PLC入门讲座课件.ppt

通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 12022-4-21通用变频器原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院. .电子电气工程系电子电气工程系 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 22022-4-21学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方法：变频器的应用案例分析及系统设计方法 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 学习情境学习情境6：变频器的应用案例分析及系统设计方法：变频器的应用案例分析及系统设计方法 知识目标：知识目标： 1、了解通用变频器的应用范围；、了解通用变频器的应用范围； 2、明确实际控制系统使用通用变频器的实际意义；、明确实际控制系统使用通用变频器的实际意义； 3、明白通用变频器控制系统的设计步骤。、明白通用变频器控制系统的设计步骤。能力目标：能力目标： 1、能对通用变频器控制系统进行分析；能对通用变频器控制系统进行分析； 2、能对简单的变频器控制系统进行初步的设计。能对简单的变频器控制系统进行初步的设计。 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 42022-4-216 61 1 通用变频器在泵类负载与风机中的应用通用变频器在泵类负载与风机中的应用 泵类负载和风机是目前工业现场中应用最多的设备，虽然泵和风机的特性多种多样，但是主要以离心泵和离心风机应用为主这两种设备的工作特性基本相同所以下面的特性分析主要以泵特性为主。利用通用变频器对泵进行控制,主要通过对其流量的控制而有效地节能，这是通用变频器最广泛的一种应用。 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 6.1.16.1.1泵的特性分析与节能原理泵的特性分析与节能原理 泵是一种平方转矩负载，其转速n与流量Q、扬程H及泵的轴功率N的关系如下式所示：2121nnQQ22121nnHH32121nnNN(6-1) 上式表明，泵的流量与其转速成正比，泵的扬程与其转速的平方成正比，泵的轴功率与其转速的立方成正比。 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 62022-4-21当电动机驱动泵时，电动机的轴功率P(kW)可按下式计算见式(6-2)：图图6-1 6-1 泵的扬程泵的扬程流量曲线流量曲线210FCQHP (6-2)(6-2) 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 72022-4-216.1.26.1.2变频器恒压供水系统变频器恒压供水系统 恒压供水是指用户端不管用水量大小，总保持管网中水压基本恒定，这样，既可满足各部位的用户对水的需求，又不使电动机空转，造成电能的浪费。为变现上述目标，需要变频器根据给定压力信号和反馈压力信号，调节水泵转速，从而达到控制管网中水压恒定的目的。变频器恒压供水系统如图6-2所示。 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 82022-4-21图图6-2 6-2 变频器恒压供水系统变频器恒压供水系统 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 92022-4-211.1.系统主电路系统主电路 主电路图如图6-3所示。图中，M1为主泵电动机；M2为备用泵电动机；QF为低压断路器；KM0、KM1、KM2、KM3、KM4为接触器；FR1、FR2为热继电器。图图6-3 6-3 一用一备变频器恒压供水系统一用一备变频器恒压供水系统 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 2.2.控制系统结构控制系统结构 该系统主要由富士FRN 3.7G9S-4变频器和微电脑控制器组成，控制系统接线图如图6-4所示。 图图6-4 6-4 恒压供水系统接线图恒压供水系统接线图 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 图图6-5 6-5 拖动机构原理图拖动机构原理图 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 122022-4-21 6.2 6.2 通用变频器在电梯中的应用通用变频器在电梯中的应用 近年来，电梯调速系统很多采用变频调速控制，而电梯属位能负载。并且要求频繁起停。随着载客量多少的变化、上下行的变换，要求电动机在四象限内运行。