基于稳态模型的异步电动机调速.ppt

2023/9/25,4.5 电流跟踪PWM控制技术,电流跟踪PWM（CFPWM，Current Follow PWM）的控制方法是：在原来主回路的基础上，采用电流闭环控制，使实际电流快速跟随给定值，在稳态时，尽可能使实际电流接近正弦波形，这就能比电压控制的SPWM获得更好的性能。,2023/9/25,应用PWM控制技术的变压变频器一般都是电压源型的，它可以按需要，方便地控制其输出电压，为此前面所述的PWM控制技术都是以输出电压近似正弦波为目标的。,1.问题的提出,2023/9/25,但是，在交流电机中，实际需要保证的应该是正弦波电流，因为在交流电机绕组中只有通入三相平衡的正弦电流，才能在空间建立圆形磁链轨迹，从而产生恒定的电磁转矩，不含脉动分量。因此，若能对电流实行闭环控制，以保证其正弦波形，显然将比电压开环控制能够获得更好的性能。常用的一种电流闭环控制方法是电流跟踪PWM（Current Follow PWM CFPWM）控制。,2023/9/25,2.滞环比较式电流跟踪控制原理 具有电流滞环跟踪 PWM 控制的 PWM 变压变频器的A相控制原理图示于下图所示。,图4-13 电流滞环跟踪控制的A相原理图,2023/9/25,图中，电流控制器是带滞环的比较器，环宽为2h。将给定电流 i*a 与输出电流 ia 进行比较，电流偏差 ia 超过 h时，经滞环控制器HBC控制逆变器 A相上（或下）桥臂的功率器件动作。B、C 二相的原理图均与此相同。,采用电流滞环跟踪控制时，变压变频器的电流波形 与PWM电压波形示于下图。,2023/9/25,图a)电流波形t0时刻,ia i*a，且 ia=i*a-ia h，滞环控制器 HBC输出正电平，-VT1导通，变压变频器输出正电压，使ia增大。当ia=i*a时，虽然ia=0，但HBC仍保持正电平输出，保持导通，使继续增大.,图b)电压波形,2023/9/25,t=t1时刻，达到ia=i*a+h，ia=h，使滞环翻转，HBC输出负电平，关断VT1，并经延时后驱动VT4。,2023/9/25,但此时VT4未必能够导通。由於电机绕组的电感作用，电流不会反向，而是通过二极管VD4 续流，使受到反向钳位而不能导通。此后，ia逐渐减小，直到t=t2时，ia=i*a-h，到达滞环偏差的下限值，使HBC再翻转，又重复使VT1导通。这样，VT1与VD4交替工作，使输出电流ia与给定值i*a之间的偏差保持在h 范围内，在正弦波i*a上下作锯齿状变化。从电流波形图中可以看到，输出电流是十分接近正弦波的。,2023/9/25,图中给出了在给定正弦波电流半个周期内的输出电流波形和相应的相电压波形。可以看出，在半个周期内围绕正弦波作脉动变化，不论在的上升段还是下降段，它都是指数曲线中的一小部分，其变化率与电路参数和电机的反电动势有关。,2023/9/25,三相电流跟踪型PWM逆变电路,三相电流跟踪型PWM逆变电路,2023/9/25,三相电流跟踪型PWM逆变电路输出波形,2023/9/25,因此，输出相电压波形呈PWM状，但与两侧窄中间宽的SPWM波相反，两侧增宽而中间变窄，这说明为了使电流波形跟踪正弦波，应该调整一下电压波形。,2023/9/25,电流跟踪控制的精度与滞环的环宽有关，同时还受到功率开关器件允许开关频率的制约。当环宽选得较大时，可降低开关频率，但电流波形失真较多，谐波分量高；如果环宽太小，电流波形虽然较好，却使开关频率增大了。这是一对矛盾的因素，实用中，应在充分利用器件开关频率的前提下，正确地选择尽可能小的环宽。,2023/9/25,小 结,优点：电流滞环跟踪控制方法的精度高，响应快，且易于实现。缺点：但受功率开关器件允许开关频率的限制，仅在电机堵转且在给定电流峰值处才发挥 出最高开关频率，在其他情况下，器件的允 许开关频率都未得到充分利用。为了克服这个缺点，可以采用具有恒定开关频率的电流控制器，或者在局部范围内限制开关频率，但这样对电流波形都会产生影响。