变频调速器

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变频调速器范文第1篇

关键词：变频调速器；磷复肥生产；调节阀；变频调速技术；节能原理 文献标识码：A

中图分类号：TQ126 文章编号：1009-2374（2015）09-0067-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.0789

在磷复肥的生产过程中，为了保证产品的品质和产量，减轻操作人员的劳动强度，需要对温度、压力、流量、物位等参数进行自动控制。传统的自动控制通过调节阀门的开度进行控制。这类控制使得风机、泵类等设备大部分时间处于非满负荷运行，造成大量能量的浪费。同时在磷复肥的生产过程中介质的强腐蚀、易结垢、易结晶等特性，导致调节阀的投用和维护很困难，由此造成磷复肥生产的自动化水平很难提高。采用变频调速器对风机、泵类进行控制，不仅节约了能量，而且提高了控制系统的控制精度和可调比，提高了磷复肥生产的自动化水平。

1 变频调速技术

在交流异步电动机的各种调速方法中，变频调速性能优良，效率高。通过对电动机进行变频调速改造，可以降低系统能耗、优化系统的整体性能，同时节约资源，减少环境污染、优化工作环境等，具有良好的社会经济效益。变频调速技术以其显著的节电效果、优良的调速性能以及广泛的适用性、系统的安全可靠性和延长设备使用寿命等优点而成为现代电力传动技术的一个主要发展方向。

变频调速技术的基本原理是通过改变输入到交流电机的电源频率调节交流电动机的输出转速。异步交流电动机的输出转速与输入频率的关系如下：

式中：

n――电动机的输出转速

f――输入电动机的电源频率

s――电动机的转差率

p――电动机的极对数

电动机一旦购买，转差率s、极对数p均不可变，只有改变输入电动机的电源频率f，才可改变电动机的输出转速n。

2 变频调速器的节能原理

在磷复肥的生产过程中多使用离心泵输送液体。当采用调节阀进行调节泵流量时，电机的输出功率会被大量消耗在调节阀的截留过程中。当采用变频调速器调节流量时，根据流体力学理论可知：

即泵的流量Q与转速n成正比，扬程H与转速n的平方成正比，功率P与转速n的三次方成正比。因此可得出各项数据如表1所示：

表1 流量、转速、扬程、功率的相对关系

流量（Q） 转速（n） 扬程（H） 功率（P）

100 100 100 100

90 90 81 72.9

80 80 64 51.2

70 70 49 34.3

60 60 36 21.6

50 50 25 12.5

由表1可知：当流量减少到80%时，转速下降到80%，扬程下降到64%，功率下降到51.2%；当流量减少到50%时，转速下降到50%，扬程下降到25%，功率下降到12.5%，可节约87.5%的能量。

从离心泵的特性曲线和管路特性曲线可知，两条曲线的交点，即为离心泵的工作点。在该点，泵的效率最高。当工艺要求流量、压力发生变化时，就需要改变工作点。改变工作点的方法有两种：一是改变管路特性曲线；二是改变泵的特性曲线。通过改变管路特性来改变工作点，是通过调节调节阀的开度来实现流量的控制，从而改变工作点。该方法人为增大管路阻力，使相当一部分电能转换为机械能消耗在调节阀阀芯的阻力上，浪费大量电能。通过改变泵的特性曲线，是通过变频器来改变泵的转速来实现流量的控制，从而改变工作点。该方法节省了能量。具体分析如下。

离心泵的流量（Q）与扬程（H）的特性方程如图1所示：

图1 离心泵特性曲线

图中n1表示离心泵在额定转速为n1时的特性曲线，n2表示离心泵降速运行在n2时的特性曲线，S1表示未采用调节阀的管路特性曲线，S2表示采用调节阀管路特性曲线。Q1、Q2、H1、H2分别表示在两种工况下的流量、压力。由图1可知，在额定转速n1和未采用调节阀调节流量时，离心泵的功率正比于AH1OQ1所围面积。当工况发生变化时，通过调节阀调节流量时，离心泵功率正比于BH3OQ2所围面积，而采用变频调速器调节流量时，离心泵功率正比于CH2OQ2所围面积。由此可知，采用变频调速器调节，可以节约能量。变频调速器节能主要由两部分组成：一部分是节约用来克服调节装置阻力而损失的能耗；另一部分是克服因阻力调节而引起的风机或泵的效率减小而造成的能耗损失。

