1、將電動機與負載(fzi)連接進行試驗。1. 啟動(qdng)試驗（1）使工作頻率從0Hz開始慢慢提升，觀察系統啟動情況。同時觀察機械(jxi)的運行狀態是否正常。記錄系統是在哪個頻率時開始起動的，電動機轉速是否隨頻率上升而升速。若在頻率較低情況下，電動機不能隨頻率的上升而旋轉起來，這說明系統起動困難，應考慮設置轉矩補償。（2）將顯示內容切換到電流顯示，再將給定頻率升至最大值。使電動機按設定的升速時間上升至最高轉速。在此期間，觀察電流變化，如果在升速過程中變頻器出現過流保護動作而跳閘，這時應該適當增大升速時間。（3）觀察系統起動升速過程是否平穩，是否有振蕩。對于大慣性負載,按預先設定的頻率變化率

2、升速或降速時,有可能出現加速轉矩不夠,造成電動機轉速與變頻器輸出頻率不協調,應考慮低速時設置暫停升速功能。（4）對于風機負載，應該觀察停機后風葉是否因自然風而反轉。如有反轉現象，應該設置起動前的直流制動功能。2. 停車試驗（1）將工作頻率調至最高工作頻率，按下停機按鈕，觀察系統是否出現過電流或過電壓而跳閘現象，如發生此類現象，則應延長減速時間。（2）當頻率降至0Hz時觀察電動機是否有“爬行”現象，如發生這種現象，應該考慮直流制動。3. 帶載能力試驗（1）在負載所要求的最低轉速時，帶額定負載，且長時間運行。觀察電動機的發熱情況，如發熱嚴重，應該考慮電動機散熱問題。（2）在負載所要求的最高轉速時，

3、變頻器工作頻率超過額定頻率，觀察電動機是否能帶動這個轉速下的額定負載。 5.11 變頻調速系統的維護(wih)與維修變頻器是以電子元件為中心構成的靜止電器設備。為了保證安全正常生產，必須經常地對變頻器及系統進行維護(wih)檢查。5.11.1 系統(xtng)的維護和檢查1. 日常檢查（1）運行中檢查是否出現不正?，F象；（2）電動機是否運轉正常；（3）安裝環境是否發生改變；（4）冷卻系統是否工作正常；（5）系統是否有異常聲音，異常振動；（6）是否出現電動機過熱以及導線變色；（7）運行過程中經常測量變頻器輸入輸出電壓。2. 定期檢查（1）凡是不停機情況下不能檢查的位置，要做定期檢查；（2）導體和

4、絕緣體是否發生腐蝕損壞；（3）測量絕緣電阻；（4）冷卻風機及變頻器外圍設備的檢查與更換等。5.11.2 變頻器常見故障1. 過電流（1）重新啟動時，若只要升速即刻跳閘，表明過電流十分嚴重。大多原因是負載短路、機械部位有卡住現象、逆變模塊損壞和電動機轉矩過小等現象引起的。（2）通電即跳閘，這種現象一般不能復位，主要原因可能是模塊損壞、驅動電路損壞、電流檢測電路損壞。（3）重新啟動時并不立即跳閘而是在加速時跳閘，主要原因可能是加速時間設置太短、電流上限設置太小或轉矩補償(U/f)設定過大。2. 過電壓過電壓報警(bo jng)一般是出現在停機的時候，其主要原因可能(knng)是減速時間太短或制動電

5、阻及制動單元(dnyun)有問題。3. 欠電壓欠電壓也是我們在使用中經常遇到的問題。主要是因為主回路電壓太低。其主要原因可能是整流橋某一路損壞或晶閘管三路中有某一路工作不正常都有可能導致欠壓故障出現。其次，主回路接觸器損壞，導致直流母線電壓損耗在充電電阻上，也有可能導致欠壓。另外，電壓檢測電路發生故障也可能出現欠電壓問題。4. 過熱變頻器過熱是一種常見故障，主要原因可能是周圍環境溫度過高、風機堵轉、溫度傳感器性能不良或電動機過熱等。5. 輸出電壓不平衡輸出電壓不平衡一般表現為電動機抖動，轉速不穩。其主要原因可能是模塊損壞、驅動電路損壞或電抗器損壞等。6. 過載過載也是變頻器出現比較頻繁的故障之

6、一。對于過載現象，我們首先應分析判斷電動機過載還是變頻器自身過載。通常情況下，電動機由于過載能力較強,只要變頻器參數表中的電動機參數設置得當,一般不會出現電動機過載.然而變頻器本身由于過載能力較差則容易出現過載報警.此時應檢查變頻器輸出電壓。7. 接地故障接地故障也是常見故障。如果電動機接地良好，最可能發生故障的部分就是霍爾傳感器?；魻杺鞲衅饔捎谑軠囟?、濕度等環境因素影響，工作點很容易發生漂移，導致報警。8. 限流運行在平時運行中，可能會遇到變頻器提示電流極限。對于一般的變頻器在限流報警出現時不能正常工作，首先電壓(頻率)自行下降，直到電流下降到允許的范圍，一旦電流低于允許值，電壓(頻率)會再

7、次上升，從而導致系統的不穩定。變頻器采用內部斜率控制，在不超過預定限流值的情況下尋找工作點，并控制電機平穩地運行在工作點上，同時將報警信號反饋用戶，依據報警信息再去檢查負載和電動機是否有問題。本章(bn zhn)實訓項目實訓目標(mbio)：1. 學會(xuhu)正確選擇電纜線徑及電纜長度；2. 掌握變頻器主電路接線方法和操作技能。3. 學會正確選擇控制線的種類、線徑和長度；4. 掌握變頻器控制電路接線方法和操作技能。實訓設備：三菱FR-A540變頻器一臺（0.4KW、0.75KW、2.2K可根據實際情況任選），電工工具一套、500V兆歐表一臺、 數字或指針式萬用表一塊、根據變頻器的容量選擇三