,2023/9/25,4.6电压空间矢量PWM控制技术,经典的SPWM控制着眼于使变压变频器的输出电压尽量接近正弦波，并没顾及输出电流的波形。输出电流的波形会受负载参数的影响，电动机电流谐波不仅使损耗增加，还会产生脉动转矩，影响电动机性能。电流滞环跟踪控制直接控制输出电流，使之在正弦波附近变化，比只要求正弦电压前进了一步。把逆变器和交流电动机视为一体，以圆形旋转磁场为目标来控制逆变器的工作，这种控制方法称作“磁链跟踪控制”，磁链轨迹的控制是通过交替使用不同的电压空间矢量实现的，所以又称：,电压空间矢量PWM（SVPWM，Space Vector PWM）控制。,2023/9/25,1.空间矢量的定义,电压空间矢量的定义,（4-50）,旋转因子,设电源电压为：,2023/9/25,三相合成矢量,图4-16 电压空间矢量,2023/9/25,三相平衡正弦电压合成矢量,是一个以电源角频率 为电气角速度作恒速旋转的空间矢量，它的幅值不变，是相电压幅值的3/2倍，当某一相电压为最大值时，合成电压矢量就落在该相的轴线上。,（4-52）,旋转的空间电压矢量（链接动画）,2023/9/25,定子电流和磁链的空间矢量,（4-53）,（4-54）,2023/9/25,2.电压与磁链空间矢量的关系,当异步电动机的三相对称定子绕组（Y接）由三相电压供电时，对每一相都可写出一个电压平衡方程式，求三相电压平衡方程式的矢量和，即得用合成空间矢量表示的定子电压方程式,（4-55）,2023/9/25,电压与磁链空间矢量的关系,当电动机转速不是很低时，定子电阻压降所占的成分很小，可忽略不计，则定子合成电压与合成磁链空间矢量的近似关系为,（4-56）,2023/9/25,电压与磁链空间矢量的关系,当电动机由三相平衡正弦电压供电时，电动机定子磁链幅值恒定，其空间矢量以恒速旋转，磁链矢量顶端的运动轨迹呈圆形（简称为磁链圆）。定子磁链旋转矢量,（4-58）,2023/9/25,电压与磁链空间矢量的关系,式（4-58）对 t 求导得,（4-59）,磁链幅值等于电压与频率之比，方向与磁链矢量正交，即磁链圆的切线方向，如图4-17所示。,2023/9/25,电压与磁链空间矢量的关系,图4-17 旋转磁场与电压空间矢量的运动轨迹,图4-18 电压矢量圆轨迹,2023/9/25,3.PWM逆变器基本输出电压矢量,三相逆变器-异步电动机调速系统主电路原理图,在常规的 PWM 变压变频调速系统中，异步电动机由六拍 阶梯波逆变器供电，这时的电压空间矢量运动轨迹是怎样 的呢？,2023/9/25,直流电源中点和交流电动机中点的电位不等，但合成电压矢量的表达式相等。因此，三相合成电压空间矢量与参考点无关。,（4-60）,2023/9/25,图6-27 三相逆变器-异步电动机调速系统主电路原理图,主电路原理图,在常规的 PWM 变压变频调速系统中，异步电动机由六拍阶梯波逆变器供电，这时的电压空间矢量运动轨迹是怎样的呢？,2023/9/25,2023/9/25,开关工作状态,图中的逆变器采用180导通型，功率开关器件共有8种工作状态（见附表），其中6 种有效开关状态；2 种无效状态（因为逆变器这时并没有输出电）上桥臂开关 VT1、VT3、VT5 全部导通下桥臂开关 VT2、VT4、VT6 全部导通,2023/9/25,开关状态表,2023/9/25,PWM逆变器基本输出电压矢量,PWM逆变器共有8种工作状态，当（，）=（1，0，0）时，（，）=（，），代入式（4-60）得：,（4-61）,2023/9/25,PWM逆变器基本输出电压矢量,当（，）=（1，1，0）时，（，）=（，），得,（4-62）,2023/9/25,PWM逆变器基本输出电压矢量,依此类推，可得8个基本空间矢量，见表4-2，其中6个有效工作矢量，幅值为直流电压，在空间互差。另2个为零矢量 和。,2023/9/25,PWM逆变器基本输出电压矢量,图4-19 基本电压空间矢量图,2023/9/25,4.