3 变频调速器在磷复肥生产中的实际应用

磷复肥的生产过程的介质具有强腐蚀性、易结垢、易结晶等特性，采用调节阀或阀门，会使阀前管道结垢堵塞更严重。若采用变频调速器取代调节阀，避免与工艺介质直接接触，具有无腐蚀、无冲蚀等优点，同时简化了控制系统结构，提高了控制系统的控制精度和可调比。

3.1 6×104t/a半水-二水湿法磷酸流量、流位等14个调节回路改用变频调速器

该公司引进挪威罗什海角公司的生产工艺，原设计全部采用费希尔公司生产的气动调节阀进行参数控制。因介质腐蚀性大，易结垢、堵塞、摩擦大，造成调节阀维护工作量大，管道堵塞严重，造成调节阀维护工作量大、管道堵塞严重。用变频调速器替代调节阀后，生产控制良好，维护管理费用大幅度降低。PID参数的整定采用智能调节器的专家自整定功能或人工凑试法整定。改用变频调速器后，该装置的清管周期由原来的3天延长为7天，产量由1×104t/a提高到7.5×104t/a，每吨磷酸消耗磷矿由4.2t降为3.7t，硫酸消耗由3.2t降为2.6t，仪表的备件消耗由37万元/年降为13万元/年。

图2 磷酸装置调节回路的改造

3.2 2.4×105t/a DAP装置、1×105t/a NPK装置的流量控制回路

该公司引进西班牙英壳儿公司管式反应器，并在后期修改了英壳儿公司的初始设计，将进管式反应器的磷酸和预中和槽进造粒机的DAP料浆流量调节阀改为变频调速器控制，生产的产品成分稳定，粒度均匀，色泽较好。PID参数整定为比例放大倍数Kc=0.5，积分时间I=10s，微分时间D=3s。

图3 DAP、NPK装置的流量控制回路

4 结语

在磷复肥的生产过程中，采用变频调速器替代调节阀，可以节省能源，简化控制操作系统，减少仪表的使用量，提高磷复肥生产的自动化水平。直接和间接的经济效益非常显著，有必要在磷复肥生产装置中大力

推广。

参考文献

[1] 张锦荣.变频调速技术与节能应用[J].自动化与仪器仪表，2012，（6）.

[2] 陈国呈.PWM变频调速及软开关电力变换技术[M].北京：机械工业出版社，2002.

[3] 杨育宏，王红艳.变频调速节能控制分析[J].电力学报，2006，21（3）.

变频调速器范文第2篇

[摘要]本文介绍了一种PLC与变频调速器构成的多分支通讯网络，阐明了该网络控制调速系统与一般模拟量控制调速系统相比的优越性，给出了系统框图及PLC程序。

[关键词]PLC变频调速器多电机控制网络通讯协议

一、引言

以变频调速器为调速控制器的同步控制系统、比例控制系统和同速系统等已广泛应用于冶金、机械、纺织、化工等行业。以比例控制系统为例，一般的系统构成如图1所示。

工作时操作人员通过控制机（可为PLC或工业PC）设定比例运行参数，然后控制机通过D/A转换模件发出控制变频调速器的速度指令使各个变频调速器带动电机按一定的速度比例运转。此方案对电机数目不多，电机分布比较集中的应用系统较合适。但对于大规模生产自动线，一方面电机数目较多，另一方面电机分布距离较远。采用此控制方案时由于速度指令信号在长距离传输中的衰减和外界的干扰，使整个系统的工作稳定性和可靠性降低；同时大量D/A转换模件使系统成本增加。为此我们提出了PLC与变频调速器构成多分支通讯控制网络。该系统成本较低、信号传输距离远、抗干扰能力强，尤其适合远距离，多电机控制。字串9

二、系统硬件构成

系统硬件结构如图2所示，主要由下列组件构成；

1、FX0N—24MR为PLC基本单元，执行系统及用户软件，是系统的核心。

2、FX0N—485ADP为FX0N系统PLC的通讯适配器，该模块的主要作用是在计算机—PLC通讯系统中作为子站接受计算机发给PLC的信息或在多PLC构成n:n网络时作为网络适配器，一般只作为规定协议的收信单元使用。本文作者在分析其结构的基础上，将其作为通讯主站使用，完成变频调速器控制信号的发送。

