变频器在水泵、风机控制方面的应用 .pdf

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1、一一变变频器在水泵、风机控制方面的应用频器在水泵、风机控制方面的应用泵类负载和风机是目前工业现场应用变频器最多的设备，它们又最具有节能潜力。它们主要以离心泵和离心风机为主。水泵又分排水泵、空调水泵、陈列冷藏柜水泵、灌药泵、大型高压中压水泵等等。风机分换排气风机、冷却风机、锅炉鼓风机、温室房温控风机等等。泵类负载水泵的负载性质是平方递减转矩型,有以下关系:水泵的流量Q与转速 n成正比;扬程 H 与转速 n 的三次方成正比;电动机的转速 n 与电源频率 F 成正比.因此改变电动机电源频率,可改变电机即水泵的转速,从而达到调节给水流量和水泵的扬程的目的.1.1.排水泵：排水泵：在化工厂、市政工程、农

2、田灌溉等许多地方，雨水及工业用水都会用到排水泵。2.2.空调水泵：空调水泵：有些建筑物装有集中供气方式的冷暖空调，为给每层楼的空调机供给热交换用的冷水，设置了冷水泵。3.3.陈列冷藏柜水泵：陈列冷藏柜水泵：冷藏陈列柜热负载随外界气温的不同而变化较大，冷冻机、冷却水泵、冷却塔设备的容量需要依据夏季最大负载量确定，这样中等热负载及冬季小负载的时期时，运行效率低，虽然此时可以对冷冻机卸载进行容量控制，降低功耗，但冷却水泵基本与夏季一样定速运行而此时冷却水用量降低，还是浪费电能，利用变频器可以使冷却水泵调速运行，达到节能的目的。许多冷库用上变频器后节能非常显然。4.4.灌药泵：灌药泵：变频器用在灌药泵

3、控制，同时也可以对冷水循环泵、放水泵进行调速控制，节能效果显著。5.5.大型高压中压水泵：大型高压中压水泵：高压中压大型水泵、风机和潜油电泵广泛应用在矿山、冶金、油田、石化、电厂、水厂等等。风机负载风机负载风机风的阻力与转速的二次方成正比，轴功率与转速的三次方成正比。1.1.换排气风机：换排气风机：在化工、纺织、石油、矿山等很多企业和场合都会用到大中型换排气风机。2.2.冷却风机：冷却风机：冷却塔有几个室组成，各室的冷却风机依据实际可以用变频器控制，达到节能效果。大型电动机也用到冷却风扇，由变频器控制。3.3.锅炉鼓风机：锅炉鼓风机：锅炉上的鼓风机通常有压力式与吸引式鼓风机。例如发电厂用的锅炉

4、鼓风机白天高峰期在 80%的上限转速运行，晚间多运行在低速区域。4.4.温室房温控风机：温室房温控风机：大型农业栽培用房室内温度控制、畜舍用换气风扇、纺织企业的控温车间等等都会用到变频器。三变频器在机床、起重机方面的应用机床的变频器控制在机床主轴上采纳变频器可实现无级变速，从而使磨具或刀具以最小的磨损产生最高的粗糙度和加工精度。机床工作台由变频器取代液压传动，可缩短传动响应时间，变频器的调速范围宽、控制精度高，而且具有很多自动功能，可有效提升机床的加工效率。自动车床主要用于高速加工滚珠丝杠等精密部件，由通常的凸轮控制改变为复合数控车床后，有效的提升了生产效率。成为具有稳定精密加工与优良性能的机

5、械，人们将利用变频器与数控装置结合起来，缩短了自动车床的加工周期。自动车床对变频器的要求有以下几个方面；不经过停止状态直接由正转状态变为反转状态；变频器的输出频率为 120Hz 以上；具有急剧减速的再生制动装置，同时具有制动功能,减速结束时不采纳机械闸即可完全停车；低速时速度变化率小，运行平滑。利用变频器控制后，缩短了加工周期，提升了生产率、速度再现性好、产品质量稳定，可将带制动器的电动机改换为通用电动机而不需要维护。制动电阻的大小由减速频率决定，应该依据最繁重运行时的参数进行选择。由于温度高，应适当合计安装位置，注意电动机的低频振动。如果在低速时要求充分大的转矩，则可使用通风型专用电动机；由

