度的高点转移到低点;则减少很小的耗能。而转速控制时,在由实际扬程决定的功率特性上由高点转移到低点,与阀门控制相比可获得相当于高至低大小的节电效果。而泵采用变频调速时,轴功率随实际扬程变化的时。实际扬程越小,轴功率越接近理想的立方关系曲线,由于调速而产生的节电效果也越大。
2.变频调速技术在农业灌溉改造工程中的应用
2.1 变频调速技术在农业灌溉中应用的优势
2.1.1 传统农业灌溉方法的弊端 水泵和配套电机功率大小是根据所需灌溉面积和灌水定额来选择的,水泵运行后,电机就全速运转,不能进行电机转速调整和流量控制。在实际的农业生产灌溉中,田间(包括经济物旱地)的需水量是根据农作物生长时节的变化而不同的。在通常的农业灌溉中造成了能源的极大浪费。其次,作为农业灌溉的泵站根据田间灌溉种类的不同,水泵规格也就不尽相同。有轴流泵或离心泵灌溉,又分为水泵是无压渠道灌溉和有压管道灌溉,特别是在有压管道灌溉时,常规采用调整阀、回流阀、截止阀等节流设备进行流量、液位、压力等信号控制。这样,不仅造成了大量的能源浪费和管路、阀门等密封性能的破坏,还加速了泵腔、阀门的磨损和气蚀,严重时损坏设备。农业灌溉多采用异步电动机三角皮带驱动或直接驱动方式运行,存在启动电流大、机械冲击、电气保护特性差等缺点。不仅影响设备使用寿命,而且当设备出现机械故障时,不能瞬间动作保护设备,经常出现泵损坏,甚至烧毁的现象。
2.1.2 使用PWM变频调速技术的优势 采用PWM变频调速技术后,可根据实际灌溉需求进行电机转速控制,以满足农作物、经济作物不同季节,不同时段的供水需求,达到最大的节能效果。该技术采用软启动和软停机方式控制电机运行,减小了对泵腔、管路和阀门的损坏,从而延长其使用寿命。同时,该技术具有过流、过压、缺相、短路等多种保护功能,切实保护水泵和电机不受损坏和烧毁。
2.2 水泵变频调速的控制原理
2.2.1 变频控制功能在农业灌溉中有多种灌溉方式 不同的灌溉方式所需的压力是不同的,但在同一种灌溉方式中一般采用恒压供水系统。所谓恒压供水,是 在保持水泵扬程恒定的前提下,通过改变转速达到调节流量的目的。(流量恒定时,转速从高到低时,流量从某流量减少到相应的流量)。农业灌溉中,在供水系统中设置多压控制电路,控制电路可以按照农业生产对应的喷灌、微喷灌、滴灌等多个压力需求设定,在农业生产灌溉时,控制电路按灌溉方式要求不同,可以设定不同的压力值,压力值控制电路自动转换到相应工作压力,使系统达到恒压供水方式,达到节电节水灌溉的目的。
2.2.2 恒压功能根据不同的灌溉方式确定管网压力 当检测压力大于设定压力时,变频控制系统将输出电源频率下调减少,水泵转速降低,出水量减小,管网压力下降。反之,变频控制系统将输出电源频率上调增大,水泵转速升高。出水量增大,管网压力升高。通过PID调节使检测压力和设定压力平衡,即达到系统恒压运行。
基于变频器的工程测控系统 篇5
许多工程测控类实验都是由泵类负载系统构成，通过对被测对象加压，从而测得某种位移量与压力值的关系。传统的测控实验完全由人工来操控，加压过程难于控制，目标压力也无法精确稳定，而依赖于人工测量的测量值精度更是无法保证。因此，如能研制出一套全新的测控仪器，将大大提高工程测控试验的可控性和精度。
随着变频技术的不断发展和完善、可靠性的不断提高，以及微电子技术和电力电子技术的飞速发展，其相关器件的价格也趋于低廉，由变频调速系统和单片机系统组成的测控仪器(以下简称变频调速测控系统)的使用越来越广泛[1,2]。因此，许多泵类负载越来越多地由传统固定转速拖动改为变频调速拖动。
传统的力学测控系统一般都是通过普通三相交流电机带动液压泵加压，在加载到目标载荷的过程中，电机一直以满速状态运行，当压力逼近目标载荷时，控制电机的通断电时间以点冲的方式来实现最后阶段的趋近。这种加压方式无法精确加载，压力不容易控制，得到的实际压力往往与目标载荷相差甚远，而且频繁的启/停对电机和供电系统都有很大损伤。采用变频器的测控系统相对而言具有非常明显的优点：能平稳地加载到目标载荷，加载压力得到较精确的控制，整个实验过程更加完善和可靠[3]。
本研究介绍一种用于实际工程测控设备中的变频测控系统。
1 系统构成及原理
在工程应用领域里，测控仪器一般由两大部分组成[4]，即数据分析处理与显示系统和测控系统，其组成如图1所示。
数据分析处理与显示系统通常称为上位机，大都采用计算机，通过不同的方式获得测控器采集的数据，并根据实际要求对数据进行分析处理后，生成各种表格和图形。