3、FR—CU03为FR—A044系列比例调速器的计算机连接单元，符合RS—422/RS—485通讯规范，用于实现计算机与多台变频调速器的连网。通过该单元能够在网络上实现变频调速器的运行控制（如启动、停止、运行频率设定）、参数设定和状态监控等功能，是变频器的网络接口。

4、FR—A044变频调查器，实现电机调速。

在1:n（本文中为1:3）多分支通讯网络中，每个变频器为一个子站，每个子站均有一个站号，事先由参数设定单元设定。工作过程中，PLC通过FX0N—485ADP发有关命令信息后，各个子站均收到该信息，然后每个子站判断该信息的站号地址是否与本站站号一致。若一致则处理该信息并返回应答信息；若不一致则放弃该信息的处理，这样就保证了在网络上同时只有一个子站与主站交换信息。

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三、软件设计

1、通讯协议

FR—CU03规定计算机与变频器的通讯过程如图3所示，

该过程最多分5个阶段。?、计算机发出通讯请求；?、变频器处理等待；?、变频器作出应答；?、计算机处理等待；?、计算机作出应答。根据不同的通讯要求完成相应的过程，如写变频器启停控制命令时完成?~?三个过程；监视变频器运行频率时完成?~?五个过程。不论是写数据还是读数据，均有计算机发出请求，变频器只是被动接受请求并作出应答。每个阶段的数据格式均有差别。图4分别为写变频器控制命令和变频器运行频率的数据格式。

2、PLC编程

要实现对变频器的控制，必须对PLC进行编程，通过程序实现PLC与变频器信息交换的控制。PLC程序应完成FX0N—485ADP通讯适配器的初始化、控制命令字的组合、代码转换及变频器应答信息的处理等工作。PLC梯形图程序（部分程序）如图5所示。字串2

程序中通讯发送缓冲区为D127~D149；接受缓冲区为D150~D160。电机1启动、停止分别由X0的上升、下降沿控制；电机2启动、停止分别由X1的上升、下降沿控制；电机3启动、停止分别由X2的上升、下降沿控制。程序由系统起始脉冲M8002初始化FX0N—485ADP的通讯协议；然后进行启动、停止信号的处理。以电机1启动为例，X0的上升沿M50吸合，变频器1的站号送入D130，运行命令字送入D135，ENQ、写运行命令的控制字和等待时间等由编程器事先写入D131、D132、D133；接着求校验和并送入D136、D137；最后置M8122允许RS指令发送控制信息到。变频器受到信号后立刻返回应答信息，此信息FX0N—485ADP收到后置M8132，PLC根据情况作出相应处理后结束程序。

四、结语

1、实际使用表明，该方案能够实现PLC通过网络对变频调速器的运行控制、参数设定和运行状态监控。

2、该系统最多可控制变频调速器32台，最大距离500m。

3、控制多台变频器，成本明

变频调速器范文第3篇

一、问题的提出

经现场实地查看，发现，该5T龙门式装卸桥的抓斗的提升、开闭以及小车的前进后退的调速性能均较差，而且使用按扭控制起停、主令开关设定速度段，这样就会有两种情况：1.绕线式异步电动机一起动很快达到设定的电机最大转速，速度太高以及变化太快容易造成电器、机械部件的损坏；2.如设定速度低则会延长等待时间，使生产效率降低。另外，针对抓斗的提升及下放也存在一些潜在的问题，即：当抓斗提升，但在空中停车再起动时，有可能致使抓斗出现“溜车”现象（轻微下滑），这时电机工作在反接制动状态，但是制动转矩小于负载转矩，电机电流非常大。当下放抓斗时，电机在重力与电动转矩的作用下以极快的速度运行在第四象限，电机工作在回馈制动状态，转速大于同步转速，停车时（抱闸），由于抓斗的惯性及下降速度太快停车效果差，非常危险。针对上述问题，现要采用变频调速技术予以解决。

二、抓斗的提升、开闭变频控制

     抓斗有两台电机控制即抓斗开合电机、抓斗提升电机。抓斗抓煤时，仅有开合电机运转，抓满煤开始提升时，提升和开合两台电机均要工作，相互间需要有速度配合才可使系统稳定可靠运行。根据以往制作类似提升、下放重物变频控制装置的经验及查阅ABB公司起重专用变频器的相关技术资料，变频器采用制动单元和制动电阻后能够提供100%的制动转矩，使抓斗下放时，电机工作在制动状态，变频器的制动单元能够完全吸收掉这部分能量使电机稳定工作在第四象限，且转速连续可调。这些通过调整开合电机变频器及提升电机变频器的频率、