更重要的是要满足乘客的舒适感和保证平层精度(即准确停车)。 这些要求是变频器在电梯上应用的特殊之处。因此，变频器必须闭环运行(带PG反馈)，还必须加制动电阻。高速电梯(1.6m/s以上的速度)一般都采用专用变频器。而低速电梯采用低价格的通用变频器也可以满足要求。 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 132022-4-216.2.1 6.2.1 安川安川616G5616G5通用变频的电梯调速系统通用变频的电梯调速系统1.1.通用变频器通用变频器6l6G56l6G5技术特性技术特性 616G5通用变频器有四种技术特性： (1)可直接控制交流异步电动机的电流，使电动机保持较高的输出转矩。 (2)VS616G5适用于各种应用场台，在低速下实现平稳起动并且极其精确的运行。 (3)它的自动调整功能可使各种电动机达到高性能的控制。 (4)VS-616G5将U/f控制、矢量控制、闭环U/f，控制、用环矢量控制的四种控制方式融为一体，其中闭环矢量控制是最适合电梯控制要求的。 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 142022-4-212 2变频器的配置及容量选择变频器的配置及容量选择 (1)(1)基本配置如下：基本配置如下： 1)6l6G51)6l6G5变频器。变频器。 2)PG2)PG卡。卡。 3)60O3)60O脉冲旋转编码器脉冲旋转编码器( (一般选一般选OMRONOMRON公司的产品公司的产品) )。 4)4)制动电阻。制动电阻。 5)5)电梯运行曲线输入板电梯运行曲线输入板( (可选配可选配) )。(2)(2)容量选择方法如下：容量选择方法如下： 可选可选1:11:1配置，即电动机容量和变频容量相等。最好是配置，即电动机容量和变频容量相等。最好是采用大一数量级选配，即采用大一数量级选配，即11kW11kW电动机选电动机选15kW15kW的变频器，的变频器，15kW15kW电动机选电动机选18kW18kW的变频器。的变频器。 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 152022-4-213 3电梯变频器调速系统的构成电梯变频器调速系统的构成图图6-7 6-7 系统结构图系统结构图 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 6.2.2 6.2.2 电梯变频调速系统现场调试中的几个问题电梯变频调速系统现场调试中的几个问题 电梯变频调速系统在测试运行前，必须将参数输入进去，电梯变频调速系统在测试运行前，必须将参数输入进去，然后进行自学习。完成了这些步骤之后，就可以试运行了。然后进行自学习。完成了这些步骤之后，就可以试运行了。此时，应先运行慢车，当慢车运行无误后再调试快车。首此时，应先运行慢车，当慢车运行无误后再调试快车。首次调试快车时次调试快车时, ,应将电梯慢车行至楼层的中间层，以防快车应将电梯慢车行至楼层的中间层，以防快车运行有误，造成冲顶或蹲底。运行有误，造成冲顶或蹲底。 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 1 1参数调整根据电动机运行情况可对以下参数进行调整。参数调整根据电动机运行情况可对以下参数进行调整。使电梯运行更加平稳准确。使电梯运行更加平稳准确。(1)Pl(1)Pl参数参数 C5-01C5-01在在5 54040间调整间调整 C5-02C5-02在在O.5O.55 5间调整间调整(2)S(2)S字时间字时间 C2-01C2-01C2-04C2-04在在O.8sO.8s左右调整左右调整(3)(3)加减速时间加减速时间 C1-01C1-01、C1-02C1-02在在3s3s左右调整左右调整(4)(4)快车频率快车频率 D1-02D1-02在在50Hz50Hz以下调整以下调整(5)(5)爬行频率爬行频率 D1-03D1-03在在4 46Hz6Hz间调整间调整(6)(6)旋转方向改变旋转方向改变 根据电动机旋转方向，更改根据电动机旋转方向，更改F1-05F1-05为为1 1或或0 0。 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 2.2.电动机制动控制的处理电动机制动控制的处理 (1) (1)当起动信号从当起动信号从PLCPLC输出给变频器时，变频器开始运输出给变频器时，变频器开始运行，控制端子行，控制端子9 91010信号立即输出给信号立即输出给PLCPLC，但，但PLCPLC要在要在9 91010信信号有效号有效0.8s0.8s左右后再松开制动闸。而在减速平层后，要在速左右后再松开制动闸。而在减速平层后，要在速度完全为零时即度完全为零时即9 91010信号无效后，再把制动器闸瓦夹紧。信号无效后，再把制动器闸瓦夹紧。 (2)BB(2)BB基极封锁应和制动信号同时从基极封锁应和制动信号同时从PLCPLC输出，即电梯输出，即电梯停在某层时，一直处在停在某层时，一直处在BBBB封锁状态，以防误动作。封锁状态，以防误动作。 (3)(3)设定电动机额定转差频率，并加上约设定电动机额定转差频率，并加上约1.OHz1.OHz，如果，如果设定值过低，电动机转矩变低，很容易滑行，一定要设定得设定值过低，电动机转矩变低，很容易滑行，一定要设定得比比E1E109(09(最小输出频率最小输出频率) )值大，过高的设定值容易引起起动值大，过高的设定值容易引起起动时的冲击。此外，频率检测滞后现象可进行调整，如在停止时的冲击。此外，频率检测滞后现象可进行调整，如在停止时产生转差时产生转差, ,可减少可减少0.5Hz0.5Hz左右。左右。 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 6.3 6.3 变频器在辊道传动中的应用变频器在辊道传动中的应用6.3.1 6.3.1 辊道传输辊道传输 辊道传送的动力源是辊道电动机。辊道电动机带动道辊道传送的动力源是辊道电动机。辊道电动机带动道辊滚动的方式丰要有如下几种：辊滚动的方式丰要有如下几种：(1)(1)电动机直接驱动单辊。电动机直接驱动单辊。(2)(2)电动机经减速器后驱动单辊，电动机经减速器后驱动单辊，(3)(3)电动机直接经链条驱动多辊。电动机直接经链条驱动多辊。(4)(4)电动机经减速器后由链条驱动多辊。电动机经减速器后由链条驱动多辊。 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 用电动机作为动力源的道辊称为主动辊。无动力源的用电动机作为动力源的道辊称为主动辊。无动力源的道辊称为被动辊。被动辊处于两个主动辊之间，起滚动传递道辊称为被动辊。被动辊处于两个主动辊之间，起滚动传递作用。并不是所有的辊道都有被动辊。视驱动的物件的长度、作用。并不是所有的辊道都有被动辊。视驱动的物件的长度、重量及辊道电动机驱动能力而定。通常将若干个主动辊重量及辊道电动机驱动能力而定。通常将若干个主动辊( (必须必须) )和若干个被动辊和若干个被动辊( (选用选用) )组合在一条线上，以达到某一工艺要组合在一条线上，以达到某一工艺要求，称之为一个辊道组。一个完整的生产线其辊道传动系统求，称之为一个辊道组。一个完整的生产线其辊道传动系统就是由若干个辊道组组成的。就是由若干个辊道组组成的。 辊道传送的控制主要是控制辊道电动机的起停、转向和辊道传送的控制主要是控制辊道电动机的起停、转向和转速。转速。 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 6.3.2 6.3.2 交流辊道变频传动交流辊道变频传动 辊道电动机主要分两大类：一类是交流电动机，另类是辊道电动机主要分两大类：一类是交流电动机，另类是直流电动机。有一种历史的也即是传统的说法认为，一般直流电动机。有一种历史的也即是传统的说法认为，一般要求频繁正反转控制或是运行速度精度较高、速度变化范要求频繁正反转控制或是运行速度精度较高、速度变化范围较大的场合，用直流电动机传动，相反，简单的辊道传围较大的场合，用直流电动机传动，相反，简单的辊道传送系统中则用交流电动机传动。但这种情况正在发生深刻送系统中则用交流电动机传动。但这种情况正在发生深刻的变化，这主要是由于交流调速技术的发展，交流传动逐的变化，这主要是由于交流调速技术的发展，交流传动逐步取代了直流传动的缘故。步取代了直流传动的缘故。 传统的交流辊道电动机控制方法简单易行，但最大弊传统的交流辊道电动机控制方法简单易行，但最大弊病有两条；一是全电压起停二是变速困难，更不可能随意病有两条；一是全电压起停二是变速困难，更不可能随意调速。采用变频调速方法正好克服了接触器控制的两大缺调速。采用变频调速方法正好克服了接触器控制的两大缺点。点。 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 6.3.36.3.3辊道变频器的选用辊道变频器的选用1 1变频器容量的选择变频器容量的选择 在交流辊道电动机变频器容量的选择上，首先，要特别在交流辊道电动机变频器容量的选择上，首先，要特别注意的是同等功率的辊道电动机比普通笼型异步电动机的额注意的是同等功率的辊道电动机比普通笼型异步电动机的额定电流大很多。定电流大很多。 其次，辊道电动机部分被堵转或接近被堵转的情况在其次，辊道电动机部分被堵转或接近被堵转的情况在所难免。和普通笼型异步电动机不同，辊道电动机短时间所难免。和普通笼型异步电动机不同，辊道电动机短时间堵转并不会造成损坏辊道电动机的堵转电流仅为额定电堵转并不会造成损坏辊道电动机的堵转电流仅为额定电流的流的3 3倍左右，这样适应了辊道传送的这一要求，但堵转增倍左右，这样适应了辊道传送的这一要求，但堵转增加了变频器的电流负担，没有足够的容量富裕，变频器将加了变频器的电流负担，没有足够的容量富裕，变频器将难以工作。难以工作。 