测控系统通常称为下位机，一般采用单片机或DSP，通过对给定值和反馈值的比较，用PID的控制方式实现对控制对象的控制，同时通过传感器采集各种需要采集的信号并传给上位机。
变频调速测控系统通常由测控器、传感器、变频器等组成，其组成如图2所示。
2 测控器
2.1 系统组成
测控器由C8051F系列单片机和变频器构成。该系统采用电压频率设定器来控制输入电机频率。单片机输出D/A 0～10 V来控制变频器的频率，单片机控制继电器组的接通和断开来控制变频器的运行。接触器MC用于将变频器的输出端接至电动机，热继电器FR用于对电动机进行过载保护。压力传感器与位移传感器分别通过A/D转换模块将信号传给单片机，单片机进行相应计算处理后，通过RS485通讯模块与上位机通讯，上位机给出新的控制频率值，由单片机输出合适的D/A信号来调节变频器的频率。
典型的力学变频测控系统结构图如图3所示。
2.2 工作原理
下位机以C8051F系列单片机和变频器为核心控制器，油压传感器和位移传感器作为输入，变频器作为执行器，其输出0～10 V对应控制电机的停止到满速状态。在实验中，油压传感器采集到的被测对象所承受的压力，得到对应的模拟信号，单片机系统的A/D模块将其转换成数字信号，进入单片机。同时，位移信号也以同样的方式进入单片机。单片机按照数据协议将压力信号和位移信号整合在一条通讯信号中，并通过与之连接的RS485模块传送给上位机。
在上位机控制软件上，本研究采用VC++编写的程序，以串口通讯的方式与下位控制器通讯。按照测试规范来完成加载，在实验过程中，系统实时对压力、位移等值进行监测判断，一旦发生异常情况，便停止供油加压，并在显示器上指示出故障形成，以帮助用户排除故障。
3 系统软件设计
传统的测控设备完全由人工操作来控制加压过程，没有软件与控制算法可以借鉴。本研究通过对原测控试验反复分析并多次实验，得出一种全新的控制算法，能够平稳、智能地完成加压过程。
该系统软件采用模块结构设计，主要由上位PC机、下位单片机和通信模块组成[5]。其中，PC端模块主要完成对压力、位移等测量值的实时显示以及变频器的控制，另外，包括特定曲线的生成[6];通信模块实现PC机与单片机间的数据传输;单片机模块则完成定时采样和控制电机转速。
系统控制算法程序图如图4所示。
图4中，P0,P1分别表示t0时刻和t1(t1>t0)时刻采集到的压力值，P为目标压力值，Δt=t1-t0,f1表示t1时刻的变频器频率值，f表示计算后再次传给下位机的频率值，Δf(特定值)表示每次调整增加或减少的频率值，考虑到本研究的系统中采样和控制频率较高，通常，Δf选取较小值即可，能很好地满足系统控制精度的要求。另外，该测控系统要求匹配不同的液压系统，因此若选用PID算法对于不同的液压系统需要不同的对应参数，达不到适应性要求。K1和K2为百分比例系数(0
该系统控制算法经由多次实验分析得出，其通过控制压力的加速度来控制加压过程，适用范围非常广。无论目标压力高或低，均能控制其在相同时间内达到，提高了系统的适应性与快速性。
4 抗干扰性设计
变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器产生干扰，而且会产生高次谐波，这种高次谐波会通过供电回路进入整个供电网络，从而影响其他仪表[7,8]。如果变频器的功率很大，占整个系统25%以上，则需要考虑控制电源的抗干扰措施。本研究的单片机系统和变频器组成的测控系统抗干扰设计尤为重要，单片机和变频器都工装在同一个壳体当中，因此抗干扰效果将直接影响到测控系统的可用性。
4.1 硬件的抗干扰设计
本研究开发的变频调速测控系统全部封装在壳体中，由于其工装的特殊性，无法对单片机单独供电，只能从同一电网中引出电源对其供电，这就使得该系统无法从单独供电这方面来进行抗干扰设计，只能考虑其他的措施：
(1)设置滤波器。通过使用滤波器可以阻止干扰信号沿电源线传输并进行阻抗变换，使干扰信号不能通过地线传输而被反射回干扰源。本研究在变频器输出侧设置输出滤波器，吸收谐波和增大电源或负载的阻抗，达到抑制谐波的目的。
(2)屏蔽。屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效的方法。变频器本身可以用铁壳屏蔽，不让其电磁干扰泄漏。为使屏蔽有效，屏蔽罩接地。另外，单片机也用铁壳封装，大大降低其受到的干扰。施工时将铁壳、电缆屏蔽层、电机外壳三者连接在一起。