加速时间，使之相互配合，调整方便。

抓斗的提升、开闭机构采用SIEMENS S7-200系列PLC控制，其输入、输出均由继电器进行隔离。采用PLC控制后使系统的维护量大大减少，修改或调整控制关系灵活、方便。

三、大车、小车运行机构变频控制

    该系统的大车、小车运行机构基本象似，都是由两台电机控制，只是电机的功率不一样，对两台电机分别采用两台相同的西门子MASTER DRIVES系列矢量控制型变频器进行起动及速度控制。由于两台电机是驱动的同一负载，为保证两台电机的同步运行，每台变频器均配置一块TSY型同步板来实现同步控制。每台变频器还需要加装直流母线上的制动单元实现四象限运行。

采用变频器调速时，每台变频器分别单独供电。设定一台变频器为启动变频器，另一台为工作变频器，两台变频器设置参数完全一致，在SIEMENS PLC （S7-200系列）的控制下，绕线电机的转子短接接触器吸合。在接受到起动按扭发出的起动命令及速度信号后，两台变频器同步工作，当需要快速停车或反向运转时，两台电机的能量回馈通过制动单元释放，达到快速起停的目的。

四、其 它

   原转子串接电阻调速方式的控制装置的电源和控制部分回路保持不变，变频控制与原控制系统可通过转换开关相互切换。四台变频器均采用矢量型变频器并配以制动单元、制动电阻以确保在机械失灵的情况下人身及设备的安全。由于变频器调速属高效调速系统，运行效率高，调速灵活、方便，系统反应速度快，所以采用变频器控制并没有影响龙门抓的抓煤量。

五、小 结

该系统经改造后运行近一年来，未出现电器或机械部件损坏，操作简便，减少了操作人员操作强度，为我公司带来了可观的经济效益。需要补充的是如果有条件的话可在抓斗控制机械制动回路增加变频器故障跳闸联锁，变频器一旦故障机械制动立即动作，使之停车，这样龙门抓的运行可靠性将会得到大大提高。

参考文献：

[1]. ABB公司. 《ABB变频器操作手册（提升宏）》 2001年

变频调速器范文第4篇

关键词：变频调速 空调系统 节能

参考文献

1　叶森林.变频变压技术在日本高层建筑动力节电中的应用.暖通空调，1989，（3）：24

变频调速器范文第5篇

与此同时能够实现将电动机的工作频率在短时间内增加至煤炭开采所需要的转速。在此之后变频调速器则进入控制模式，可以根据电动机的负载变化值以及工作参数的变化适当的调整电动机的转速，从而达到机电设备稳定运行的效果。与软启动等设备相比不仅仅控制了节流以及回流所产生的消耗，并且可以实现机电设备的自动补偿，减少了机电设备以及整个电力网络的无功消耗，极大程度上提高了电能的利用效率；③测控相对便利，安全性较高。变频调速器可以实现开环与闭环等自动控制，从而极大程度减少了人工操作以及测控的环节，为煤炭开采的智能化、自动化提供技术支持；④低耗节能。由于变频调速器的调速性能较高，所以在向矿井中输送物料或提升等机电设备的应用中能够达到最优参数，避免电能的浪费。与此同时，变频调速的过程中能耗低、噪音小。

