基于abb通用變頻器三菱plc的風機變頻節能改造畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 壓機和機械設備的進給機構等摩擦類負載以及起重機、提升機、電梯等中立負載，都屬于恒轉矩負載 。 基 于 ABB通用變頻器三 菱 PLC的風機變頻節能改造 17 變頻器拖動恒轉矩性質的負載時，低俗時的輸出轉矩要足夠大，并 且要有足夠的過載能力。如果需要在低速下長時間穩速運行，應該考慮標準籠型異步電動機的散熱能力，避免電動機溫升過高。 .2 恒功率負載 這類負載的特點是需求轉矩 TL 與轉速 n 大體成反比，但它們的乘機即功率卻近似保持不變。金屬切削機床的主軸和軋機、造紙機、薄膜生產線中卷取機、開卷機等，都屬于恒功率負載。 機床主軸和軋機、造紙機、塑料薄膜生產線中的卷取機、開卷機等要求的轉矩，大體與轉速成反比，這就是所謂的恒功率負載。 負載的恒功率性質應該是就一定的速度 變化范圍而言的。當速度很低時， 受 機械強度的限制， TL 不可能 無限增大，在低速下變為恒轉矩性質。負載的恒功率區和恒轉矩區對傳動方案的選擇有很大的影響。電動機在恒磁通調速是，最大允許輸出轉矩不變，屬于恒轉矩調速 ；而在弱磁調 速時，最大的允許輸出轉矩與速度成反比，屬于恒功率調速。如果電動機的恒轉矩和恒功率調速的范圍與負載的恒轉矩和恒功率范圍相一致時，即在所謂“匹配”的情況下，電動機的容量均最小。 .3 流體類負載 在各種風機、水泵、油泵中，隨葉輪的 轉動，空氣或液體在一定的速度范圍內所產生的阻力大致與速度平方成正比。隨著轉速的減小，轉速按轉速的平方減小。這種負載所需的功率與速度的立 方成正比。當所需風量、流量減小時，利用變頻器通過調速的方式來調節風量、流量，可以 大幅度地節約電能。由于高速時所需功率隨轉速增長過快，與速度的立 方成正比，所以通常不應使風機、泵類負載超工頻運行 。 在選擇變頻器時因注意以下幾點注意事項 在選擇變頻器時因注意以下幾點注意事項： (1) 根據負載特性選擇變頻器 。 (2) 選擇變頻器時應以實際電機電流值作為變頻器選擇的依據，電機的額定功率只能作為參考。另外應充分考慮變頻器的輸出含有高次諧波，會造成電動機的功率因數和效率都會變壞。 (3) 變 頻器若要長電纜運行時，此時應該采取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響，避免變頻器出力不夠。所以變頻器應放大一檔選擇或在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。 (4) 當變頻器用于控制并聯的幾臺電機時，一定要考慮變頻器到電動機的電纜的長度總和在變頻器的容許范圍內。如果超過規定值，要放大一檔或兩檔來選擇變頻器。另外變沈陽工程學院畢業設計（論文） 18 頻器的控制方式只能為 V/F 控制方式，并且變頻器無法保護電動機的過流、過載保護，此時需在每臺電動機上加熔斷器來實現保護。 (5) 對于一些特殊的應用場合 會引起變頻器的降容，變頻器需放大一檔選擇。 (6) 使 用變頻器控制高速電機時，由于高速電動機的電抗小，高次諧波亦增加輸出電流值。因此，選擇用于高速電動機的變頻器時，應比普通電動機的變頻器稍大一些。 (7) 變頻器用于變極電動機時 應注意選擇變頻器的 最大額定電流在變頻器的額定輸出電流以下。另外，在運行中進行極數轉換時，應先停止電動機工作，否則會造成電動機空轉，惡劣時會造成變頻器損壞。 (8) 驅動防爆電動機時，變頻器沒有防爆構造，應將變頻器設置在危險場所之外。 (9)使用變頻器驅動齒輪減速電動機時，使用范圍受到齒輪轉動部分潤滑方式的制約。潤滑油潤滑時，在低速范 圍內沒有限制；在超過額定轉速以上的高速范圍內，有可能發生潤滑油用光的危險。