xxx變頻調(diào)速供水電控裝置設計論文

1、<p>　　變頻調(diào)速供水電控裝置設計</p><p>　　摘 要：本文給出變頻調(diào)速供水系統(tǒng)方案設計，采用變頻調(diào)速拖動，可以實現(xiàn)無塔上水供水，并給出相關參數(shù)設定和計算方法。變頻調(diào)速用于給水系統(tǒng)，可以實現(xiàn)節(jié)能。關鍵字：變頻器 閉環(huán)控制 邏輯繼電器 節(jié)能</p><p>　　在供水系統(tǒng)中，用戶用水量往往是隨機變化的，而投運水泵的臺數(shù)和水泵的轉速不隨用戶水量變化，負荷低峰時將引起電

2、能的浪費，管網(wǎng)壓力大時將損壞管網(wǎng)及其附屬設備，采用變頻調(diào)速、微電腦控制器及邏輯控制元件可以達到管網(wǎng)恒壓變量供水。下面以單臺泵控制為例說明。</p><p>　　1供水一用一備、變頻/工頻方式</p><p>　　當一臺泵能夠滿足管網(wǎng)最大壓力時，可以采用一臺變頻器控制一臺泵方式工作。</p><p>　　1.1變頻器供水系統(tǒng)</p><p>　

3、　壓力傳感器裝于用戶端管網(wǎng)上，用于檢測用戶端水壓。壓力設定值與所測管網(wǎng)壓力在調(diào)節(jié)器中進行比較，其誤差信號作為變頻調(diào)速的速度給定。變頻調(diào)速器輸出頻率可變的電力給水泵電機，使水泵轉速相應變化。管網(wǎng)壓力保證了恒定。</p><p>　　1.2 水泵控制主回路 </p><p>　　水泵控制主回路見圖二</p><p>　　1.2.1 變頻器的選擇 </p>

4、<p>　　變頻器類型的選擇要根據(jù)負載的要求來進行，泵類負載的轉矩與轉速成平方比，低速下負載轉矩較小，通?？梢赃x擇普通功能型U/f變頻器。泵類一般運轉方式為連續(xù)型，變頻器容量的計算式如下：</p><p>　　PCN≥KPM／ηCOSφ</p><p>　　PCN≥k√3 UMIM×10-3 </p><p><b>　　ICN≥kIM

5、</b></p><p>　　式中 PM——負載所要求的電動機的軸輸出功率KW，</p><p>　　η——泵用電動機的效率（通常約0.85）</p><p>　　COSφ——電動機的功率因數(shù)（通常約0.75）</p><p>　　UM——電動機電壓V</p><p>　　IM——電動機電流A，功頻電源時的

6、電流</p><p>　　K——電流波形的修正系數(shù)（PWM方式時取1.05-1.0）</p><p>　　PCN——變頻器的額定容量KVA</p><p>　　ICN——變頻器的額定電流</p><p>　　變頻器的過載能力較小，允許過載時間亦很短，但泵類負載除起動外無瞬時過載問題，變頻器傳動時最大軸功率基本上等于電動機的額定功率。當泵低速運

7、行時，散熱能力變差，但溫升不會有太大變化，對于最大軸輸出功率無影響。</p><p>　　對于交直交變頻器，功率因數(shù)取決于諧波而不是電容含量。變頻器設計時，如果電網(wǎng)對諧波污染要求比較嚴格，要求變頻器有很高的功率因數(shù)，則根據(jù)產(chǎn)品說明書要求校合電源側電感量，如不滿足則附加電抗器。 </p><p>　　如果采用變頻器專用電動機，則可以根據(jù)查表選擇電動機（表由廠家給出），對于青海高原地形，變頻器

8、容量還應乘以約1.25系數(shù)，在變頻器位置安放上應考慮環(huán)境溫度與濕度。</p><p>　　1.2.2 空氣開關，接觸器，熱繼電器、導線、外部直流電源選擇</p><p>　　空氣開關的額定電流應大于電動機的額定電流，延時動作的過電流脫扣器的額定電流應為電動機額定電流1.1至1.2倍。瞬時動作的過電流整定值應按大于電動機起動電流的1.7至2.0倍考慮。</p><p>

