模块四变频器的工程应用.ppt

,模块四 变 频 器应用技术,模块四 变频器的工程应用,项目1 恒压供水 项目目标 1、了解变频恒压供水的节能原理 2、理解变频恒压供水系统构成和工作过程 3、掌握变频恒压供水参数设定 4、了解一拖多供水系统,一、常见的供水方式,1.1 常见几种供水方式 一般高层、次高层建筑供水采用以下几种方式：,(1)市政直接供水,市政管道直接给用户供水,特点：.用户不需自己添加设备，成本低。.供水压力一般只能供到层楼以下。压力不稳定，一般只是在城郊结合的农村和小城镇。,（2）水池水泵水塔（高位水箱）用水点 以前的单幢次高层和高层建筑的高压供水区较多采用该种方案。一般需要设计有一座地下水池，通过两台水泵（一用一备）抽水送至水塔（高位水箱），再由其向下供水至各用水点。,通过天台的水池供水,特点：.一般用于层楼以下的建筑，如果楼层太高，采用这种方式供水，则建筑物的承重负荷大。.容易造成二次污染，天台水池长期不清洗容易滋生各种细菌、微生物不利于人体健康。.供水耗电多，不利于节能。.压力不稳定。,（3）变频恒压供水,变频恒压供水机组是一种对水泵机组进行转速调节从而实现恒压变量供水的智能型机电一体化装置，该设备由压力传感器(或远传压力表、电接点压力表)、变频器、可编程控制器、控制回路、水泵、气压罐及其他附件组成，可通过控制水泵的转速实现恒压变量供水，具有压力平稳、节能显著等优点。变频恒压供水机组可以根据用户的要求选择多种附加功能。,电控柜,电控柜内部主要包括：变频器(品牌有西门子、三垦、三菱、ABB等)PLC可编程控制器低压电器继电器调节器按钮指示灯,系统组成框图,1、用水多而供水少，则压力低；2、用水少而供水多，则压力高；3、用水供水平衡，则压力稳定；4、恒压供水是指在供水网络中，用水量发生变化时，出水口压力保持不变的供水方式。5、传统的恒压供水采用水塔、高位水箱、气压罐等方式。6、现代恒压供水采用专用变频器构成供水水泵的驱动系统，用调节水泵转速的方法调节输出流量，以保证恒压供水。,变频恒压供水的特点,.用户用水的压力稳定，无论在用水的高峰还是低谷期，水管的压力的波动小。.没有二次污染，在天台不需做水池，楼的承重小。.节能节约电能大约是常规供水的%。,二、变频节能理论,1、交流电动机的节能特性 使用变频器调节频率f，以改变电动机的转速,2、节能分析（参见表4-1）流量与转速成正比 转矩与转速的平方成正比 功率与转速的立方成正比,表4-1为某变频调速恒压供水系统的运行实例，实测的输入电压与电流可计算出电动机消耗的视在功率，基本上符合理论。,三、恒压供水的目的（控制关键）用户的要求是保证流量。流量的大小取决于水泵的扬程，但扬程难以测量和控制，故用与流量有关的压力作为控制目标。保持供水系统中某处压力的恒定，就保证了该处供水流量与用水流量处于平衡状态，就能满足用户对的用水量的要求。,压力变送器,生 活 小 区,四、恒压供水系统的组成,1、系统框图,3、常见的压力变送器 压力变送器，图4-3（a）远传压力表，图4-3（b）,五、变频恒压供水PI框图及设定主要参数1、PI框图 由于控制要求较低，只用PI控制,2.常见参数设置,参数设置：控制参数设置。P0003、P0004、P0700、P0701、P1000、P1080、P1082、P2200 目标参数设置。P2253=2250、P2240=70、P2257=1、P2258=1 反馈参数设置。P2264=755、P2265=0、P2267=100、P2268=0、P2269=100、P2271=0 PI参数设置。参考数据：P2280=10、P2285=5、P2291=100、P2292=0,六、“一拖多”变频供水系统,多水泵单台变频器恒压供水“一拖多”。当一台水泵变频运行时，管网水压达不到设定的管网水压，则将此台水泵切换到工频运行，变频器将自动启动下一台水泵变频运行。反之，管网水压超过设定的管网水压，变频器降频运行。