6、于速度可调范围大，故需要合计机械部件的匹配，以防止发生谐振。数控车床的主轴如果采纳齿轮变速，其速度最多只有 30 段可供选择，难以进行精密恒定线速度控制，且需要按时定期修理离合器。直流型主轴虽然可以无级调速，但必需维护换向器，其最高转速亦受到限制。数控车床的主轴假设采纳变频器控制即可消除这些限制，可对一般电动机直接变速传动，因此可以去掉离合器，实现主轴的无级调速。立式车床主要用于内、外径及重量大的工件，其加工件重量大，故主轴电动机的容量大，传动调速部件的齿轮、离合器等机械部分的尺寸也很大，可利用变频器进行控制。关于大外径工件，由外向内连续切削时，可采纳变频器控制可实现恒线速切削；提升效率，由于

7、立式车床一般不需要突然加、减速，因此，可选用通用变频器而不用专用变频器。主轴传动采纳中容量变频器，刀架进给采纳小容量变频器。国产单臂龙门刨床的走刀系统一般采纳超越离合器，分为“快速、“空、“自动三挡，刀架的选择由换挡实现。“快速挡用于调整刀架的位置，“自动挡用于正常的刨削，在工作台前进换后退时电机反转，做走刀准备；在工作台后退换前进时电机正转刀架移动，移动的距离有调整超越离合器的行程确定，在雕刻度盘上指示。由于该机构比较复杂，在使用一段时间后常常出现不走刀或走刀距离不一致的状况，影响加工质量。走刀系统主电机采纳开关磁阻电机，采纳 PLC 控制新电气柜，同时用变频器改造走刀系统。需要较频繁的启、

8、制动，可适当扩展容量。对变频器及 PLC 的参数进行适当调整，合计到变频器在低速时出力较小，将变频器的输出功率下限定在3Hz,将低速时输出转矩适当提升，另外，虽然变频器的最高输出频率能达 200Hz，但关于电机来说，超过 50Hz最高不超过 60Hz后输出转矩会下降,可能带不动负载.变频器及 PLC 的设定参数为；最高输出功率 50Hz；最低输出频率 3Hz；点动频率快速走刀50Hz；速度上升、下降时间各位 0.3s，PLC 内设电机运行时间0.7s。将走刀速度的机械换挡分别放在高、低档上，测得每次走刀的距离为；低速当 0.254.5mm对应 350Hz；高速挡 0.915mm对应 350Hz

9、，重复误差小于 10%，满足机械加工要求。1 干扰问题。由于变频器是高频电力电子设备，当其运行时 特别是低速时)会产生较大的干扰。现场发现与变频器输出线穿同一个蛇皮管的 24V 信号线受干扰严重，变频器一启动，原来的常开信号在 PLC 侧检测出来常闭，使动作错误，后将这一触点信号改为常闭，使其形成回路，解决了该问题，抗干扰更彻底的解决办法是对变频器加隔离变压器或输入，输出电抗器。2变频器启、制动问题。正常工作时，走刀电机每分钟需启、制动 510 次，较为频繁，而且启动时间也较短，电流冲击大，如果选用性能较差的变频器驱动，很可能会引起变频器及电机的过热和损坏。3接触器切换问题。该变频器可分别控制

10、垂直和右侧刀架电机，必需注意只能在电机停止时切换，否则可能引起变频器损坏，在 PLC 程序序里做必要的互锁。利用 PLC 与变频器相结合来改造刨床走刀系统，可简化其结构、降低故障率方便操作，具有较高的使用价值。螺纹磨床的电气控制部分大多采纳继电器的顺序控制,机床采纳交磁扩展机、直流电动机与测速发电机的闭环调速系统,但产品质量差、检修难度也大.为此,可采纳变频器进行改造,实现无级调速,使其性能优良、维护方便.整形机一般由电动机驱动整形器，对工件进行精密的研磨，它依据工件的材料，大小及加工要求等条件改变整形器速度，采纳变频器控制可提升其性能。剃齿机是整形机的一种，剃齿器与作为工件的齿轮啮合，依据正