正六边形空间旋转磁场,6个有效工作矢量按 u1 至 u6 的顺序分别作用时间 t，并使,（4-63）,每个有效工作矢量作用/3 弧度，6个有效 工作矢量完成一个周期，输出基波电压角频 率,2023/9/25,正六边形空间旋转磁场2,在时间t内，定子磁链矢量的增量为,（4-64）,定子磁链矢量的增量方向与电压矢量相同，幅值等于直流侧电压与作用时间的乘积。,k=1,2,3,4,5,6,2023/9/25,正六边形空间旋转磁场 3,定子磁链矢量的运动轨迹为,（4-65）,图4-20 定子磁链矢量增量与电压矢量和时间增量的关系,2023/9/25,图4-21 正六边形定子磁链轨迹,正六边形空间旋转磁场4,2023/9/25,正六边形空间旋转磁场5,由正六边形的性质可知,（4-66）,正六边形定子磁链的大小与直流侧电压成正 比，而与电源角频率成反比。在基频以下调速 时，应保持正六边形定子磁链的最大值恒 定。,2023/9/25,正六边形空间旋转磁场6,要保持正六边形定子磁链不变，必须使 为常数，这意味着在变频的同时必须调节直流电压，造成了控制的复杂性。有效的方法是插入零矢量，使有效工作矢量的作用时间仅为，其余的时间,。,用零矢量来补。,2023/9/25,正六边形空间旋转磁场7,在/3弧度内定子磁链矢量的增量为,正六边形定子磁链的最大值,（4-67）,（4-68）,2023/9/25,正六边形空间旋转磁场 8,在直流电压不变的条件下，要保持 恒定，只要使 为常数。零矢量的插入有效地解决了定子磁链矢量幅值与旋转速度的矛盾。,2023/9/25,正六边形空间旋转磁场9,在时间段 内，定子磁链矢量轨迹沿着有效工作电压矢量方向运行。在时间段 内，零矢量起作用，定子磁链矢量轨迹停留在原地，等待下一个有效工作矢量的到来。电源角频率越低，零矢量作用时间也越大，定子磁链矢量轨迹停留的时间越长。,2023/9/25,5.期望电压空间矢量的合成与SVPWM控制,每个有效工作矢量在一个周期内只作用一次的方式只能生成正六边形的旋转磁场，与在正弦波供电时所产生的圆形旋转磁场相差甚远，六边形旋转磁场带有较大的谐波分量，这将导致转矩与转速的脉动。,2023/9/25,SVPWM基本思想,要获得更多边形或接近圆形的旋转磁场，就必须有更多的空间位置不同的电压空间矢量以供选择，但PWM逆变器只有8个基本电压矢量，能否用这8个基本矢量合成其他多个矢量?答案是肯定的，按空间矢量的平行四边形合成法则，用相邻的两个有效工作矢量合成期望的输出矢量，这就是电压空间矢量PWM（SVPWM）的基本思想。,2023/9/25,SVPWM基本思想,按6个有效工作矢量将电压矢量空间分为对称的六个扇区，每个扇区对应/3，当期望的输出电压矢量落在某个扇区内时，就用该扇区的两条边等效合成期望的输出矢量。所谓等效是指在一个开关周期内，产生的定子磁链的增量近似相等。,2023/9/25,电压空间矢量的6个扇区,图4-22 电压空间矢量的6个扇区,2023/9/25,期望电压空间矢量的合成,以期望输出矢量落在第I扇区为例，分析电压空间矢量PWM的基本工作原理，由于扇区的对称性，可推广到其它各个扇区。,图4-23 期望输出电压矢量的合成,2023/9/25,期望电压空间矢量的合成,在一个开关周期 中，的作用时间为，的作用时间为，按矢量合成法则可得,（4-69）,2023/9/25,电压空间矢量的作用时间,令实部与虚部分别相等，解得,（4-71）,（4-70）,2023/9/25,输出电压矢量最大幅值,两个基本矢量作用时间之和应满足,（4-73）,（4-72）,输出电压矢量最大幅值为,2023/9/25,SVPWM的实现,由期望输出电压矢量的幅值及位置可确定相邻的两个基本电压矢量以及它们作用时间的长短。通常以开关损耗较小和谐波分量较小为原则，安排基本矢量和零矢量的作用顺序，一般在减少开关次数的同时，尽量使PWM输出波型对称，以减少谐波分量。,2023/9/25,零矢量集中的实现方法,按照对称原则，将两个基本电压矢量的作用时间、平分为二后，安放在开关周期的首端和末端，把零矢量的作用时间放在开关周期的中间，并按开关次数最少的原则选择零矢量。