變頻調速器

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變頻調速器范文第1篇

關鍵詞：變頻調速器；磷復肥生產；調節閥；變頻調速技術；節能原理 文獻標識碼：A

中圖分類號：TQ126 文章編號：1009-2374（2015）09-0067-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.0789

在磷復肥的生產過程中，為了保證產品的品質和產量，減輕操作人員的勞動強度，需要對溫度、壓力、流量、物位等參數進行自動控制。傳統的自動控制通過調節閥門的開度進行控制。這類控制使得風機、泵類等設備大部分時間處于非滿負荷運行，造成大量能量的浪費。同時在磷復肥的生產過程中介質的強腐蝕、易結垢、易結晶等特性，導致調節閥的投用和維護很困難，由此造成磷復肥生產的自動化水平很難提高。采用變頻調速器對風機、泵類進行控制，不僅節約了能量，而且提高了控制系統的控制精度和可調比，提高了磷復肥生產的自動化水平。

1 變頻調速技術

在交流異步電動機的各種調速方法中，變頻調速性能優良，效率高。通過對電動機進行變頻調速改造，可以降低系統能耗、優化系統的整體性能，同時節約資源，減少環境污染、優化工作環境等，具有良好的社會經濟效益。變頻調速技術以其顯著的節電效果、優良的調速性能以及廣泛的適用性、系統的安全可靠性和延長設備使用壽命等優點而成為現代電力傳動技術的一個主要發展方向。

變頻調速技術的基本原理是通過改變輸入到交流電機的電源頻率調節交流電動機的輸出轉速。異步交流電動機的輸出轉速與輸入頻率的關系如下：

式中：

n――電動機的輸出轉速

f――輸入電動機的電源頻率

s――電動機的轉差率

p――電動機的極對數

電動機一旦購買，轉差率s、極對數p均不可變，只有改變輸入電動機的電源頻率f，才可改變電動機的輸出轉速n。

2 變頻調速器的節能原理

在磷復肥的生產過程中多使用離心泵輸送液體。當采用調節閥進行調節泵流量時，電機的輸出功率會被大量消耗在調節閥的截留過程中。當采用變頻調速器調節流量時，根據流體力學理論可知：

即泵的流量Q與轉速n成正比，揚程H與轉速n的平方成正比，功率P與轉速n的三次方成正比。因此可得出各項數據如表1所示：

表1 流量、轉速、揚程、功率的相對關系

流量（Q） 轉速（n） 揚程（H） 功率（P）

100 100 100 100

90 90 81 72.9

80 80 64 51.2

70 70 49 34.3

60 60 36 21.6

50 50 25 12.5

由表1可知：當流量減少到80%時，轉速下降到80%，揚程下降到64%，功率下降到51.2%；當流量減少到50%時，轉速下降到50%，揚程下降到25%，功率下降到12.5%，可節約87.5%的能量。

從離心泵的特性曲線和管路特性曲線可知，兩條曲線的交點，即為離心泵的工作點。在該點，泵的效率最高。當工藝要求流量、壓力發生變化時，就需要改變工作點。改變工作點的方法有兩種：一是改變管路特性曲線；二是改變泵的特性曲線。通過改變管路特性來改變工作點，是通過調節調節閥的開度來實現流量的控制，從而改變工作點。該方法人為增大管路阻力，使相當一部分電能轉換為機械能消耗在調節閥閥芯的阻力上，浪費大量電能。通過改變泵的特性曲線，是通過變頻器來改變泵的轉速來實現流量的控制，從而改變工作點。該方法節省了能量。具體分析如下。

離心泵的流量（Q）與揚程（H）的特性方程如圖1所示：

圖1 離心泵特性曲線

圖中n1表示離心泵在額定轉速為n1時的特性曲線，n2表示離心泵降速運行在n2時的特性曲線，S1表示未采用調節閥的管路特性曲線，S2表示采用調節閥管路特性曲線。Q1、Q2、H1、H2分別表示在兩種工況下的流量、壓力。由圖1可知，在額定轉速n1和未采用調節閥調節流量時，離心泵的功率正比于AH1OQ1所圍面積。當工況發生變化時，通過調節閥調節流量時，離心泵功率正比于BH3OQ2所圍面積，而采用變頻調速器調節流量時，離心泵功率正比于CH2OQ2所圍面積。由此可知，采用變頻調速器調節，可以節約能量。變頻調速器節能主要由兩部分組成：一部分是節約用來克服調節裝置阻力而損失的能耗；另一部分是克服因阻力調節而引起的風機或泵的效率減小而造成的能耗損失。