当频率低于频率下限时，自动切除一台工频水泵或此台变频水泵，以维持管网水压恒定。,压力变送器,生 活 小 区,变频器控制回路,三种“一拖多”控制方案,1、微机控制变频恒压供水系统 通过远传压力表将管网压力反馈到微机的输入端，微机根据压力误差进行PID调节，控制变频器的输出频率，维持管网压力恒定。2、PLC控制变频恒压供水系统 3、供水专用变频器供水系统 供水专用变频器可完成对由26台水泵组成的供水系统进行控制。（参见图4-6）供水专用变频器=普通变频器+PLC,项目2 风机的变频调速,项目目标：1、了解风机变频调速的功能参数设定 2、掌握风机变频调速系统的控制电路（开环、闭环控制）,一、风机实现变频调速的要点,风机属于二次方律负载，且占所有工作机械的比重最大，达20%。1、变频器与控制方式的选择 变频器的选择 按照说明书上标明的“配用电动机容量”进行选择，一般情况下，只要转速不超过设定值，不会发生过载现象。,控制方式的选择 多选择廉价的专用于风机、水泵的变频器，采用U/F控制方式，不存在低速加大转矩的问题。2、变频器的功能预置 上限频率。对于平方律的风机负载，在超过额定转速时容易产生过载现象，因此上限频率不宜超过额定频率。下限频率。转速太低，风量太小，无实际意义，一般预置下限频率不低于20Hz。,加、减速时间。风机的惯性很大，而且不频繁启动，所以加减速时间预置大一些，避免过流。加减速方式。加减速多采用半S方式，以适应高速时阻转矩大，惯性大转速下降较慢的负载特点。,启动前的直流制动。在启动前进行直流制动，以保证电动机在“零速”状态下启动，避免造成过大的电流冲击。回避频率。首先缓慢地调节变频器的输出频率，观察生产机械的谐振频率范围，然后预置回避频率。,二、风机变频调速系统的控制电路（开环控制）,1、一般控制 多数情况下为开环系统，手动控制，电动机只需要正转就能满足生产工艺要求。2、两地转速控制 两地：控制室和生产现场。现场采用键盘控制方式；控制室采用外接（远程）控制方式。远程控制时K1K2开关的作用见下图。,三、变频器在冷却塔风机控制中的应用（闭环控制）,在中央空调水冷式机组中，为了使热水降温，设置冷却塔，热水在冷却塔中滴下时与被风机驱动的冷空气充分接触，将热量传递给空气，达到水冷却的目的。机组按夏天最大热负荷设计，由于季节、气候及工作负载的等效热负载等因素的影响，使机组长时处于低热负载情况下。采用变频调速系统对冷却风机进行控制，节能可达30%，投资回收期12年。,1、典型的冷却塔风机控制方式,利用变频器内置的PID控制功能，组成以温度为控制对象的闭环控制系统。,系统运行注意的问题：由于冷却塔风机拖动部分的转动惯量大，加减速时间取得长一些，如3050s。变频器启动方式设置为转速跟踪再启动的方式，可避免由于外界风力作用使风机自转而造成再生状态。为保持电动机合适的温升，一般频率下限设置为20Hz。,2、主要参数设置 控制参数设置。P0003=3、P0004=0、P0700=2、P0701=1、P1000=1、P1080=30、P1082=50、P2200=1、P1300=2、P1200=1 目标参数设置。P2253=2250、P2240=70、P2257=1、P2258=1 反馈参数设置。P2264=755、P2265=0、P2267=100、P2268=0、P2269=100、P2271=0 PI参数设置。P2280=10、P2285=5、P2291=100、P2292=0,项目3 压缩机的变频调速,项目目标 1、了解压缩机拖动的特点及变频调速的目的 2、掌握空气压缩机节能改造及变频器参数设置,一、概述,压缩机节能潜力大，因为其电动机的容量大，且长时运转。压缩机的种类：空气压缩机 冷冻压缩机 空调压缩机 气体压缩机 专用压缩机,二、压缩机拖动系统的主要特点,1、拖动系统的特点 恒转矩特性 长时运转，负载稳定 转动惯量大，要求较大的启动转矩 启动次数少，对升降速无过高要求 对气体压缩机有压力调节阀；对制冷压缩机有热膨胀阀或电子膨胀阀以实现自动卸载与装载的自动控制装置。