8、相異步電動機一臺、根據圖5-18所示電路選擇變頻器相關控制電器。項目描述：1. 主電路描述由于主電路為功率電路，連線不正確不僅損壞變頻器，而且會危及人身安全或造成設備事故。因此，選擇變頻器電纜應注意以下兩點：（1）電源與變頻器之間的電纜不宜過長，要求小于50m。變頻器與電機間的接線要考慮線路電壓降U，一般要求（2）線徑宜大不宜小2. 控制電路描述如圖5-18所示，控制電路接線包括模擬量接線和開關量接線。模擬量控制線主要包括輸入側的給定信號線和反饋信號線。輸出側的頻率信號線和電流信號線。由于模擬量信號抗干擾能力較差，所以必須使用屏蔽線或雙絞線。變頻器的起動、點動、多檔轉速控制等控制線，都屬于開關

9、量控制線。實訓項目1. 主電路(dinl)接線主電路(dinl)接線，方法(fngf)參考圖5-23進行。1. 將變頻器輸出端子U、V、W與電動機連接。其工藝要求要根據變頻器及電動機容量正確選擇壓接端子，進行可靠連接；2. 變頻器及電動機接地；3. 在空氣開關分斷狀態下，將變頻器輸入端子R、S、T連接至空氣開關下口。根據變頻器使用技術條件要求，接到電動機的電纜應采用屏蔽電纜或鎧裝電纜。主電路接線應注意以下幾個問題：1. 不能用接觸器來控制變頻器的運行與停止，應使用控制面板上的操作鍵盤或外部接線端子上的控制信號；2. 變頻器輸出端絕對不能接電力電容器或其它吸收電器；3. 在調試過程中，如果電動機

10、旋轉方向與工藝要求不一致時，調換變頻器的輸出相序，不要用調換控制端子“STF”“STR”的控制信號來改變電動機旋轉方向；4. 變頻器的輸出與輸入端子絕對不允許接錯，否則會使變頻器逆變(n bin)管燒毀。實訓項目(xingm)2. 控制電路接線控制電路的接線(ji xin)按圖5-18所示控制電路接線。1. 屏蔽層靠近變頻器的一側，應接控制電路公共端，而不要接變頻器接地端，屏蔽層的另端應懸空。2. 模擬量控制線的接線原則也適用于開關量控制線的連接。但開關量的抗干擾能力強，因此在近距離可不使用屏蔽線。同一信號線必須絞在一起。實訓項目3. 通電試車通電試車1. 接線完成后，要對照圖紙再仔細檢查接線

11、是否有誤；2. 經指導教師檢查同意后方可通電試車。3. 在試車過程中，要認真觀察和體會產電路與控制電路的作用。第6 章 變頻器調速系統應用學習目的與要求：1. 熟悉和了解變頻器在生產中的應用2. 能夠閱讀和分析變頻器各種應用電路3. 應用所學知識能夠設計簡單的變頻器調速控制電路6.1 變頻技術應用(yngyng)綜述 變頻技術的應用分為兩類，一類用于交流調速系統，一類用于為其它設備提供靜止電源。變頻器最典型的用途是各種生產機械電力拖動系統的節能和提高產品質量。隨著電力電子技術、計算機技術和自動控制理論的不斷(bdun)發展，電氣傳動技術日新月異。交流電動機調速系統廣泛取代直流電動機調速系統已經

12、成為現實。交流電動機調速技術是節能，改善工藝流程以及提高產品質量，推動技術進步的必要手段之一。表6-1列出了由變頻器組成的電氣傳動系統的特點，據有關資料表明：變頻器在工業生產中的節能效果是非常(fichng)明顯的，無論是用于節能還是提高產品質量，其應用潛力也非常巨大。表6-1 變頻器組成的電氣傳動系統特點變頻器的傳動特點用途效果采用標準電動機調速風機、水泵、空調，一般機械也可以使用原有電動機調速連續調速機床、攪伴機、空壓機可選擇任意轉速起動電流小空壓機電源設備容量可減小最高轉速不受電源影響風機，水泵，空調，一般機械最大工作能力不受電源頻率限制電動機高速化，小型化機床、化纖機械、帶式輸送機可以

13、得到用其它調速方式得不到的最高轉速防爆制藥、化工、礦山機械容易做到防爆低速時定轉矩輸出位置控制伺服系統電動機可堵轉可調節加減速的大小生產流水線、電梯防止加速度過大6.2 變頻器在風機控制中的應用風機是工礦企業中應用比較廣泛的機械，諸如鍋爐的燃燒系統，礦山通風系統以及造紙烘干系統等。傳統的風機控制是全速運行，風機提供固定的風壓風量。但生產工藝往往需要對風壓和風量以及溫度等技術指標進行調節控制。若全速運行必然導致電能的大量浪費。因此，采用變頻器實施對風機的控制具有重要的節能意義。6.2.1 風機負載的機械(jxi)特性1. 二次方律負載(fzi)風機(fn j)是具有二次方律負載的機械特性，屬于這

14、類機械特性的風機有離心式風機、混流式風機、軸流式風機等。其中以離心式風機最為典型，應用也最為廣泛。風機從零開始升速時，風量的流速低，但也要考慮此時的負載轉矩T0和功率P0。 隨著電動機的升速，風壓風量也隨之加大，負載轉矩和功率也越來越大。因此，即使是在空載情況下也要考慮轉矩和功率的損失。2. 風量調節方法（1）由于電動機的轉速是恒定不變的，只能用調節風門或擋板的開度來調節風壓和風量。這樣的調節，使得風門和擋板損失和消耗了一部分功率。（2）如果風門或擋板的開度不變，調節電動機轉速，則風量隨轉速而改變。（3）在所需風量相同情況下，調節轉速的方法所消耗的功率要比調節風門或擋板開度小得多，這就是變頻調

15、速節能原因所在。3. 風機容量選擇風機容量是根據生產工藝要求選擇的。如果對現有風機進行技術改造，風機容量就不用再選擇了。4. 變頻器容量選擇風機在運行過程中，如果穩定在某一速度工作，其轉矩不會發生變化，只要轉速不超過額定值，就不會發生過載現象。通常情況下，變頻器技術說明書所給出的容量具有一定裕度和安全系數。因此，變頻器容量比所要驅動的電動機稍大即可。6.2.2 變頻器的設置1. 變頻器控制方式設置（1）操作模式設置為了操作(cozu)方便，可將變頻器的操作設置為“面板(min bn)與外部操作組合模式”或“外部操作(cozu)模式”。操作人員可以通過安裝在工作臺上的按鈕或電位器控制和調節風機的