9、;　　接觸器選擇應考慮極數(shù)、額定工作電壓、額定工作電流、接通與分斷能力，都應符合電機要求，所帶附助觸頭應滿足繼電邏輯控制要求。</p><p>　　熱繼電器額定電流應為電動機額定電流的1.05至0.95倍，在長期過載20%時應可靠動作，熱繼電器動作時間必須大于電動機起動或長期過載時間。</p><p>　　導線選擇應根據(jù)載流量及鋪設方式定。一般根據(jù)青海氣候及廠內(nèi)土壤、地形及周圍管網(wǎng)情況，取

10、系數(shù)0.85。</p><p><b>　　1.3 微電腦選擇</b></p><p>　　恒壓供水系統(tǒng)實際上是一個單閉環(huán)系統(tǒng)，微電腦控制器實際上是一個外置PID控制器，輸出信號4—20mA，給定信號4—20mA，反饋信號同上。利用變頻器內(nèi)部PID，可以省掉調(diào)節(jié)器，壓力傳感變送器信號直接輸入到變頻器內(nèi)。相應接線端子見變頻器操作手冊。也可外置PID調(diào)節(jié)器，如川儀GTZ—

11、2100。</p><p><b>　　1.4壓力傳感器</b></p><p>　　選用HS950型合金薄膜變送器，二線4～20mA輸出，測量范圍0.2至0.8Mpa，電源24V。</p><p><b>　　1.5直流電源選擇</b></p><p>　　選擇KW1-24，輸出24V，33A，或

12、S-15-24，輸出24V。直流電源供給壓力傳感器、微電腦控制器。因為壓力傳感器與微電腦控制器的視在功率很小，也可以選用PLC的24V直流輸出端供電，</p><p>　　1.6給定信號的產(chǎn)生</p><p>　　給定信號采用電位器RX-5，外部電源24V，或者采用變頻器提供電源，以上都可輸出4～20mA控制電流。根據(jù)設定壓力產(chǎn)生的電流信號確定給定值。</p><p&g

13、t;<b>　　2邏輯繼電設計</b></p><p>　　通過繼電器可以作到工頻、變頻轉換（KM0），一備一用（KM1—4），參見相關圖集。也可以選擇I/O點數(shù)為20點的PLC實現(xiàn)邏輯控制及信號指示與報警，PLC的梯形圖由相關圖集中所列邏輯關系移植過來，簡單方便。結合變頻器的相關繼電輸出口就能實現(xiàn)技術要求。</p><p>　　系統(tǒng)起動后，若1#泵速度升至最大時用戶

14、端管網(wǎng)壓力仍未達到設定值，2#泵起動并全速運行。若壓力超過設定值，變頻器調(diào)節(jié)1#泵速度使壓力恒定。若壓力升高到一定值，變頻器頻率已減小至最低，則可以讓2#泵退出。為了達到此目的，利用變頻器的繼電器輸出功能，當頻率大于設定值時，繼電器輸出，接通繼電邏輯回路，控制第二個電動機起動，退出情況與此相反。例如使用SEMENS的MICROMASTER VECTOR操作手冊P41所列功能。</p><p>　　此外，三墾公司獨

15、有的恒壓供水基板IWS備有“變頻泵固定方式”、“變頻泵循環(huán)方式”兩種模式。無須PID、PLC就可構成最多7臺泵的高性能、又經(jīng)濟的供水系統(tǒng)。（SAMCO-IHF、IPF變頻器）。 </p><p>　　3．變頻器參數(shù)設置及調(diào)節(jié)器參數(shù)設置</p><p>　　3.1變頻器參數(shù)設置</p><p>　　變頻器參數(shù)設置如下：最大頻率50HZ，最小0HZ，基本頻率50HZ，額

16、定電壓380V，總加速時間 15S，減速時間15S，電動機平滑起動，電子熱保護 1.05，轉矩限制1.5，瞬停再起動功能有，轉矩矢量控制無，其余功能遵照變頻器出廠設定。調(diào)節(jié)器參數(shù)設定如下： </p><p>　　由于被控對象模型復雜，管網(wǎng)恒定值要求不高，PI 參數(shù)確定時，可先不考慮管網(wǎng)的影響（管網(wǎng)波動，水流變化的滯后），忽略起動最初影響，忽略壓力測量變送器的滯后環(huán)節(jié)，因為變頻器與電動機的開環(huán)機械特性與直流機的開環(huán)