（1）风机设备变频调速技术改造研究。在风机选型以及设计过程中是以最大用风量为标准。通常情况下矿井的用风量要远远小于额定流量，多余的风量只能够采用自然防风或者人工阻力等方式进行限流措施，从而为矿井的生产提供更好的条件。但是这种方式会导致电能浪费，调节控制的精度很难把握。所以需要变频调节技术以高效合理的对风量进行控制。图1是文中主要研究的矿用隔爆的变频调速技术对旋式轴流局扇进行改进的主回路原理图[2]。由图可见，在虚框中的设备为矿用隔爆变频调速装置，K1，K2为QBZ-80矿用隔爆型真空电磁起动器，M1，M2为2BKJ-II2.2系列对旋隔爆型轴流式局部通风机的Ⅰ，Ⅱ级电动机。对旋隔爆型轴流式局部通风机的控制方式分为手动及自动两种。在自动控制的情况下，Q1,Q2闭合，此时对旋隔爆型轴流式局部通风机主要通过外部的控制信号完成对风机参数的设定以及上位风机的开关信号控制。然后控制K3闭合，使得变频调速器F1输出信号，电动机M1从已经设定完成的最小转速启动，并且能够根据煤矿作业面的瓦斯含量对电动机M1的转速进行闭环调节，从而使风机的工作处于最佳的状态。一旦电动机的转速达到工作频率情况下，则由变频调速器控制将K3断开，使k1处于闭合状态，从而实现电动机M1在额定的转速下工作。如果开采过程中需要增大风量，可以根据作业面对风量的需求利用变频调速器控制K4闭合，则将Ⅱ级电动机M2启动，M2转向与M1相反，并且也是从最小的转速下启动，根据作业面的风量需要对M2的转速进行闭环调节，进而实现2BKJ-II2.2系列对旋隔爆型轴流式局部通风机的供风随着作业面的瓦斯含量以及风量需求的大小而变化，达到了安全生产的目的[3]。（2）煤矿矿井提升设备的变频调速技术改造研究。由于矿井提升设备主要载荷对象是矿石、煤矸石、人员以及井下设备等，所以承载的重量相对较高。煤矿中的矿用提升装置对电气传动的要求相对较高，电气设备的传动能力以及可靠性直接影响到煤矿生产的效率以及安全。对于煤矿矿井提升装置的电气系统的具体要求是：调速能力强，精度高并且能够实现快速的正反向运转，具有精确的制动以及启动的能力。但现阶段我国主要采用直流传动装置，基于ABBDCS400晶闸管变流器的直流传动系统的改进型都存在着直流电动机的固有缺陷，如不能够实现精确制动以及调速、维修量较大等。而中小型的煤矿又常常采用交流电气传动系统，基本原理是利用电动机的转子对电阻进行切换，从而实现调速。但是这种调速的方式、调速的性能较差，电动机转子的电阻消耗了许多电能，从而造成了不必要的浪费。由此可见变频调速技术对煤矿矿井提升设备的改造工作势在必行。针对煤炭矿井的情况，通常通过以下2种方案进行变频调速的改造工作：①两象限变频器调速制动方案；②四象限能量回馈型高压变频器调速方案。虽然以上2种方案效果都明显，但是其实用性有所图2煤矿矿井提升设备主要配置图区别。现阶段主要根据矿用的提升装置的不同进行实用性的划分。两象限变频器调速制动方案常用于市场的处于正力提升的平行轴双绞筒提升机，而对于时常出现负力的单绞筒提升机则适用于四象限能量回馈型高压变频器调速方案。变频调节优化下的煤矿矿井提升设备的配制对于调速效果有很大的影响。现阶段煤矿矿井的提升系统中，大多数的斜井应用单绳单钩提升方式。所以在提升装置下放罐笼减速的过程中，由于罐笼承受荷载的倾斜分力的作用，使得电动机处于发电的状态，发电状态下产生的交流电通过提升设备中的逆变装置续流二极管整流，最终将交流电叠加到变频调速器的直流母线上，提升设备从高速到低速（零速），这时提升设备的频率变化很快，但电动机的转子带着负载有较大的机械惯性，不可能很快的停止，这样就产生反电势（端电压），电动机处于发电状态，其产生反向电压转矩与原电动状态转矩相反，而使电动机具有较强的制动力矩，迫使转子较快停下来，但由于通常变频器是交－直－交主电力AC/DC整流电路是不可逆的，因此无法回馈到电网上去，导致母线产生泵升电压，最终可能对提升设备的其他电气原件造成损坏。所以目前通常采用四象限能量回馈型高压变频器，直接对鼠笼电动机进行驱动，形成完整的电控系统，鼠笼式电动机是由铝条或铜条与短路环焊接而成或铸造而成的三相异步电动机。这种电动机相比于其他的电动机具有结构简单、维修期短、价格低廉等优势，所以提升设备的变频调速装置直接驱动鼠笼式电动机，能够提升能量转换效率，避免上述现象发生。图2所示的是煤矿矿井提升设备的变频调速技术改造后的主要配置图[3]。

由以上研究可以看出，煤炭机电领域变频调速技术的应用越来越多，但是仍然存在技术以及经济等方面的问题，还有非常大的发展空间。所以我国煤炭企业要全面推动变频调速技术在机电领域的发展，根据矿井的特殊环境以及井下作业的特点，研究出更多的具有特殊功能的变频调速机电设备，为我国煤炭数字化发展做贡献。

本文作者：孙晓章工作单位：平煤股份