16、轉速。（2）變頻器控制方式設置變頻器控制方式可根據風機的負載特性進行設置。如果風機在額定轉速以下工作，負載轉矩較低，不存在電動機帶不動負載問題。因此，采用V/F方式控制方式即可滿足工藝要求。而且從性能價格比角度考慮，也可以選擇比較廉價的風機水泵專用變頻器。（3）U/f控制曲線的選擇風機的機械特性及有效轉矩曲線如圖6-1所示。圖中曲線0是風機的二次方律負載特性曲線。曲線1是電動機在V/F控制方式下轉矩補償為零時的有效轉矩曲線。當轉速nX時，對應負載曲線0的轉矩為TLX，對應曲線1的電動機的有效轉矩TMX。由此可見，在低頻運行時，即使轉矩補償為0，電動機的有效轉矩與負載轉矩相比，也具有相當大的余量

17、。也說明拖動系統仍有較大的節能余量。在選擇低減U/f曲線時，要考慮電動機的起動問題。圖中曲線0與電動機有效轉矩曲線3的交叉點S，是電動機的起動轉矩與負載轉矩相等的點，也就是系統的工作點。顯然，在S點以下是不能起動的，解決起動難的辦法是選擇低減U/f曲線2，適當加大起動頻率。 在進行變頻器參數設置時，要仔細閱讀變頻器操作手冊中U/f曲線的出廠設定值。通常變頻器出廠都把U/f曲線設置為具有一定補償量的狀態，以適應低速時需要較大轉矩的負載。但風機低速時轉矩很小，即便沒有補償，電動機的輸出轉矩也足以帶動負載。如果用戶不作U/f曲線的設置，而直接接上風機使用，則節能效果就不明顯了，甚至會出現過流跳閘現象

18、。4. 變頻器參數設置（1）上限頻率如果風機轉速超過額定轉速，其負載轉矩按平方規律增大很多，容易使電動機和變頻器處于過載狀態。因此(ync)，上限頻率不能超過電動機的額定頻率（2）下限(xixin)頻率風機對下限頻率沒有(mi yu)要求，因風機轉速很低時，風量較小，并無實際意義。一般下限頻率可設置大于20Hz。（3）升降速時間因為風機屬于大慣性負載，升速時間過短容易產生過電流，而降速時間過短又會產生能量回饋。因此，降速時間可以適當設置長些，具體時間可視風機容量和工藝要求而定。一般情況，風機容量越大其升降速時間越應設置長些。（4）升降速方式風機在低速時轉矩很小，隨著轉速不斷升高，轉矩也隨之越來

19、越大，反之，開始停機后，由于慣性作用，轉速下降緩慢。所以選擇S型B升速方式較為適宜。（5）回避頻率由于風機存在固有頻率，在運行中為防止發生機械共振，所以必須考慮設置回避頻率，跳躍出發生機械共振頻率區域。設置回避頻率可采用反復試驗的方法，反復地觀察產生共振的頻率區域，然后進行設置。（6）起動前的直流制動風機在停機時，由于自然風的作用，常常處于反轉狀態，此時也就是電動機處于再生發電狀態，為使風機從零速開始起動，須采用起動前的直流制動。 6.2.3 風機變頻調速系統電路組成例如某學校鍋爐房引風機，電動機容量為37kW，采用變頻調速。一般情況下，風機采用正轉控制，電路比較簡單。風速大小由操作工人調節。

20、控制柜和變頻器以及操作臺均安裝在電控室，進行遠距離操作。風機變頻調速系統電氣原理如圖6-2所示。1. 主電路(dinl)電器選擇（1）變頻器選型選用(xunyng)三菱FR-A540-37K-CH型變頻器，額定容量為54kV.A，額定電流71A。（2）空氣(kngq)開關由式5-13可得 選用DZX10D-100型自動空氣開關。（3）接觸器的選擇根據式5-15，IN = 71A IKN=80A 選用CJ10系列交流接觸器，型號CJ10-80。2. 控制電路原理按鈕開關SB1、SB2用于控制接觸器KM，KM用來控制變頻器電源的通斷。按下SB2,KM線圈得電并自鎖，主觸頭閉合，接通變頻器電源。按鈕

21、開關SB3、SB4用于控制繼電器KA，KA用來控制變頻器的運行與停止。按下SB4,KA線圈得電并自鎖，接通變頻器正轉起動(q dn)端子STF,風機起動運行。KM與KA之間具有連鎖關系，在KM未接通電源之前，KA不能得電。在KA未斷電時，KM也不能斷電。電位器RP用于變頻器的頻率(pnl)給定，用來調節風機轉速。當變頻器發生異常故障時，其異常輸出端子B-C分斷，切斷控制電路電源，使系統迅速停機，同時A-C間接通(ji tn)，接通聲光報警電路，對變頻器起到了保護作用。6.2.4 節能效益分析對于風機設備采用變頻調速后的節能效果，可根據風機在不同的控制方式下的風量與負載關系以及現場運行的負荷變化

22、等情況進行計算。例：一臺工業鍋爐所使用的30kW引風機，一天24小時連續運行。采用變頻調器調速，在大風量時，頻率按46Hz計算，每天有10小時，在小風量時，頻率按20Hz計算，每天有14小時；用擋板調節風量時，在大風量時，電動機功率消耗按額定功率的98%計算，每天同樣有10小時。在小風量時電動機功率消耗按額定功率的70%計算，每天也有14小時。全年運行時間以300天計算,則采用變頻調速后每年所節約電能是非?？捎^的。 6.3 變頻器在恒壓供水系統中應用 城市供水系統是人們生活和工業生產不可缺少的公共設施之一。水壓通常保證6層以下樓房用戶用水。而其余各層都需要“提升”水壓才能滿足用水的需求量。傳統

23、的提升方式是采用水塔、高水位水箱或氣壓罐等增壓設備。這種設備經濟成本高、能量消耗大。如果采用變頻器控制的恒壓供水系統，無需增壓設備，節約電能，降低供水成本。恒壓供水系統基本控制思想是：采用變頻器對水泵電動機進行變頻調速，組成供水壓力的閉環控制系統。系統的控制目標是水泵總管道的出水壓力，系統的給定水壓力值與反饋的總管道出水壓力值相比較，將偏差值送CPU進行運算處理后，發出控制指令。調節水泵電動機的轉速和控制水泵電動機投入運行的臺數，實現總管道以穩定壓力供水。6.3.1 供水系統主要參數某供水系統示意圖如圖6-3所示。水泵(shubng)將水池中的水抽出，并上揚至一定高度(god)，滿足工農業生產

