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1、工业锅炉鼓风机变频器调速系统沈阳理工大学课程设计论文摘要风机设备主要用于锅炉的燃烧系统、其他设备的烘干系统、冷却系统、通风系统等场合，根据生产需要对炉膛压力、风速、风量、温度等指标进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况。而最常用的控制手段则是调节风门、挡板开度的大小来调整受控对象。这样，不论生产的需求大小，风机都要全速运转，而运行工况的变化则使得能量以风门、挡板的节流损失的形式消耗掉了。在生产过程中，不仅控制精度受到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗。从而导致生产成本增加，设备使用寿命缩短，设备维护、维修费用高居不下。为此，需要采用多项措施实现对离心风机的自动控制，以使系统的各种性能达到
2、合理的要求。近年来，出于节能的迫切需要和对产品质量不断提高的要求，加之采用PLC和变频器易操作、易维护、控制精度高，并可以实现高功能化等特点，采用基于PLC的变频器驱动方案开始逐步取代风门、挡板、阀门的控制方案。从而大大的降低生产成本，减少能量损耗和对环境的污染，为企业带来可观的经济效益和社会效益。关键字：锅炉；PLC变频器I沈阳理工大学课程设计论文目录1绪论错误!未定义书签。2原理及结构设计1.2.1 变频器工作原理1.2.2 变频器的结构与功能1.2.2.1 变频器的结构1.2.2.2 变频器的控制方式22.2.3 变频器的功能32.3 使用变频调速的目的.4.2.4 鼓风机变频调速节能原
3、理52.5 鼓风机变频调速的主电路52.6 主电路器件的选择6.3变频器选择及参数设置9.3.1 变频器的控制方式9.3.2 控制方式的合理选用1.03.3 选型原则123.4 PLC及压力传感器的选择1.33.5 MM430变频器特性133.6 电动机参数设置实例1.44PLC程序设计16结论20参考文献参#沈阳理工大学课程设计论文1绪论变频器是将工频电源转换成任意频率、任意电压交流电源的一种电气设备,变频器的使用主要是调整电机的功率、实现电机的变速运行。变频器的组成主要包括控制电路和主电路两个部分，其中主电路还包括整流器和逆变器等部件.变频器的诞生源于交流电机对无级调速的需求，随着晶闸管、
4、静电感应晶体管、耐高压绝缘栅双极型晶闸管等部件的出现，电气技术有了日新月异的变化，变频器调速技术也随之发展，特别脉宽调制变压变频调速技术更是让变频器登上了新的台阶.变频器的工频电源一般是50H,或60Hz无论是在家用领域或生产领域，工频电源的频率和电压都是恒定不变的。以工频电源工作的电机在调速时可能会造成功率的下降，而通过变频器的调整，电机在调速时就可以减少功率损失.变频器的种类繁多，按照变频器的用途不同可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器，单相变频器和三相变频器等；按照变频器工作原理分类可分为V/1控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等，变频技术是应交流电机无级调速的需
5、要而诞生的。如世纪60年代以后，电力电子器件经历了SCR（晶闸管）、CTO（门极可关断晶闸管），BJT（双极型功率晶体管卜MOSFET（金属氧化物场效应管）、SIR静电感应晶体管）、SITH（静电感应晶闸管）、MGT（MOS控制晶体管卜MCT（MOS控制晶闸管卜GBT（绝缘栅双极型晶体管卜HVIGBT（耐高压绝缘栅双极型晶闸管）的发展过程，器件的更新促进了电力电子变换技术的不断发展,2。世纪7。年代开始，脉宽调制变压变频（PWMVVVF）调速研究引起了人们的高度重视.2。世纪80年代，作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并得出诸多优化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳*
6、20世纪80年代后半期开始，美，日，德，英等发达国家的VVVF变频器已投入市场并获得了广泛应用.沈阳理工大学课程设计论文2原理及结构设计2.1 变频器工作原理变频器就是把工频电源（50Hz或60Hz）变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。而这其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交流电（及核心控制电路实现：交-直-交的过程）。而变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。而其工作原理用公式来表达的话便是：n=60f（1s）/p（2.1）式中n异步电动机的转速；f异步电动机的频率；s电动机转差
7、率；p电动机极对数。由式（2.1）可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在050Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段2.2 变频器的结构与功能2.2.1 变频器的结构变频器是由电力电子半导体器件（整流模块和功率模块：IGBT）、电子器件（阻容件、集成电路、开关电源）和微处理器（CPU）等组成。变频器实际上就是一个逆变器.它首先是将交流电变为直流电.然后用电子元件对直流电进行开关.变为交流电.一般功率较大的变频器用可控硅.并设一个可调频率的装置.使频率在一定范围内可调.