17、特性非常接近，所以把變頻器與泵用電動機看做一個和直流電動機功率一樣的電動機，基于此可以方便確定KP 、TS，是一個二階系統(tǒng)，由此可定系統(tǒng)圖。</p><p>　　另外，TS ，KP的確定可以由實驗取得，做變頻器電動機的階躍響應曲線辯識過程數(shù)學模型，可以認為是一個二階慣性環(huán)節(jié)，是一個自衡對象。就可以求得這兩個參數(shù),得出系統(tǒng)圖如下，可以初略算出K 、τ 。T1，T2為變頻器起動上升時間，KP為信號放大倍數(shù)。</

18、p><p><b>　　系統(tǒng)原理圖如下： </b></p><p>　　原理圖中相關參數(shù)：α=0.01 mA/r/min（電動機為1500r/min） 。</p><p>　　當PI參數(shù)計算取得后，在實際調(diào)試過程中，應根據(jù)所帶負載進行調(diào)整，可先使泵空載運行，改變給定值，如果系統(tǒng)穩(wěn)定，再使水泵帶載運行調(diào)整，使系統(tǒng)穩(wěn)定并有一定的靈敏度。</p&g

19、t;<p>　　4，變頻調(diào)速控制柜的設計</p><p>　　變頻調(diào)速柜一般柜面有電流電壓指示，電能計量，工況運行指示，工況運行控制按鈕。如果變頻器功率小,體積小，可以把變頻器與控制元件裝在一個柜內(nèi)，柜體體積為通用柜尺寸，根據(jù)控制柜所處環(huán)境，柜體的防護等級為IP54。</p><p>　　5，恒壓供水成套裝置</p><p>　　變頻調(diào)速供水成套供應的

20、公司現(xiàn)在也非常多，CPS系列（三墾公司），LBP系列（上海連成）等。定貨時只要給出要求即可。一般參數(shù)要求為：電動機功率，水泵臺數(shù)，控制特征，柜體特征，附加功能等。</p><p>　　6，變頻調(diào)速供水的節(jié)能分析</p><p>　　當前給水工程中應用的變頻調(diào)速裝置，根據(jù)控制方式不同，有恒壓變量與變壓變量之分。對于恒壓變量供水來說（圖1），從工作點從A變到工作點B，HA/HB=1,水泵軸功率

21、按下式計算：</p><p><b>　　N=ρgQH/η</b></p><p>　　ρ——水的密度，Kg2/m3; g——重力加速度，m/s2；η——水泵效率。</p><p>　　N——水泵的軸功率，Q——管網(wǎng)流量， H——水泵揚程。</p><p>　　由于A，B為非相似工況點，轉速的降低將導致水泵效率下降。對于

22、恒壓變量供水來說，當系統(tǒng)Q’=0.8Q時，</p><p>　　N‘=ρgQ‘H’/η‘=ρg0.8QH/η’＞0.8N</p><p>　　即當水泵流量減小20%時，節(jié)能小于20%，這取決于水泵的效率與轉速的關系。</p><p>　　如果水系統(tǒng)是變壓變量供水，HA/HB= SQA2/SQB2= QA2/QB2，N∝Q3，則節(jié)約能量為51%左右。</p>

23、;<p>　　變頻器的輸入功率因數(shù)比較高，根據(jù)電源側的電抗情況，加入交流電抗器或直流電抗器，可以使變頻器的功率因數(shù)達到0.92以上，與泵用電動機的功率因數(shù)0.85左右相比，節(jié)約電能也非常可觀。</p><p><b>　　7，結論</b></p><p>　　采用恒壓供水，水泵起動為軟起動，對電網(wǎng)影響小，可以減小變壓器的容量，可以減少機械傳動的設備損壞，

24、節(jié)約電能。據(jù)相關資料，一般兩年節(jié)約的電能費用就能收回設備投資。特別適合負載周期變化特別大的場合，例如生活小區(qū)，白天與深夜的需水量就特別大。對于短時制的工作也非常明顯。</p><p><b>　　參考目錄：</b></p><p>　　1， 拖動自動控制系統(tǒng)，陳伯時編。</p><p>　　2， 西門子變頻器說明書。</p>&l