PLC高压变频器

关键词： 电控 提升机 矿井 变频器

PLC高压变频器（精选九篇）

PLC高压变频器 篇1

矿井提升机是矿井开采中的重要设备, 矿井提升机的安全和可靠运转不仅关系着矿井的生产, 而且还涉及到矿井职工的生命安全, 特别是电控系统在很大程度上制约着矿井的安全生产, 因此使提升机的电控系统的安全设计成为矿井工程技术人员重点研究的重要课题[1]。对于矿井提升机的电控系统改造来讲, 不仅要利用好原有的设备, 还要将原有设备和新设备密切地配合来保证系统的可靠性。目前, 我国矿井提升机普遍采用的是电机转子回路串电阻调速系统, 通过逐级切断串入的电阻, 来达到分级调速的目的。这种调速方法属于功率消耗型调速系统, 耗电量较大;而且这种调速系统的控制性能不够理想, 还会给电网造成很大的谐波影响。提升机调速系统进行改造是必然趋势, 由于变频调速的调速特性很好, 过渡过程非常平稳, 而且节能效果明显。因此, 将变频调速技术、可编程控制器 (PLC) 技术应用到提升机电控系统当中, 是提升机安全稳定运行的可靠保障。

1 矿井提升机的概况

1.1 概述

西马煤矿副井绞车在上世纪1985年8月安装, 绞车型号:JKM-2.8/4 (Ⅱ) , 洛阳矿山机械厂生产。电机型号YR630-12/1430, 哈尔滨电机厂生产。在2004年电控系统进行了技术改进, 电控设备采用了天津民益公司生产的TKM-D2-PC2电控系统, 采用了PLC-SCR编码启动电控系统取代了原来的继电器-接触器电控系统;用KDG可控硅低频装置代替了原来的KZC动力制动系统。电控系统采用SIEMENS的S7-300型PLC作为控制主元件, S7-200型PLC作为后备保护, 实现了双线保护。转子切换采用了SLR编码控制技术, 用无触点的可控硅交流开关切换转子电阻, 将启动级数增加至20级。

1.2 目前系统缺点

西马煤矿副井提升机电控2004年的技术改进, 使提升机的安全性能有了进一步的提高, 但经过八年多运行还存在着缺点。

(1) 改造后, 仍然是采用交流电动机转子回路串电阻调速, 尽管采用了SCR20级编码调速, 还存在着开环有级调速, 电机加速度难以准确控制, 调速精度差, 电机启动电流及切换电流冲击大, 设备运行不平稳, 存在着电气及机械冲击。 (2) 转子回路串接金属电阻, 在负力提升和低速时浪费电能严重。 (3) 维修量大, 不方便, 由于操作时交流接触器频繁动作, 易造成触点及线圈的烧坏, 转子更换碳刷频繁[2]。 (4) 在减速点换速时, 交流电控存在失控区, 换速时电机出现震动, 在副井提升特别是负力提升尤为明显。

2 技术改造的理由

随着产量、技术、规程和标准的不断提高, 现有绞车已经满足不了安全生产的需要, 必须进行技术改造。改造理由: (1) 随着原煤产量的不断提升, 挖掘工作量急剧上升, 在现有提升条件下, 副井提升系统满足不了生产需要。 (2) 原电控系统有些功能是电参量与机械闸形成闭环控制, 跟随性很差, 导致电气保护功能、控制精度和可靠性较差, 控制系统相关的保护功能失效, 系统运行安全得不到保证。 (3) 有环流低频电源装置元件多, 闭环调节困难, 闭环控制性能难以得到保障, 常出现过流及可控硅损坏等故障, 造成紧急制动, 影响副井的正常运行[3]。 (4) 原系统的低频制动, 只是在减速后投入运行, 不能保证电气制动在全程随时投入。

3 技术改进方案对比

目前, 国内比较先进的矿用提升机电控系统有直流控制系统、转子变频控制系统和高压变频控制系统三种。下面分别对三种调速系统的优缺点进行比较。

3.1 直流控制

直流调速的优点:调速性能好、调速范围广, 易于平滑调节;起动、制动转矩大;过载能力强、能承受较频繁的冲击负荷;系统安全可靠, 动态性能、静态性能指标高。缺点:以晶闸管整流设备为基础的直流调速系统的谐波污染严重, 功率因数低, 且目前大部分煤矿现有提升机配用的是交流异步电动机。如采用直流调速系统, 需将现有提升电机更换为直流电机, 相应增加改造成本。