4.2 软件的抗干扰设计
该测控系统接收到的信号将传送给上位机，由上位机控制软件进行分析处理。本研究在对反馈的信号进行分析处理时，对数据进行严格的筛选，过滤掉那些不正常的数据。同时，基于采集频率高的特点，本研究对数据进行适当的软件滤波取平均，提高了数据对瞬时波动的抗干扰性。
通过软件抗干扰，该系统测量数据的稳定性大大提高，与此同时并没有延迟数据的实时性显示。
5 结束语
本研究介绍了一种用于工程测控设备中的变频测控系统，并对该系统的组成和工作原理，以及其硬件设计、软件设计和抗干扰3个方面进行了研究。
本研究开发的测控系统能很好地满足测试规范要求，相对传统的测试系统具有不可比拟的优点：大大提高了电动机轻载时的效率，实现了节能的目的;通过变频器实现了无级调速，以及电动机的软启动、软停车，使系统的控制精度高、动态性能好，大大减少了电和机械的冲击，从而改善了运行性能[9,10];其测量值精度相比传统的人工测量，由原来的毫米级精度至少提高了10倍以上，达到了百微米级，使得实验结果更加科学与可靠。
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变频器的工程实践 篇6
宁夏华能大坝发电有限责任公司3、4号机组共10台给煤机,每台给煤机配备ABB公司生产的ACS800-01-0009型变频器,额定电压380V,额定电流13A,低压跳闸值为247V(0.65U1min),适配电机额定功率4k W。在实际使用过程中,因为电网发生低电压穿越或备自投切换时,厂用电电压瞬时或短时低于变频器低电压保护整定值,造成给煤机变频器低压保护动作,变频器闭锁输出,所有给煤机停运,引起MFT动作,给电网和机组安全稳定运行带来隐患。
根据《大型发电机组涉网保护技术管理规定》Q/GDW1773-2013标准规定要求“电网发生事故引起发电厂高压母线电压、频率等异常时,电厂重要的辅机保护不应先于主机保护动作,以免切除辅机造成发电机组停运”,同时为了满足西北网调关于《大型汽轮发电机组一类辅机变频器高、低电压穿越技术规范》中对一类辅机变频器低电压穿越能力的要求,对3、4号炉A-E给煤机安装了VRT-380A型低电压穿越装置。
1 设备现状
给煤机变频器跳闸主要有两个原因:变频器功率回路(变频器动力部分)和控制回路(控制部分)。变频器的功率回路均由整流模块、直流环节、逆变模块组成。
在变频系统中,变频器并非独立运行,有相应的控制电路板、采样反馈系统、继电器和接触器与其配合工作,这些部件均需稳定的控制电源供电。电力系统发生低电压故障时,控制电源也会发生跌落,进而造成控制系统与继电器系统的瘫痪,变频器同样无法正常运行,导致给煤机变频停止运行[1]。
2 改造方案
2.1 低电压穿越装置VRT-380A工作原理介绍
变频器低电压穿越装置(VRT-380A)的控制目标为在系统电压跌落时保证变频器及其拖动电机系统的转速、功率、转矩不变。
在系统电压正常的状态下,变频器母线电压正常且变频器正常工作,电能通过交流送电回路送入变频器交流输入端子,满足装置备用条件,VRT-380A装置中的中央控制单元向断路器、电动开关等执行单元发出合闸命令,此时直流回路处于备份状态,不参与变频器运行。
在系统电压发生跌落时,装置内置的控制系统实时监测到此电压跌落趋势,当下降至低于要求的额定电压,装置瞬时投入运行,在A/B/C三相电压跌落期间,通过BOOST升压回路将跌落的交流电压提升到500V直流电压。通过变频器的直流母线对变频器供电,使其维持到可保证变频器输出功率、电机转矩、电机转速均不变的电压水平。
在系统电压跌落结束,系统电压恢复正常后,装置停止运行,升压回路退出工作状态,恢复到备用状态,变频器的供电仍由三相交流送电回路提供。
VRT-380A装置中,交流送电通道与直流送电通道的切换由电力电子器件(IGBT)完成无缝切换,切换动作时间小于1μs,对变频器的稳定运行不会造成冲击。
2.2 动力回路改造原理
变频器动力单元的电压变化过程可以简化为:交—直—交模型,变频器低电压穿越装置的工作原理就是给变频器的直流环节提供一套后备式的直流能量。
电网电压波动时,装置内置的控制系统实时监测到此电压跌落趋势,装置瞬时投入运行,通过BOOST升压回路将跌落的交流电压提升到500V直流电压,通过变频器的直流母线对变频器供电,在系统电压跌落结束,系统电压恢复正常后,装置停止运行,升压回路退出工作状态,恢复到备用状态,变频器的供电仍由三相交流送电回路提供。
