变频器原理及其应用第8章.优秀PPT.ppt
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1、第第8章章 变频器综合应用变频器综合应用本章要点:本章要点:变频器在工业中的各种运用。变频器在工业中的各种运用。专用变频器特殊功能的运用。专用变频器特殊功能的运用。变频器电路的分析方法。变频器电路的分析方法。技能目标:技能目标:能阅读并分析变频器的应用电路。能阅读并分析变频器的应用电路。能设计简洁的变频器调速限制电路。能设计简洁的变频器调速限制电路。能初步检修变频调速系统。能初步检修变频调速系统。8.1 8.1 变频器在恒压供水中的应用变频器在恒压供水中的应用8.1.1 8.1.1 恒压供水技术恒压供水技术 随着变频调速技术和可编程限制器的飞速发展,以随着变频调速技术和可编程限制器的飞速发展,
2、以及其应用面广、功能强大、运用便利,它已经成为当代及其应用面广、功能强大、运用便利,它已经成为当代工业自动化的主要装置之一,在工业生产领域得到广泛工业自动化的主要装置之一,在工业生产领域得到广泛运用,在其他领域运用,在其他领域(如民用和家庭自动化如民用和家庭自动化)的应用也得到的应用也得到了快速的发展。了快速的发展。由于变频调速技术和可编程序限制器的应用敏捷便由于变频调速技术和可编程序限制器的应用敏捷便利,在恒压供水系统中亦得到广泛的应用。接受利,在恒压供水系统中亦得到广泛的应用。接受PLCPLC作作为中心限制单元,利用变频器与为中心限制单元,利用变频器与PIDPID结合,依据系统状结合,依据
3、系统状态可快速调整供水系统的工作压力,达到恒压供水的目态可快速调整供水系统的工作压力,达到恒压供水的目的,提高了系统的工作稳定性,得到了良好的限制效果的,提高了系统的工作稳定性,得到了良好的限制效果及明显的节能效果。及明显的节能效果。8.1.2 节能原理 供水管网及水泵的运行特性曲线如图8.1所示。图8.1 管网及水泵的运行特性曲线 当接受阀门限制时,若供水量高峰期水泵工作在E点,此时水泵流量为Q1,扬程为H0;当供水量从Q1减小到Q2时,必需关小阀门,此时阀门的摩擦阻力变大,阻力曲线从b3移到b1,扬程则从H0升至H1,运行工况点从E点移到F点,此时水泵输出功率用图形表示为(0,Q2,F,H
4、1)围成的矩形部分,其值为:当接受调速限制时,若接受恒压(H0)变速泵(n2)供水,管阻特性曲线为b2,扬程特性变为曲线n2,工作点从E点移到D点。此时水泵输出功率用图形表示为(0,Q2,D,H0)围成的矩形面积,其值为:可见,当接受阀门限制流量时有P功率被奢侈,且随着阀门的不断关小,阀门的摩擦阻力不断变大,管阻特性曲线上移,运行工况点也随之上移,导致被奢侈的功率随之增加。改用调速限制可节约的能耗为由(H0,D,F,H1)围成的矩形面积,其值为:依据水泵变速运行的相像定律,变速前、后的流量Q、扬程H、功率P与转速N之间的关系为:式中:Q1、H1、P1为变速前的流量、扬程、功率;Q2、H2、P2
5、为变速后的流量、扬程、功率。由上面公式可知,与阀门限制方式相比,调速限制方式的供水功率要小得多,节能效果显著。8.1.3 系统结构 变频恒压供水系统原理如图8.2所示。它主要有PLC、变频器、压力变送器、液位传感器、动力及限制线路以及泵组组成。图8.2 变频恒压供水系统原理8.1.4 工作原理 该系统有手动和自动两种运行方式。手动方式时,按下按钮启动和停止水泵,可依据须要分别限制1#3#泵的启停,该方式主要供设备调试、自动有故障和检修时运用。自动运行时,首先由1#水泵变频运行,变频器输出频率从0Hz上升,同时PID调整器把接收的信号与给定压力比较运算后送给变频器限制。如压力不够,则频率上升到5
6、0Hz,变频器输出一个上限频率到达信号给PLC,PLC接收到信号后经延时,1#泵变频快速切换为工频,2#泵变频启动,若压力仍达不到设定压力,则2#泵由变频切换成工频,3#泵变频启动;如用水量削减,PLC限制从先启动的泵起先切除,同时依据PID调整参数使系统平稳运行,始终保持管网压力。8.1.5 PLC限制系统 泵组切换示意图如图8.3所示。图8.3 泵组切换示意图8.1.6 留意事项 1变频、工频切换时间T 切换时间T在PLC程序中设定,设置T时为了确保在加泵时,泵由变频转换为工频过程中,同一台泵的变频运行和工频运行各自对对应的沟通接触器不会同时吸合,而损坏变频器,同时为了避开工频启动时启动电
