矢量變頻器之應用.doc

矢量變頻器之應用本文介紹了矢量變頻器在恒壓供水自動控制系統(tǒng)、紡織機械、提升設備、水泥機械、物流機械等相關領域的典型應用實例。一、變頻器在恒壓供水自動控制系統(tǒng)中的應用：變頻調速恒壓供水設備以其節(jié)能、安全、高品質的供水質量等優(yōu)點，使供水行業(yè)的技術裝備水平從90年代初開始經(jīng)歷了一次飛躍。恒壓供水調速系統(tǒng)實現(xiàn)水泵電機無級調速，依據(jù)用水量的變化自動調節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量的變化自動調節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求，是當今最先進、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。變頻恒壓供水自動控制系統(tǒng)工作原理如下：系統(tǒng)正常運行時，用戶用水管網(wǎng)上的壓力傳感器對用戶的用水水壓進行數(shù)據(jù)采樣，并將壓力信號轉換為電信號，傳輸至PID調節(jié)器，然后與用戶設定的壓力值進行比較和運算，并將比較和運算的結果轉換為頻率調節(jié)信號和水泵啟動臺數(shù)信號分別送至變頻器和可編程控制器（PLC）；變頻器據(jù)以調節(jié)水泵電機的電源頻率，進而調整水泵的轉速；可編程控制器械根據(jù)PID調節(jié)器傳輸過來的水泵啟動臺數(shù)信號控制水泵的運轉。通過對水泵的啟動和停止臺數(shù)及其中變頻泵轉速的調節(jié)，將用戶管網(wǎng)中的水壓恒移穩(wěn)于用戶預先設計的壓力值，使供水泵組“提升”的水量與用戶管網(wǎng)不斷變化的用水量保持一致，達到“變量恒壓供水”的目的。以下威科矢量變頻器在某市市政供水工程中的應用系統(tǒng)由可編程控制器，威科變頻器和電動機組成，采用可編程序控制器（PLC）控制變頻調速器，具有控制水泵恒壓供水的功能。通過安裝在管網(wǎng)上的壓力傳感器，把水壓轉換成420mA的模擬信號，通過PLC內置的PID控制器，來改變電動水泵轉速。當用戶用水量增大，管網(wǎng)壓力低于設定壓力時，變頻調速的輸出頻率將增大，水泵轉速提高，供水量加大，當達到設定壓力時，電動水泵的轉速不在變化，使管網(wǎng)壓力恒定在設定壓力上；反之亦然。這樣通過閉環(huán)PID控制就達到恒壓供水的目的。 當電機出現(xiàn)故障（即：過壓、過流、過載、電機過熱保護）后，系統(tǒng)會自動停止運行，當系統(tǒng)恢復后，再重新按操作步驟進行操作。二、變頻器在紡織機械中的應用棉紡織設備的大部分機器采用了變頻調速技術、可編程控器(PLC)技術，也已有相當一部分的產(chǎn)品采用了工控機、單片機、交流伺服系統(tǒng)、觸摸屏人機界面以及現(xiàn)場總線技術，實現(xiàn)了紡機產(chǎn)品的機電一體化，變頻器在紡織設備上應用很普及，從清花、梳棉、并條、粗紗、細紗、絡筒、整經(jīng)、漿紗、無梭織機等均已采用。按使用情況可分為三種類型：第一類：一臺主機選用一臺變頻器控制一臺電動機，如并條機、粗紗機、細紗機等。第二類：一臺主機選用一臺變頻器控制多臺電動機，如并紗機、氣流紡機(單錠單電機傳動型)等。第三類：一臺主機用多臺變頻器分別控制多臺電動機，并由計算機控制多電機協(xié)調同步，和實現(xiàn)卷繞成形功能，如取消錐輪的新型粗紗機、取消長邊軸傳動和無級變速器的新型漿紗機，分條整經(jīng)機等。