2.3 控制回路改造原理
变频器控制单元供电取自变频器的交流进线端,通过变压器达到控制单元所需电压等级后接入控制单元进线侧,一旦电网电压波动,控制单元工作电压随即丢失,做为变频器重要组成部分的控制单元宕机,变频器势必引发故障报警。线性负载的低压保护方面,UPS效果显著,故变频器低电压穿越装置的控制电源与给煤机控制回路电源取自厂用UPS电源,以保证在发生电压跌落事故时控制电源正常。
3 试验结果
3.1 试验方法
试验使用的主要测试仪器:WFLC-VI型便携式电量记录分析仪,TSGC2调压器,VDG-380电压跌落试验仪。
将380V三相交流电源接至电压跌落测试仪VDG380交流输入端,将电压跌落测试仪输出端接至变频器输入端和低电压穿越装置交流输入端。
3.2 试验结果
分别对给煤机进行试验,采用WFLC-VI进行试验录波,其中5号炉D给煤机试验条件为25t/h煤量,电机382rpm运行:
(1)电源电压跌落到90%额定电压试验录波:
试验过程中给煤机运行正常,未出现异常。
(2)电源电压跌落到60%额定电压试验录波:
试验过程中给煤机运行正常,未出现异常。
(3)电源电压跌落到20%额定电压试验录波:
4 结论
随着电力电子技术的发展,变频器以其调速精确,使用简单,保护齐全等特点广泛应用于电厂辅机调速控制系统中。由于电力电子器件的应用,变频器均带有低电压跳闸保护,电网电压的波动往往会带来变频器的退出运行,从而造成事故的扩大。此类故障期间的非计划停运,一方面影响发电厂发电连续性和经济性,另一方面会进一步对电力系统造成冲击,加剧系统故障程度,严重影响电力系统的安全稳定运行[2]。通过变频器低电压穿越装置改造,能够解决火电厂辅机变频器低电压穿越的难题,提高电源、电网运行的可靠性和稳定性。因此,火电厂变频器低电压穿越装置改造是必要的,具有较好的经济效益和社会效益。
摘要：针对电网电压波动或厂用电电压瞬时或短时低于变频器低电压保护整定值时,给煤机变频器低压保护动作,变频器闭锁输出,给煤机停运,引起MFT动作。本文分析了VRT-380A变频器低电压穿越装置在火电厂的应用,它采用升压技术将电网残压整流后进行升压调制,通过现场试验与实际应用表明变频器具备低电压穿越能力。
关键词：给煤机变频器,低电压穿越装置
参考文献
[1]师迎新,胡坤,陈文波.基于电网安全的火电厂辅机低电压穿越装置应用[J].河南电力,2013(2):12-13.
变频器技术在节能工程上的应用 篇7
交流变频调速技术是现代电力传动技术的重要发展方向, 随着电力电子技术、微电子技术和现代控制理论在交流调速系统中的应用, 作为交流变频调速系统核心的变频器的性能也得到了飞跃的提高, 并越来越广泛地应用于工业生和日常生活的许多领域之中。近年来国外变频器市场的增长速度每年都在10%以上, 而随着我国改革开放的深入发展, 国外的各种变频器大量涌入国内市场, 也为国内市场带来了较高的增长速度
1 我国变频器技术的概况及原理。
变频器自20世纪60年代左右在西方工业化国家问世以来, 到现在已经在中国得到了大面积的普及, 并已形成6 0亿元以上的年销售规模。正确地说, 我国变频器的市场化始于20世纪80年代后期, 第一家商品化的变频器当属臼本三星变频器, 香港力达公司作为三星的总代理, 在国内巡回讲座变频技术 (当时是SVF型) 。所以说20世纪80年代末, 我国的变频市场是被三星、富士占领着, 尽管在这以前, 机械部的西安电力电子技术研究所研制电流型变频器, 天津电气传动研究所研制着电压型变频器, 大连电机厂买了日本东芝技术, 都没形成规模。那么, 到现在, 除了日本三垦、富士变频器, 还有三菱、东芝、安川、日立、春日、松下、东洋、AB、罗宾康、通用、KB、摩托托尼、西门子、伦茨、丹佛斯、西技来克、阿尔斯通、施耐德、安萨尔多、SEW、住友、三木、CT、VACON、KE B、RELIANCE、TE、伊林、欧陆、三星、LG、天传、西电子等八十多个品牌。好似龙争虎跃, 其中在中国建立合资厂的有:富士 (无锡) 、ABB (北京) 、西门子 (天津) 、三星 (江阴) 。可喜的是, 中国涌现不少变频器生产厂家, 除台湾外, 如安圣、佳灵、利德华福等。但是, 市场调研可知, 我国的变频器市场基本被国外企业所垄断, 这是不得不令人深思的问题。