24、和生活(shnghu)所需求供水壓力和水流量。1. 流量在單位時間內流過管道某一橫截面的水量，稱為流量，用Q表示。單位：m3/s、m3/min或m3/h。2. 壓力水在管路中的壓強，俗稱為壓力。用p表示，單位：Mpa。3. 全揚程單位質量的水被水泵所上揚的高度，稱為揚程。如圖6-3所示。揚程是說明水泵泵水能力的物理量，用HT表示，單位：m。將水上揚到一定高度，是水由動能轉化成勢能的過程，在這個過程中包括克服管道阻力所做功，并且要使水保持一定的流速。那么，全揚程就可定義為在忽略管道阻力，也不計流速的情況下，水泵將水上揚的最大高度。4. 損失(snsh)揚程與實際揚程水在管道中流動(lidng)克

25、服管道阻力做功，必然有一定的揚程損失, 這部分揚程稱為損失揚程。因此，水泵將水克服一切阻力后所上揚的實際高度(god)，稱為實際揚程。用HA表示。是全揚程與損失揚程相減的差值。5. 管阻在管道系統中，管路、截門等管件對水流的阻力，稱為管阻。 6.3.2 供水系統的特性1. 水泵的揚程特性在管道閥門完全打開的條件下，全揚程HT與流量Q之間的函數關系HT=f（Q），稱為水泵的揚程特性。如圖6-4中所示的曲線“3”為水泵在額定轉速情況下的揚程特性。曲線“4”為水泵在轉速較低的情況下的揚程特性。圖中A、B、C、D四點為供水工作點。當用戶用水需求量較小時，在曲線“3”A點，所對應的流量QA較小。此時，所

26、對應的全揚程HTA較大。當用戶用水需求量較大時，在曲線“3”B點，所對應的流量QB較大。此時，所對應的全揚程HTB較小?？梢?，流量的變化反映了用戶水需求量的大小。因此，揚程特性反映了用戶用水需求量對全揚程的影響。2. 管道阻力特性在管道閥門開度一定的條件下，全揚程HT與流量Q的函數關系HT= f（Q）,稱為管道阻力特性，簡稱管阻特性。如圖6-4所示中的曲線“1”和“2”。管阻特性的意義是，為了提供一定的供水流量（也就是用水需求量）所需全揚程的大小。圖中，曲線“2”為閥門全開時的管阻特性，由C點對應的流量QA與B點流量QB可以看出，供水流量較小時，所需的揚程HTC也較小。在供水流量較大時，所需的

27、揚程HTB也較大。6.3.3 供水系統流量的調節(tioji)方法在供水系統中，最根本的控制對象就是流量。因此，了解調節流量的方法(fngf)，對供水系統的節能有非常重要的意義。常用調節流量的方法有閥門調節和轉速調節兩種。1. 管道(gundo)閥門調節在保持水泵轉速不變（額定轉速）的前提下，改變閥門開度調節供水流量的方法，稱為閥門控制法。閥門調節水流量的實質是水泵本身供水能力保持不變，用調節閥門開度來調節供水流量，也就是通過改變管路中阻力大小來改變供水能力（流量）。此時，管阻特性將隨著閥門的開度變化而改變，而揚程特性則不變。如圖6-4中，減小閥門的開度，使供水流量由QB減小到QA，管怚特性將

28、由曲線“2”變化到曲線“1”，而揚程特性則不變，仍為曲線“3”。供水工作點由B 移至 A 。此時，流量減小了。但揚程由HTB增大到HTA。2. 水泵轉速調節 在保持閥門開度不變的前提下，改變水泵轉速調節供水流量的方法，稱為轉速控制法。轉速調節水流量的實質是，在閥門開度最大且保持不變，通過改變水泵轉速調節供水流量，也就是通過改變水泵揚程改變供水能力流量，以適應用戶用水需求量。此時，揚程特性將隨著水泵轉速變化而改變，而管路特性則不變。如圖6-4中，降低水泵的轉速，使供水流量由QB減小到QA，揚程特性將由曲線“3”變化到曲線“4”，而管阻特性則不變，仍為曲線“2”。供水工作點由B點移至C點。此時，流

29、量減小了。揚程由HTB下降到HTC。將管道閥門調節與水泵轉速調節兩種方法相比較，可知，采用調節水泵轉速的方法調節水的流量，降低了電動機使用功率，從而達到了節能目的。6.3.4 恒壓供水的控制目標供水系統的控制目的就是為了滿足用戶對流量的要求。因此，流量是供水系統的基本控制對象。而流量的大小(dxio)又取決于水泵的揚程，但揚程是很難測量(cling)和控制的。在動態情況下，設管道(gundo)中水壓為p，供水能力為Qg，用水需求量為Qn，三者的平衡關系是：當供水能力Qg大于用水需求量Qn， 則水壓上升p；當供水能力Qg小于用水需求量Qn， 則水壓下降p；當供水流量Qg等于用水需求量Qn， 則水

30、壓恒定p 。所謂供水能力就是水泵能夠提供的水流量，其大小取決于水泵的容量大小與管道的阻力情況。而用水流量則是用戶實際使用的需求量，其流量大小取決于用戶的用水量?？梢姡┧芰εc用水流量之間的矛盾主要反應在水壓力的變化上。因此，控制了水壓力也就相應控制了流量。保持系統總管道出水壓力的恒定，也就保持了供水能力和用水流量的平衡狀態，這就是恒壓供水所要控制的目標。6.3.5 恒壓供水變頻調速系統控制原理1. 恒壓供水變頻調速系統構成圖6-5所示為恒壓供水系統示意圖。由圖可見，變頻器有兩個控制信號：（1）目標(mbio)信號XT目標(mbio)信號XT是變頻器模擬(mn)給定端“2”得到的信號。該信號是