因此，不要超過最高轉速容許值。 (10) 變頻器驅動繞線轉子異步電動機時，大多是利用已有的電動機。 (11) 變頻器驅動同步電動機時，與工頻電源相比，降低輸出容量 10%～ 20%，變頻器的連續輸出電流要大于同步電動機額定電流與同步牽入電流的標幺值的乘積。 (12) 對于壓縮機、振動機等轉矩波動大的負載和油壓泵等有峰值負載情況下，如果按照電動機的額定電流或功率值選擇變頻器的話，有可能發生因峰值電流使過電流保護動作現象。 (13) 當變 頻器控制羅茨風機時，由于其起動電流很大，所以選擇變頻器時一定要注意變頻器的容量是否足夠大。 (14) 選擇變頻器時，一定要注意其防護等級是否與現場的情況相匹配。否則現場的灰塵、水汽會影響變頻器的長久運行。 (15) 單相電動機不適用變頻器驅動。 根 據負載特性選擇適當的控制方式的變頻器 變頻器的種類繁多，功能強大，變頻器的性能為調速性能 的決定性因素， 變頻器采用什么樣的控制方式也很重要。各種變頻器控制方式的性能特 點如表 所 示。 表 變頻器控制方式的性能特點 控制方式 U/f 控制 矢量控制 直接轉矩控制 比較項目 開環 閉環 無速度傳感器 帶速度傳感器 速度控制 1： 40 1： 40 1： 100 1： 1000 1： 100 啟動轉矩 3Hz 時 150% 3Hz 時 150% 1Hz 時 150% 0Hz 時 150% 0Hz 時 200% 靜態速度精度 177。（ 2～ 3） % 177。% 177。% 177。% 177。（ ～ ） % 反饋裝置 無 速度傳感器 無 速度傳感器 無 零速度運行 不可 不可 不可 可 可 基 于 ABB通用變頻器三 菱 PLC的風機變頻節能改造 19 控制響應性 慢 慢 較快 快 快 特點 優點 結構簡單，調節容易，可 用于通用籠型異步電動機 結構簡單，調速精度高，可用于通用籠型異步電動機 不需要速度傳感器，力矩的響應好，結構較簡單，速度控制范圍較廣 力矩控制性能良好，力矩的響應好，調速精度高，速度控制范圍廣 不需要速度傳感器，力矩的響應好，結構較簡單，速度控制范圍較廣 缺點 低速力矩難保證，不能力矩控制，調速范圍太小 低速力矩難保證，不能力矩控制，調速范圍小，要增加速度傳感器 需要設定電動機參數，需要自動測試功能 需要正確 設定電動機參數，需有自動測試功能，需要高精度速度傳感器 需要設定電動機參數，需有自動測試功能 主要應用場合 用于一般的風機，泵類節能調速或者一臺變頻器帶多臺電動機傳動場合 用于保持壓力，溫度，流量， PH定值等過程控制場合 用于一般工業設備，大多數調速場合 用于要求精確控制力矩和速度的高動態性能應用場合 用于要求精確控制力矩的高動態性能應用場合，如起重機，電梯，軋機等 綜上所述，異步電動機變頻控制選用不同的控制方法，就可以得到不同性能特點的調速特性。 根據安 裝環境選取變頻器的防護結構 變頻器的防護結構要與其安裝環境相適應，這就要考慮環境溫度，濕度，粉塵，酸堿度，腐蝕性氣體等因素，這與變頻器能否長期，安全，可靠運行關系重大。大多數變頻器廠商可提供以下幾種常用的防護結構供用戶選用。 (1) 開放型 IP00。它從正面保護人體不能觸摸到變頻器內部的帶電部分，適用于安裝在電控柜內或電氣室內的屏，盤，架上，尤其是多臺變頻器集中使用較好，但它對安裝環境要求較高。 (2) 封閉型 IP ，可在建筑物內的墻壁上掛式安裝，它適用于大多數的室內安裝環境。 (3) 密 封型 IP 。 (4) 閉型 IP45， ，防水的防護結構，適用于工業現場環境條件差，有水淋，粉塵及一定腐蝕性氣體的場合。 由于風機和水泵是最普通的負載，對變頻器的要求最為簡單，只要變頻器容量等于電動機容量即可，（空壓機，沈水泵，泥沙泵，快速變化的音樂噴泉需加大容量）所以我們根據電動機選擇以下變頻器。 