基于abb通用变频器三菱plc的风机变频节能改造毕业设计(编辑修改稿)

基于abb通用变频器三菱plc的风机变频节能改造毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

压机和机械设备的进给机构等摩擦类负载以及起重机、提升机、电梯等中立负载，都属于恒转矩负载。 基 于 ABB通用变频器三 菱 PLC的风机变频节能改造 17 变频器拖动恒转矩性质的负载时，低俗时的输出转矩要足够大，并 且要有足够的过载能力。 如果需要在低速下长时间稳速运行，应该考虑标准笼型异步电动机的散热能力，避免电动机温升过高。 .2 恒功率负载 这类负载的特点是需求转矩 TL 与转速 n 大体成反比，但它们的乘机即功率却近似保持不变。 金属切削机床的主轴和轧机、造纸机、薄膜生产线中卷取机、开卷机等，都属于恒功率负载。 机床主轴和轧机、造纸机、塑料薄膜生产线中的卷取机、开卷机等要求的转矩，大体与转速成反比，这就是所谓的恒功率负载。 负载的恒功率性质应该是就一定的速度 变化范围而言的。 当速度很低时， 受 机械强度的限制， TL 不可能 无限增大，在低速下变为恒转矩性质。 负载的恒功率区和恒转矩区对传动方案的选择有很大的影响。 电动机在恒磁通调速是，最大允许输出转矩不变，属于恒转矩调速 ；而在弱磁调 速时，最大的允许输出转矩与速度成反比，属于恒功率调速。 如果电动机的恒转矩和恒功率调速的范围与负载的恒转矩和恒功率范围相一致时，即在所谓“匹配”的情况下，电动机的容量均最小。 .3 流体类负载 在各种风机、水泵、油泵中，随叶轮的 转动，空气或液体在一定的速度范围内所产生的阻力大致与速度平方成正比。 随着转速的减小，转速按转速的平方减小。 这种负载所需的功率与速度的立 方成正比。 当所需风量、流量减小时，利用变频器通过调速的方式来调节风量、流量，可以 大幅度地节约电能。 由于高速时所需功率随转速增长过快，与速度的立 方成正比，所以通常不应使风机、泵类负载超工频运行。 在选择变频器时因注意以下几点注意事项 在选择变频器时因注意以下几点注意事项： (1) 根据负载特性选择变频器。 (2) 选择变频器时应以实际电机电流值作为变频器选择的依据，电机的额定功率只能作为参考。 另外应充分考虑变频器的输出含有高次谐波，会造成电动机的功率因数和效率都会变坏。 (3) 变 频器若要长电缆运行时，此时应该采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不够。 所以变频器应放大一档选择或在变频器的输出端安装输出电抗器。 (4) 当变频器用于控制并联的几台电机时，一定要考虑变频器到电动机的电缆的长度总和在变频器的容许范围内。 如果超过规定值，要放大一档或两档来选择变频器。 另外变沈阳工程学院毕业设计（论文） 18 频器的控制方式只能为 V/F 控制方式，并且变频器无法保护电动机的过流、过载保护，此时需在每台电动机上加熔断器来实现保护。 (5) 对于一些特殊的应用场合 会引起变频器的降容，变频器需放大一档选择。 (6) 使 用变频器控制高速电机时，由于高速电动机的电抗小，高次谐波亦增加输出电流值。 因此，选择用于高速电动机的变频器时，应比普通电动机的变频器稍大一些。 (7) 变频器用于变极电动机时 应注意选择变频器的 最大额定电流在变频器的额定输出电流以下。 另外，在运行中进行极数转换时，应先停止电动机工作，否则会造成电动机空转，恶劣时会造成变频器损坏。 (8) 驱动防爆电动机时，变频器没有防爆构造，应将变频器设置在危险场所之外。 (9)使用变频器驱动齿轮减速电动机时，使用范围受到齿轮转动部分润滑方式的制约。 