3 變頻調速器在磷復肥生產中的實際應用

磷復肥的生產過程的介質具有強腐蝕性、易結垢、易結晶等特性，采用調節閥或閥門，會使閥前管道結垢堵塞更嚴重。若采用變頻調速器取代調節閥，避免與工藝介質直接接觸，具有無腐蝕、無沖蝕等優點，同時簡化了控制系統結構，提高了控制系統的控制精度和可調比。

3.1 6×104t/a半水-二水濕法磷酸流量、流位等14個調節回路改用變頻調速器

該公司引進挪威羅什海角公司的生產工藝，原設計全部采用費希爾公司生產的氣動調節閥進行參數控制。因介質腐蝕性大，易結垢、堵塞、摩擦大，造成調節閥維護工作量大，管道堵塞嚴重，造成調節閥維護工作量大、管道堵塞嚴重。用變頻調速器替代調節閥后，生產控制良好，維護管理費用大幅度降低。PID參數的整定采用智能調節器的專家自整定功能或人工湊試法整定。改用變頻調速器后，該裝置的清管周期由原來的3天延長為7天，產量由1×104t/a提高到7.5×104t/a，每噸磷酸消耗磷礦由4.2t降為3.7t，硫酸消耗由3.2t降為2.6t，儀表的備件消耗由37萬元/年降為13萬元/年。

圖2 磷酸裝置調節回路的改造

3.2 2.4×105t/a DAP裝置、1×105t/a NPK裝置的流量控制回路

該公司引進西班牙英殼兒公司管式反應器，并在后期修改了英殼兒公司的初始設計，將進管式反應器的磷酸和預中和槽進造粒機的DAP料漿流量調節閥改為變頻調速器控制，生產的產品成分穩定，粒度均勻，色澤較好。PID參數整定為比例放大倍數Kc=0.5，積分時間I=10s，微分時間D=3s。

圖3 DAP、NPK裝置的流量控制回路

4 結語

在磷復肥的生產過程中，采用變頻調速器替代調節閥，可以節省能源，簡化控制操作系統，減少儀表的使用量，提高磷復肥生產的自動化水平。直接和間接的經濟效益非常顯著，有必要在磷復肥生產裝置中大力

推廣。

參考文獻

[1] 張錦榮.變頻調速技術與節能應用[J].自動化與儀器儀表，2012，（6）.

[2] 陳國呈.PWM變頻調速及軟開關電力變換技術[M].北京：機械工業出版社，2002.

[3] 楊育宏，王紅艷.變頻調速節能控制分析[J].電力學報，2006，21（3）.

變頻調速器范文第2篇

[摘要]本文介紹了一種PLC與變頻調速器構成的多分支通訊網絡，闡明了該網絡控制調速系統與一般模擬量控制調速系統相比的優越性，給出了系統框圖及PLC程序。

[關鍵詞]PLC變頻調速器多電機控制網絡通訊協議

一、引言

以變頻調速器為調速控制器的同步控制系統、比例控制系統和同速系統等已廣泛應用于冶金、機械、紡織、化工等行業。以比例控制系統為例，一般的系統構成如圖1所示。

工作時操作人員通過控制機（可為PLC或工業PC）設定比例運行參數，然后控制機通過D/A轉換模件發出控制變頻調速器的速度指令使各個變頻調速器帶動電機按一定的速度比例運轉。此方案對電機數目不多，電機分布比較集中的應用系統較合適。但對于大規模生產自動線，一方面電機數目較多，另一方面電機分布距離較遠。采用此控制方案時由于速度指令信號在長距離傳輸中的衰減和外界的干擾，使整個系統的工作穩定性和可靠性降低；同時大量D/A轉換模件使系統成本增加。為此我們提出了PLC與變頻調速器構成多分支通訊控制網絡。該系統成本較低、信號傳輸距離遠、抗干擾能力強，尤其適合遠距離，多電機控制。字串9

二、系統硬件構成

系統硬件結構如圖2所示，主要由下列組件構成；

1、FX0N—24MR為PLC基本單元，執行系統及用戶軟件，是系統的核心。

2、FX0N—485ADP為FX0N系統PLC的通訊適配器，該模塊的主要作用是在計算機—PLC通訊系統中作為子站接受計算機發給PLC的信息或在多PLC構成n:n網絡時作為網絡適配器，一般只作為規定協議的收信單元使用。本文作者在分析其結構的基礎上，將其作為通訊主站使用，完成變頻調速器控制信號的發送。

3、FR—CU03為FR—A044系列比例調速器的計算機連接單元，符合RS—422/RS—485通訊規范，用于實現計算機與多臺變頻調速器的連網。通過該單元能夠在網絡上實現變頻調速器的運行控制（如啟動、停止、運行頻率設定）、參數設定和狀態監控等功能，是變頻器的網絡接口。