,2023/9/25,零矢量集中的实现方法,图4-24 零矢量集中的SVPWM实现,2023/9/25,零矢量分布的实现方法,将零矢量平均分为4份，在开关周期的首、尾各放1份，在中间放两份，将两个基本电压矢量的作用时间、平分为二后，插在零矢量间。按开关损耗较小的原则，选取零矢量。,2023/9/25,零矢量分布的实现方法,图4-25 零矢量分布的SVPWM实现,2023/9/25,SVPWM控制的定子磁链,将占据/3的定子磁链矢量轨迹等分为N个小区间，每个小区间所占的时间为,则定子磁链矢量轨迹为正6N边形，轨迹接近于圆，谐波分量小，能有效减小转矩脉动。,2023/9/25,N=4时，期望的定子磁链矢量轨迹,图4-26 为N=4时，期望的定子磁链矢量轨迹，在每个小区间内，定子磁链矢量的增量为。由于us(k)是非基本电压矢量，必须用相邻的两个基本电压矢量合成。当k=1时，us(1)可用u6和 u1 合成，即则定子磁链矢量的增量为,2023/9/25,采用零矢量分布的实现方法，按开关损耗较小的原则，各基本矢量作用的顺序和时间为,因此，在T0时间内，定子磁链矢量的运动轨迹分为7步完成：,2023/9/25,由以上可知，ys(1，*)=0时，定子磁链矢量停留在原地。ys(1，*)0时，定子磁链矢量沿着电压矢量的方向运动。对于ys(2)分析方法同上。对于ys(3)、ys(4)需用u1和u2合成，图5-42是在60度内实际的定子磁链矢量轨迹。当磁链矢量位于其他的5p/3区域时，可用不同的基本电压矢量合成期望的电压矢量，分析方法相同。,2023/9/25,定子磁链矢量轨迹,图4-26 N=4时，期望的定子磁链 矢量轨迹,图4-27 N=4时，实际的定子磁链 矢量轨迹,2023/9/25,定子旋转磁链矢量轨迹,图4-28定子旋转磁链矢量轨迹,2023/9/25,定子旋转磁链矢量轨迹,实际的定子磁链矢量轨迹在期望的磁链圆周围波动。N越大，磁链轨迹越接近于圆，但开关频率随之增大。由于N是有限的，所以磁链轨迹只能接近于圆，而不可能等于圆。,2023/9/25,SVPWM控制模式的特点,1.逆变器共有8个基本输出矢量，6个有效工作矢量和2个零矢量，在一个旋转周期内，每个有效工作矢量只作用1次的方式，只能生成正6边形的旋转磁链，谐波分量大，将导致转矩脉动。2.用相邻的2个有效工作矢量，可合成任意的期望输出电压矢量，使磁链轨迹接近于圆。开关周期越小，旋转磁场越接近圆，但功率器件的开关频率提高。,2023/9/25,SVPWM控制模式的特点,3.利用电压空间矢量直接生成三相PWM波，计算简便。4.与一般的SPWM相比较，SVPWM控制方式的输出电压可提高15%。,2023/9/25,为学,天下事有难易乎？为之，则难者亦易矣;不为，则易者亦难矣。人之为学有难易乎？学之，则难者亦易矣;不学，则易者亦难矣。,2023/9/25,2023/9/25,4.7 转速开环变压变频调速系统,对于风机、水泵类性能要求不高、只要在一定范围内能实现高效率的调速就行的负载，可以根据电动机的稳态模型，采用转速开环电压频率协调控制的方案，这就是一般的通用变频器控制系统。所谓“通用”，包含两方面的含义：一是可以和通用的笼型异步电动机配套使用；二是具有多种可供选择的功能，适用于各种不同性质的负载。,2023/9/25,转速开环变压变频调速系统结构,由于系统本身没有自动限制起制动电流的作用，因此，频率设定必须通过给定积分算法产生平缓的升速或降速信号,图4-34 转速开环变压变频调速系统,2023/9/25,给定积分,其中 为上升时间，为下降时间，可根据负载需要分别进行选择。,（4-88）,2023/9/25,电压/频率特性,当实际频率大于或等于额定频率时，只能保持额定电压不变。而当实际频率小于额定频率时，一般是带低频补偿的恒压频比控制。,（4-89）,2023/9/25,系统实现,图4-35为基于微机控制的数字控制通用变频器异步电动机调速系统硬件原理图。它包括主电路、驱动电路、微机控制电路、信号采集与故障综合电路。