变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。变频器主要是由主电路、控制电路组成。主电路由三部分构成, 将工频电源变换为直流功率的整流器, 吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的平波回路, 以及将直流功率变换为交流功率的逆变器。控制电路是给异步电动机供电 (电压、频率可调) 的主电路提供控制信号的回路, 它有频率、电压的运算电路, 主电路的电压、电流检测电路, 电动机的速度检测电路, 将运算电路的控制信号进行放大的驱动电路, 以及逆变器和电动机的保护电路组成。
2 常用的变频器分类。
2.1低压变频器是指400V工控变频器。电子技术中将交流变成直流称顺变, 也称整流。交流变直流的变频器通常称整流器。将直流变为频率可调的交流电流就称逆变。把工频电源 (50Hz) 交流变成任意频率、任意电压的逆变装置称为变频器。从其电路的结构上分为交-直-交和交-交变频器。交-直-交变频器按照交流电机电源电压的控制方法的不同, 分为电压型和电流型两种。改变变频器的输出电压或输出电流有二种不同的方法, 即PAM脉冲幅值调制控制和PWM脉冲宽度调制控。PAM因为受晶闸管换流时间的限制不能工作在高频下, PWM输出脉冲的幅值恒定, 通过控制逆变器输出电压的导通脉冲频率和宽度来同时改变输出频率和电压, 运用晶体管、可关断晶闸管具有高速开关特性和自关断特性, 来做逆变器开关元件, 采用PWM方式变得更容易实现, 为此大多数逆变器都采用PWM控制方式。2.2中、高压变频器:所谓中高压变频器, 指应用在600V以上的至10KV运转调速设备上的变频控制器。中压有600V、1000V。3000V、6000V和10KV等属于中高压变频器。因为其输入输出电压等级较高, 在结构上必需有整套高压投入切换设备, 采用功率单元串联叠加的高压输出方式, 借助计算机控制, 经高压母线、断路器移相变压器、功率单元、控制器等组成完整的高压变频控制系统。交流变频调速控制器是集电力电子、自动控制、微电子学、电机学等各种技术于一身的高新技术, 变频的调速技术是现代IT产业尖端技术, 涉及到光纤通讯、计算机、数据并行处理等是多种高新技术的结合, 与传统行业耗能大、应用最广泛的电力拖动、风机、水泵等多种行业应用异步电动机的设备, 进行节能改造实现完美结合。
3 变频器控制对像。
变频器应用, 可分为两大类:一种是用于传动调速, 另一种是各种静止电源 (静止电源暂且不讲) 。变频传动调速, 其应用目的就是通过对电机调速来达到节约能源。控制对象就是在动力设备上实现电-机转换的电动机。这是由感应式异步电动机的性能和特征决定, 其次是由于所带的负载对电机调速的负荷适应性所决定。由电机转速的数学公式我们知道, 电机的实际转速, 主要取决于电机定子的旋转磁场 (n1=t*f/p) 。对一个绕制好的电机, 其旋转磁场转速完全取决供电频率, t为时间常数, P为电机的极对数, n1正比电源频率f, 从电机的结构上我们看到定、转子之间没有任何电的连接, 基于磁场感应和机械惯性, 转子的转速和定子旋转磁场的转速总是不同步, 差一个转差数 (一般为n1的1%~1.8%, ) 称为转差率S, 由此可见电机的转速也正比于电源的频率。n2=t*f (1-s) /p从异步电动机变频时机械特性曲线中, 我们不难看出转速的变化对电机的转矩影响较小, 对于传动机械功率要求完全可以满足。变频调速控制是在降低输出频率的同时输出电压也相应降低, 转矩正比输出电压。转矩也会有些减少。这种纯电气调速系统是人为地改变电动机的机械特性来获得不同的转速, 直接与拖动机械相连接不需原机械设备做任何调整, 这对于节能改造成本, 保持原有机械性能都大有好处。变频传动调速的特点是:a.不用改动原有设备包括电机本身;b.可实现无级调速, 满足传动机械要求;c.变频器软启、软停功能, 可以避免启动电流冲击对电网的不良影响, 减少电源容量的同时还可以减少机械惯动量, 减少机械损耗;d.不受电源频率的影响, 可以开环、闭环手动/自动控制;e.低速时, 定转矩输出、低速过载能力较好;f.电机的功率因数随转速增高功率增大而提高。使用效果较好。
4 变频控制节能。