4、FR—A044變頻調查器，實現電機調速。

在1:n（本文中為1:3）多分支通訊網絡中，每個變頻器為一個子站，每個子站均有一個站號，事先由參數設定單元設定。工作過程中，PLC通過FX0N—485ADP發有關命令信息后，各個子站均收到該信息，然后每個子站判斷該信息的站號地址是否與本站站號一致。若一致則處理該信息并返回應答信息；若不一致則放棄該信息的處理，這樣就保證了在網絡上同時只有一個子站與主站交換信息。

字串4

三、軟件設計

1、通訊協議

FR—CU03規定計算機與變頻器的通訊過程如圖3所示，

該過程最多分5個階段。?、計算機發出通訊請求；?、變頻器處理等待；?、變頻器作出應答；?、計算機處理等待；?、計算機作出應答。根據不同的通訊要求完成相應的過程，如寫變頻器啟停控制命令時完成?~?三個過程；監視變頻器運行頻率時完成?~?五個過程。不論是寫數據還是讀數據，均有計算機發出請求，變頻器只是被動接受請求并作出應答。每個階段的數據格式均有差別。圖4分別為寫變頻器控制命令和變頻器運行頻率的數據格式。

2、PLC編程

要實現對變頻器的控制，必須對PLC進行編程，通過程序實現PLC與變頻器信息交換的控制。PLC程序應完成FX0N—485ADP通訊適配器的初始化、控制命令字的組合、代碼轉換及變頻器應答信息的處理等工作。PLC梯形圖程序（部分程序）如圖5所示。字串2

程序中通訊發送緩沖區為D127~D149；接受緩沖區為D150~D160。電機1啟動、停止分別由X0的上升、下降沿控制；電機2啟動、停止分別由X1的上升、下降沿控制；電機3啟動、停止分別由X2的上升、下降沿控制。程序由系統起始脈沖M8002初始化FX0N—485ADP的通訊協議；然后進行啟動、停止信號的處理。以電機1啟動為例，X0的上升沿M50吸合，變頻器1的站號送入D130，運行命令字送入D135，ENQ、寫運行命令的控制字和等待時間等由編程器事先寫入D131、D132、D133；接著求校驗和并送入D136、D137；最后置M8122允許RS指令發送控制信息到。變頻器受到信號后立刻返回應答信息，此信息FX0N—485ADP收到后置M8132，PLC根據情況作出相應處理后結束程序。

四、結語

1、實際使用表明，該方案能夠實現PLC通過網絡對變頻調速器的運行控制、參數設定和運行狀態監控。

2、該系統最多可控制變頻調速器32臺，最大距離500m。

3、控制多臺變頻器，成本明

變頻調速器范文第3篇

一、問題的提出

經現場實地查看，發現，該5T龍門式裝卸橋的抓斗的提升、開閉以及小車的前進后退的調速性能均較差，而且使用按扭控制起停、主令開關設定速度段，這樣就會有兩種情況：1.繞線式異步電動機一起動很快達到設定的電機最大轉速，速度太高以及變化太快容易造成電器、機械部件的損壞；2.如設定速度低則會延長等待時間，使生產效率降低。另外，針對抓斗的提升及下放也存在一些潛在的問題，即：當抓斗提升，但在空中停車再起動時，有可能致使抓斗出現“溜車”現象（輕微下滑），這時電機工作在反接制動狀態，但是制動轉矩小于負載轉矩，電機電流非常大。當下放抓斗時，電機在重力與電動轉矩的作用下以極快的速度運行在第四象限，電機工作在回饋制動狀態，轉速大于同步轉速，停車時（抱閘），由于抓斗的慣性及下降速度太快停車效果差，非常危險。針對上述問題，現要采用變頻調速技術予以解決。

二、抓斗的提升、開閉變頻控制

     抓斗有兩臺電機控制即抓斗開合電機、抓斗提升電機。抓斗抓煤時，僅有開合電機運轉，抓滿煤開始提升時，提升和開合兩臺電機均要工作，相互間需要有速度配合才可使系統穩定可靠運行。根據以往制作類似提升、下放重物變頻控制裝置的經驗及查閱ABB公司起重專用變頻器的相關技術資料，變頻器采用制動單元和制動電阻后能夠提供100%的制動轉矩，使抓斗下放時，電機工作在制動狀態，變頻器的制動單元能夠完全吸收掉這部分能量使電機穩定工作在第四象限，且轉速連續可調。這些通過調整開合電機變頻器及提升電機變頻器的頻率、