第三，大型生产线上，处在配电室中的变频器一般离负载第三，大型生产线上，处在配电室中的变频器一般离负载电动机的距离可能超过电动机的距离可能超过50m50m以上，电动机所处环境一般比较以上，电动机所处环境一般比较恶劣，这也是要增加变频器容量的原因之一。恶劣，这也是要增加变频器容量的原因之一。 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 变频器的额定电流值变频器的额定电流值KNIMN+n(IMDNKNIMN+n(IMDN-IMN)-IMN)式中：式中：NN组内辊道电动机台数；组内辊道电动机台数； IMNIMN机额定电流机额定电流( (通常一个辊道组选用一台变频器，一个辊道组通常一个辊道组选用一台变频器，一个辊道组内的辊道电动机型号通常是相同的，极少例外内的辊道电动机型号通常是相同的，极少例外) )； IMDNIMDN辊道电动机堵转电流；辊道电动机堵转电流； n n 可能堵转的辊道电动机台数可能堵转的辊道电动机台数( (它可以取总电动机台数的某一比它可以取总电动机台数的某一比例，亦可取传送物件可覆盖的主动辊道数例，亦可取传送物件可覆盖的主动辊道数) )； KK系数，一般取系数，一般取1.11.1或大于或大于1.11.1，不言而喻，它与所选取的变频器，不言而喻，它与所选取的变频器的质量有关。的质量有关。 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 2 2制动单元与制动电阻的选择制动单元与制动电阻的选择 可以大体确定，要求频繁正反转控制的辊道，其变频器可以大体确定，要求频繁正反转控制的辊道，其变频器一般应加制动单元和制动电阻，在有些场合，一般还需加一般应加制动单元和制动电阻，在有些场合，一般还需加直流制动，以适应控制的快速变换。位置控制的场台，一直流制动，以适应控制的快速变换。位置控制的场台，一般也增加制动功能，以克服惯性的不确定性对控制精度的般也增加制动功能，以克服惯性的不确定性对控制精度的影响。对用减速器经链条传送的辊道、精度要求不高的一影响。对用减速器经链条传送的辊道、精度要求不高的一般传送般传送, ,尤其是单方向的一般传送，可不用制动单元。尤其是单方向的一般传送，可不用制动单元。 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 6.3.4 6.3.4 应用实例应用实例: :无缝钢管热处理线变频调速传动控制系统无缝钢管热处理线变频调速传动控制系统1.1.系统组成系统组成11过料台架过料台架 22淬火炉淬火炉 33淬火炉后淬火炉后1#1#冷床冷床 44淬火炉后淬火炉后2#2#冷床冷床 55回火炉回火炉 66回火炉后冷床回火炉后冷床 77矫直机矫直机 88矫直机矫直机1#1#冷床冷床 99矫直机矫直机2#2#冷床冷床 101-101-117-18117-18组辊道组辊道 A A、B B、CC可选上料点可选上料点 DD出口出口 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 2.2.传动系统控制方法传动系统控制方法(1)链条变频器控制方法原理图如6-9所示。 图图6-9 6-9 链条变频器原理图链条变频器原理图 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 (2)淬火炉、回火炉前后有关辊道工作由各自的PLC控制。 相关辊道组变频器与PLC之间控制关系在硬件组成上是相同的，控制原理图如6-10所示。 与淬火炉或回火炉相关辊道组变频器是在各自PLC统一控制下进行上作的。控制方式有两种：一种是手动方式，另一种是自动方式。 手动方式下，手动信号以及操作台主令控制器的正、反转、停控制信号进入PLC，PLC经处理后控制变频器起、停与方向，使相应辊道组单机工作。 只有相关辊道组均处于自动工作方式时，才可以进入自动工作方式。此时，除电源通、断信号是经操作台进入PLC从而受操作台控制外，全部相关变频器的控制均是由PLC自动完成的。 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 图图6-10 6-10 淬火炉、回火炉相关辊道组变频器控制原理图淬火炉、回火炉相关辊道组变频器控制原理图 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 (3)淬火炉、回火炉以外的辊道组变频器的控制方法与链条变频器控制方法基本相同，唯一不同的是其工作速度的改变是在变额器内部而不是在现场操作台上进行。这一点它和热处理炉辊道组变频器调速方法相同，这样做的原因主要是速度无需经常改变的缘故。 (4)翻料勾等给料装置也有手动和自动两种工作方式。手动工作时由操作台主令开关直接控制，自动工作时根据辊道适当部位安装毛刷开关信号进行控制。有信号时起动给料，完成一个动作过程后信号自动清除，进入下一轮给料控制周期。 