机电设备配合设计原则:电机的最大功率必须满足负载下的机械功率和转矩, 对于不同的负载, 最大值并非时时刻刻都发生、负载的变化是非线性的, 而电机的输出功率却是恒定的, 这就意味着在非最大负载时电机输出了相当一部分多余功率, 电能也就白白浪费掉了。风机、水泵类就是较典型例子。风机、水泵类风量和流量的控制在过去很少采用转速控制方式, 基本上都是由鼠笼型异步电动机拖动, 进行恒速运转, 当需要改变风量或流量时, 事实上都采用调节挡风板或节流阀。这种控制虽然简单易行, 能满足流量要求, 但对电机来讲, 从节省能源的角度来看是非常不经济的。生产中很容易检测出来。这类设备一般都是长时间运行, 甚至很久不停机。在实际检测中发现, 除在极短时间流量最大值外, 近90%时间运行在中等或较低负荷状态, 总用电量至少有40%以上被浪费掉。采用变频调速控制, 对风机、水泵类机械进行转速控制来调节流量的方法, 对节约能源, 提高经济效益具有非常重要意义。
5 变频技术目前市场使用情况。
经市场调查, 2000年前变频器使用率不足10%, 到二零零七年上半年增加超过35%, 很多生产商生产的风机、水泵类的电机控制系统都配装了变频启动系统, 说明这项节能技术越来越被人们所认识。随着市场占有率的不断提高, 成本价格较前些年大幅下降。低压变频器分国产、合资、原装三大种类, 完全是一个通用的工控产品。合资产品相对价格低质量好, 性价比合理。从使用情况看, 只要不超负荷运行, 很少发生故障。从设计使用上看, 节能改造设计水平参差不齐, 要想将节能改造工程做好, 需要专业技术人员把关。用电设备能否节电, 不能不分情况一概而论, 不是所有用电设备都有节电空间, 具体情况必须具体分析, 注意那些将某一特殊用电设备的节电率说成普遍的所有用电设备都能达到的情况出现。节电率在节电工程中是一项非常重要的指标, 但绝对不是唯一的指标。工程改造前后电机的功率因数、温升及效率等都是不可忽略的运行数据。不同的节电设备节电率、使用寿命、性能都有不同, 要科学分析, 科学运用。
变频器的工程实践 篇8
通风机是中国国民经济各部门中应用范围极广的通用机械, 其电量能耗也不可忽视。相关数据统计显示, 在中国通风机的电量能耗占总发电量的30%左右, 然而其因工艺需求调速占耗电量的40%, 具有较大的节能空间, 尤其在煤矿企业, 电费成本占整个生产成本的1/3, 利用高压变频器对矿井通风机进行调速, 可以有效达到节能目的。
1 高压变频器在矿井通风机节能中的应用价值
矿井通风机是确保矿井生产安全的重要用电设备, 直接承担着给井下工作人员输送新鲜空气、排除井下有害气体及浮尘等责任。受矿井在开采前后因地质变化因素的影响, 矿井通风机对井下静压及通风量等参数的要求不一[1]。
高压变频器的应用, 能通过使用变频调速技术转变通风机定速运行的传统模式, 促使通风机能在无需改动的情况下按照生产工艺需求调整转速输出, 降低能耗, 实现系统高效运行。当前, 利用高压变频器, 除了能满足矿井在不同时期的通风需求, 还能有效避免传统模式下带来的能量损耗[2]。一些高压变频器通过对调速系统的改进和优化, 科学保障了矿井的安全通风, 达到节能减耗的目的。因此, 高压变频器在矿井通风机节能中有很强的应用价值。
2 采用高压变频实现矿井通风机的节能改造
a) 改造系统控制模式。使用高压变频器能通过矢量控制的方式来点击同步控制和感应控制;b) 改造系统启动过程。采用高压变频器对矿井通风机进行节能改造过程中, 使用变频启动方式, 即利用同步转矩的方法来改变定子旋转磁场的转速, 具体工作原理如下:启动时, 系统会尽可能调低定子电源的频率, 缓慢增加到相应的额定频率后, 转子速度会随着旋转磁场速度的提高而提高, 直至达到额定转速;c) 改造系统的调速。系统使用的是同步电机控制模式, 利用转子在定子绕组上感应到的电压来控制电机转速, 输出转矩后调节电机的速度。在整个转速的调节过程中, 定子和励磁能有效协调, 来获得同步作用, 以避免系统在运行中出现不协调的现象, 进而解决不同步工作的问题;d) 改造系统的灭磁。通过上述改造后, 系统能自行实现变频启动, 对系统的对励磁装置改造后, 将主回路改变成三相全控桥[3]。这种情况下, 矿井通风机一旦停止工作时, 高压变频器就会不断降低对励磁的控制, 获得逆变灭磁。改造后, 系统会在励磁绕组的两端并联反向二极管和一个灭磁电阻, 整个电路的结构较为简单, 能很大程度简化灭磁装置。
3 高压变频器在矿井通风机节能中的应用实例