紡織設備上應用的變頻器的容量范圍：0.37KW500KW，90%以上為0.37KW37KW。威科矢量變頻器在梳棉機中的應用。某棉紡廠使用的梳棉機老機在設計方面由于受到當時的技術條件、設備制造成本，市場需要等因素的限制不可避免的存在著一些缺陷。如A186D型梳棉機道傳動系統(tǒng)中的電磁離合器由于故障較高，經(jīng)常造成停機，不時出火警，給生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質量造成一定的損失，要保持與維護需投入大量的人力與物力。慣性輪電磁離合器被棄用。這樣在由慢轉快的過程中產(chǎn)生細條，嚴重時出現(xiàn)破邊，棉網(wǎng)拉斷的現(xiàn)象影響生產(chǎn)質量。為避免這種現(xiàn)象，操作工用不當?shù)牟僮鬓k法來彌補以上設備缺陷，但要造成大量的廢條，同樣是不可取的。使用威科矢量變頻器改善梳棉機運行狀態(tài)的過程：A186D梳棉機為了使道夫達到升、降速平滑，在機械傳動中設計雙速電機，慣性輪、電磁離合器，用電氣加機械的手段來實現(xiàn)。A186E、A186F、FA201梳棉機設計中又增加了電動機的星-三角轉換這一控制環(huán)節(jié)，從而進一步改善了升、降速頻率。FA201B、FA212梳棉機采用了威科矢量變頻器調速，從而實現(xiàn)了道夫升速斜率的任意調節(jié)，道夫工藝轉速的任意可變的功能。為老機改造提供一個好的范例。對A186D老機進行矢量變頻器調速改造，不但提高設備性能，降低故障停機。還能提高生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質量。三、變頻器在提升設備中的應用威科變頻調速器以32位微處理器為核心，內部包括控制和驅動兩大部分。變頻器可通過其外部控制端子實現(xiàn)啟停、正反轉、S曲線加減速及多段速度控制。矢量控制運算中要用到的電機本身的一些參數(shù)，可由變頻器自動測出。此外，該變頻器還具有過流、過載、電動機過熱、過壓及欠壓，超速及失速等保護功能。變頻器還能提供運行停止信號，零速信號，速度到達信號及運行準備信號等，可編程控制器綜合外部信號和變頻器給出的控制信號，經(jīng)分析及邏輯運算向外部設備及變頻器給出控制命令。電梯調速控制的關鍵是啟動加速和減速平層，對其控制時要掌握以下幾點：1、啟動控制為使電梯啟動時平穩(wěn)無沖擊，無反向溜車，啟動控制應按以下順序：（1）首先向變頻器發(fā)出預勵磁命令，給電動機建立磁場(此時速度給定為零)；（2）經(jīng)第一級延時后發(fā)出打開抱閘指令；（3）再經(jīng)第二級延時確認抱閘打開后給出速度指令。2、減速平層控制 電梯減速按照距離直接停車平層，即要求各層站的減速距離完全一致。減速到平層時無爬行過程，由運行速度直接向零速減速。為保證停車時的舒適感，應確認電梯到達零速時(此信號由變頻器給出)才給出合抱閘命令，再經(jīng)一級延時，給出停止勵磁指令。若停車后電梯沒有平層，應進行再平層控制。3、再平層控制若電梯停車后沒有準確平層，或平層后因鋼絲繩形變使轎廂移位，應進行再平層。再平層應在較低的速度下進行(通常為運行速度的1%)，且應在電梯門打開，電梯處在平層區(qū)內的情況下進行。變頻器有很好的低頻轉矩扭力，我們測得電梯在110%額定載重下仍能可靠地進行再平層。由于控制系統(tǒng)采用了脈沖編碼定位控制技術，故井道內省略了減速感應器，只在轎頂留下了一套平層感應裝置，并具有再平層功能。