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 6.4 6.4 变频调速技术在炼钢厂变频调速技术在炼钢厂20t20t转炉倾动和氧枪升降中的应用转炉倾动和氧枪升降中的应用6.4.1 6.4.1 转炉倾动负载与氧枪升降负转炉倾动负载与氧枪升降负 载特性及电动机运转状态分析载特性及电动机运转状态分析1 1氧枪负载特性及电动机运转状态分析氧枪负载特性及电动机运转状态分析2.2.转炉倾动负载特性及电动机运转状态分析转炉倾动负载特性及电动机运转状态分析 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 6.4.26.4.2变频调速的原理与用于转炉倾动和氧枪升降负载的可行变频调速的原理与用于转炉倾动和氧枪升降负载的可行性分析性分析1 1变频调速的原理及机械特性变频调速的原理及机械特性 (1)基频以下调速 1)恒电压频率比调速。由电动机的电磁转矩公式 T1=CmmI2cos2 可知，T与m、I2成正比，要保持T不变，则必须使m不变，即要U1与f1成正比变化。常数fUfUN1N111带下标N表示额定频率时的相应数值。 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 图图6-12 U1/f1=6-12 U1/f1=常数时的变频调速机械特性常数时的变频调速机械特性 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 2)恒最大转矩调速。用U1/f1=常数协调控制，在低速时最大转矩Tmax减小，降低了起动与过载能力。低速时，为了保持Tmax不变、提高起动能力，就必须采用常数定子频率定子电动势的协调控制。 低频时，U1和E1都较小，定子阻抗压降的分量就比较显著，不能忽略。这时随转速的降低，定子电压应适当提高，以近似补偿定子阻抗引起的压降，从而保证电动机具有恒最大转矩Tmax。这时电动机的机械特性如图6-13所示。 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 图图6-13 6-13 电动机的机械特性电动机的机械特性 6-14 6-14 恒压频比控制特性恒压频比控制特性恒压频比控制特性和恒电动势频率比控制特性如图6-14所示。(3)基频以上调速(恒功率调速)： 有时为了扩大调速范围，可以便f1f1N，从而得到nnN的调速。 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 但是定子电压U1却不能增加得比额定电压U1N还要大，最多只能保持U1=U1N。由式m=C1(U1N/f1N)可知，这将迫使磁通与频率成反比地降低，相当于直流电动机弱磁升速的情况。弱磁后额定电流时的转矩减小，特性也变软，则可得到近似恒功率的调速特性，如图6-15中fN=50Hz以上的特性。 图图6-15 6-15 异步电机变频调速的机械特性异步电机变频调速的机械特性 图图6-16 6-16 异步电机变频调速的控制特性异步电机变频调速的控制特性 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 把基频以下调速和基频以上调速两种情况结合起来，可得图6-16所示的异步电动机变频调速控制特性。 6.4.4 6.4.4 承钢承钢20t20t转炉倾动与氧枪升降应用变频调速技术情况转炉倾动与氧枪升降应用变频调速技术情况 介绍介绍1 1电动机的选择电动机的选择(1)工艺要求：转炉最大倾动力矩Tmax：850kNm转炉倾动速度：O.1lr/min减速比：1:802.3氧枪重量W：4.8t(有一动滑轮)卷扬速度：高速时40m/min；低速时3.5m/min卷简直径D：500mm减速比：1:19.24 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 (2)电动机的选用： 转炉倾动原来采用四台22kW、nN=650r/min直流电动机集中传动，考虑到原设备四点啮台，故仍选用四台交流电动机集中传动。每座转炉有两根氧枪(分为左右枪)，原来各由一台22kW、nN=650r/min直流电动机单独传动，此次仍保留单独传动方式，即两台交流电动机分别驱动左右氧枪。 其主回路如图6-17所示。 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 图图6-17 6-17 转炉主回路图转炉主回路图 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 1)电动机转矩计算：额定转矩： mNnPTNNN38.2877302295509550最大转矩： 0 . 2TmaxNT(Y225M-8电动机)mNTTN76.57438.28722maxmNTTN76.57438.28722max由于转炉倾动用四台电动机，故合转矩为mNTN52.114938.28744传递到炉子耳轴上的额定转矩为mNmNmN85000089.9222593 .80252.1149 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 即电动机额定转矩大于转炉最大倾动力矩。 