11、转及反转方向不断切换旋转，从而将齿轮部的两面打磨平滑。使用变频器控制剃齿机具有一次下优点；由于是无触点正反转进行，故不需要修理；正、反转换方向的冲击电流小，可采纳较小容量的电源设备；可进行 60Hz 以上的高速运行，扩展了加工件的适用范围，提升了机械能力；与机械式变频器相比，缩短了变速时的作业时间，故可大幅度提升作业效率。由于需要反复进行正、反转运行，而且要求尽可能缩短加工周期，因此应用时需注意两个问题；一是变频器的制动能力，通用变频器内装的制动电路并不是连续额定工作的，故应注意其是否工作在同意范围内；二是确定最短加、减速时间，为缩短加工周期，应尽可能减小与机器研磨无关的加、减速时间，通过计算

12、出加、减速时间来确定变频器及电动机的容量。起重机的变频器控制升降吊车是重物装卸时不可缺少的工具，有时是生产线的组成部分，升降吊车的控制主要采纳手动操作方式，但作为生产过程的一个组成部分，实现高定位精度、防振动、平稳加减速等功能的自动控制是提升生产效率的有效方法。采纳变频器控制可实现提升电动机与平移电动机的调速，且具有以下优点:平移时采纳软启动和软停止，可避免直接启动或用电磁制动器急刹车时所造成的振动，实现吊车的平稳运行，吊车提升与放下速度可随负载的作业内容任意变化；采纳高速及低速两挡切换，可提升停止精度，减小细小的位置矫正次数，提升吊车的作业效率。升降吊车配有升降、平移及行走目的的 23 台电

13、动机，使其能在 x、y、z轴 3 个方向自由移动。每台电动机依据其各自的用途分别配备变频器。选择电动机及变频器容量时，应充分合计上升时所吊重物的安全系数，停止及储存控制利用电磁制动器实现。吊车下放时为负负载，变为连续的再生运行状态，如果通用变频器电源不具有反馈功能，当选用变频器及制动电阻时，其容量应留有充分的裕量。平移及行走电动机的变频器容量，应依据各自的需要选择相当于电动机容量或者大一点容量的变频器，尤其在减速时，如果希望在短时间内停止，由于负载的惯性大，通常采纳制动装置.控制系统配置了防止提升超过极限的异常限制装置，一旦机器出现故障，则此限制开关动作，直接切断提升主体电源，使电动机停止，同

14、时由电磁制动器动作坚持住重物，为防止因变频器故障是吊车停止在半空中，系统中放置了异常扩展控制回路，可从地面的悬吊式操作盒进行控制操作。应用变频器控制后，由于电动机运行的开关元件为无触点式，使得电磁接触器具有半永久性寿命；电动机的起动电流被限制得很小，因此频繁起动及停止时电动机的热耗降低，寿命延长；由于电磁制动器在低速时动作，故其衬里使用期得到延长，保养费用降低；吊车运行平滑，在加、减速时的冲击和振动变小，减小了负载摇动，运行安全性大幅度提升由于升降机精细的升降速度控制，有效提升了产品如电镀抛光的质量；关于锻模搬运升降机，可实现准确定位，以提升作业效率。具体应用时应注意以下事项：变频器跳闸时电动

15、机断电，因此行走失控或落下的危险性较大，应制定完善的安全装置，使得电磁制动器自动作用；在升降机上装置变频器时，用选用变频器材料相同的耐高温及耐振材料；除了坚持电滑轮不脱线外，还应采用其他安全措施，坚持一旦突然断电时紧急制动器能够起作用，代替变频器工作；由于变频器控制时电动机转矩比直接电源时的小，故应使电动机容量适当增大；在下放时电动机为连续再生运行状态，应充分合计变频器在内的容量问题。在工厂内各工段之间运送钢材等重物时，常常使用平台车，为提升平台车的运送速度、增加运载重量、提升运输能力，需要增大电动机的输出功率，同时传动装置的尺寸及重量也会加大。为此，采纳在工频以上的高速区内有恒功率输出特性的