8、用来控制电机的转数.使转数在一定的范围内可调.变频器广泛用于交流电机的调速中.变频调速技术是现代电力传动技术重要发展的方向，随着电力电子技术的发展，交流变频技术从理论到实际逐渐走向成熟。变频器不仅调速平滑，范围大，效率高，启动电流小，运行平稳，而且节能效果明显。因此，交流变频调速已逐渐取代了过去的传统滑差调速、变极调速、直流调速等调速系统，越来越广泛的应用于冶金、纺织、印染、烟机生产线及楼宇、供水等领域。一般分为整流电路、平波电路、控制电路、逆变电路等几大部分。1 .整流电路整流电路的功能是把交流电源转换成直流电源。整流电路一般都是单独的一块整流模块.2 .平波电路平波电路在整流器、整流后的直
9、流电压中含有电源6倍频率脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动，为了抑制电压波动采用电感和电容吸收脉动电压（电流），一般通用变频器电源的直流部分对主电路而言有余量，故省去电感而采用简单电容滤波平波电路。3 .控制电路现在变频调速器基本系用16位、32位单片机或DSPW空制核心，从而实现全数字化控制。变频器是输出电压和频率可调的调速装置。提供控制信号的回路称为主控制电路，控制电路由以下电路构成：频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”。运算电路的控制信号送至“驱动电路”以及逆变器和电动机的“保护电路”。变频器采取的控制方式，即速度控制、转拒控
10、制、PID或其它方式4 .逆变电路逆变电路同整流电路相反，逆变电路是将直流电压变换为所要频率的交流电压，以所确定的时间使上桥、下桥的功率开关器件导通和关断。从而可以在输出端U、V、WE相上得到相位互差120电角度的三相交流电压。5 .2.2变频器的控制方式1 .转差频率控制转差频率控制就是通过控制转差频率来控制转矩和电流。转差频率控制需要检出电动机的转速，构成速度闭环，速度调节器的输出为转差频率，然后以电动机速度与转差频率之和作为变频器的给定频率。与U/f控制相比，其加减速特性和限制过电流的能力得到提高。另外，它有速度调节器，利用速度反馈构成闭环控制，速度的静态误差小。然而要达到自动控制系统稳
11、态控制，还达不到良好的动态性能。2 .矢量控制矢量控制，也称磁场定向控制。它是70年代初由西德F.Blasschke等人首先提出，以直流电机和交流电机比较的方法阐述了这一原理。由此开创了交流电动机和等效直流电动机的先河。矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic。通过三相-二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1、Ib1,再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流，It1相当于直流电动机的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换实现对异
12、步电动机的控制。3 .直接转矩控制转矩控制的优越性在于，转矩控制是控制定子磁链，在本质上并不需要转速信息，控制上对除定子电阻外的所有电机参数变化鲁棒性良好，所引入的定子磁链观测器能很容易估算出同步速度信息，因而能方便的实现无速度传感器，这种控制被称为无速度传感器直接转矩控制。4 .恒转矩负载多数负载具有恒转矩特性，但在转速精度及动态性能等方面要求一般不高，例如挤压机，搅拌机，传送带，厂内运输电车，吊车的平移机构，吊车的提升机构和提升机等。选型时可选V/f控制方式的变频器，但是最好采用具有包转矩控制功能的变频器。要求控制系统具有良好的动态，静态性能5 .2.3变频器的功能1.1 频节能变频器节能
13、主要表现在风机、水泵的应用上。为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。当电机不能在满负荷下运行时，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费。风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。当使用变频调速时，如果流量要求减小，通过降低泵或风机的转速即可满足要求。1.2 率因数补偿节能无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，使用变频调速装置后
14、，由于变频器内部滤波电容的作用，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。1.3 启动节能电机硬启动对电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。1.4 使用变频调速的目的风机上使用变频器的目的，常见有4种。第一种，一般工业用户多以节能为目的。例如，电厂、工业锅炉房的鼓、引风机调速。第二种，以压缩气体为生产过程主要动力源的企业，多以实
15、现过程自动化为目的。例如，化工生产用的压缩机，利用变频器的PID调节功能或与计算机接口，实现流量、压力、温度等参数的闭环控制。第三种，风机制造厂用于产品试验或模型试验，取代液力偶合器调速，以简化工艺过程、提高测试精度为目的。例如，1996年,沈阳鼓风机厂建成我国风机行业第一座通风机变频试车台，用于风机叶片拉力试验、机械运转试验和超速试验。风机只需要装配、调整一次，即可完成这3项试验，极大地提高了劳动生产率。并且，由于变频器采用数字控制技术，解决了原来用液力偶合器调速时，风机转速漂移，影响测试精度问题，测试工作也变得十分简单。第四种，环境保护需要，以降低风机噪声为目的。当实际需要风量经常低于设计
16、最大风量时，采用变频调速，使风机低速动行。与在工频下运行，用挡板调节风量相比，风机的气动噪声和机械噪声明显减小。1.5 鼓风机变频调速节能原理工业鼓风机的工作要求是指在特定的工作环境中，风机输出的风量要随着外界条件的变化，保持在设定的参数值上。这样，既可满足工作要求，又不使电动机空转，而造成电能的浪费。为实现上述目标，本系统采用闭环控制的方式。工业现场的压力由压力传感器检测，变换成模拟输入反馈信号，经A/D转换后1与PLC中给定值比较，再经D/A转换变成模拟量输出信号，控制变频器调节风机转速，从而达到控制工厂车间温度的目的。离心式鼓风机属典型的平方率负载，理想的平方率负载的阻转矩T与转速N的平方成正比。1
