變頻器技術(shù)論文
變頻器技術(shù)論文
變頻器技術(shù)是隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和科技的持續(xù)進(jìn)步而不斷應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中的,這是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的，僅供參考!
變頻器技術(shù)論文篇一
變頻器節(jié)能技術(shù)應(yīng)用與研究
【摘 要】本文根據(jù)水泵、風(fēng)機(jī)軸功率與轉(zhuǎn)速的平方成正比的特點(diǎn)，闡述變頻調(diào)速節(jié)能原理，提出泵與風(fēng)機(jī)應(yīng)采用變頻技術(shù)，已降低成本，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高經(jīng)濟(jì)效益。
【關(guān)鍵詞】變頻器;節(jié)能;水泵;風(fēng)機(jī)
0 引言
鍋爐是比較常見的用于集中供熱設(shè)備，通常情況下，由于氣溫和負(fù)荷的變化，需對(duì)鍋爐燃燒情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式其原理是依靠增加系統(tǒng)的阻力，水泵采用調(diào)節(jié)閥門來控制流量，風(fēng)機(jī)采用調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板開度的大小來控制風(fēng)量。但在運(yùn)行中調(diào)節(jié)閥門、擋板的方式，不論供熱需求大小，水泵、風(fēng)機(jī)都要滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，拖動(dòng)水泵、風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)的軸功率并不會(huì)改變，電動(dòng)機(jī)消耗的能量也并沒有減少，而實(shí)際生產(chǎn)所需要的流量一般都比設(shè)計(jì)的最大流量小很多，因而普遍存在著“大馬拉小車”現(xiàn)象。鍋爐這樣的運(yùn)行方式不僅損失了能量，而且增大了設(shè)備損耗，導(dǎo)致設(shè)備使用壽命縮短，維護(hù)、維修費(fèi)用高。把變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于水泵(或風(fēng)機(jī))的控制，代替閥門(或擋板)控制就能在控制過程中不增加管路阻力，提高系統(tǒng)的效率。變頻調(diào)速能夠根據(jù)負(fù)荷的變化使電動(dòng)機(jī)自動(dòng)、平滑地增速或減速，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)無級(jí)變速。變頻調(diào)速范圍寬、精度高，是電動(dòng)機(jī)最理想的調(diào)速方式。如果將水泵、風(fēng)機(jī)的非調(diào)速電動(dòng)機(jī)改造為變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)，其耗電量就能隨負(fù)荷變化，從而節(jié)約大量電能。
1 變頻器應(yīng)用在水泵、風(fēng)機(jī)的節(jié)能原理
圖1為水泵(風(fēng)機(jī))的H-Q關(guān)系曲線。圖1中，曲線R2為水泵(風(fēng)機(jī))在給定轉(zhuǎn)速下滿負(fù)荷時(shí)，閥門(擋板)全開運(yùn)行時(shí)阻力特征曲線;曲線 R1為部分負(fù)荷時(shí)，閥門(擋板)部分開啟時(shí)的阻力特性曲線;曲線H(n1)和H(n2)表示不同轉(zhuǎn)速時(shí)的Q=f(H)曲線。采用閥門(擋板)控制時(shí)，流(風(fēng))量從Q2減小到Q1，阻力曲線從R2移到R1，揚(yáng)程(風(fēng)壓)從HA移到HB。采用調(diào)速控制時(shí)，H(n2)移到H(n1)，流(風(fēng))量從Q2減小到Q1，揚(yáng)程(風(fēng)壓)從HA移到HC。
圖1 水泵(風(fēng)機(jī))的H-Q關(guān)系曲線
圖2為水泵(風(fēng)機(jī))的P-Q的關(guān)系曲線。由圖2可以看出，流(風(fēng))量Q1時(shí)，采用閥門(擋板)控制的功率為PB。采用變頻調(diào)速控制的功率為 PC。ΔP=PB-PC就是節(jié)省的功率。
圖2 為水泵(風(fēng)機(jī))的P-Q的關(guān)系曲線
如果不計(jì)風(fēng)機(jī)的效率η，則采用閥門(擋板)時(shí)的功率消耗在圖中由面積OHBBQ1所代表，而采用調(diào)速控制時(shí)的功率消耗由面積OHCCQ1所代表，后者較前者面積相差為HCHBBC，即采用調(diào)速控制流(風(fēng))量比采用閥門(擋板)控制可節(jié)約能量。
2 水泵、風(fēng)機(jī)的節(jié)能計(jì)算和分析