實踐證明，改造后的電梯運行舒適感好，啟動、減速、平層的舒適感不因轎廂負載的變化而變化，取得了令人滿意的效果。改造中應注意的幾個問題電梯技術改造并沒有固定模式，一切應根據(jù)現(xiàn)場實際情況來定。但我們在將舊式交流雙速梯和調壓調速梯改造成變頻調速電梯過程中覺得以下幾個常遇到的問題應特別引起注意，以確保改造后電梯的安全使用。1、貨梯改全自動集選控制方式時，應補裝安全觸板或光電保護裝置，無測重裝置的應設法補裝。2、保持原額定載重量，額定速度不變，保持鋼絲繩原曳引比方式不變。3、應用線路或軟件保證轎頂行慢車時，轎內和機房不能走車，以確保轎頂操作人員的安全。4、層門無自動關閉裝置的應在每層層門上增設可靠的層門自動關閉裝置。5、層門門扇是由繩、鏈聯(lián)接時，被動門扇應補設電氣安全裝置。6、檢查測試限速器、安全鉗及其聯(lián)動情況，不合格的限速器必須更換。7、制動器應作全面分解，閘帶上不允許有油垢，電磁鐵可動鐵芯與銅套間要干凈，并用石墨粉潤滑。四、變頻器在水泥機械中的應用變頻調速技術在我國水泥行業(yè)的應用日趨廣泛。在生產(chǎn)工藝需要調速的許多環(huán)節(jié)，如回轉窯、單冷機、喂料機、配料系統(tǒng)、風機、水泵等，以交流變頻調速取代調壓調速、滑差調速以及直流調速已成為一種必然趨勢。在水泥粉磨工藝中，球磨機入磨物料粒度的大小，對其臺時產(chǎn)量影響較大，預破碎工藝作為提高磨機臺時產(chǎn)量、降低粉磨電耗的重要途徑，引起了許多水泥企業(yè)的重視。根據(jù)工藝要求，水泥立窯放料每次持續(xù)23 min，間隔23 min，但目前幾乎所有水泥企業(yè)中破碎機處于工頻恒速運行狀態(tài)，24 h連續(xù)運轉，造成電能的巨大浪費，并影響電機和破碎機的使用壽命。另一方面，由于破碎機具有十分大的慣性，不易頻繁啟停，所以即使使用變頻器也難以解決系統(tǒng)制動時產(chǎn)生的泵升電壓引起保護電路動作，使系統(tǒng)無法正常工作。針對系統(tǒng)的以上特點，利用系列變頻器實現(xiàn)破碎機的變頻調速和軟啟動；利用再生能量回饋單元克服破碎機制動過程中產(chǎn)生的過高的泵升電壓；利用PLC實現(xiàn)系統(tǒng)的邏輯閉環(huán)控制，使破碎機的工作與立窯放料同步，實現(xiàn)間歇運行。從而在改善工藝控制質量的同時，最大限度地節(jié)約了電能，降低了生產(chǎn)成本?，F(xiàn)場調試和運行結果表明，系統(tǒng)運行可靠，節(jié)電率可達60%以上。上述系統(tǒng)已在某水泥廠投入實際運行。系統(tǒng)根據(jù)送料信號自動實現(xiàn)啟制動運行，破碎機運行速度連續(xù)可調。電機可以實現(xiàn)頻繁軟啟動，基本無啟動電流沖擊，啟動力矩足夠。系統(tǒng)在變頻運行條件下，若變頻器突然故障，則自動切換至“工頻”狀態(tài)繼續(xù)運行，同時發(fā)出聲光報警信號(內部可選)。根據(jù)現(xiàn)場工況需要，將有放料信號時變頻運行給定頻率設為43Hz，系統(tǒng)運行電流為27A，運行電壓380V，改造后的系統(tǒng)平均每年耗電5.7萬度。根據(jù)現(xiàn)場記錄，系統(tǒng)在改造前工作頻率為工頻50Hz，運行電流為32A，運行電壓400V，平均每年耗電19.42萬度。改造后的節(jié)電率為70.6%。