時(shí)間:2009-03-30 13:37:10來(lái)源:ronggang
(2-1)
只要保持氣隙中磁通Φ一定,控制轉(zhuǎn)差頻率f2就可以控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩,這就是轉(zhuǎn)差頻率控制。
3、矢量控制
矢量控制是在交流電動(dòng)機(jī)上模擬直流電動(dòng)機(jī)控制轉(zhuǎn)矩的規(guī)律,將定子電流分解成相應(yīng)于直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流的量和勵(lì)磁電流的量,并分別進(jìn)行任意控制。矢量控制能夠?qū)D(zhuǎn)矩進(jìn)行控制,獲得和直流電動(dòng)機(jī)一樣的優(yōu)良的調(diào)速性能。
3.2變頻調(diào)速的節(jié)能、調(diào)速原理
一、水泵工況點(diǎn)的確定以及變化
水泵工作點(diǎn)(工況點(diǎn))是指水泵在確定的管路系統(tǒng)中,實(shí)際運(yùn)行時(shí)所具有的揚(yáng)程、流量以及相應(yīng)的效率、功率等參數(shù)。
如果把某一水泵的性能曲線(即H-Q曲線)和管路性能曲線畫(huà)在同一坐標(biāo)系中(圖3-2),則這兩條曲線的交點(diǎn)A,就是水泵的工作點(diǎn)。 工作點(diǎn)A是水泵運(yùn)行的理想工作點(diǎn),實(shí)際運(yùn)行時(shí)水泵的工作點(diǎn)并非總是固定在A點(diǎn)。若把水泵的效率曲線η-Q也畫(huà)在同一坐標(biāo)系中,在圖3-2中可以找出A點(diǎn)的揚(yáng)程HA、流量QA以及效率hA。
從圖3-2中可以看出,水泵在工作點(diǎn)A點(diǎn)提供的揚(yáng)程和管路所需的水頭相等,水泵抽送的流量等于管路所需的流量,從而達(dá)到能量和流量的平衡,這個(gè)平衡點(diǎn)是有條件的,平衡也是相對(duì)的。一旦當(dāng)水泵或管路性能中的一個(gè)或同時(shí)發(fā)生變化時(shí),平衡就被打破,并且在新的條件下出現(xiàn)新的平衡。另外確定工作點(diǎn)一定要保證水
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圖3-2 水泵工作點(diǎn)的確定[/align]
工作點(diǎn)的參數(shù),反映水泵裝置的工作能力,是泵站設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理中一個(gè)重要問(wèn)題。
在變頻調(diào)速恒水位供水過(guò)程中,水泵工況點(diǎn)的變化如圖3-3所示:
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圖3-3水泵工況點(diǎn)的變化[/align]
當(dāng)P1、P2高于P0時(shí),說(shuō)明管網(wǎng)系統(tǒng)用水量減少,管路阻力特性曲線A1、A2 向A0方向變化,此時(shí)水泵轉(zhuǎn)速逐漸降低,管網(wǎng)口壓力也由P2、P1逐漸下降,當(dāng)P’ 低于P0時(shí),其工況點(diǎn)變化與上述相反即由A1’逐漸向A0移動(dòng),使管網(wǎng)系統(tǒng)供水始終保持恒定。
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圖3-5 變頻調(diào)速恒壓供水水泵工況調(diào)節(jié)圖[/align]
由上圖可見(jiàn),設(shè)定管網(wǎng)壓力值(揚(yáng)程)為H0,管網(wǎng)初始用水量為QA,初始工況點(diǎn)為A,水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速為n1,工作點(diǎn)A的軸功率即為AH0OQA四點(diǎn)所圍的面積。當(dāng)管網(wǎng)負(fù)載減小時(shí),管網(wǎng)壓力升高,壓力傳感器將檢測(cè)到升高壓力轉(zhuǎn)換成4-20mA電流信號(hào)送往模糊調(diào)節(jié)器,經(jīng)比較處理后,輸出一個(gè)令變頻器頻率降低的信號(hào),從而降低電機(jī)轉(zhuǎn)速至n2,水泵轉(zhuǎn)速的下降是沿著水泵的相似工況拋物線下降的,也就是從點(diǎn)A移至B點(diǎn),在此過(guò)程中水泵輸出的流量和壓力都會(huì)相應(yīng)減小.。恒壓供水系統(tǒng)中壓力值恒定在H0,因此水泵工作點(diǎn)又沿著轉(zhuǎn)速n2所對(duì)應(yīng)的水泵性能曲線從點(diǎn)B移至C點(diǎn),在此階段水泵輸出壓力升高,流量減少,水泵運(yùn)行在新的工作點(diǎn)C點(diǎn),在圖中可以找出C點(diǎn)的揚(yáng)程HC、流量QC以及效率hC ,工作點(diǎn)C的軸功率即為CH0OQC四點(diǎn)所圍的面積。
