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1、云南国防工业职业技术学院成人函授（本、专科）毕业调查报告题目：变频器在风机中的应用年级专业：09 级机电一体化办学单位名称：云南国防工业职业技术学院学生姓名：王保罗 学号：20092101011 审阅教师姓名：成绩评定：时间：目录摘要 3绪论 5变频调速原理简介 7整体方案的设计 10系统硬件设计 11软件系统设计 19节能效果分析 22参考文献 23致谢 24摘要随着我国经济的高速发展，微电子技术，计算机技术，自动化控制技术 都得到了迅速发展，交流变频调速技术也已经进入了一个崭新的时代，其应 用越来越光。而风机作为矿山企业必不可少的设备与企业的生产效率紧密相 关，随着能源的日益紧缺，企业中的
2、设备节能问题就显得尤为重要。本 次 将设 计 一个风 机节 能的实 例 。文章中 将以一 个 电锯 车间 使用 11KW 的 吸尘风机来清理锯屑，以此风机的节能来展开讲述。车间中共有五台电锯。 当电锯的开启数量不同时所要求的风量是不同的，即所要求的风机转速也是 不同的。在不使用变频器控制的情况下，风机只能以最大转速运行。这就造 成了 电 能的严 重浪 费。 本 次设计 使 用 PLC 来对电 锯开 启数 量检 测，进 而结合 变频器来控制风机的转速。从而达到节能的效果。关键词：PLC 变频器风机 节能AbstractWith Chinas rapid economic development,
3、 microelectronics, computer technology, automatic control technology have been developing rapidly, AC variable frequency technology has entered a new era, more and more of its light. The fan as essential equipment and mining enterprises to the production efficiency is closely related with the increa
4、sing shortage of energy, energy saving devices in the enterprise is particularly important issues.Will design a fan of this energy-saving examples. Article will use a chainsaw shop vacuum blower to clean up the 11KW of sawdust in order to expand about energy-saving fan. Saw a total of five workshops
5、. When not at the same time saw the opening of the required amount of air flow is different, that is the required fan speed is also different. In the case of inverter control is not used, the fan can run at maximum speed.This has resulted in serious waste of energy. This design uses PLC to turn on t
6、he saw the number of detection, and then combined with the drive to control the fan speed. To achieve the energy saving effect.Keyword: PLC converter blower energy-saving绪论1.1 课 题 背 景尽管我国 2007 年发电机装机容量已达到 7.1329 亿 KWh ，发电量是 32086.86 亿 KWh ，但由于我国国民经济连续 20 多年的高速发展，供电 情况 仍 然非常 紧张，不少 地区仍 要拉 闸限电 。32086.8
7、6 亿 KWh 发电 量 中 水电只占 4343.25KWh （ 13.54% ），核电 621.3KWh （ 1.94% ），而占 27012.56 亿 KWh （84.19 ）仍然是热电。燃烧的煤向大气中排放 CO2 SO2 NOX ，造 成温室效应和酸雨，影响我们生存的环境。况且我国是化石能源储量较少的国家，煤的储量占世界第 3 位，石 油和 天 然气只 占世界第 10 位。 因此 节能能 源是 基本国 策。据 统计 ，全 国发电量的 60% 通过电机转换能量。在十一五规划中，把电机系统节能 放到了重要的位置。电机系统节能主要表现在二个方面：一是节能电机 如永磁同步电机。二 是电机调速节
8、电。变 频调速体积小、重 量轻、转 矩 大、精度高、功能强、可靠性高、操作简单、便于通信等优点。近几年来我国国民经济持续高速发展，但能源不足成了影响发展的 瓶颈。在 新闻媒体上不止一次看到这样的信息“ 我国单位产出能源大大 高于 发 达国家 和世界平 均 水平。据计 算，2003 年我 国单 位国内 生产总 值 的能 源 消耗比 世界平均 水 平高 2.2 倍 ，比 美国 高 2.3 倍 ，比 欧盟 高 4.5 倍，比日本高 8 倍，比印度还高 0.3 。”从这组数据不难看出一个问题， 我国能源利用率太低，低 到了严重制约国民经济发展的严重地步。作 为 一个即将毕业的大学本科生，要 为国家做出
9、自己的贡献。因 此本文将以 实例 来 讲述用 变频器多 段 速功能 结 合 PLC 实现风 机节 能调 速。1.2 变频器 控制 风机 的意 义。变 频 器 可 以 从 四 个 方 面 节 电 。第 一 ，软 启 动 。一 般 交 流 电 机 的 启 动 电流为电机额 定电流的 6-7 倍。变频调速后启动电流不超过电机的额定 电流。第 二，节省设计冗余。一般设计都按照使用时的极端条件，因而 都留有设计冗余，有的冗余量很大，形成大马拉小车，变频调速可以把 冗余节省下来。第 三，是调速节电。按流体力学原理，轴功率正比速度 的立方，转速下降，轴功率变小。这是变频调速的主要节电原理。第四，系统功率因数