7、流大而对电网产生冲击,所以在允许的范围内时间T必需尽可能小。2上、下限频率持续时间TH和TL 变频器运行的频率随管网用水量增大而上升,本系统以变频运行的频率是否达到上限(下限),并保持确定的时间来推断是否加、减泵,这个推断时间就是TH(TL),假如设定值过大,系统就不能快速地对管网用水量的变更做出反应;假如设定值过小,管网用水量变更时就很可能引起常见的加、减喔泵工作。8.2 变频器在家用空调中的应用8.2.1 家用空调概述 家用空调分为移动式、窗式和分体式。过去一般房间的空调是接受ON/OFF限制方式,用笼型电动机带动压缩机来调整冷暖气,但它存在着下述问题。(1)依据地区气候、房屋的朝向等估计
8、一年中最大负载,从而选择恰当的空调机比较困难。(2)由于是ON/OFF方式运行,室内温度和湿度会发生波动,引起不舒适感。(3)在50/60Hz地区产生较大差别。(4)压缩机在启动时有很大的冲击电流,因此须要比连续运行时更大的电源容量。(5)由于压缩机转速恒定,外面温度变更会引起冷暖空调实力的变更(特殊在暖气运行时,外面气温下降会导致暖气效果下降)。8.2.2 变频器解决方案 将变频器应用于房间空调可连续地限制笼型电动机的转速,可解决上述问题,变频器限制框图如图8.4所示。图8.4 变频器限制框图 室内部分以室内限制部为中心,由遥控、传感器、显示器和风机电动机驱动回路组成。温度和湿度数据及运行模
9、式等设定以序列信号的形式送往室外部分。室外部分以系统限制部为中心,由整流单元、逆变单元、电流传感器、室外风机电动机及阀门限制部分组成。运用变频器限制空调可以达到以下效果。(1)利用变频器限制节能。(2)压缩机ON/OFF损耗削减。(3)舒适性改善。(4)消退50/60Hz的地区的实力差。(5)启动电流减小。8.3 中心空调的变频调速8.3.1 中心空调的构成 中心空调的结构如图8.5所示,中心空调系统主要由冷冻主机和冷却水塔、外部热交换系统等部分组成。图8.5 中心空调系统的组成2外部热交换系统 1冷冻主机与冷却水塔 1)冷冻主机 2)冷却水塔2外部热交换系统 外部热交换系统由以下几个系统组成
10、。1)冷冻水循环系统 2)冷却水循环系统 3)冷却风机 (1)盘管风机。安装于全部须要降温的房间内,用于将由冷冻水盘管冷却了的空气吹入房间,加速房间内的热交换。(2)冷却塔风机。用于降低冷却浴中的水温,加速将“回水”带回的热量散发到大气中去。8.3.2 循环水系统的特点1循环水的特点 如图8.6所示,在水循环系统中,所用的水是并不消耗的。图8.6 循环水系统2调速特点 在循环水系统中,当通过变更转速来调整流量时,有以下两个特点。(1)水在封闭的管路中具有连续性,即使水泵的转速很低,循环水也能在管路中流淌。(2)在水泵转速为“0”的状态下,回水管与出水管中的最高水位恒久是相等的。因此,水泵的转速
11、只是变更水的流量,而与扬程无关。所以在循环水系统中,用扬程来描绘水泵的做功情形是不够精确的。3压差的概念 循环水系统的工作情形与电路特别相像,水泵的做功情形也可通过水泵出水与回水的压力差来描绘,即式中:P1为出水压力;P2为回水压力;PD压差。4功率计算 与电路的工作情形相类似,循环水系统中流量的大小与PD成正比,即:式中:P1、P2为水泵转速前、后的功率;n1、n2为水泵转速前、后的转速。式中:R为循环水路的管阻。用水泵做功的功率P可计算如下,即:由于流量和转速成正比,所以在循环水系统里,水泵的功率与转速的二次方成正比,即:8.3.3 冷却水系统的变频调速 1限制的主要依据 1)基本状况;2