若考虑电动机的过载能力，则对Y系列电动机： =Tmax/TN2.0 则最大转矩为 222.6kNm=1845.2kNm 对YZ系列电动机：=Tmax/TN=(2.22.8)，则最大转矩将更大。氧枪电动机传递到卷筒上的额定转矩为 287.38Nm19.24=5529.2Nm略小于氧枪负载转矩6kN.m，但考虑到电动机的最大转矩为 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 mN 1105824.1938.2872远大于氧枪负载转矩6kNm，故仍采用22kW电动机试验。 2)极数选择：由于原直流电动机的nN=650r/min，故选用8极交流电动机，尽管额定转速稍高一些(730r/min)，但若选用lO极电动机，其同步转速仅为600r/min，要提高转速必须提高频率(50Hz以上)。这样特性将变为恒功率，这不适用于此种负载。 (3)变频器的选用及工作原理：对于炉子倾动这种负载，变频器选用的最重要原则之一是，所选变频器必须具有在满载或过载时输出恒定转矩的功能，也就是要用具有转矩限定的无跳闸变频器，另外要具有再生发电制动功能。 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 炉子倾动电动机总容量为炉子倾动电动机总容量为4 422=88kW22=88kW，故选用，故选用FRNl10G7-4FRNl10G7-4型、型、400V400V系列变频器，另配制动单元和制动电阻系列变频器，另配制动单元和制动电阻以及继电单元。以及继电单元。 氧枪升降电机容量为氧枪升降电机容量为22KW,22KW,故选用故选用FRN30G7-4FRN30G7-4、400V400V系系列变频器。另配制动单元和制动电阻及继电单元。列变频器。另配制动单元和制动电阻及继电单元。 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 6 65 5 高炉上料系统的变频调速改造高炉上料系统的变频调速改造6.5.16.5.1概述概述 钢铁厂的高炉上料系统是炼铁生产中的重要环节，其主钢铁厂的高炉上料系统是炼铁生产中的重要环节，其主要作用是将炼铁所需的各种原料源源不断地送入高炉内，保要作用是将炼铁所需的各种原料源源不断地送入高炉内，保证高炉的正常运行。证高炉的正常运行。 高炉上料系统主要由料车卷扬高炉上料系统主要由料车卷扬( (主卷扬主卷扬) )，大、小钟，大、，大、小钟，大、小均压，布料器几部组成小均压，布料器几部组成( (参见图参见图6-18)6-18)。其中，主卷扬工作。其中，主卷扬工作频繁、负载重，是上料系统的核心。频繁、负载重，是上料系统的核心。 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 图图 6-18 6-18 高炉上料系统高炉上料系统 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 上料系统的运行过程是：上料系统的运行过程是： (1)(1)按工艺要求将原料加入料车中，起动后，料按工艺要求将原料加入料车中，起动后，料车逐渐加速至最高速度。车逐渐加速至最高速度。 (2)(2)在此速度下运行定距离。在此速度下运行定距离。 (3)(3)接近终点时，逐渐减速。接近终点时，逐渐减速。 (4)(4)以很低的速度到达终点，保证料车在准确的位以很低的速度到达终点，保证料车在准确的位置停车。置停车。 大、小钟、大、小、均压，布料器皆按照工艺要求大、小钟、大、小、均压，布料器皆按照工艺要求定时打开或关闭，并与土卷扬有一定的联锁关系。定时打开或关闭，并与土卷扬有一定的联锁关系。 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系 学习情境学习情境6 6：变频器的应用案例分析及系统设计方：变频器的应用案例分析及系统设计方法法 6.5.2 6.5.2 改造方案改造方案变频改造的目的是：变频改造的目的是： (1)(1)改善上料系统的运行质量，为高炉的优质高产创改善上料系统的运行质量，为高炉的优质高产创造条件。造条件。 (2)(2)节约能源，降低消耗。节约能源，降低消耗。变频改造的方案如下：变频改造的方案如下： (1)(1)以东芝以东芝VFA 3VFA 3型交流变频器和富士型交流变频器和富士NJNJ型可编程控制型可编程控制器为核心，取代原有的串电阻调速、继电接触器控制系统，器为核心，取代原有的串电阻调速、继电接触器控制系统，实现高炉上料过程的自动控制。实现高炉上料过程的自动控制。 通用变频器通用变频器原理及应用原理及应用四川机电职业技术学院四川机电职业技术学院 .电子电气工程系电子电气工程系