控制软件是系统的核心，除了PWM生成、给定积分和压频控制等主要功能软件外，还包括信号采集，故障综合及分析，键盘及给定电位器输入，显示和通讯等辅助功能软件。,2023/9/25,图4-35 数字控制通用变频器-异步电动机调速系统硬件原理图,2023/9/25,2023/9/25,西门子全新一代标准变频器MicroMaster440,MicroMaster440是全新一代可以广泛应用的多功能标准变频器。它采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，以满足广泛的应用场合。创新的BiCo（内部功能互联）功能有无可比拟的灵活性。主要特征：200V-240V 10%，单相/三相，交流，0.12kW-45kW；380V-480V10%，三相，交流，0.37kW-250kW；矢量控制方式，可构成闭环矢量控制，闭环转矩控制；高过载能力，内置制动单元；三组参数切换功能。,2023/9/25,控制功能：线性v/f控制，平方v/f控制，可编程多点设定v/f控制，磁通电流控制免测速矢量控制，闭环矢量控制，闭环转矩控制，节能控制模式；标准参数结构，标准调试软件；数字量输入6个，模拟量输入2个，模拟量输出2个，继电器输出3个；独立I/O端子板，方便维护；采用BiCo技术，实现I/O端口自由连接；内置PID控制器，参数自整定；集成RS485通讯接口，可选PROFIBUS-DP/Device-Net通讯模块；具有15个固定频率，4个跳转频率，可编程；可实现主/从控制及力矩控制方式；在电源消失或故障时具有自动再起动功能；灵活的斜坡函数发生器，带有起始段和结束段的平滑特性；快速电流限制（FCL），防止运行中不应有的跳闸；有直流制动和复合制动方式提高制动性能。,2023/9/25,保护功能：过载能力为200额定负载电流，持续时间3秒和150额定负载电流，持续时间60秒；过电压、欠电压保护；变频器、电机过热保护；接地故障保护，短路保护；闭锁电机保护，防止失速保护；采用PIN编号实现参数连锁。,西门子全新一代标准变频器MicroMaster440,2023/9/25,4.8转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统,转速开环变频调速系统可以满足平滑调速的要求，但静、动态性能和调速范围都有限。采用转速闭环控制可提高静、动态性能，实现稳态无静差，转速闭环转差频率控制的变压变频调速是基于异步电动机稳态模型的转速闭环控制系统，但需增加转速传感器、相应的检测电路和测速软件等。,2023/9/25,转差频率控制的基本概念及特点,异步电动机的电磁转矩公式,2023/9/25,电磁转矩,则,（4-90）,定义转差角频率,（4-91）,其中,2023/9/25,电磁转矩公式,当电机稳态运行时，转差s较小，可以认为，转矩可近似表示为,（4-92）,2023/9/25,转差频率控制的基本思想,若能够保持气隙磁通不变，且在s值较小的稳态运行范围内，异步电动机的转矩就近似与转差角频率成正比。也就是说，在保持气隙磁通不变的前提下，可以通过转差角频率来控制转矩，这就是转差频率控制的基本思想。,2023/9/25,临界转差和临界转矩,临界转矩,临界转差：对式（4-91），取dTe/dt=0，可得,（4-93）,（4-94）,2023/9/25,允许转差频率,要保证系统稳定运行，必须使系统最大的允许转差频率小于临界转差频率,就可以用转差频率来控制转矩。这是转差频率控制的基本规律之一。,图4-36,（4-95）,2023/9/25,恒 控制,上述规律是在保持 恒定的前提下才成立的，那么如何保持恒定，是转差频率控制系统要解决的第二个问题。按恒 Eg/1 控制时可保持恒定，由单相等效电路可得定子电压，,（4-96）,2023/9/25,恒 控制,由此可见，要实现恒 控制，必须采用定子电流补偿控制，以抵消定子电阻和漏抗的压降。理论上说，定子电流补偿应该是幅值和相位的补偿，但这无疑使控制系统复杂，若忽略电流相量相位变化的影响，仅采用幅值补偿。