考察水泵的效率曲線h-Q,,水泵轉(zhuǎn)速的工況調(diào)節(jié)必須限制在一定范圍之內(nèi),也就是不要使變頻器頻率下降得過(guò)低,避免水泵在低效率段運(yùn)行。
三、變頻調(diào)速恒水位供水系統(tǒng)調(diào)速范圍的確定
考察水泵的效率曲線h-Q,,水泵轉(zhuǎn)速的工況調(diào)節(jié)必須限制在一定范圍之內(nèi),也就是不要使變頻器頻率下降得過(guò)低,避免水泵在低效率段運(yùn)行。水泵的調(diào)速范圍由水泵本身的特性和用戶(hù)所需揚(yáng)程規(guī)定,當(dāng)選定某型號(hào)的水泵時(shí)即可確定此水泵的最大調(diào)速范圍,在根據(jù)用戶(hù)的揚(yáng)程確定具體最低調(diào)速范圍,在實(shí)際配泵時(shí)揚(yáng)程設(shè)定在高效區(qū),水泵的調(diào)速范圍將進(jìn)一步變小,其頻率變化范圍在40Hz以上,也就是說(shuō)轉(zhuǎn)速下降在20%以?xún)?nèi),在此范圍內(nèi),電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率在50%-100%范圍內(nèi)變化,電動(dòng)機(jī)的效率基本上都在高效區(qū)。
3.3系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)
變頻調(diào)速恒水位供水系統(tǒng)構(gòu)成由可編程控制器、變頻器、水泵電機(jī)組、水位傳感器、工控機(jī)以及接觸器控制柜等構(gòu)成。系統(tǒng)采用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)4臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、運(yùn)行與調(diào)速,其中兩臺(tái)大機(jī)(75KW)和兩臺(tái)小機(jī)(55KW)分別采用循環(huán)使用的方式運(yùn)行。PLC上接工控計(jì)算機(jī),水位傳感器采樣水池水位信號(hào),變頻器輸出電機(jī)頻率信號(hào),這兩個(gè)信號(hào)反饋給PLC的模糊模塊,PLC根據(jù)這兩個(gè)信號(hào)經(jīng)模糊運(yùn)算,發(fā)出指令,對(duì)水泵電機(jī)進(jìn)行工頻和變頻之間的切換。PLC上接工控計(jì)算機(jī),上位機(jī)裝有監(jiān)控軟件,對(duì)恒水位供水系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制。
3.4系統(tǒng)工作過(guò)程
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的實(shí)際情況,白天一般只需開(kāi)動(dòng)一臺(tái)大泵和一臺(tái)小泵,就能滿(mǎn)足生產(chǎn)需要,小機(jī)工頻運(yùn)行作恒速泵使用,大機(jī)變頻運(yùn)行作變量泵;晚上用水低峰時(shí),只需開(kāi)動(dòng)一臺(tái)大機(jī)就能滿(mǎn)足供水需要。因此可以采用一大一小搭配的分組方式進(jìn)行設(shè)計(jì),即把1#水泵電機(jī)(50KW)和2#水泵電機(jī)(75KW)為一組,3#水泵電機(jī)(50KW)和4#水泵電機(jī)(75KW)分為一組。兩組采用循環(huán)使用的方式運(yùn)行,自動(dòng)控制系統(tǒng)可以根據(jù)運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)調(diào)整選擇不同的機(jī)組運(yùn)行。
分析自動(dòng)控制系統(tǒng)的機(jī)組Ⅰ(1#、2#水泵電機(jī))工作過(guò)程,可分為以下三個(gè)工作狀態(tài):1) 1#電機(jī)變頻起動(dòng);2)1#電機(jī)工頻運(yùn)行,2#電機(jī)變頻運(yùn)行;3) 2#電機(jī)單獨(dú)變頻運(yùn)行。一般情況下,水泵電機(jī)都處于這三種工作狀態(tài)之中,當(dāng)源水的水位發(fā)生變化時(shí),管網(wǎng)壓力也就隨之變化,三種工作狀態(tài)就要發(fā)生相應(yīng)轉(zhuǎn)換,因此這三種工作狀態(tài)對(duì)應(yīng)著三個(gè)切換過(guò)程。
1.切換過(guò)程Ⅰ