31、一個與壓力的控制目標相對應的值，通常用百分數來表示。如用戶要求的供水壓力為0.3MPa，壓力變送器SP的量程為（01）MPa，則目標值應設置為30%。目標信號可由鍵盤給定。而不必通過外接電位器給定。（2）反饋信號XF反饋信號XF由壓力變送器SP反饋到變頻器模擬輸入端子“4”的信號，該信號反映了實際壓力值的的大小。2. 壓力傳感器壓力傳感器用來檢測供水總管路的出水壓力，為系統提供反饋信號。壓力傳感器種類有多種。這里只介紹常用的兩種壓力傳感器。如圖6-6所示為壓力傳感器的接法。（1）壓力變送器SP如圖6-6(a)所示。它是將流體壓力變換成電壓或電流信號輸出的器件。所以，其輸出信號是隨壓力變化的電壓

32、或電流信號。當距離較遠時，應取420mA，電流信號。（2）遠傳壓力表P如圖6-6(b)所示。遠傳壓力表基本結構是在壓力表的指針軸上附加一個能夠帶動電位器的滑動觸點裝置，實質上就是一個電阻值隨壓力變化的電位器。3系統(xtng)工作原理(yunl)圖6-7所示為變頻器內部(nib)PID控制框圖。由圖可見，給定信號XT和反饋信號XF兩者是相減的關系，其相減結果為偏差信號 。經過PID調節處理后得到頻率給定信號XG，它決定了變頻器的輸出頻率fX。（1）用水需求量減小時的平衡過程當用水需求量減小時，供水能力Qg大于用水需求量Qn，則水壓p上升，反饋信號也XF上升，偏差信號X 減小，變頻器輸出頻率fX

33、降低，使電動機及水泵轉速降低。供水能力Qg下降，直到水壓p回復到目標值。供水能力Qg等于用水流量Qn，恢復供需平衡。（2）用水需求量增加時的平衡過程當用水流量增加時，供水能力Qg小于用水需求量Qn ，則水壓p下降，反饋信號也XF下降，偏差信號X增大，變頻器輸出頻率fX上升，電動機及水泵轉速上升，供水能力增加，直到水壓上升到目標值。供水能力Qg等于用水需求量Qn，恢復供需平衡。6.3.6 變頻器選型及功能(gngnng)設置1變頻器選型目前(mqin)，大多數制造廠商都專門生產了“風機，水泵(shubng)專用變頻器”系列,功能設置與普通變頻器有一定區別。一般情況下，直接選用即可。但對于用在含有

34、大量泥沙場合的“泥漿”泵，應該根據其對過載能力的要求選擇變頻器。2控制方式設置供水系統對供水量精度要求不是很高，故采用V/F控制方式已經能夠滿足。大部分變頻器都給出兩條U/f低減線，如圖4-26中所示的01和02線。一般選用負補償程度較輕的U/f曲線01，不必采用矢量控制方式。供水系統根據供水壓力反饋信號構成恒壓供水的閉環系統，采用PID控制調節，使系統反應快速運行穩定。3頻率功能設置（1）最高頻率由于水泵是二次方律負載，工作轉速不允許超過額定轉速。這是因為，水泵如果超過額定轉速，會造成轉矩超過額定轉矩很多，導致電動機嚴重過載。因此，變頻器工作頻率不允許超過水泵電動機額定頻率，其最高頻率只能和

35、額定頻率相等。 （2）上限頻率一般情況下，上限頻率也可以等于額定頻率。但有時也可以設置略低一些。這是因為變頻器內部具有轉差補償功能，同是在50Hz情況下，水泵在變頻運行時的實際轉速超過工頻運行時的額定轉速，也會造成轉矩超過額定轉矩，使電動機過載。而電動機和水泵的負載能力，則難以承受。因此，將上限頻率設置為49Hz為宜。 （3）下限頻率在供水過程中，轉速過低有時會導致水泵的揚程過低，且低于實際揚程會出現“空轉”現象。一般情況下，下限頻率設置在3035Hz。在有些場合，依據具體情況，還可再略低一些。（4）起動頻率水泵在起動前，葉輪都浸在水中，起動時會存在(cnzi)一定阻力。在從0 Hz開始起動的

36、一段頻率內，實質上電動機是轉不起來的。因此，應該適當設置起動頻率，使其在起動瞬間有適當的機械沖擊力。起動頻率一般設置510Hz。（5）升降(shngjing)速時間通常，水泵不是頻繁起動與制動的機械，升速時間與降速時間長短并不影響生產效率。因此，升速時間與降速時間可以設定(sh dn)稍長一些，要求電動機起動時的最大電流接近或略大于額定電流。降速時間與升速時間相等即可。4暫停運行功能在生活用水系統中，夜間用水量往往很少。即使水泵在下限頻率運行，供水壓力仍有可能超過目標值。此時，可使水泵暫停運行，也稱為“睡眠”功能。當用水流量增大，供水壓力低于壓力下限值時，水泵結束暫停運行，也稱為“喚醒”功能。

37、系統又重新進入正常恒壓供水工作狀態。6.3.7 恒壓供水變頻調速系統實例分析傳統供水系統，電動機工作在額定功率，出水壓力和流量只能靠閥門控制。采用變頻器控制后，控制電動機轉速即可達到調節壓力和流量的目的，徹底取消了水塔、高位水箱以及增壓氣罐等設備。消除了水質二次污染，提高了供水質量、節約能源、操作方便、自動化程度高。如果與計算機通訊還可以做到無人值守，節省了人員開支。其節能效率可20%40%。有關資料表明，對傳統供水系統進行技術改造后。一年就可以收回技改所用的投資。1多臺水泵的切換為保證供水流量的需求，系統通常采用多臺水泵聯合供水。用一臺變頻器控制多臺水泵協調工作，這種方法稱為“1”控“X”，

38、X為水泵臺數。在不同季節和不同時間用水需求量變化也是很大的。為節約能源，本著多用多開，少用少開的原則，通常需要對電動機進行切換控制。2主電路說明如圖6-8所示為1控3供水系(shux)統主電路(dinl)。圖中接觸器1KM2、 2KM2 、3KM2分別(fnbi)用于將各臺水泵電動機接至變頻器。接觸器1KM3、 2KM3 、3KM3分別用于將各臺水泵電動機接至工頻電源。系統采用PLC控制變頻器。變頻器的STF由PLC的Y0點控制，SD端子與PLC的COM點相連接。在PLC的COM點設置了復位按鈕，用于變頻器的復位RES操作。由信號處理器的U0點和COM點接變頻器的“2”和“5”端子用于變頻器頻