通常轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，若將電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率由原來的50Hz降至40Hz時(shí)，其實(shí)際轉(zhuǎn)速則降為額定轉(zhuǎn)速的80%，即實(shí)際轉(zhuǎn)速nsn和額定轉(zhuǎn)速nn：nsn=(■)nn=0.4nn。設(shè)K為電機(jī)過載系數(shù)，則電動(dòng)機(jī)額定功率Pn=Kn■■。因此電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在40Hz時(shí)，實(shí)際功率為：
Psn=Kn■■=K(0.4nn)3=0.064Kn■■=0.064Pn
節(jié)能率 =■=■=■=93.6%
表1 電動(dòng)機(jī)節(jié)能率
供熱公司勝利鍋爐房將電動(dòng)機(jī)改為變頻調(diào)速，其中：
表2 補(bǔ)水泵電動(dòng)機(jī)在定速和變速不同情況下測(cè)出的數(shù)據(jù)
根據(jù)表2的數(shù)據(jù)，一個(gè)采暖期按190天計(jì)算，工業(yè)電費(fèi)單價(jià)為0.37元/kWh。加裝變頻器后補(bǔ)水泵電動(dòng)機(jī)節(jié)約電費(fèi)：
(11-1.73)×24×190×0.37=15640.344元
表3 鼓風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)在定速和變速不同情況下測(cè)出的數(shù)據(jù)
根據(jù)表3的數(shù)據(jù)，勝利車間有5臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)。一個(gè)采暖期按190天計(jì)算，工業(yè)電費(fèi)單價(jià)為0.37元/kWh。加裝變頻器后鼓風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)節(jié)約電費(fèi)：
(18.5-3.95)×24×190×0.37×5=122743.8元
表4 引風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)在定速和變速不同情況下測(cè)出的數(shù)據(jù)
根據(jù)表4的數(shù)據(jù)，勝利車間有5臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)。一個(gè)采暖期按190天計(jì)算，工業(yè)電費(fèi)單價(jià)為0.37元/kWh。加裝變頻器后引風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)節(jié)約電費(fèi)：
(37-32.9)×24×190×0.37×5=34587.6元
綜上所述，勝利車間安裝變頻后，一個(gè)保溫期合計(jì)節(jié)約電費(fèi)：
15640.344+122743.8+34587.6=172971.744元
節(jié)能效果明顯。
通過上述分析和實(shí)際應(yīng)用，鍋爐水泵、風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速后具有以下優(yōu)點(diǎn)。
(1)水泵、風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)工作電流下降，溫升明顯下降，同時(shí)減少了機(jī)械磨損，維修工作量大大減少。
(2)保護(hù)功能可靠，消除了電動(dòng)機(jī)因過載或單相運(yùn)行而燒壞的現(xiàn)象，延長(zhǎng)了使用壽命，能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
(3)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，實(shí)現(xiàn)平滑地?zé)o級(jí)調(diào)速，精度高，調(diào)速范圍寬(0-100%)。頻率變化范圍大(O-50Hz)。效率可高達(dá)(90%-95%)以上。減小了對(duì)電網(wǎng)的沖擊。
(4)安裝容易，調(diào)試方便，操作簡(jiǎn)便，維護(hù)量小。
(5)節(jié)能省電，燃煤效率提高。
(6)變頻器可采用軟件與計(jì)算機(jī)可編程控制器聯(lián)機(jī)控制的功能，容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。
3 結(jié)束語