当卸载或装载时负荷产生突变。,2、常见的控制方式 以温度作为控制参量。手动调节输入或输出的阀门开度 用机械方式进行自动卸载与装载控制 改变叶片的角度调节压力或流量 拖动系统大多采用电动机直联的形式,三、采用变频调速的必要性,1、节能效果 压缩机驱动电动机容量设计余量较大，而在实际运行中轻载运行时间很多，节能潜力大。2、自动控制 变频调速能实现高精度的跟踪控制，根据负载的大小自动调整电动机的转速，保持压力、流量、温度等参数的稳定。,四、系统的框图,五、空压机的变频节能改造,1、控制要求 工频驱动导致压缩机频繁地卸载和加载，造成对电网很大的冲击。在卸载状态下，用电量是满载时的60%。节能潜力大。采用变频驱动，在运转的压缩机和备用的压缩机之间通过电气控制电路进行切换，保证压缩空气的供应。,空压机的变频节能改造,2、变频器的功能预置 控制方式 以选用U/F控制方式为宜。频率范围 40Hzf50Hz 转矩补偿。以满足启动、加速等要求即可，可不加或少加转矩补偿。升降时间。可适当延长，避免过流、过压。升降速方式。半S形最好，直线亦可。一定选择U/F控制方式，保证节能。,项目4 变频器在生产线传送带上的应用,项目目标：1、了解传送带的输送特点及对变频调速的要求；2、掌握变频调速在饮料罐装输送带上的应用及对制动的要求。,一、概述,运输用的传送带的类型1、按运行方式分：传送带的类别有链式、带式、螺旋式、滚筒式、振动式、铲斗式等。2、按负载的变化情况分：负载恒定式。如生产流水线。负载变动式。运输物料的多少是不断变化的。,二、传送带对变频调速的要求,1、选择鼠笼型异步电动机作为拖动电动机。2、提高生产率 调速范围：U/F控制 110 120 无速度传感器的矢量控制1100 有速度传感器的矢量控制110003、软启动、软制动。为防止运输物品的摇晃和破损必须采用软启动和软制动，有的变频器可在0.5 6000s之间选择，输出频率可低至0.5 1Hz。,4、频繁启动、停车、可逆运转 低频低压启动，启动电流冲击小，启动转矩大，电动机发热少，适合频繁启动。电子线路换向，避免接触器的机械故障。具有电气制动功能。在减速过程中，降频时产生发电制动状态，必要时可采用能耗制动。采用电气制动可使传送带准确停车，缩短工作周期。升速快，传送带输送能力提高10%20%,5、变频器的选用原则 变频器的容量 当流水线负载稳定时，变频器容量只需与电动机容量相符即可；对输煤机类可能过载的输送机，变频器容量应加大一档。变频器的类型 传送带一般属于恒转矩特性负载。变频器用于传送带时一般采用U/F控制方式，首先应考虑较大的启动转矩和过载能力，低速时转矩不降低（有低频时的电压补偿），优先选用具有矢量控制功能的变频器，与专门用于变频器的电动机配套使用。,三、变频调速在饮料罐装输送带上的应用,主要工位有：灌装、加盖、贴标签等。电动机额定容量5.5kW，额定转速960r/min1、电动机选择。要求准确停位，不打滑。选用YEJ系列电动机。,2、变频器的选择 变频器的容量 输送带无严重过载，可选用与5.5kW电动机相配的变频器。变频器型号 输送带静摩擦力大，所以启动转矩大，宜选用具有无反馈矢量控制的通用变频器，采用U/F控制方式可满足要求。,3、控制电路示例,SB1、SB2控制KM，KM控制变频器的通电；FS、FT通过继电器KF控制正转信号，从而控制电动机的启动与停止，并通过“频率到达”功能，电磁制动线圈YB使抱闸松开；变频器在停止过程中，当频率低于某一预置频率时，RL1B-RL1C接点断开，YB失电，抱闸开始制动；SB3控制KJ，实现点动；RW给定频率信号，实现变频无级调速；RB为制动电阻。,项目5 变频器在制糖分离机上的应用,项目目标 1、了解制糖分离机的工序、负载特性及对电气的要求；2、理解能量回馈制动原理、回馈制动装置接入；3、掌握多段速度控制在制糖分离机上的控制及参数设定。