16、变频器控制，在不增加电动机尺寸的状况下，可有效增加运送能力，利用工频以上频率使电动机加速，则不改变传动部分的尺寸即可实现高速化。关于平台车，在装载货物时，为防止货物倒塌，对其最高速度有限制。在卸货后，空载时负载转矩很小，可加快运行速度，故可利用变频器的高速运行区域，由于拖动电动机装设在平台车上，如果环境条件较差，如粉尘多、振动激烈时，最适宜使用易于变频器控制的笼型电动机。运送平台车一般有两台电动机传动，变频器容量为两台电动机容量之和，两台电动机始终按同一频率控制，即电动机之间没有大幅度的负载不平衡，即使在加、减速运行时，两台电动机的负载转矩也适当分配，为防止在运行轨道的两端速度失控，必需合计相

17、应的安全措施，一般通过变频器实现电气制动 即再生制动使平台车停止。另外还要合计在异常状况下能够使用电磁制动器紧急制动，实现停车。塔式起重机多用于工业及民用建筑施工，由于其提升高度大、司机室位置较高，因此操纵难度大，尤其是起吊时对吊重的快速、准确就位要求高，所以其起升机构调速性能要好。传统的起升机构调速方法较多，由变极多速电动机调速机构、能耗制动调速机构、涡流制动调速机构等，这些调速机构都存在调速范围小、速度稳定性差等缺点，无法长时间在低速下降载荷大起重量的塔机低速运行时间都超过 20%机构总运行时间且可靠性低、维护量大、能耗高。塔机起升机构电机应选用合适频繁启动、转动惯量小、启动转矩大的变频电

18、机，目前国外以 4 极作为变频电机的首选极数，用变频器驱动异步电动机时，由于变频器的换向以及开关元件瞬间开闭产生的冲击电压浪涌电压而引起电机绝缘恶化，因此对电压型 PWM 变频器，应尽量缩短变频器于电机之间的接线距离或合计加入阻尼回路滤波器。塔机起升机构控制系统中特别需防止溜钩，在电磁制动器抱住之前和松开之后的瞬间，极易发生重物由停止状态下滑现象，成为溜钩。本控制系统中通过 PLC和变频器之间信号的适当配合，利用变频器具有的零速全转矩功能，可有效防止溜钩，其原理是在变频器在速度为 0 的状态下，坚持电动机有足够大的转矩且不需要速度反馈，可确保当吊钩由升降状态降速为 0 时电机能使重物在空中停止

19、，直到电磁制动器将轴抱住为止，从而防止溜钩。在采纳变频器的交流调速控制系统中，电动机是通过降低变频器输出频率而实现减速的，当重载快速下降时，由于重力加速度的原因，电动机的旋转速度超过变频器输出频率所对应的同步转速，电动机处于发电制动状态，负责的机械能将被转换为电能并被反馈给变频器，变频器直流回路的电容因充电而使电压升高，为了不使电压过高而导致变频器的过电压保护电路动作切断变频器的输出，此时可在其直流电路中设一个三极管。当电压超过一定界限时，制动三极管将会导通，过剩的电能通过与之相接的制动电阻转换为热能消耗掉，此装置即为变频器的制动单元。三晶变频器产品系列三晶变频器产品系列1 1、S350S35

20、0 高端变频器系列高端变频器系列采纳最新高速电机控制专用芯片 DSP，确保矢量控制快速响应硬件电路模块化制定，确保电路稳定高效运行外观制定结合欧洲汽车制定理念，线条流畅，外形美观结构采纳独立风道制定，风扇可自由拆卸，散热性好无 PG 矢量控制、有 PG 矢量控制、转矩控制、V/F 控制均可选择强大的输入输出多功能可编程端子，调速脉冲输入，两路模拟量输出独特的“挖土机自适应控制特性，对运行期间电机转矩上限自动限制，有效抑制过流频繁跳闸宽电压输入，输出电压自动稳压AVR，瞬间掉电不停机，适应能力更强内置先进的 PID 算法，响应快、适应性强、调试简单；16 段速控制，简易 PLC 实现按时、定速、