润滑油润滑时，在低速范 围内没有限制；在超过额定转速以上的高速范围内，有可能发生润滑油用光的危险。 因此，不要超过最高转速容许值。 (10) 变频器驱动绕线转子异步电动机时，大多是利用已有的电动机。 (11) 变频器驱动同步电动机时，与工频电源相比，降低输出容量 10%～ 20%，变频器的连续输出电流要大于同步电动机额定电流与同步牵入电流的标幺值的乘积。 (12) 对于压缩机、振动机等转矩波动大的负载和油压泵等有峰值负载情况下，如果按照电动机的额定电流或功率值选择变频器的话，有可能发生因峰值电流使过电流保护动作现象。 (13) 当变 频器控制罗茨风机时，由于其起动电流很大，所以选择变频器时一定要注意变频器的容量是否足够大。 (14) 选择变频器时，一定要注意其防护等级是否与现场的情况相匹配。 否则现场的灰尘、水汽会影响变频器的长久运行。 (15) 单相电动机不适用变频器驱动。 根 据负载特性选择适当的控制方式的变频器 变频器的种类繁多，功能强大，变频器的性能为调速性能 的决定性因素， 变频器采用什么样的控制方式也很重要。 各种变频器控制方式的性能特 点如表 所 示。 表 变频器控制方式的性能特点 控制方式 U/f 控制 矢量控制 直接转矩控制 比较项目 开环 闭环 无速度传感器 带速度传感器 速度控制 1： 40 1： 40 1： 100 1： 1000 1： 100 启动转矩 3Hz 时 150% 3Hz 时 150% 1Hz 时 150% 0Hz 时 150% 0Hz 时 200% 静态速度精度 177。 （ 2～ 3） % 177。 % 177。 % 177。 % 177。 （ ～ ） % 反馈装置 无 速度传感器 无 速度传感器 无 零速度运行 不可 不可 不可 可 可 基 于 ABB通用变频器三 菱 PLC的风机变频节能改造 19 控制响应性 慢 慢 较快 快 快 特点 优点 结构简单，调节容易，可 用于通用笼型异步电动机 结构简单，调速精度高，可用于通用笼型异步电动机 不需要速度传感器，力矩的响应好，结构较简单，速度控制范围较广 力矩控制性能良好，力矩的响应好，调速精度高，速度控制范围广 不需要速度传感器，力矩的响应好，结构较简单，速度控制范围较广 缺点 低速力矩难保证，不能力矩控制，调速范围太小 低速力矩难保证，不能力矩控制，调速范围小，要增加速度传感器 需要设定电动机参数，需要自动测试功能 需要正确 设定电动机参数，需有自动测试功能，需要高精度速度传感器 需要设定电动机参数，需有自动测试功能 主要应用场合 用于一般的风机，泵类节能调速或者一台变频器带多台电动机传动场合 用于保持压力，温度，流量， PH定值等过程控制场合 用于一般工业设备，大多数调速场合 用于要求精确控制力矩和速度的高动态性能应用场合 用于要求精确控制力矩的高动态性能应用场合，如起重机，电梯，轧机等 综上所述，异步电动机变频控制选用不同的控制方法，就可以得到不同性能特点的调速特性。 根据安 装环境选取变频器的防护结构 变频器的防护结构要与其安装环境相适应，这就要考虑环境温度，湿度，粉尘，酸碱度，腐蚀性气体等因素，这与变频器能否长期，安全，可靠运行关系重大。 大多数变频器厂商可提供以下几种常用的防护结构供用户选用。 (1) 开放型 IP00。 它从正面保护人体不能触摸到变频器内部的带电部分，适用于安装在电控柜内或电气室内的屏，盘，架上，尤其是多台变频器集中使用较好，但它对安装环境要求较高。 (2) 封闭型 IP ，可在建筑物内的墙壁上挂式安装，它适用于大多数的室内安装环境。 (3) 密 封型 IP。 (4) 闭型 IP45， ，防水的防护结构，适用于工业现场环境条件差，有水淋，粉尘及一定腐蚀性气体的场合。 