引進(jìn)變頻器可以實(shí)現(xiàn)能源的有效利用，避免過多的能源消耗。使用變頻器節(jié)能主要是通過改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)流量和壓力的控制，來降低管道阻力，減少了閥門半開的能源損失。其次變頻狀態(tài)下的水泵(風(fēng)機(jī))運(yùn)行轉(zhuǎn)速明顯低于工頻電源之下，這樣能盡量減少由于摩擦帶來的電力損耗。最后變頻技術(shù)是一種先進(jìn)的現(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù)，自動(dòng)化的運(yùn)行能增加電力運(yùn)行的可靠性，節(jié)省人力投入，從而實(shí)現(xiàn)了成本的節(jié)約。
【參考文獻(xiàn)】
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變頻器技術(shù)論文篇二
變頻器控制技術(shù)
摘要：本文對(duì)傳統(tǒng)I/O的變頻器控制技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用中所存在的弊端、以及以Rockwell Automation為基礎(chǔ)而創(chuàng)造的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)做出了分析，闡述了在變頻器系統(tǒng)中，控制設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)的方法。對(duì)3層網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)其中包括信息層、設(shè)備層以及控制和自動(dòng)化層的建設(shè)方案進(jìn)行了討論，并且監(jiān)控變頻器網(wǎng)絡(luò)的軟件也在RSView32環(huán)境下成功編制，現(xiàn)場(chǎng)總線的變頻器控制技術(shù)也得到實(shí)現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：變頻器控制技術(shù);現(xiàn)場(chǎng)總線;傳統(tǒng)I/O;分析
傳統(tǒng)的變頻器控制技術(shù)是以I/O方式為基礎(chǔ)，在控制器以及變頻器的I/O端口上以功能需求來進(jìn)行控制線的相應(yīng)連接。傳統(tǒng)的I/O控制方法功能較為單一，布線也較為繁瑣，并且可靠性和通信效率也不高，在工業(yè)拖動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)也存在較多的障礙，不利于工業(yè)拖動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)。而現(xiàn)場(chǎng)總線的變頻器控制技術(shù)則在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，現(xiàn)場(chǎng)總線是一項(xiàng)新技術(shù)，其順應(yīng)了工業(yè)控制系統(tǒng)以及信息技術(shù)智能化、分散化。在變頻器控制以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的系統(tǒng)中，一條總線電纜便可完成變頻器及控制器的全部通信，與上層網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了更加高效、智能以及全面的監(jiān)控，也實(shí)現(xiàn)了更加高速的監(jiān)控。信息系統(tǒng)集成在企業(yè)級(jí)別中的實(shí)施也更加便捷。
一、傳統(tǒng)I/O技術(shù)于變頻器控制的弊端
在變頻器控制中本機(jī)控制是最為簡(jiǎn)單的，也稱作面板控制。在進(jìn)行變速、啟動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)、以及復(fù)位、停止的控制時(shí)，面板控制是通過變頻器的鍵盤來進(jìn)行的，鍵盤在控制面板上。雖然方法較為簡(jiǎn)單，也需要變頻器控制面板有專人負(fù)責(zé)控制，面板控制效率較低，功能也較為簡(jiǎn)單，外部功能開關(guān)也可以用PLC控制器來進(jìn)行控制，相關(guān)邏輯也得以實(shí)現(xiàn)，對(duì)變頻器I/O端子進(jìn)行輸出，對(duì)變頻器進(jìn)行控制。并進(jìn)行PLC編程用以不同功能的實(shí)行，其功能包括輸入其他各種和外部故障的信號(hào)以及多級(jí)變速控制。
變頻器的控制方法以I/O端口作為基礎(chǔ)，在進(jìn)行功能的擴(kuò)展時(shí)，則只能采取較為簡(jiǎn)單的擴(kuò)展，也難以改善傳統(tǒng)I/O變頻器控制方法所存在的缺點(diǎn)。工業(yè)拖動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)隨著時(shí)代在發(fā)展，傳統(tǒng)I/O技術(shù)已不能適應(yīng)現(xiàn)代的施工要求。而現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)作為新技術(shù)，在信息傳輸中只需要一條總線電纜，便可以實(shí)現(xiàn)傳輸所有信息，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在維修成本、布線成本以及調(diào)試成本上也極大的降低了，并且全數(shù)字化，通信速度快和結(jié)構(gòu)開放互連，現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)的效率也較高。