,2023/9/25,幅值补偿电压频率特性,图4-37 定子电流补偿的电压频率特性,（4-97）,2023/9/25,转差频率控制的规律,在 的范围内，转矩基本上与转差成正比，条件是气隙磁通不变。在不同的定子电流值时，按图4-37的函数关系控制定子电压和频率，就能保持气隙磁通恒定。,2023/9/25,转差频率控制系统结构及性能分析,转速闭环的转差频率控制变压变频调速系统共有两个转速反馈控制，以下分析两个转速反馈的控制作用。,2023/9/25,系统结构,内环为正反馈，将转速调节器ASR的输出信号转差频率给定与实际转速相加，得到定子频率给定信号，,（4-99）,由于正反馈是不稳定结构，需设置转速负反馈外环，才能使系统稳定运行，ASR为转速调节器，一般选用PI调节器。,2023/9/25,系统结构,图4-38 转差频率控制的转速闭环变压变频调速 系统结构原理图,2023/9/25,起动过程,突加给定，假定转速调节器ASR的比例系数足够大，则ASR很快进入饱和，输出为限幅值，由于转速和电流尚未建立，给定定子频率，定子电压,（4-100）,2023/9/25,启动电流、启动转矩,启动电流等于最大的允许电流,启动转矩等于系统最大的允许输出转矩,（4-101）,（4-102）,2023/9/25,起动过程,随着电流的建立和转速的上升，定子电压和频率按式（4-96）的规律上升，但由于转差频率不变，起动电流和起动转矩也不变，电动机在允许的最大输出转矩下加速运行。因此，转差频率控制变压变频调速系统通过最大转差频率间接限制了最大的允许电流。,2023/9/25,起动过程,与直流调速系统相似，起动过程可分为三个阶段：转矩上升恒转矩升速转速调节在恒转矩升速阶段内，转速调节器ASR不参与调节，相当于转速开环，在正反馈内环的作用下，保持加速度恒定；转速超调后，ASR退出饱和，进入转速调节阶段，最后达到稳态。,2023/9/25,加载过程,系统已进入稳定运行，负载转矩增大时，在负载转矩的作用下转速下降，正反馈内环的作用使下降，但在外环的作用下，给定转差频率上升，定子电压频率上升，电磁转矩增大，转速回升，到达稳态时，转速仍等于给定值，电磁转矩等于负载转矩。,2023/9/25,系统静态特性,图4-39 转差频率控制的转速闭环变压变频调速系统静态特性,2023/9/25,最大转差频率,系统具有一定的重载起动和过载能力，且启动电流小于允许电流，最大转差频率应满足,（4-103）,式中 I 允许的过载倍数 T-启动转矩倍数,2023/9/25,转差频率控制系统的特点,转差角频率与实测转速相加后得到定子频率，在调速过程中，实际频率随着实际转速同步地上升或下降，有如水涨而船高，因此加、减速平滑而且稳定。在起动过程中转速调节器ASR饱和，系统以对应于的最大转矩起、制动，并限制了最大电流，保证了在允许条件下的快速性。,2023/9/25,不足之处,转差频率控制系统是基于异步电动机稳态模型的，所谓的“保持磁通恒定”的结论也只在稳态情况下才能成立。在动态中难以保持磁通恒定，这将影响到系统的动态性能。只抓住了定子电流的幅值，没有控制到电流的相位，而在动态中电流的相位也是影响转矩变化的因素。,2023/9/25,不足之处,在频率控制环节中，取，使频率得以与转速同步升降，这本是转差频率控制的优点。然而，如果转速检测信号不准确或存在干扰，也就会直接给频率造成误差，因为所有这些偏差和干扰都以正反馈的形式毫无衰减地传递到频率控制信号上来了。,2023/9/25,*4.9 变频调速在恒压供水系统中的应用,变频调速恒压供水系统能根据用水量的大小自动调节水泵电机的转速、增加或减少投入运行的水泵数量，以保持供水压力的恒定。变频起、制动避免了电机在起、制动过程中对电网、水泵和供水管道与其他设备的冲击作用。,2023/9/25,变频调速恒压供水系统的基本结构,变频调速恒压供水系统以保持出口管道水压恒定为目标，通过水压的给定值和实际值的偏差，利用PID调节控制水泵的转速，达到恒压供水的目的。