,一、概述,制糖生产工艺：破碎压榨清净蒸发煮糖助晶分蜜白糖包装。其中分离机是制糖工艺中的主要关键设备之一，直接影响产品质量。过去都采用多极交流电动机进行有级调速，手控为主。现代的分离机多采用变频器来实现交流电动机的无级调速，提高了产品质量，减轻了劳动强度。机械和电气的冲击小。,二、制糖分离机的工序分析,1、分离机电气传动的特点电动机功率较大，100200kW;转动惯量大，加速时间短；调速范围宽，速比1：20；工作周期较短，46min;制动时间短；反复短时周期性连续工作方式；工作环境湿热，环境温度4050C;由于在60Hz和3Hz都需要较大的转矩，必须选用具有矢量控制功能的变频器。,2、负载特性分析加料、排蜜时是流体二次方转矩负载，工作频率为050Hz；洗涤分离是是恒转矩负载，工作频率为60Hz；刮料类似切削，是恒功率负载，工作频率3Hz；由洗涤分离到刮料速度降低到20分之一，转动惯量大而速度快，需采用再生制动，以反馈能量；加速、减速和稳速时间、周期长短与很多因素有关，一般凭经验确定。,三、能量回馈制动装置,处理制动能量的两种方法：1、电阻能耗制动。在制动时的能量消耗在大功率的电阻上。既消耗了能量，又造成电阻发热，有时会产生泵升电压，限制了带负载的能力。2、能量回馈制动。将直流泵升电压回馈给电源。有两种方法：电源反馈选件,电源反馈选件,具有电源反馈功能的变频器 变频器内部带有反馈控制板，控制将过高的直流电逆变成三相交流电回馈给电网，不仅能节电，且有抑制谐波电流的功效。能量回馈制动装置适合于设备转动惯量大、转速降幅较大、制动时间较短、制动效果较强、电动机功率较大的场合，一般节电可达20%40%。,四、分蜜机变频调速控制,五、参数设置,P0003=3P0700=2P0701=17P0702=17P0703=17P1000=3P1001=10,P1002=50P1003=60P1004=3P1016=3P1017=3P1018=3,项目6 变频器在注塑机节能改造中的应用,项目目标 1、了解注塑机的工艺过程、变频调速控制原理 2、理解科姆龙KV1100专用变频器的端子含义、变频器参数 3、熟悉注塑机专用变频器电气控制原理图,一、概述,塑料行业竞争日趋激烈，产品质量与成本是关键。在注塑成型产品中，电能消耗占很大比例，因此降低电耗成为各注塑机厂家和用户关注的热点。注塑机一般采用液压传动，根据生产工艺的要求，在生产工艺的每个阶段需要的液压压力、速度、位置和时间各不相同，按最大需要设计的液压系统就存在很大的节能空间。,二、注塑机的工艺过程,每一个过程都有某一个位置的位移，都有相应的压力和速度，且在不同的位置和时间内，压力和速度都是变化的。,液压传动示意图,四、科姆龙KV1100专用变频器在注塑机上的应用(参见表4-3),项目7 S7-200和MM420之间的通信,项目目标1、了解西门子通用变频器两种通信协议：USS协议和Profibus-DP协议；2、熟悉PLC与变频器通信时的硬件连接；3、理解PLC与变频器通信时参数组态及编程。,一、概述,当用一台PLC（如S7-200）或一台工业控制计算机控制多台变频器运行时，就组成了一个工业控制网。要实施控制功能，就要在控制器与多台变频器之间进行信息交换 通信。Profibus-DP协议必须使用Profibus-DP的模块CB15。USS协议可使用SUB-D插座或RS485接口，最多可连接和控制31台通用变频器。,二、硬件连接,三、确定通信方案,四、参数组态及编程,1、设置变频器参数,波特率设置值与波特率的对应关系,2、定义USS内部变量启动SETP 7-Micro/WIN 32编程软件，在项目符号中双击USS协议，打开USS协议符号表（参见图4-25），表中符号名称一栏已经定义了USS内部变量的符号。然后输入内部变量的起始地址（一个双字，如M200），其它符号地址自动生成，形成USS协议符号表（参见图4-26）。3、编写程序编写程序并安装到S7-200PLC中，程序如图4-27所示梯形图。,