加速時間，使之相互配合，調整方便。

抓斗的提升、開閉機構采用SIEMENS S7-200系列PLC控制，其輸入、輸出均由繼電器進行隔離。采用PLC控制后使系統的維護量大大減少，修改或調整控制關系靈活、方便。

三、大車、小車運行機構變頻控制

    該系統的大車、小車運行機構基本象似，都是由兩臺電機控制，只是電機的功率不一樣，對兩臺電機分別采用兩臺相同的西門子MASTER DRIVES系列矢量控制型變頻器進行起動及速度控制。由于兩臺電機是驅動的同一負載，為保證兩臺電機的同步運行，每臺變頻器均配置一塊TSY型同步板來實現同步控制。每臺變頻器還需要加裝直流母線上的制動單元實現四象限運行。

采用變頻器調速時，每臺變頻器分別單獨供電。設定一臺變頻器為啟動變頻器，另一臺為工作變頻器，兩臺變頻器設置參數完全一致，在SIEMENS PLC （S7-200系列）的控制下，繞線電機的轉子短接接觸器吸合。在接受到起動按扭發出的起動命令及速度信號后，兩臺變頻器同步工作，當需要快速停車或反向運轉時，兩臺電機的能量回饋通過制動單元釋放，達到快速起停的目的。

四、其 它

   原轉子串接電阻調速方式的控制裝置的電源和控制部分回路保持不變，變頻控制與原控制系統可通過轉換開關相互切換。四臺變頻器均采用矢量型變頻器并配以制動單元、制動電阻以確保在機械失靈的情況下人身及設備的安全。由于變頻器調速屬高效調速系統，運行效率高，調速靈活、方便，系統反應速度快，所以采用變頻器控制并沒有影響龍門抓的抓煤量。

五、小 結

該系統經改造后運行近一年來，未出現電器或機械部件損壞，操作簡便，減少了操作人員操作強度，為我公司帶來了可觀的經濟效益。需要補充的是如果有條件的話可在抓斗控制機械制動回路增加變頻器故障跳閘聯鎖，變頻器一旦故障機械制動立即動作，使之停車，這樣龍門抓的運行可靠性將會得到大大提高。

參考文獻：

[1]. ABB公司. 《ABB變頻器操作手冊（提升宏）》 2001年

變頻調速器范文第4篇

關鍵詞：變頻調速 空調系統 節能

參考文獻

1　葉森林.變頻變壓技術在日本高層建筑動力節電中的應用.暖通空調，1989，（3）：24

變頻調速器范文第5篇

與此同時能夠實現將電動機的工作頻率在短時間內增加至煤炭開采所需要的轉速。在此之后變頻調速器則進入控制模式，可以根據電動機的負載變化值以及工作參數的變化適當的調整電動機的轉速，從而達到機電設備穩定運行的效果。與軟啟動等設備相比不僅僅控制了節流以及回流所產生的消耗，并且可以實現機電設備的自動補償，減少了機電設備以及整個電力網絡的無功消耗，極大程度上提高了電能的利用效率；③測控相對便利，安全性較高。變頻調速器可以實現開環與閉環等自動控制，從而極大程度減少了人工操作以及測控的環節，為煤炭開采的智能化、自動化提供技術支持；④低耗節能。由于變頻調速器的調速性能較高，所以在向礦井中輸送物料或提升等機電設備的應用中能夠達到最優參數，避免電能的浪費。與此同時，變頻調速的過程中能耗低、噪音小。