二、以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的變頻器控制系統(tǒng)
(一)以設(shè)備層為基礎(chǔ)的變頻器控制系統(tǒng)
3層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系是Rockwell對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線提出的標(biāo)準(zhǔn)之一，其組成包括了信息層、設(shè)備層以及控制和自動(dòng)化層。其中，設(shè)備層是以現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)開放，起到高層設(shè)備和底層工業(yè)裝置的連接作用，高層設(shè)備則包括了計(jì)算器以及PLC控制器等，底層工業(yè)裝置則包括了傳感器、開關(guān)、以及拖動(dòng)裝置，還包括了閥門等。設(shè)備層采用的供電方式是總線供電，網(wǎng)絡(luò)的電纜結(jié)構(gòu)采用主干線結(jié)構(gòu)和支線結(jié)構(gòu)，并對(duì)本質(zhì)安全技術(shù)進(jìn)行提供，通信采用用戶模式和生產(chǎn)者模式，在網(wǎng)絡(luò)通信效率上較為優(yōu)異，提供了兩種報(bào)文類型，包括顯示報(bào)文和I/O報(bào)文。
變頻器控制以設(shè)備層為基礎(chǔ)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括了，裝有組態(tài)軟件的一臺(tái)RSlinx，并將其接入到設(shè)備層的總線之上，監(jiān)控軟件RSView32以及PLC編程軟件RSlogix500的計(jì)算機(jī)，RSNetworx，與設(shè)備層相連的接口使用1770-KFD，而設(shè)備層與6臺(tái)AB1336Plusll變頻器則使用設(shè)備層通信模塊1203-GK5來連接，網(wǎng)絡(luò)主設(shè)備使用MicroLogix1500PLC控制器，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備信息的獲取則使用掃描模塊1769-SDN來進(jìn)行，監(jiān)測(cè)設(shè)備和控制設(shè)備。
連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和PLC，是以掃描模塊1769-SDN作為接口，用作設(shè)備數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換以及設(shè)備數(shù)據(jù)采樣。在運(yùn)行包含SDN的PLC處理器中，SDN對(duì)設(shè)備進(jìn)行了依次掃描，采樣參數(shù)，并對(duì)數(shù)據(jù)格式進(jìn)行了轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成PLC能夠接受的數(shù)據(jù)格式，進(jìn)而使PLC處理器能夠進(jìn)行讀取，經(jīng)PLC處理器進(jìn)行處理，對(duì)其輸出數(shù)據(jù)也進(jìn)行了轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成不同種類的設(shè)備能接受的格式。
變頻器數(shù)據(jù)通信以及PCL數(shù)據(jù)通信的實(shí)現(xiàn)可以通過映射的方式來進(jìn)行，Word 0至9 共10個(gè)字包括在接口定義格式之中，其中使用通信模塊將Word 0和Word 直接輸送至變頻器，將其固化為變頻器頻率狀態(tài)(或設(shè)定值)以及邏輯狀態(tài)(或命令)。在進(jìn)行映射的輸出時(shí)，Word 0包含了系統(tǒng)的停止、故障復(fù)位和啟動(dòng)控制位以及系統(tǒng)的正反向、頻率源和減速等控制位，設(shè)定工作頻率則由Word1進(jìn)行存放。在進(jìn)行映射輸出時(shí)，Word 0則反饋給PLC變頻器狀態(tài)信息，包括了變頻器運(yùn)行、使能和出錯(cuò)狀態(tài)信息以及變頻器達(dá)速、加減速狀態(tài)信息，實(shí)際工作頻率則由Word 1 進(jìn)行存放。而Word 2至Word 9共8個(gè)字的通信內(nèi)容設(shè)定則是以用戶需求來進(jìn)行，變頻器中的DataIn/Out A至DataIn/Out D則與通信模塊中的Datalink A至Datalink D相對(duì)應(yīng)，常用的變頻器監(jiān)控參數(shù)設(shè)定至DataIn/Out之上，包括了故障代碼、實(shí)際輸出和加減速時(shí)間，以及電流電壓和多個(gè)預(yù)置頻率等。分別占用其中(Word 2至Word 9)一個(gè)字映射至掃描器。Word 1與Word 0相結(jié)合，使PLC實(shí)現(xiàn)監(jiān)控變頻器的大部分功能。