1#電機(jī)變頻起動(dòng),頻率達(dá)到50HZ,1#電機(jī)工頻運(yùn)行,2#電機(jī)變頻運(yùn)行。系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí),水池水位低于設(shè)定水位下限hl,按下相應(yīng)的按鈕,選擇機(jī)組Ⅰ運(yùn)行,在PLC可編程控制器控制下, KM2得電,1#電機(jī)先接至變頻器輸出端,接著接通變頻器FWD端,變頻器對(duì)拖動(dòng)1#泵的電動(dòng)機(jī)采用軟起動(dòng),1#電機(jī)起動(dòng),運(yùn)行一段時(shí)間后,隨著運(yùn)行頻率的增加,當(dāng)變頻器輸出頻率增至工頻f0(即50HZ),可編程控制器發(fā)出指令,接通變頻器BX端,變頻器FWD端斷開(kāi),KM2失電,1#電機(jī)自變頻器輸出端斷開(kāi),KM1得電1#電機(jī)切換至工頻運(yùn)行。1#電機(jī)工頻運(yùn)行后,開(kāi)啟1#泵閥門(mén),1#泵工作在工頻狀態(tài)。接著KM3得電,2#電機(jī)接至變頻器輸出端,接通變頻器FWD端,變頻器BX端斷開(kāi),2#電機(jī)開(kāi)始軟起動(dòng),運(yùn)行一段時(shí)間后,開(kāi)啟2#泵閥門(mén),2#水泵電機(jī)工作在變頻狀態(tài)。從而實(shí)現(xiàn)1#水泵由變頻切換至工頻電網(wǎng)運(yùn)行,2#水泵接入變頻器并啟動(dòng)運(yùn)行,在系統(tǒng)調(diào)節(jié)下變頻器輸出頻率不斷增加,直到水池水位達(dá)到設(shè)定值為止。
2.切換過(guò)程Ⅱ
由1#電機(jī)工頻運(yùn)行,2#電機(jī)變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)變?yōu)?#電機(jī)單獨(dú)變頻運(yùn)行狀態(tài)。
當(dāng)晚上用水量大量減少時(shí),水壓增加,2#水泵電機(jī)在變頻器作用下,變頻器輸出頻率下降,電機(jī)轉(zhuǎn)速下降,水泵輸出流量減少,當(dāng)變頻器輸出頻率下降到指定值f[sub]min[/sub],電機(jī)轉(zhuǎn)速下降到指定值,水管水壓高于設(shè)定水壓上限Ph時(shí)(2# 電機(jī)f=f[sub]min[/sub],P>Ph),在PLC可編程控制器控制下,1#水泵電機(jī)從工頻斷開(kāi),2#水泵繼續(xù)在變頻器拖動(dòng)下變頻運(yùn)行。
3.切換過(guò)程Ⅲ
由2#電機(jī)變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)變?yōu)?#電機(jī)變頻停止,1#電機(jī)變頻運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)早晨用水量再次增加時(shí),2#電動(dòng)機(jī)工作在調(diào)速運(yùn)行狀態(tài),當(dāng)變頻器輸出頻率增至工頻f0(即50Hz),水池水位低于設(shè)定水位上限H時(shí),接通變頻器BX端,變頻器FWD端斷開(kāi), KM3斷開(kāi),2#電機(jī)自變頻器輸出端斷開(kāi); KM2得電,1#電機(jī)接至變頻器輸出端;接通變頻器FWD端,與此同時(shí)變頻器BX端斷開(kāi),1#電機(jī)開(kāi)始軟起動(dòng)。控制系統(tǒng)又回到初始工作狀態(tài)Ⅰ,開(kāi)始新一輪循環(huán)。
在PLC程序設(shè)計(jì)中,必須認(rèn)真考慮這三個(gè)切換過(guò)程,才能保證系統(tǒng)在一個(gè)工作周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)正常切換與運(yùn)行。
1#和2#機(jī)組工作過(guò)程流程圖如下:
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圖3-6機(jī)組Ⅰ工作過(guò)程流程圖[/align]
若選擇機(jī)組Ⅱ(3#和4#水泵電機(jī))運(yùn)行,其工作過(guò)程和上面類(lèi)似。
4.結(jié)束
該控制系統(tǒng)將PLC、變頻器、相應(yīng)的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)有機(jī)地結(jié)合起來(lái),發(fā)揮各自?xún)?yōu)勢(shì),并設(shè)計(jì)了配套的界面美觀、操作方便的自動(dòng)控制系統(tǒng),使得系統(tǒng)調(diào)試和使用都十分方便,而且大大簡(jiǎn)化了水廠在管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析等方面的工作量。實(shí)踐證明,系統(tǒng)不僅滿(mǎn)足了生產(chǎn)的需要,提高了整個(gè)水廠的整體管理水平,而且僅節(jié)約用電一項(xiàng)就為水廠創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。由于中小型自來(lái)水廠的自動(dòng)化技術(shù)改造在我國(guó)有著廣泛的前景,本控制系統(tǒng)具有較大的發(fā)展?jié)摿褪褂脙r(jià)值。
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