21、定向等多功能逻辑控制，多种灵活的控制方式以满足各种不同复杂工况要求内置国际标准的 MODBUS RTU ASCII 通讯协议，用户可通过 PC/PLC 控制上位机等实现变频器 485 通讯组网集中控制2 2、个性化变频器产品解决方案、个性化变频器产品解决方案软件框架式，快速响应客户软件修改需求硬件模块化制定，稳定性强结构为您量身定制CAN 总线，Profbus-DP，RS485，RS232，通信集中控制界面一键式傻瓜制定，操作简易方便3 3、经济迷你型、经济迷你型采纳上下接线方式，结构紧凑，安装方便矢量控制模式，180%启动转矩内置简易 PLC 功能，RS485 通信接口最大频率加速、减速时间

22、可达到 0.1S动态性能稳定、反应速度快，合适于频繁起动、正反转场合变频器与电机匹配使用，无需扩展变频器容量4 4、矢量通用型、矢量通用型低频转矩输出 180%，低频运行特性优良输出频率最大 600Hz，可控制高速电机全方位的侦测保护功能(过压、欠压、过载)瞬间停电再起动加速、减速、动转中失速防止等保护功能电机动态参数自动识别功能，确保系统的稳定性和准确性高速停机时响应快丰富灵活的输入、输出接口和控制方式，通用性强采纳 SMT 全贴装生产及三防漆处理工艺，产品稳定度高全系列采纳最新西门子 IGBT 功率器件，确保品质的高质量5 5、风机专用型、风机专用型针对风机节能控制制定内置 PID 和先进

23、的节能软件高效节能，节电效果 20%60%(依据实际工况而定)简便管理、安全保护、实现自动化控制延长风机设备寿命、保护电网稳定、保减磨损，降低故障率实现软起，制动功能6 6、水泵专用型、水泵专用型针对水泵恒压节能控制制定内置 PID 和先进的节能软件可实现一托一分时段多点压力按时功能高效节能，节电效果 20%60%(依据实际工况而定)简便管理，安全保护，实现自动化控制延长设备寿命、保护电网稳定、保减磨损、降低故障率实现软起,制动功能7 7、注塑机专用型、注塑机专用型随机调制、异步调制、同步调制三种 PWM 调制方式可在线任意选择内置 PID 调节器和输出 24V 电源1 路电压为 5V 的模拟

24、输入口2 路幅值小于 12V 光电隔离的 PWM 脉冲输入口 110KHz(上、下限可选)2 路电流/电压光电隔离模拟输入口(01A 或 010V)，可直接与流量信号和压力信号相连接20 个注塑机专家参数设定提供控制电压与输出频率之间的曲线设定，更加适用于注塑机工作特性，可与各种注塑机中使用的油泵马达进行最正确的匹配，坚持高效节能运行8 8、重载专用型、重载专用型针对负载重、负载突变异常大的设备制定过载能力大具有反应速度快等特点体积小，属于“迷你型产品，占用控制柜空间较小采纳矢量控制，控制性能较 V/F 控制方式有很大改善，特别是在低速转矩上满足机床主轴的需求，5Hz 时起动转矩能够达到 15

25、0%以上载波频率范围 0-16kHz，噪音小提供标准的 0-10V 模拟量接口(输入阻抗 47Kohm，输出阻抗 250Kohm)，能与大多数数控系统接口兼容，通用性强过负载能力强，150%以上额定输出电流超过一分钟提供多功能的输出端子信号，例如零速信号，运转中信号，速度到达信号，故障指示，满足系统关于主轴速度状态的监控自动转矩补偿，满足机床主轴在低速状况下的加工需求提供三组异常纪录，供修理人员从侧面了解机床主轴实际的运行状况；电机参数自动调整功能，在线识别电机参数，确保系统的稳定性和准确性。9 9、杜威、杜威-IQ-IQ 智能水泵变频控制器智能水泵变频控制器高防护等级 IP54内置 PID 功能，外加压力传感器，即可实现闭环控制傻瓜式调试方法，方便使用具备水泵电机保护功能停电后自动恢复和低水位保护功能零流量自动停机功能，用户不用水的状况下可自动停机，节能环保