39、率給定。變頻器的異常輸出信號A端子接PLC的X2點，C 端子以與COM點相連接。采用一臺變頻器控制三臺水泵時，稱為“1“控”3“。首先由1號泵變頻運行，當用水需求量增大時，1號泵已經達到50Hz的額定頻率，但水壓仍然不足。經過短暫的延時后，將1號泵切換為工頻運行。同時，將2號泵切換到變頻運行，變頻器輸出頻率降至為0Hz，當2號泵也達到50Hz的額定頻率時，水壓仍然不足，又將2號泵切換到工頻運行，而將3號泵投入變頻運行。反之，當用水需求量減少時，各泵依次退出工頻運行，而用一臺泵變頻運行。這種方案所需設備成本較低，但每一次只有一臺水泵變頻運行，故節能效果較差。近年來，由于變頻器在恒壓供水領域的廣泛

40、應用，使變頻器制造廠商推出了內置“1“控”X“的專用變頻器。現有的供水專用變頻器基本上是將普通變頻器與PLC組裝在一起具有“1“控”X“的切換功能，使控制系統簡化，提高了系統的可靠性。3系統(xtng)調節原理如圖6-9所示為某恒壓供水系統控制(kngzh)框圖。由壓力傳感器檢測(jin c)總管道的實際供水壓力p，經A/D轉換成數字量，作為反饋信號UF，與變頻器鍵盤給定的數字信號UT相比較，得到偏差信號U。 經PID調節，再經過D/A轉換成模擬量UG，來控制變頻器輸出頻率fX，進而控制電動機及水泵轉速n，以達到恒壓供水之目的。其調節過程是：當供水壓力上升時供水壓力下降時的情況由同學自行分析。

41、4控制電路說明1控3供水系統控制電路如圖6-10所示。采用三菱FX2N系列PLC通過信號處理器對變頻器實施控制。（1）PLC輸入點X2用于接受來自變頻器異常輸出端子A 的跳閘信號。X4、X6、X10分別用于1號、2號、3號泵的過載保護及報警。X5、X7、X11分別用于1號、2號、3號泵的自動運行。 （2）PLC輸出點Y0用于控制(kngzh)變頻器的正轉STF運行。Y2、Y3分別控制(kngzh)相關的接觸器對1號泵進行變頻與工頻切換；Y4、Y5分別控制(kngzh)相關的接觸器對2號泵進行變頻與工頻切換；Y6、Y7分別控制相關的接觸器對3號泵進行變頻與工頻切換。（3）信號處理器信號處理器具有

42、放大和邏輯變換兩個(lin )功能。在這里，主要用于處理由傳感器檢測的實際壓力信號。壓力傳感器的反饋信號U11與給定(i dn)信號U12相比較,經A/D轉換(zhunhun)后,輸入到PLC的輸入點X0。 經PLC程序運算后,由Y1送回信號處理器。再經D/A轉換，由U0輸出到變頻器對其頻率進行調節。與此同時，PLC根據偏差信號由Y2-Y7控制接觸器的切換動作。電路的工作過程是，當工作方式開關SA撥到“恒壓”位置時，將實際壓力與給定壓力相比較，總管道出水壓力不足時，通過PID運算控制水壓的上升，使水泵轉速上升，供水量增加。當工作方式開關SA撥到“恒速”位置時，系統不考慮給定壓力值，而是將變頻器

43、的頻率設置在050Hz之間的任意一個固定值上，水泵恒速運行。6.4 變頻器在中央空調控制系統中的應用中央空調是現代公共建筑不可缺少的設施。為賓館、商場和寫字樓等公共設施提供制冷服務，保持室內溫度恒定。但因季節和晝夜變化，還有些公共設施因開放時間變化，需冷量具有明顯的不同。而傳統中央空調并不能監測環境溫度的變化而調節自身的能耗，加之工藝設計，電機功率設計都有相當的富裕量，即液泵的流量和揚程都大于實際所需。因此，對中央空調進行變頻節能技術改造是降本增效的一條有效途徑。6.4.1 中央空調系統構成中央空調系統的構成如圖6-11所示。1冷凍主機與冷卻塔 （1）冷凍主機冷凍主機也稱制冷裝置，是中央空調的

44、制冷源，通往各房間的循環水由冷凍主機進行內部熱交換，降溫為冷凍水。（2）冷卻水塔冷凍主機在制冷過程中，必然會釋放熱量，使機組發熱。冷卻水塔為冷凍機組提供(tgng)冷卻水，冷卻水在盤旋流過冷凍主機后，帶走冷凍主機所產生的熱量，使冷凍主機降溫。2外部(wib)熱交換系統外部熱交換系統(xtng)由以下兩個子系統構成：（1）冷凍水循環系統冷凍水循環系統由冷凍泵及冷凍水管路組成。從冷凍主機流出的冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管路，通過各房間的盤管和風機，帶走熱量，使房間降溫。也就是房間的熱量被冷凍水所吸收，使冷凍水溫度升高。升溫后的循環水再經冷凍主機制冷后又成為冷凍水，這樣循環不止。從冷凍主機出來的稱

45、為“出水”流經房間后回流到冷凍主機的稱為“回水”。顯然回水溫度高于出水溫度。（2）冷卻水循環系統冷卻(lngqu)水循環系統由冷卻泵、冷卻水管路及冷卻水塔組成。冷凍主機在進行熱交換時，釋放出大量的熱量。該熱量被冷卻水吸收，使冷卻水溫度升高，冷卻泵將升溫的冷卻水壓入冷卻塔，使之在冷卻塔中散熱。然后再將降溫的冷卻水送回到冷凍主機，如此循環不止。流進冷凍(lngdng)主機的冷卻水稱為“進水”，流出冷凍主機(zhj)的冷卻水稱為“出水”，而且出水溫度要高于進水溫度。（3）冷卻風機安裝在冷卻塔上，用于降低冷卻塔中水溫加速出水散熱的風機，稱為冷卻塔風機。（4）盤管風機安裝在房間內，用于將冷凍水盤管的冷氣