12、)温度限制;3)温差限制,4)温差与进水温度的综合限制。图8.7 冷却水的温差限制 图8.8 目标值范围 2限制方案 变频器内置的PID调整功能,兼顾节能效果和冷却效果的限制方案如图8.9所示。图8.9 限制方案 2)目标信号 目标信号是一个与进水温度有关的,并与目标温差成正比的值,如图8.8所示。1)反馈信号 反馈信号是由温差限制器得到的与温差成正比的电流或电压信号。8.3.4 冷冻水系统的变频调速 1冷冻水系统的变频调速限制的主要依据在冷冻水系统的变频调速方案中,提出的变频限制依据主要有两个。1)压差限制,如图8.10中的虚线所示。2)温度或压差限制 图8.10 冷冻水的限制2冷冻水系统变
13、频调速的限制方案 (1)压差为主、温度为辅的限制。以压差信号为反馈信号,进行恒压差限制。而压差的目标值可以在确定范围内依据回水温度进行适当调整。当房间温度较低时,使压差的目标值适当下降一些,减小冷冻泵的平均转速,提高节能效果。这样一来,既考虑到了环境温度的因素,又改善了节能效果。(2)温度(差)为主、压差为辅的限制。以温度(或温差)信号为反馈信号,进行恒温度(差)限制,而目标信号可以依据压差大小作适当调整。当压差偏高时,说明负荷较重,应适当提高目标信号,增加冷冻泵的平均转速,确保最高楼层具有足够的压力。8.4 变频器在电梯中的应用 8.4.1 电梯概述 (1)电梯分类:乘客电梯、载货电梯、住宅
14、电梯、病床电梯、观光电梯。(2)电梯的发展:直流恒速拖动电梯沟通双速电梯沟通调压调速电梯沟通变频调速。(3)变频调速电梯的特点:能够实现平安性,变频器有完善的硬件及其爱护功能,牢靠性高;舒适性,低速时有较大转矩,转矩波动小,低噪声;经济性,程序限制功能完善,无需外加设备。8.4.2 616G5变频器调速系统 1616G5变频器 2调速系统电路结构 如图8.11所示,变频器完成拖动电动机的调速功能,电梯运行中的逻辑限制由PLC或单片机来完成。图8.11 电梯变频限制系统3系统运行过程 PLC发出运行及高速运行信号变频器依据设定的加速曲线启动启动时间3s左右,然后维持50Hz运行换速信号到来,PL
15、C 撤销高速信号,输出爬行信号(爬行输出频率为6Hz)变频器依据设定的减速曲线减速到6Hz(时间3s之内)变频器以6Hz的速度爬行到达平层时机箱给出平层信号,PLC撤销运行及爬行信号变频器减速为0,变频器零速输出点断开,通过PLC发出电动机抱闸和自动开门信号。8.4.3 变频器功率及制动电阻的选择 1功率选择 变频器功率选择原则如下。(1)变频器容量必需大于负载所要求的输出,即:(2)变频器容量不能低于电动机容量,即:(3)变频器电流应大于电动机电流,即:(4)启动时变频器容量应满足:2制动电阻的选择 制动电阻过大,会使制动力矩不足;制动电阻过小,会使电流过大,电阻发热。对于提上升度较大、电动
16、机转速较高的状况,可适当减小电阻阻值,但不能低于制造商规定的最低值。若最小值不能满足制动力矩,要更换大一级功率的变频器。8.4.4 电梯用变频器的主要功能 (1)标准操作依次。(2)S曲线加减速。(3)4种电梯专用运行方式:楼层距离学习方式;检修方式;减速点限制方式;复位运行方式。(4)减速时失速防止:应设为无效。(5)制动电阻过酷爱护:电子热继电器。(6)瞬停再启功能:无效。(7)转矩限制功能:转矩设定值设为电动机额定转矩输出的参考值。(8)通信功能。(9)互锁功能:开/关平安互锁,保证变频器与机械制动的连接精确无误。(10)爱护功能:除一般变频器的爱护功能外,还具有过速爱护功能。8.4.5
17、 变频器的噪声抑制 (1)安装过滤装置,运用无噪声变频器(开关频率高于声频)。(2)在输入端加入AC扼流圈,限制谐波电流对电源的影响,使电能有再生功能。(3)在电源输入端安装噪声过滤装置或者零相扼流圈,以降低高频噪声对楼内设备和装置的影响。8.4.6 常见问题 (1)输入了运行信号,电动机不转:设定端子限制方式、方向指令和频率指令。(2)电动机旋转方向相反:调换电动机的随意两相电源线,交换编码器AB方向。(3)下行正常,上行时减速不正常:制动电阻值过大。(4)上、下行减速异样:检查电动机功率、电流、级数设置、输入电压及是否缺相。(5)下行正常,上行运行较远时出现过电压爱护:制动电阻值偏大。(6
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