該系統(tǒng)的突出優(yōu)點如下：1、利用變頻調速技術改造了水泥熟料破碎機的拖動系統(tǒng)，滿足了破碎機的低速、間歇運行特點，保證了工藝控制質量，節(jié)能效果明顯，并有利于延長破碎機和電機的使用壽命。2、利用能量回饋控制技術克服破碎機大慣性引起的泵升電壓，有效地保證了變頻器的安全運行。系統(tǒng)除了變頻器和能量回饋裝置所具有的20余種保護功能和故障自診斷功能外，還增設了電機過熱、控制回路保護及報警。3、利用可編程控制器PLC實現(xiàn)了各種邏輯控制、變頻器啟制動自動控制及手動/自動、工頻/變頻轉換和故障自切換等功能，使系統(tǒng)控制靈活方便，功能齊全。五、系列變頻器在物流機械中的應用調速皮帶秤是一種用于測量和控制皮帶輸送機的速度和物料流量的實時連續(xù)計量裝置，廣泛應用散裝固態(tài)原料的計量控制和輸送。當電機驅動時，物料隨著皮帶的運動輸出，經(jīng)荷重傳感器檢測并將其轉換成電信號，送入控制器中；同時速度傳感器也將檢測的電動機轉速信號送入控制器中。速度信號和荷重信號經(jīng)控制器進行變換和處理，計算出物料的瞬時流量和累計流量等，并與設定值進行比較后，通過等方式調節(jié)輸出控制信號，以控制電動機轉速，使物料的流量穩(wěn)定在設定值上。由于皮帶秤是一個集控制、計量與輸送為一體的設備，采用變頻器可以確保其在工業(yè)環(huán)境下的穩(wěn)定、可靠的工作。實踐證明，在工業(yè)環(huán)境比較惡劣的情況下，采用滑差電機調速時，由于滑差離合器密封性不好，離合器容易被灰塵或異物堵死而造成飛車(失控)現(xiàn)象?；钫{速電動機的低速性能很差，當皮帶秤在低速運行時，皮帶機的速度往往處于一種不穩(wěn)定狀態(tài)，嚴重時會影響到皮帶秤的正常工作和計量精度。另外，當要求皮帶秤的設定值變化范圍較大時，滑差調速電動機的調速范圍就顯得不夠。采用變頻器除了能很好的解決上述問題外，還可以利用變頻器調速時機械特性很硬、轉差率小的特點。通過對皮帶秤的荷重信號檢測，采用預置控制與控制相結合的控制方法，大大提高系統(tǒng)的響應時間。這對于皮帶秤上物料忽然變化很大時，確保皮帶秤的控制和計量精度是非常重要的。應用變頻器在節(jié)能方面應用效果亦十分顯著。它在水泵和風機上的應用，與傳統(tǒng)的閥門、檔板相比可節(jié)電約40%。以個100kW的風機為例，按年工作時間8000h計算，一年可節(jié)省32萬kWh。六、變頻器其余應用實例1、中央空調變頻調速：采用變頻器對中央空調系統(tǒng)中的冷凍水泵組、冷卻水泵組進行調速，可實現(xiàn)一臺變頻器同時控制多臺水泵，高效節(jié)能，避免了“大馬拉小車”現(xiàn)象，節(jié)電率30%60%。同時能實現(xiàn)多點溫、濕度檢測及集中監(jiān)控、達到最佳舒適度控制。2、注塑機變頻調速控制：注塑過程一般分為以下步驟：鎖模注射保壓熔膠加料冷卻定型開模頂針。每個步驟的負荷是不同的，采用變頻器對油泵進行控制，可以對應每個步驟輸出相應功率，從而顯著節(jié)約電能，節(jié)電率30%60%3、行車電機變頻調速控制：行車一般有多臺電機，分別控制大車、小車及吊鉤上下，這幾臺電機都可用變頻器加以改造。改造后具有以下明顯優(yōu)點：（1）電機啟動電流小，轉矩大，避免了大電流沖擊，節(jié)電顯著。（2）節(jié)約備件，無需更換接觸器等低壓電器。（3）無需人工維護，可靠性極高。4、風機，水泵變頻調速改造：傳統(tǒng)的風機、水泵是通過風門檔板或閥門來調節(jié)流量，由于流量與轉速成正