10、高。一 般在 0.95 以上，节 省无功，减 轻了变压器的负担1.3 当前控制风 机所 面临的问 题本 次 设 计 将 以 五 台 设 备 共 用 一 台 主 电 机 为 11KW 的 吸 尘 风 机 为 例 。风机用来吸收电锯工作时产生的锯屑。不同设备对风量的需求区别不是 很大，但设备运转时电锯并非一直工作，而是根据不同的工序投入运行1.3.1 电 能 的 严 重 浪 费不同设备一般对风量的需求有所区别，并且并非五台设备同时工作，而是根据不同的工序投入运行。而一般情况下风机都以最大 功率运行，因此造成能源浪费，增加了生产成本。1.3.2 启动困难，机械损 伤严重风机采用直接启动，启动时间长，
11、启动电流大，对电机的绝缘有着较大的威胁，严重时甚至烧毁电动机。而高压电动机在启动过程中所产生的单轴转矩现象使风机产生较大的机械振动应力， 严重影响到电动机、风机及其它机械的使用寿命。1.3.3 自 动 化 程 度 低风机依靠人工调节挡板，更不具备风量的自动实时调节功能，自动化程度低。在故障状态下，如风流短路，将对正常生产造成严重影响。为了设备的安全生产和降低生产成本，提升整体的自动 化水平，对风机进行变频调速改造具有非常重要的意义。 下面将讨论解决以上这些问题。变频调速原理简介2.1 变频器工作 原理变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一 频率的电能控制装置。我们现在使用的变
12、频器主要采用交直交方式 (VVVF 变频或矢量控制变频)，先把工频交 流电源通过整流器转换成直 流电源，然 后再把直流电源转换成频率、电 压均可控制的交流电源以供 给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制 4 个 部分 组 成。整 流部 分为 三 相桥式 不可 控整流 器， 逆变部 分为 IGBT 三 相 桥式 逆 变器，且 输出 为 PWM 波形 ，中间直 流 环节为 滤波 、直流 储能和 缓 冲无功功率。2.2 变频器调速 原理我们知道，交流电动机的同步转速表达式位：n = 60 f(l s)/p (1)式中 n 异步 电动 机的转 速；f异步电动机的频率；s电动机转差率
13、；p电动机极对数。由式可知，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。2.3 变频器控制 方式低压通用变频输出电压为 380650V， 输出功率为0.75 400kW ， 工作频率为 0400Hz ， 它的主电路都采用交直交电路。 其控制方 式经历了以下四代。2.3.1正弦脉宽调制(SPWM )控制方式其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能 够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。 但
14、是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压 降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有 直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统 性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利 用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳 定性变差等。因此人们又研究出矢量控制变频调速。2.3.2电压空间矢量（SVPWM ）控制方式它是以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形 旋转磁场轨迹为目的，一 次生成三相调制波形，以 内切多边形逼近圆的 方式进行控制的。经实践使用后又有所改进，即引入频率补偿，能消除
15、 速度控制的误差；通过反馈估算磁链幅值，消除低速时定子电阻的影响 将输出电压、电流闭环，以提高动态的精度和稳定度。但控制电路环节 较多，且没有引入转矩的调节，所以系统性能没有得到根本改善。2.3.3矢量控制（VC ）方式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 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 Ia1Ib1 ，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Iml、Itl （ Im1相当于直流电动机的励磁电流；Itl相 当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得 直流电动
16、机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控 制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个 分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩 和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。矢量控制方法的 提出具有划时代的意义。然而在实际应用中，由于转子磁链难以准确观 测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程 中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的 结果。2.3.4直接转矩控制（DTC ）方式1985 年 ，德国 鲁尔大 学的 DePenbrock 教授 首次提 出 了直接 转矩 控 制变频技术。该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，并以新 颖的控制思想、简洁明了的系