46、吹入房間的風機，稱為盤管風機。6.4.2 冷卻水系統變頻調速控制1系統的控制依據（1）溫度控制當冷卻水出水溫度過高超過規定限值37時，為有效地保護冷凍主機，整個系統應進行保護性跳閘。在出水與進水溫度都很低時，也不允許冷卻水斷流。因此，在變頻調速時應設置一個下限頻率，使冷卻泵在下限轉速運行，而減少冷卻水流量?？梢?，根據從冷凍主機出來的出水溫度控制冷卻水的流量。是冷卻水系統變頻調速控制的依據。（2）溫差控制冷卻水從冷凍主機出來的出水溫度與進水溫度之間的“溫差”t，最能反映冷凍主機發熱情況和體現冷卻效果。溫差t的大小，反映了冷卻水從冷凍主機帶走熱量的多少。因此，根據溫差信號t控制冷卻水流量，也將作為

47、冷卻水系統變頻調速的控制依據。溫差大，表明冷凍主機產生熱量多，應提高冷卻泵的轉速，加快冷卻水循環速度。溫差小，表明冷凍主機產生熱量少，應降低冷卻泵轉速，減緩冷卻水循環速度(sd)。通常，將溫差值定為一個理想范圍，稱為溫差目標值。經驗表明，把溫差(wnch)目標值控制在35范圍(fnwi)內是較為理想的情況，如圖6-12所示為目標值的取值范圍。t表示溫差值，tA表示進水溫度。當進水溫度低于24時，溫差的目標值定為5度，當進水溫度高于32時，溫差的目標值定為3度，當進水溫度在2432變化時。溫差的目標值按圖中曲線自選整定。2冷卻水循環系統閉環控制冷卻水溫度是隨環境溫度改變的，它并不能準確地反映出冷

48、凍主機產生熱量的多少。那么，溫差t顯然不可能恒定準確。工程實踐表明，根據進水溫度隨時調整溫差大小的方法是非?？尚械?。這是采用了溫度與溫差控制相結合的控制方法。如圖6-13所示為冷卻水系統控制方案。當進水溫度低時，應主要考慮節能效果。溫差的目標值可適當高一些。而當進水溫度高時，則必須保證冷卻效果，溫差目標值可以放低些。如圖6-14所示為冷卻水系統溫差與溫度控制原理圖。其控制原理如下：（1）反饋信號在冷卻水管路進水和出水口各安裝一個溫度傳感器，用以檢測冷卻水系統進水和出水溫度。并通過溫度變送器將其溫差信號反饋到變頻器，與目標信號相比較。（2）目標信號目標信號是與進水溫度TA有關的，并與目標溫差值成

49、正比的數值。（3）調節過程將目標信號與溫差信號送入變頻器，進行PID調節。若溫差大，說明冷凍主機產生的熱量大，變頻器輸出頻率應上升，提高冷卻泵的轉速，以增大冷卻水循環速度；溫差小，說明冷凍主機產生熱量小，變頻器輸出應頻率下降，降低冷卻泵轉速，減緩冷卻水循環速度，從而滿足了節約電能的需要。6.4.3 冷凍水系統(xtng)變頻調速控制1系統的控制(kngzh)依據冷凍水系統變頻調速方案(fng n)中以以下兩個控制依據（1）壓差控制所謂壓差控制，就是以出水壓力和回水壓力之差作為控制依據。這是為了使最高樓層的冷凍水能夠保持一定壓力，如圖6-15所示。但這種控制方案存在一定弊端。方案中沒有把環境溫度

50、變化考慮進去，也就是沒有考慮冷凍水溫度和房間溫度等因素。也沒有考慮溫度、流量與轉速等節能問題。（2）溫度控制冷凍水出水溫度通常是比較穩定的。因此，單是回水溫度就足以反映了房間的溫度。在冷凍泵的變頻調速系統中，可以根據回水溫度進行控制。也就是以回水溫度作為反饋信號。采用安裝在冷凍水系統回水主管道的溫度傳感器檢測回水溫度。當回水溫度高于給定溫度時，說明房間里溫度較高。經PID調節，變頻器輸出頻率上升，冷凍泵轉速提高，加快冷凍水循環速度，使室溫降低。反之，當回水溫度低于給定溫度時，說明房間里溫度較低，經PID調節，變頻器輸出頻率下降(xijing)，冷凍泵轉速度下降，從而減緩冷凍水循環速度，實現了閉

51、環控制。2系統的控制(kngzh)方案（1）壓差為主溫度(wnd)為輔的控制以壓差信號為反饋信號進行恒壓差控制。而壓差的目標值可以在一定范圍內根據回水溫度進行適當調整。當房間溫度較低時，使壓差目標值下降，減小冷凍泵轉速，提高節能效果。這種控制方案，既考慮了環境溫度因素，又提高了節能效率。（2）溫度為主壓差為輔的控制以溫度信號為反饋信號進行恒溫控制，而目標信號可以根據壓差信號大小作適當調整。當壓差較高時，說明負荷較重，此時應該適當提高目標信號值，增加冷凍(lngdng)泵轉速，以保持最高樓層有足夠的冷凍水壓力。6.4.4 中央空調變頻(bin pn)調速的節能作用有關(yugun)資料表明，我國

52、現有電動機裝機總容量約4億多千瓦，其用電量占當年全國發電量的6070； 而風機、水泵設備裝機總功率達1.6億千瓦，年耗電量非常巨大，約占當年全國電力消耗總量的13。應用變頻器后，其節電率一般在2060，投資回收期l-2年，企業和社會經濟效益相當可觀。所以，大力推廣應用變頻調速技術，不僅是當前推進企業節能降耗，提高產品質量的重要手段，而且也是實現經濟增長方式轉變和我國可持續發展戰略的必然要求。6.5 變頻器在起重設備中的應用6.5.1 變頻調速起重設備系統的特點起重機械變頻調速系統是由變頻器和PLC及外圍電器設備組成。由PLC根據系統設置和檢測參數控制起重機的起動、制動、停止、可逆運行及調速運行

53、?？墒蛊鹬貦C操作平穩，提高運行效率，消除起動和制動時所產生的機械沖擊。電氣設備故障率低，降低電能消耗，提高功率因數。同時，系統可以實現過電流、欠電壓及輸入缺相等保護。還可以實現變頻器超溫、超載和制動單元過熱等自身保護。起重機械與其它傳動機械相比，對變頻器在安全和性能上有著更為苛刻地要求。近10年來，隨著電力電子技術的飛速發展，特別是直接轉矩控制技術日臻成熟，很多變頻器廠商相繼推出了專門針對起重機械的專用變頻器，使得起重機的起升機構變頻調速更加方便可靠。1起重機起升機構的基本結組成起升機構是起重機械(q zhn j xi)的核心部分，它是由卷筒、鋼絲繩、減速機、電動機和吊鉤等組成。如圖6-16所