由于风机和水泵是最普通的负载，对变频器的要求最为简单，只要变频器容量等于电动机容量即可，（空压机，沈水泵，泥沙泵，快速变化的音乐喷泉需加大容量）所以我们根据电动机选择以下变频器。 沈阳工程学院毕业设计（论文） 20 电动机铭牌： 额定功率 ： 110KV 额定转速： 1486r/min 额定频率： 50Hz 额定电流： 型号： Y315S—4 额定电压： 380V 风机属于平方律负载，转矩与速度的平方成正比，无瞬间过载问题，且低速时转矩小，连续运转。 变频器连续运转时所需的变频器容量应满足 公式 ()、 ()、 ()  co s/ yPkP m ()  mm IUkP () m kII  () 式中 ， mP ——负载所要求的电动机的轴输出功率； y——电动机的效率 （通常为 ）； cos ——电动机的功率因数（通常约为 ）； mU ——电动机的电压 ， V； mI ——电动 机的电流， A； k ——电流波形修正参数； P ——变频器的额定容量， KVA； I ——变频器的额定电流， A。 根据电动机铭牌 数据计算如 下 k V AykPP m 1 3 6)(1 1 01c o s/  k VAIUkP mm 33   AkII m  所以选择普通功能 U/f控制的变频器，在此选用 ABB 变频器 ACS800 系列，变频器类型为 ACS8000402103,容量为 160KVA，电流为 432A，完全满足以上计算要求。 控制软件的设计 对于锅炉的鼓，引风机的控制我们采用工业过程控制中最厂用的 PID 控制即可。 下面介绍什么是 PID 控制算法。 基 于 ABB通用变频器三 菱 PLC的风机变频节能改造 21 PID 控制简介 PID（比例、积分、微分）控制是发展较 早、理论成熟、应用广泛的一种控制策略，主要应用于工业过程控制中。 其优点在于：原理简单、易于实现、参数整定方便、结构改变灵活、适用性强 、鲁棒性能强。 控制器的连续表达式 PID 控制器由比例环节（ Proportional）、积分环节（ Intergral）、微分环节（ Differential）组成，连续 PID 一般表达式为： 01 ( )( ) [ ( ) ( ) ]tpDId e tu t K e t e d TT d t   () 传递函数模型为： () IpDKG s K K ss   () 或不完全微分 1( ) (1 )1DpDITsG s K TTsN    () 当 N 为无穷大时为纯微分运算，实际中 N 取 10 即可。 控制器 的离散表达式 位置式 PID： 0( ) ( ) ( ) { ( ) [ ( 1 ) ] }kp I Diu k T K e k T K e iT K e k T e k T     () 传递函数模型为： 沈阳工程学院毕业设计（论文） 22 11( ) (1 )(1 )IpDKG z K K zz     () 位置式 PID 的缺点是由于采用全量输出，因此每次输出均与过去状态有关，计算时要对误差累加，控制量 ()uk 对应的该是执行机构 的实际位置偏差，因此 ()uk 会出现大幅变化，这在某些场合时不允许的，因此这种情况下采用增量式 PID。 增量式 PID： (如驱动步进电机 ) ( ) ( ( ) ( ( 1 ) ) ) ( ) ( ( ) 2 ( ( 1 ) ) ( ( 2 ) )p I Du k T K e k T e k T K e k T K e k T e k T e k T          () 积分分离 PID：可提高控制性能，加入积分的目的是消除静差，提高控制精度，当被控量与设定值偏差较大时，取消积分作用，以免由于积分作用使得系统稳定性降低，超调量增大；当被控量接近设定值时加入积分作用，以消除静差。 0( ) ( ) ( ) {。