通常采用一台变频器、多台水泵的控制方式，图4-39为变频调速恒压供水系统主回路结构图，以3台水泵为例。,2023/9/25,图4-39 变频调速恒压供水系统主回路结构图,QF1-QF4为三相交流断路器 KM1-KM6为三相交流接触器,2023/9/25,DZ20系列塑料外壳式断路器,用途：适用于交流50HZ，额定电流从16A至630A，额定绝缘电压660V，额定工作电压380（400）V及以下。本系列断路器一般作配电用，在配电网络中用来分配电能且作为线路及电源设备的过载，短路和欠电压保护。其中额定电流225A和Y型400A的断路器，在配电网络中用作鼠笼型电动机的起动和运转中分断及作为鼠笼型电动机的过载，短路和欠电压保护。产品符合JB8589-1997 和IEC947-2：1989标准。,DZ20系列塑料外壳式断路器,2023/9/25,西门子交流接触器3TF4022 3TF4122 3TF4,3TF系列交流接触器为交流50Hz或60Hz，额定绝缘电压为690-1000V，在AC-3使用类别下额定工作电压为380V时的额定工作电流为9A-400A，主要供远距离接通及分断电路之用，适用于控制交流电动机的起动、停止及反转。符合IEC947，VDE0660，GB14048等标准。优点 安全性能好，导电部件不外露；体积小、重量轻，灭弧罩材料采用不饱和树脂，耐弧性好，不会碎裂；灭弧室呈封闭型，飞弧距离小，可缩小电气箱体尺寸；主触头系统结构独特，触头磨损小，电寿命增加；电磁铁工作可靠，损 耗少，噪音小，且具很高的机械强 度；操作频率和控制容量高；,2023/9/25,3TF4022-1X 西门子接触器,额定工作电流AC-3：9A 可控制电机功率(KW)50Hz:4KW 线圈控制电压：24V(B4)36V(V4)48V(W4)110V(F4)220V(M4)辅助触头：2NO+2NC 注：直流操作,3TF4022 Contactor,2023/9/25,变频调速恒压供水系统控制器结构图,图4-40 变频调速恒压供水系统控制器结构图,2023/9/25,变频调速恒压供水系统控制器,将水压的给定值和实际值送入调节器，根据水压的偏差，进行PID调节，改变水泵电机的转速，达到恒压供水的目的。可编程逻辑控制器PLC根据调节器、变频器和接触器的工作状态进行逻辑运算和判断，控制变频器和交流接触器KM1KM6的运行。,2023/9/25,变频调速恒压供水系统的控制原理,图4-39所示恒压供水系统，有一台水泵运行在变频工作方式，而其他水泵则根据水压的要求直接投入电网工频运行或停止运行。,2023/9/25,变频调速恒压供水系统的控制原理,假定当前状态为1#水泵工作在变频方式，2#和3#水泵停止运行，KM1闭合，KM2KM6断开。若实际水压低于给定值，则PID器的输出增加，1#水泵的转速提高，出水口水压提高，直到实际水压等于给定值。,2023/9/25,变频调速恒压供水系统的控制原理,若用水量较大，变频器输出达到工频时，变频器将送出到达最高频率信号，而实际水压仍未达到给定值，则断开KM1，闭合KM2，将1#水泵投入电网工频运行，然后，闭合KM3，起动2#水泵，投入变频运行，使实际水压继续提高，直到达到平衡。,2023/9/25,变频调速恒压供水系统的控制原理,如果2#水泵输出达到工频后，实际水压仍未达到给定值，再将2#水泵投入电网工频运行，并起动3#水泵。,2023/9/25,变频调速恒压供水系统的控制原理,反之，若3#水泵工作在变频方式，1#和2#水泵投入电网工频运行，当实际水压大于给定值，则PID器的输出减小，3#水泵的转速降低，水压减小，直到实际水压等于给定值。,2023/9/25,变频调速恒压供水系统的控制原理,若变频器输出达到最小频率，变频器将送出到达最低频率信号，而实际水压仍大于给定值，则停止3#水泵，并将2#水泵从电网撤下，改为变频运行，使实际水压继续减小。,2023/9/25,变频调速恒压供水系统的控制原理,如果用水量很小，最后2#水泵将停止运行，1#水泵处于变频运行，维持水压恒定。,2023/9/25,交流感应电机设计流程图,