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1、成绩评定表学生姓名冯方情班级学号0903010416专业自动化课程设计题目输油泵变频器调速系统评语组长签字：成绩日期20 年 月曰变频器应用课程设计任务书学院信息科学与工程学院专业自动化学生姓名冯方情班级学号0903010416课程设计题目输油泵变频器调速系统技术参数及控制要求：（1）工艺参数：输油泵流量：295 iWh输油泵出口压力：0.08Mpa（2）输油泵参数：型号：125H-13额定流量：793 m3/h扬程：32.3 m功率：80.3 KW 额定转速：1450 r/min 配用电机功率：100KW（3）电动机参数：型号：JD-L-39-4功率：100KW额定频率：50Hz额定电压：3
2、80VAC； 额定转速：1470 r/min 额定电流：188. 2 A（4）输油泵电机的调速控制。（5）变频器采用远方控制方式。（6）变频器的频率由420mA电流信号控制。（7）变频器的运行状态指示（如运行、停止、过流、低压等）。（8）变频器的报警处理。设计要求：（1）根据工业输油泵变频调速系统控制要求，选择变频器型号。（2）选择其他电器设备型号。（3）工业输油泵变频调速系统的电气控制线路的设计。（4）电气图按A4大小设计（CAD画图）。（5）电气图形付号和文字付号要付合国豕取新标准。进度安排：（1）查阅资料一天（2）设计四天（3）实验操作四天（4）撰写报告及答辩一天指导教师：201年 月
3、日专业负责人：201 年 月曰学院教学副院长：201 年 月曰目录1.绪 论12.原理及结构设计32.1 变频器工作原理32.2 变频器的结构32.1.1 整流器32.1.2 控制电路42.1.3 中间直流电路和逆变电路42.3 变频器的控制方式42.2.3 变频器的功能62.3 输油泵变频调速节能原理62.4 输油泵变频调速的主电路82.5 硬件接线图83 变频器选择及参数设置103.1 变频器的控制方式103.2 控制方式的合理选用 113.3 选型原则123.4 PLC 及压力传感器的选择123.5 MM420 变频器特性123.6 电动机参数设置实例134.PLC 程序设计15结束语错
4、误!未定义书签。参考文献191. 绪 论近 10 年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展， 电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制 技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。电机交流变频调速技术是当今节电、改 善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调 速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节间效果，广泛的适用 范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。(1)晶闸管交流器和开关断器件(DJT、IGBT、VDMOS)斩波器供电的 直流调速设备。这类设备的市场很大，随着交流调速的发展，该市场虽在缩
5、减， 但由于我国旧设备改造任务多，以及它在几百至一千多kW范围内价格比交流调 速低得多，所以在短期内市场不会缩减很多。国产设备能满足需要，部分出口。 自行开发的控制器多为模拟控制，近年来主要采用进口数字控制器配国产功率装 置。(2) IGBT或BJT PWM逆变器供电的交流变频调速设备。这类设备的市场很 大，总容量占的比例不大，但台数多，增长快，应用范围从单机扩展到全生产线， 从简单的V/f控制到高性能的矢量控制。约有50家工厂和公司生产，其中合资企 业占很大比重。(3) 负载换流式电流型晶闸管逆变器供电的交流变频调速设备。这类产品 在抽水蓄水能电站的机组起动，大容量风机、泵、压缩机和轧机传动
6、方面有很大 需求。国内只有少数科研单位有能力制造，目前容量最大做到12MW。功率装置 国内配套，自行开发的控制装置只有模拟式的，数字装置需进口，自己开发应用 软件。(4) 交-交变频器供电的交流变频调速设备。这类产品在轧机和矿井卷扬传 动方面有很大需求，台数不多，功率大。主要靠进口，国内只有少数科研单位有 能力制造。目前最大容量做到70008000kW。功率部分国产，数字控制装置进 口，包括开发应用软件。现在以太阳能和风力为能源的燃料电池以其低廉的价格 崭露头角，有后来居上之势。这些发电设备的最大特点是容量小而分散，将来的 变频器就要适应这样的新能源，既要高效，又要低耗。现在电力电子技术、微电
7、 子技术和现代控制技术以惊人的速度向前发展，变频调速传动技术也随之取得了 日新月异的进步。这种进步集中体现在交流调速装置的大容量化，变频器的高性 能化和多功能化，结构的小型化一些方面。输油泵机组变频调速节能技术是实现输油系统节能的有效技术途径，它将原 阀门节流调节方式改为调节输油离心泵转速工况的方式，泵出口阀全开，有效避 免了输油泵出口阀的节流损失，同时，还能减小输油泵机组的机械冲击/磨损和 噪声，延长其维护保养周期及使用寿命、减小对电网的冲击、节约维修费用、增 加输油量等。输油泵是生产运行中主要能耗设备，由于泵的特性和管路特性不匹配，在实 际运行中需要根据运行工况控制输油泵出口阀的开度来调节
8、流量，这使输油泵出 口阀前后产生较大的泵管压差，消耗大量的能量。使用变频器技术，通过改变输 油泵的转速进行不同的工况调节，消除泵管压差而产生的节流损失，保证了安全 生产，改善了工艺，节约了电能。2. 原理及结构设计2.1 变频器工作原理变频器是把工频电源(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，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。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还 需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。变频调速是通过改变电机
9、定子绕组供电的频率来达到调速的目的。2.2变频器的结构主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路 大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的 滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是 电感。 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的 “整流器”，吸收在变流 器和逆变器产生的电压脉动的 “平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的 “逆变器”。2.1.1 整流器最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用 两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。 平波回路在整流
10、器整流后的直流电压中，含有电源 6 倍频率的脉动电压，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)。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去 电感采用简单的平波回路。逆变器同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确 定的时间使 6 个开关器件导通、关断就可以得到 3 相交流输出。以电压型 pwm 逆变器为例示出开关时间和电压波形。2.1.2 控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它 有频率、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”，
11、将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动 机的“保护电路”组成。（1）运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号 进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。（2）电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。（3）驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件 导通、关断。（4）速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器（tg、pig等）的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。（5）保护电路:检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时， 为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或
12、抑制电压、电流值。 2.1.3 中间直流电路和逆变电路由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载，因此在中间直流环节和电 动机之间总会有无功功率交换，这种交换主要靠中间直流环节电路来完成，起缓 冲和储能作用。同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确 定的时间使6 个开关器件导通、关断就可以得到 3 相交流输出。可以得到任意频 率的三相交流电。2.3 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Uf
13、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la、lb、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Ial、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Iml、Itl
14、（Iml相当于直流电动机的励磁电流，Itl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步电动机的控制。矢量控制方法的出现， 使异步电动机变频调速在电动机的调速领域里全方位的处于优势地位。但是，矢 量控制技术需要对电动机参数进行正确估算，如何提高参数的准确性是一直研究 的话题。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
15、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，但是最好采用具有恒转矩控 制功能的变频器。要求控制系统具有良好的动态，静态性能由于被控对象的千差万别，性能指标要求的各不相同，变频器的选择及配置 远不如上述所列几种。要做到熟练应用还应在工程实践中认真探索。变频器的控 制方式代表着变频器的性能和水平，在工程应用中根据不同的负载及不同控制要 求，合理选择变频器以达到资源的最佳配置，具有重要的意义。2.2.3 变频器的功能1. 变频节能变频器节能主要表现在风机、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