文章选用的高压变频器是6 k V高压变频器, 一般分为两组类型:a) “高-低-高”式的间接高压变频器[4]。该类型的变频器系统工作原理是通过利用降压变压器将高压降为低压变频器能承受的电压, 然后经过低压变频器变频后, 进行升压以供电给高压电动机。该类型变频器的工作效能需要两台变压器, 需要较大的占地面积, 节能增效的效果不好, 但技术难度小;b) “高-高”式直接高压变频器。其工作原理省去了中间的降压和升压, 直接通过对高压进行逆变和整流后给电动机提供电能。系统主要由高压开关装置、控制电路、主电路、励磁装置组成, 而主回路由整流器、逆变器、平波电抗器、进线电抗器组成, 而逆变器和整流器又由晶闸管构成, 见图1。
3.1 节能措施
在选用矿井通风机时要根据最多工作人员所需风量和最大开采深度为依据, 以确保矿井安全作业。实际上, 矿井开采工作是一项循序渐进的过程, 在整个作业期间, 很大时间内所需风量低于通风机实际效能的, 且具有一定差异。在同一开采深度的情况下, 不同班次的作业人员人数不一样, 风量的需求也会随着人员的变化及开采的深度变化而变化。在这种情况下, 如果通风机仍以额定风量运转, 将会带来较大能量损耗。需要通过利用6 k V高压变频器来达到节能的目的, 具体措施如下:a) 调节挡板。对挡板进行调节, 加大管路的阻力, 减少流量。不过, 这种人为加大管路阻力的方法提高了管路的损耗程度, 即使降低了流量, 但是功率的下降程度并不明显;b) 调节通风机的叶片角度。该方法主要是以此改变通风机H—Q曲线, 进而实现流量的调节[5]。该情况下的流量与功率呈正比例关系, 具有一定的节能效果。不过, 该措施消耗的时间较长, 且灵活度不高, 降低了通风机的工作效率;c) 调节转速。这是节能效果较好的一种方法, 对离心式通风机而言, 转速一次方和流程是呈正相关, 即n∝Q;转速二次方和风压呈正相关, 即n2∝Q;转速的三次方和轴功率呈正相关, 即n3∝P, 其中P=QH。因此, 转速下降, 风流量就会减少, 通风机的轴功率就会大大降低, 如当流量减少80%, 轴功率将会降低到之前的51.2%;当流量减少70%, 轴功率将会降低到之前的34.3%;当流量减少60%, 轴功率将会降低到之前的21.6%。该方法虽然需要对附加装置效率进行考察, 但节能效果较好。
3.2 节能效果
依据矿井的通风需求, 利用6 k V高压变频器满足矿井通风需求, 且节能效果良好。具体效果标准如下:假定1 a的正常工作日为230 d, 节假日100 d, 通风机全速时的功率为440 k W, 电费为0.7元/ (k W·h) 。节假日通风机运行于30 Hz, 正常工作日情况下:a) 爆破作业时, 3次/d, 每次1 h, 风机运行于40 Hz;b) 早班时, 工作9 h, 风机运行于40 Hz;c) 中班时, 工作6 h, 风机运行于35 Hz;d) 晚班时, 工作6 h, 风机运行于30 Hz。轴功率与转速的三次方成正比, 即P∝n3, 当通风机低于最高转速的状态下运行时, 能节约电能为:
式 (1) 中, P为电机的额定功率, W;T为时间, s;E为电能, J。具体结果见表1。
由表1得知, 全年总共节约了14.8+44.4+39.9+47.6+82.8=229.5×104k W·h, 电费节约有229.5×0.70=160.65×104元。可见, 利用高压变频来降低矿井通风机的电能消耗效果是显著的。
4 结语
利用高压变频器对矿井通风机进行节能实践, 有效改善了通风机的工艺, 充分发挥了通风机操作简便、可调速度计平缓启动的特点, 不仅确保了通风机的安全运行, 还显著降低矿井通风机的电能消耗, 减少了煤矿企业电费支出成本, 达到节能减耗的目的。经过应用实践, 获得了良好的节能效益, 值得广泛应用。
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变频器网络化改造实践 篇9
在20世纪末新建或改造的一些项目中, 各企业普遍选用了当时最新型号的PLC和变频器构成自动控制系统, 但由于拘泥于原有设计习惯和对新技术的疑惑, PLC和变频器之间一般仍然采用硬接线进行数据交换。PLC与变频器交换的信息量很小, 大量的变频器信息不能在HMI上显示, 强大的通讯功能没有得到体现, 同时线路复杂导致故障率较高, 采用模拟量进行速度给定和反馈精度也较低。而采用现场总线技术可以很方便地在原有系统基础上进行改进, 实现变频器控制的网络化。本文以国内应用广泛的西门子设备为例描述改造方案, 由于变频器的主回路不需做任何改动, 文中有关图纸都未做表示, 仅表示了数据交换部分。
