基于plc的鼓风机变频调速系统设计

基于plc的鼓风机变频调速系统设计内容摘要：

成正比，若将频率降低至 30 Hz 可满足要求，节电率也非常高，但风压却降低至 36%，不能满足水煤气生产过程要求。 （ 2）鼓风机实施变频调速后，要达到与生产同步，应合理确定升频、降频信号的选取点。 根据水煤气的生产特点，鼓风机的高频全速运转应在吹风阶段，而低频运转应在制气阶段，那么可以在对发生炉鼓完风后取一个信号使鼓风机低速运行，而在制气结束后取一个信号使鼓风机全速运行。 问题是信号从哪一个地方取最合适、最经济、最方便。 大致有 3 个方案：①从时间段上取 ，如吹风定为70 s，在吹风时间达到 70 s 时，发出降频信号，使变频器带动鼓风机电机低速运转。 ②从程序段上取 ,如在程序段上显示“ 1”时发出信号 ,使变频器动作，鼓风机高频全速运转。 ③从各气动或液动阀门上行程开关取信号。 综合这 3种方案来看，第 2种方案应为优选，原因是除了经济、方便外，更重要的是其简单及高可靠性。 具体实施时，还应充分考虑变频器带动鼓风机的时间，否则生产阶段进入吹风过程时，鼓风机从低速开始加速，风量风压还远未达到要求，对生产影响大。 所以启动信号应从第 5 个程序段上取，即显示“ 5”时，即是变频器的升频信 号，而降频信号可在吹风结束程序段上显示“ 2”时取，确保了变频器带动鼓风机与生产的同步性，同时也给变频器的升降频过程留出了足够的时间。 （ 3）鼓风机实施变频调速后应掌握好节电和节能的关系 ,找出最佳平衡点，达到既节电而发生炉产气能力、产气率变化又不大的目的。 变频调速技术在鼓风 7 机上的应用体现在吹风时的少量节电及制气时低频运转 (如 20 Hz)状态的大量节电。 （ 4）应充分考虑鼓风机实施变频调速后在频率从低频到高频爬升阶段的能耗，给鼓风机提速留出适量的时间，不能主观的认为在制气阶段频率可降至零，以最大限度的节电 ，因为鼓风机在频率爬升阶段运转电流很大，甚至超出正常电流的 30 %－ 50%,这阶段时间过长，节电效果会很差，时间过短变频器会因过流而保护。 如低频定得过高，节电效果就不理想了。 [3] 3 系统硬件设计 变频器的选型 变频调速的基本原理 当在一台三相异步电动机的定子绕组上加上三相交流电压时，该电压将产生一个旋转磁场，其速度由定子电压的频率所决定。 当磁场旋转时，位于该磁场中的转子绕组将切割磁力线，并在转子绕组中产生相应的感应电动势和感应电流，而此感应电流又将受到旋转磁场的作用而产生电磁力，即转 矩，使转子跟随旋转磁场旋转。 当将三相异步电动机绕组的任意两相进行交换时，所产生的旋转磁场的方向将发生改变。 因此，电动机的转向也将发生改变。 异步电动机定子磁场的转速被称为异步电动机的同步转速，其同步转速由电动机的磁极个数和电源频率所决定 : ns=50f1/np ns同步频率 fl电源频率 np磁极对数 异步电动机的转速总是小于其同步转速，异步电机的实际转速可由下式给出 : n=ns(1s)=50f1 (1s)/np 式中 : n电动机实际转速 s异步电动机的转差率 由式 (2)可知，改变参数 f1,s 中的任意一个就可以改变电动机的转速，即对异步电动机进行调 速控制。 因此，可以通过改变该电源的频率来实现对异步电动机的调速控制。 从某种意义上说，变频器就是一个可以任意改变频率的交流电源。 在电动机调速时，一个重要的因素时希望保持每极磁通量 m 为额定值不变。 磁通太弱，没有充分利用电机的磁心，是一种浪费 :若要增大磁通，又会使磁通饱和，从而导致过大氏励磁电流，严重时会因为绕组过热而损坏电机。 对于直流电机来说，励磁系统是独立的，所以只要对电枢反应的补偿合适，保持 m 不 8 变是很容易做到的。 在交流异步电机种，磁通是定子和转子合成产生的。 三相异步电机定子每相电动势的有效值是 : Eg = n1 kn1 m 式中 :Eg气隙磁通在定子每相中感应电动势有效值，单位 为 V； f1定子频率，单位位 HZ； n1定子每相绕组串联匝数； kn1基波绕组系数； m 每极气隙磁通量，单位位 Wb； 由公式可知，只要控制好 Eg 和 f1，便可以控制磁通 m 不变。 需要考虑基频 (额定频率 )以下和基频以上两种情况 : （ 1）基频以下调速 : 即采用恒定的电动势。 由上式可知，要保持 m 不变，但频率 f1 从额定值f1n 向下调节时，必须同时降低 Eg。 然而绕组中的感应电动势是难以控制的，但电动势较高时，可以忽略电子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压 U1=E，则得 U1/f=常值。 低频时， U1和 Eg都较小，定子阻抗压降所占的份量都比较显著，不能在忽略。 这时，可以人为的把电压 U1 抬高一些，以便近似的补偿定子压降。 带定子压降补偿的恒压频比控制特性为 b线，无补偿的为 a线。 如图 4 所示。 图 4 恒压频比控制特性 （ 2）基频以上调速 在基频以上调速时，频率可以从 f1n 往上增高，但电压 U1 磁通与频率成反比的降低，相当于直流电机弱磁升速的情况。 把基频以下和基频以上两种情况合起来，可得到异步电动机的变频调速控制 9 特性，如图 5 所示。 如果电动机在不同的转速下都具有额定电流，则电动机都能在温升容许的条件下长期运行，这时转矩基本上随磁通变化。 在基频以下，属于“恒转矩调速”的调速，而在基频以上，基本上属于“恒功率调速”。 图 5 异步电动机变频调速控制特性 调速控制风量的节能原理 与风门控制风量方式相比 ,采用调速控制 风量有着明显的节能效果。 通过图 1 的风机特性曲线可以说明其节能原理。 图中，曲线 1 为风机在恒速 n1 下的风压 —— 风量（ HQ）特性；曲线二为管网风阻特性 (风门开度全开 )。 设工作点为 A ,输出风量 Q 1 为 100% ,此时风机轴功率 N 1 同 Q 1 与 H1的乘积即面积 AH1 OQ1 成正比。 根据工艺要求，风量从 Q1 降至 Q 2 有两种控制方法。 ( 1 ) 风门控制。 风机转速不变，调节风门 (开度减小 )，即增加管网阻力，使管网阻力特性变到曲线 3，系统工作点由 A 移到 B。 由 图 6 可见，此时风压反而增加，轴功率 N2与面积 B H2 OQ 2 成正比，大小与 N 1 差不多。 ( 2 ) 调速控制。 风机转速由 n1 降到 n2 ,根据风机参数的比例定律，画出转速 n2 下的风压 风量 ( HQ )特性 ,如曲线 4。 工作点由原来的 A 点移到 C 点。 可见在相同风量 Q 2 的情况下，风压 H3 大幅度降低，面积 CH3 OQ 2 也显著减少；节省的功率损耗△ N 同 Q 2 与 △ H 的乘积面积成正比，因而节能效果十分明显。 10 图 6 节能原。