54、示。2起重機起升機構(jgu)的轉矩分析在起升機構(jgu)中存在三種轉矩：（1）電動機的轉矩TM電動機的轉矩TM即電動機電磁轉矩，它是主動轉矩，其方向可正可負。（2）重力轉矩TG重力轉矩TG是重物及吊鉤作用在卷筒上的力矩，其大小等于重物加吊鉤的重量與卷筒半徑的乘積 (6.1) TG 的方向永遠向下。（3）磨擦轉矩T0減速機是靠磨擦轉矩傳動的，其傳動比很大，最大可達50：1。方向永遠與運動方向相反。3升降過程中電動機工作狀態（1）重物上升重物上升完全是電動機正向轉矩作用的結果。此時電動機的旋轉方向與電磁轉矩方向相同，電動機處于電動狀態。當重物接近吊裝高度降低頻率減速時，在頻率下降的瞬間，電動機

55、處于再生制動狀態，其轉矩變為反方向的制動轉矩。使轉速迅速下降，并以低速重新進入電動狀態穩定運行，（2）輕載或空鉤下降輕載或空鉤下降時，必須由電動機反轉運行來實現，電動機的轉速和轉矩都是負值。當通過降低頻率而減速時，在頻率下降的瞬間，電動機處于反向再生制動狀態，其轉矩是正方向的，以阻止重物下降。使得降速減慢，并重新進入穩定運行狀態。（3）重載下降重物因自身的重力下降時，電動機轉速將超過同步轉速而進入再生制動狀態，電動機是反轉下降，但其轉矩方向卻與旋轉方向相反，是向上的。此時，電動機的作用是防止重物因重力加速度不斷加速下降，而使得重物勻速下降。在這種情況下，磨擦轉矩也阻礙重物下降。所以，相同的重物

56、在下降時的負載轉矩比上升時要小。6.5.2 起升機構(jgu)拖動系統的技術要求起重機械的升降機構主要是吊鉤，噸位較大的起重機通常配有主鉤與副鉤，下面以主鉤為例說明升降機構對拖動系統(xtng)的技術要求。1調速范圍(fnwi) 一般要求，調速比為 (6.2)如果要求調速范圍較大，可以 (6.3)本著“輕載快速，重載慢速”的原則，升降速度可隨負載重量變化而自動切換。2上升時的傳動間隙 吊鉤從地面或某一放置物體的平面提取重物上升時，必須先消除傳動間隙，將鋼絲繩拉緊。在無變頻調速系統中，這一檔速度稱為“預備級速度”。預備級速度不宜過大，否則會使機械沖擊力過猛而降低機械使用壽命。3制動方法吊鉤吊著重

57、物在空中停留時，如果沒有專門的制動裝置，重物很難在空中長時間停留。因此，在電動機軸上應加裝機械制動裝置。通常采用電磁抱閘和液壓電磁制動器等。為確保制動器安全可靠，制動裝置均采用動斷式電器，在線圈斷電時制動器依靠彈簧力量將軸抱死，在線圈通電時釋放。4溜鉤問題在重物升降和停止瞬間，要求制動器必須和電動機緊密配合。由于制動器從抱緊到釋放，以及從釋放到抱緊的動作過程需要時間大約0.6s，而電動機轉矩的產生與消失，是在通電和斷電瞬間立即反應的。因此，應該重視兩者之間的配合，如電動機已經斷電，而制動又沒有抱死，則重物必將下降，即溜鉤現象。這種現象非但降低起重機所吊重物在空中定位，而且還會發生安全事故。5點

58、動功能(gngnng)起重機通常需要在空中調整(tiozhng)重物的位置。為此，必須設置點動功能。6電動機的選擇(xunz)在對原有起重機進行技術改造時，對于原有的且較新的三相籠型異步電動機，則可以直接選配變頻器。如果原有電動機年久失修，可考慮選用變頻專用電動機。7變頻器的選擇在起重機械中。多數是帶載起動或停車，所以在升降速過程中電動機電流較大。所以，應計算出對應于最大起動轉矩及升降速轉矩時的電流。通常變頻器的額定電流IN由下式決定 (6.4)式中：IMN 電動機額定電流K1 所需最大轉矩與電動機額定轉矩之比 K2 變頻器的過載能力，通常取1.5 K3 系統裕度 通常取1.1值得注意的是，對

59、于橋式起重機，主鉤與副鉤電動機不能共用變頻器，應該另行選擇變頻器。8制動電阻估算在用變頻器控制起重機械時，應該在直流制動單元中外接制動電阻。但制動電阻的精確計算是比較復雜的。這里介紹的估算方法能夠滿足實際工程需要。（1）勢能負載的最大釋放功率等于以最高轉速勻速下降時的電動機功率，其實質就是電動機額定功率PMN。（2）由于電動機處于再生制動狀態下，回饋的電能完全消耗在電阻上。因此，電阻的功率PRB應該與電動機額定功率PMN相等。即 (6.5)（3）制動電阻接在變頻器的直流回路(hul)中，電壓為UD。阻值(z zh)可按下式計算： (6.6)（4）制動(zh dn)單元允許電流可按工作電流的兩倍

60、計算。 (6.7)9再生電能的處理起重機械在重物下降時，電動機處于再生制動狀態，此時再生電能回饋到變頻器。如果處理不當，可造成變頻器損壞。近年來，很多變頻器制造廠商都研制出將直流電路中的泵升電壓回饋給電網的新產品或附件。其基本方式有兩種；（1）有源逆變器有源逆變器也稱回饋單元，如圖6-17所示。圖中RG為有源逆變器， P、N端子接變頻器的直流輸出母線端子P、N 。當直流電壓超過限值時，有源逆變器將直流電壓逆變成三相交流電，回饋到電網中去。（2）直流反饋具有直流反饋功能的變頻器，可直接將多余的直流電能回饋到三相交流電網中，如圖6-18所示。圖中，二極管VD1VD6 組成三相全波橋式整流電路，與普