1 原控制系统概况
1.1 系统结构
原有控制系统结构如图1所示。
1.2 PLC与变频器的数据交换
图2显示了变频器与PLC的数据交换方法, 变频器的DI/DO端子X101接入PLC的合闸、启停、正反转、紧停和外部故障信号, 输出故障信号, 输入的速度给定信号、输出的实际速度和电流信号通过AI/AO端子X102连接。故障复位也一般需要到盘面进行 (S11) 。
1.3 原系统存在的问题
(1) 元器件多、线路复杂、故障率高;
(2) 采用模拟量进行速度给定和反馈, 精度较低;
(3) 交换的信息量很小, 大量的变频器信息不能在HMI上显示, 如转矩、故障信息等;
(4) 故障复位需到盘面进行, 处理时间较长, 对生产和操作影响较大。
2 改造方案
增加PROFIBUS DP现场总线连接PLC与变频器, 实现控制信号和数据的交换。同时也可以保留有关硬接线作为备用。改造后的控制系统如图3所示。
2.1 硬件设计
2.1.1 变频器部分
变频器改造部分, 只要增加PROFIBUS通讯模块CBP2与PLC通讯, 其它保留原样, 保留硬接线作为备用。
2.1.2 PLC部分
各台PLC分别增加1条PROFIBUS连接对应的变频器。
2.2 软件设计
2.2.1 PLC
(1) 硬件配置
打开各PLC的硬件配置分别修改:1) MPI/DP的“类型”设置为PRFIBUS;2) 添加DP从站MASTERDRIVES/DC MASTER CBPx、设置DP地址, 再在其上添加模块PP02 4PKW/6PZD;3) 保存和编译。
(2) 程序修改
1) 屏蔽有关程序;2) 增加与变频器的通讯程序:SIEMENS变频器通过PROFIBUS有6对WORD的PZD过程数据与PLC进行交换, 在PLC最好新建专门的数据块与之通讯。如图4, 图5新建DB111用于和变频器进行数据通讯, 结构“Word_Status”读取变频器状态、“Word_Control”是发送给变频器的命令, 分别调用系统功能块SFC14、SFC15执行通讯功能。根据3图中的注释可以很方便地编写有关PLC程序, 如DB111.DBX12.2常置1、通过DB111.DBX13.0对变频器进行分合闸、D B 1 1 1.D B X 1 3.3进行启停。速度、电流、转矩反馈和速度给定是-16384~16384对应-100%~100%, 可根据额定值进行换算。
2.2.2 变频器参数
2.2.2. 1 拷贝参数组BICO、FDS
需要修改BDS、FDS参数组的有关参数, 可以直接拷贝原有第一组参数到第二组、再进行修改:P363=12拷贝BDS参数组index1到index2;P364=12拷贝FDS参数组index1到index2。
2.2.2. 2 修改有关参数
(1) 通讯设置
控制字1根据功能图180设置控制字, 主要定义:
控制字2选择主给定P443=K3002 CB/TB Word 2速度给定
(2) 参数组选择
2.2.3 HMI
增加变频器分合闸、故障确认按钮, 增加转矩、故障代码显示、转矩曲线等。
3 实施过程
提前准备好变频器PROFIBUS网卡、敷设好PROFIBUS电缆, 合理安排时间对每一台PLC分别进行改造。
3.1硬件安装
(1) 安装PROFIBUS网卡CBP;
(2) 连接PROFIBUS电缆。
3.2新系统调试
3.2.1新的配置下载
分别下载PLC硬件、程序和变频器参数。
3.2.2 HMI、PLC联合调试
(1) 从HMI、PLC操作变频器, 先测试分合闸, 再测试解封、速度给定和故障复位。
(2) 联合调试、模拟生产, 检查和确认所有信号。
3.3 切换到原有硬接线控制
3.3.1 PLC
调用原有程序块, 屏蔽新的程序块, 如果是某台变频器网卡故障, PLC会报故障, 但不影响使用。
3.3.2 变频器
P590=B0, P576.2=B0。选择第一套参数运行。
4 结束语
(1) 变频器系统改造保留了原有系统, 投资少、实施难度较小;采用现场总线进行数据交换, 信息量大、控制灵活、可靠性高。
(2) 变频器系统改造后操作便捷、控制精度高、元器件减少、线路简洁、HMI显示信息丰富、故障复位便捷。
参考文献
[1]SIEMENS.STEP7编程手册[内部资料].