(二) Rockwell 3層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺(tái)
ControlNet作為中間層于3層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，具有高速確定性，也是開放型網(wǎng)絡(luò)，其能夠滿足的要求較多，包括了連接PLC處理器，計(jì)算機(jī)和I/O用要求以及其他智能設(shè)備、操作員界面應(yīng)用的要求，并且滿足要求的高信息吞吐量和實(shí)時(shí)。經(jīng)使用用戶模式和生產(chǎn)者模式，控制網(wǎng)絡(luò)具備對(duì)等網(wǎng)絡(luò)功能和I/O網(wǎng)絡(luò)功能，并且提供其高速性能。EtherNet通過工業(yè)以太網(wǎng)的使用，集成信息管理和控制系統(tǒng)，利用以太網(wǎng)監(jiān)控生產(chǎn)場(chǎng)信息，包括了用于監(jiān)控的工業(yè)PC工作站和PLC生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息，還包括了可在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行存取的ControlNet生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息和DeviceNet生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工廠級(jí)的統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制、計(jì)劃管理和生產(chǎn)流程的進(jìn)行，以及實(shí)現(xiàn)物料跟蹤、監(jiān)視控制和遠(yuǎn)程設(shè)備維護(hù)的進(jìn)行。
基于DeviceNet平臺(tái)建立的Rockwell 3層網(wǎng)絡(luò)對(duì)系統(tǒng)的集成更加的全面， ControlnNet與DeviceNet的連接可通過ControlLogix來實(shí)現(xiàn)，并且可接入至其網(wǎng)絡(luò)適配器。DeviceNet節(jié)點(diǎn)掃描模塊使用1756-DNB，ControlnNet節(jié)點(diǎn)掃描模塊使用1756-CNB。兩者中的ControlLogix、PL以及計(jì)算機(jī)與最高層EtherNet的連接則可使用以太網(wǎng)模塊或者使用網(wǎng)卡來進(jìn)行。經(jīng)掃描器，在該層運(yùn)行的計(jì)算機(jī)工作站可實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的掃描和管理，對(duì)設(shè)備層生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息以及控制層生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行存取，實(shí)現(xiàn)全方位信息調(diào)度以及集成的企業(yè)級(jí)運(yùn)行，并在連接InterNet相連接時(shí)更為便捷。
(三)監(jiān)控平臺(tái)
對(duì)于監(jiān)控變頻器網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)的實(shí)現(xiàn)，可使用以RSView32軟件為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控，或者使用PanelView人機(jī)界面來實(shí)現(xiàn)。RSView32可以與控制器實(shí)現(xiàn)通信功能，其中控制器的系列包括了與MicroLogix、PLC-5以及SLC500。還能與ControlLogix實(shí)現(xiàn)通信，并且網(wǎng)絡(luò)層次也可以使用兩種，包括ControlNet和DeviceNet。平臺(tái)移植于連接兩種計(jì)算機(jī)之間也更為便捷，網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)種類進(jìn)行驅(qū)動(dòng)器種類的選擇。系統(tǒng)的多機(jī)同步控制、全部監(jiān)控以及單機(jī)控制的集成是由總監(jiān)控臺(tái)來實(shí)現(xiàn)，而單獨(dú)對(duì)每一臺(tái)變頻器進(jìn)行控制可由各分控臺(tái)來實(shí)現(xiàn)。
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