（1）風機設備變頻調速技術改造研究。在風機選型以及設計過程中是以最大用風量為標準。通常情況下礦井的用風量要遠遠小于額定流量，多余的風量只能夠采用自然防風或者人工阻力等方式進行限流措施，從而為礦井的生產提供更好的條件。但是這種方式會導致電能浪費，調節控制的精度很難把握。所以需要變頻調節技術以高效合理的對風量進行控制。圖1是文中主要研究的礦用隔爆的變頻調速技術對旋式軸流局扇進行改進的主回路原理圖[2]。由圖可見，在虛框中的設備為礦用隔爆變頻調速裝置，K1，K2為QBZ-80礦用隔爆型真空電磁起動器，M1，M2為2BKJ-II2.2系列對旋隔爆型軸流式局部通風機的Ⅰ，Ⅱ級電動機。對旋隔爆型軸流式局部通風機的控制方式分為手動及自動兩種。在自動控制的情況下，Q1,Q2閉合，此時對旋隔爆型軸流式局部通風機主要通過外部的控制信號完成對風機參數的設定以及上位風機的開關信號控制。然后控制K3閉合，使得變頻調速器F1輸出信號，電動機M1從已經設定完成的最小轉速啟動，并且能夠根據煤礦作業面的瓦斯含量對電動機M1的轉速進行閉環調節，從而使風機的工作處于最佳的狀態。一旦電動機的轉速達到工作頻率情況下，則由變頻調速器控制將K3斷開，使k1處于閉合狀態，從而實現電動機M1在額定的轉速下工作。如果開采過程中需要增大風量，可以根據作業面對風量的需求利用變頻調速器控制K4閉合，則將Ⅱ級電動機M2啟動，M2轉向與M1相反，并且也是從最小的轉速下啟動，根據作業面的風量需要對M2的轉速進行閉環調節，進而實現2BKJ-II2.2系列對旋隔爆型軸流式局部通風機的供風隨著作業面的瓦斯含量以及風量需求的大小而變化，達到了安全生產的目的[3]。（2）煤礦礦井提升設備的變頻調速技術改造研究。由于礦井提升設備主要載荷對象是礦石、煤矸石、人員以及井下設備等，所以承載的重量相對較高。煤礦中的礦用提升裝置對電氣傳動的要求相對較高，電氣設備的傳動能力以及可靠性直接影響到煤礦生產的效率以及安全。對于煤礦礦井提升裝置的電氣系統的具體要求是：調速能力強，精度高并且能夠實現快速的正反向運轉，具有精確的制動以及啟動的能力。但現階段我國主要采用直流傳動裝置，基于ABBDCS400晶閘管變流器的直流傳動系統的改進型都存在著直流電動機的固有缺陷，如不能夠實現精確制動以及調速、維修量較大等。而中小型的煤礦又常常采用交流電氣傳動系統，基本原理是利用電動機的轉子對電阻進行切換，從而實現調速。但是這種調速的方式、調速的性能較差，電動機轉子的電阻消耗了許多電能，從而造成了不必要的浪費。由此可見變頻調速技術對煤礦礦井提升設備的改造工作勢在必行。針對煤炭礦井的情況，通常通過以下2種方案進行變頻調速的改造工作：①兩象限變頻器調速制動方案；②四象限能量回饋型高壓變頻器調速方案。雖然以上2種方案效果都明顯，但是其實用性有所圖2煤礦礦井提升設備主要配置圖區別。現階段主要根據礦用的提升裝置的不同進行實用性的劃分。兩象限變頻器調速制動方案常用于市場的處于正力提升的平行軸雙絞筒提升機，而對于時常出現負力的單絞筒提升機則適用于四象限能量回饋型高壓變頻器調速方案。變頻調節優化下的煤礦礦井提升設備的配制對于調速效果有很大的影響。現階段煤礦礦井的提升系統中，大多數的斜井應用單繩單鉤提升方式。所以在提升裝置下放罐籠減速的過程中，由于罐籠承受荷載的傾斜分力的作用，使得電動機處于發電的狀態，發電狀態下產生的交流電通過提升設備中的逆變裝置續流二極管整流，最終將交流電疊加到變頻調速器的直流母線上，提升設備從高速到低速（零速），這時提升設備的頻率變化很快，但電動機的轉子帶著負載有較大的機械慣性，不可能很快的停止，這樣就產生反電勢（端電壓），電動機處于發電狀態，其產生反向電壓轉矩與原電動狀態轉矩相反，而使電動機具有較強的制動力矩，迫使轉子較快停下來，但由于通常變頻器是交－直－交主電力AC/DC整流電路是不可逆的，因此無法回饋到電網上去，導致母線產生泵升電壓，最終可能對提升設備的其他電氣原件造成損壞。所以目前通常采用四象限能量回饋型高壓變頻器，直接對鼠籠電動機進行驅動，形成完整的電控系統，鼠籠式電動機是由鋁條或銅條與短路環焊接而成或鑄造而成的三相異步電動機。這種電動機相比于其他的電動機具有結構簡單、維修期短、價格低廉等優勢，所以提升設備的變頻調速裝置直接驅動鼠籠式電動機，能夠提升能量轉換效率，避免上述現象發生。圖2所示的是煤礦礦井提升設備的變頻調速技術改造后的主要配置圖[3]。

由以上研究可以看出，煤炭機電領域變頻調速技術的應用越來越多，但是仍然存在技術以及經濟等方面的問題，還有非常大的發展空間。所以我國煤炭企業要全面推動變頻調速技術在機電領域的發展，根據礦井的特殊環境以及井下作業的特點，研究出更多的具有特殊功能的變頻調速機電設備，為我國煤炭數字化發展做貢獻。

本文作者：孫曉章工作單位：平煤股份