沈陽工程學院畢業設計（論文） 20 電動機銘牌： 額定功率 ： 110KV 額定轉速： 1486r/min 額定頻率： 50Hz 額定電流： 型號： Y315S—4 額定電壓： 380V 風機屬于平方律負載，轉矩與速度的平方成正比，無瞬間過載問題，且低速時轉矩小，連續運轉。 變頻器連續運轉時所需的變頻器容量應滿足 公式 ()、 ()、 () ???? co s/ yPkP m () ???? mm IUkP () m kII ? () 式中 ， mP ——負載所要求的電動機的軸輸出功率； y——電動機的效率 （通常為 ）； ?cos ——電動機的功率因數（通常約為 ）； mU ——電動機的電壓 ， V； mI ——電動 機的電流， A； k ——電流波形修正參數； P ——變頻器的額定容量， KVA； I ——變頻器的額定電流， A。 根據電動機銘牌 數據計算如 下 k V AykPP m 1 3 6)(1 1 01c o s/ ?????? k VAIUkP mm 33 ????????? ?? AkII m ???? 所以選擇普通功能 U/f控制的變頻器，在此選用 ABB 變頻器 ACS800 系列，變頻器類型為 ACS8000402103,容量為 160KVA，電流為 432A，完全滿足以上計算要求。 控制軟件的設計 對于鍋爐的鼓，引風機的控制我們采用工業過程控制中最廠用的 PID 控制即可。下面介紹什么是 PID 控制算法。 基 于 ABB通用變頻器三 菱 PLC的風機變頻節能改造 21 PID 控制簡介 PID（比例、積分、微分）控制是發展較 早、理論成熟、應用廣泛的一種控制策略，主要應用于工業過程控制中。 其優點在于：原理簡單、易于實現、參數整定方便、結構改變靈活、適用性強 、魯棒性能強。 控制器的連續表達式 PID 控制器由比例環節（ Proportional）、積分環節（ Intergral）、微分環節（ Differential）組成，連續 PID 一般表達式為： 01 ( )( ) [ ( ) ( ) ]tpDId e tu t K e t e d TT d t??? ? ?? () 傳遞函數模型為： () IpDKG s K K ss? ? ? () 或不完全微分 1( ) (1 )1DpDITsG s K TTsN? ? ? ? () 當 N 為無窮大時為純微分運算，實際中 N 取 10 即可。 控制器 的離散表達式 位置式 PID： 0( ) ( ) ( ) { ( ) [ ( 1 ) ] }kp I Diu k T K e k T K e iT K e k T e k T?? ? ? ? ?? () 傳遞函數模型為： 沈陽工程學院畢業設計（論文） 22 11( ) (1 )(1 )IpDKG z K K zz ??? ? ? ?? () 位置式 PID 的缺點是由于采用全量輸出，因此每次輸出均與過去狀態有關，計算時要對誤差累加，控制量 ()uk 對應的該是執行機構 的實際位置偏差，因此 ()uk 會出現大幅變化，這在某些場合時不允許的，因此這種情況下采用增量式 PID。 增量式 PID： (如驅動步進電機 ) ( ) ( ( ) ( ( 1 ) ) ) ( ) ( ( ) 2 ( ( 1 ) ) ( ( 2 ) )p I Du k T K e k T e k T K e k T K e k T e k T e k T? ? ? ? ? ? ? ? ? ? () 積分分離 PID：可提高控制性能，加入積分的目的是消除靜差，提高控制精度，當被控量與設定值偏差較大時，取消積分作用，以免由于積分作用使得系統穩定性降低，超調量增大；當被控量接近設定值時加入積分作用，以消除靜差。 0( ) ( ) ( ) {