3.2 转子变频

转子变频的优点:适应旧系统升级改造, 且系统改造方便, 接线简单;硬件结构简单, 故障点少;启动及加速过程冲击电流小, 减轻了电网的冲击;能量回馈节省电能。缺点:转子变频调速时电动机最大电磁转矩下降;功率因数低, 电流谐波大;调速范围窄, 调速精度比较低;低速时特性变差;对于旧系统改造有一定的局限性。

3.3 高压变频

高压变频的优点:适应旧系统升级改造;电控系统简单, 安装调试方便;功率因数高, 电流谐波小;调速效率高;调速范围宽, 调速精度高;调速平滑性好;启动及加速过程冲击电流小, 延长设备寿命;技术先进, 可靠性高;恒转矩低速爬行时速度平稳;有效消除了减速失控区;低速大转矩, 能量回馈效率高;节能效果显著。缺点:变频器的技术复杂;维护检修困难。

通过对三种矿用提升机电控系统的对比, 综合评价和结合实际情况西马煤矿副井提升机电控改造选用高压变频调速控制系统。

4 方案实施

原有的PLC硬件系统不动, 只对提升机的调速系统进行改造。拆除原有的提升机调速系统的设备, 保留高压开关柜、低压电源柜, 升级PLC控制柜、操作台及监控系统, 新安装一套全数字高压变频调速系统。调速系统选用北京合康亿盛变频科技股份有限公司生产的HIVERT系列6k V/1250k W高压变频器。可编程控制器PLC和高压变频器相结合应用于提升机控制系统中, 能够使矿井提升机的控制性能和自动化水平、安全性、可靠性都达到了新的高度, 克服了原矿井提升机控制系统存在的可靠性差、故障率高、电能浪费大以及安全保护、闭锁、监测系统不完善等缺点, 大大提高了矿井的安全程度和经济效率。

5 PLC-高压变频提升机电控系统的特性

(1) 采用具有活跃前端能量回馈特性的四象限变频器, 具有优良的软、硬件保护功能和控制功能, 实现了高转矩、高精度、宽调速范围的变频驱动方案。 (2) 具有接近于1的功率因数和大于95%的能量转换效率, 电流谐波成分少, 无须功率补偿器和谐波抑制设备。 (3) 具有类似或优于直流电动机的机械特性。运行速度曲线成S形, 加减速平滑, 无撞击感。 (4) 系统具备全面的故障检测, 可靠的故障报警保护功能。安全回路独立于其它正常回路, 采用计算机软保护加高靠性的继电器双层保护回路, 独立运行互为安全冗余, 其工作状态可在监视器上监视。 (5) 节能效果显著, 大大降低了用电量。 (6) 有效地利用了原电控系统的设备, 节省了投资。

6 效益分析

(1) 高压变频系统以后, 相比原低频拖动系统仍然降低了电能损耗, 经统计, 2013年6月至2013年11月, 共6个月的平均吨煤电耗为1.211kw·h, 相比往年同期1.375kw·h降低了11.93%。 (2) 高压变频系统以后, 每个提升循环可节约10s时间, 每小时可比原系统多提升2.72个循环, 提高了副井提升的工作效率。 (3) 经过测试, 整个副井提升机系统的功率因数达到了0.95以上, 与原系统相比, 提高了0.15以上, 对改善电网环境起到了很好的作用。

7 结束语

文章针对西马煤矿副井提升机PLC-SCR编码启动电控系统存在的缺点, 结合生产形势和煤矿安全规程的规定, 提出了利用原有PLC引进高压变频器的交流调速技术改造方案。通过实践证明PLC-高压变频器的改造方案是可行的, 克服了PLC-SCR编码启动电控系统的缺陷, 并且取得了良好的效益。

摘要：针对交流提升机串电阻调速电控完成PLC改造后存在的缺点, 通过改造方案的对比, 提出了利用原有PLC引进高压变频器的技术改造方案, 结果表明改造后运行平稳可靠、精度高、节能效果明显, 缩短了提升时间, 取得了良好的效益。

关键词：PLC高压变频器,提升机,电控系统

参考文献

[1]高压变频器在矿山提升机上的应用[EB/OL].2012-02-09.

高压变频器检修总结 篇2

从2010年使用智光电气高压变频器至今，在使用过程中变频器故障较多，故障现象基本是以后台所报故障为参考。

经统计变频器自身出现的故障跳车情况，后台所报信息基本为： 1，单元过流速断； 2，单元直流电压保护； 3，左臂故障； 4，右臂故障；

5，左臂、右臂同时故障； 6，上行通讯故障； 7，下行通讯故障 8，PLC故障； 9，模拟输入断线警告； 10，UPS故障； 11，风机故障等。

至2014年4月以前出现以上故障基本以更换设备为主。由于返厂检修价格高，周期长，经公司领导要求，自主检修高压变频器。故障设备基本是以功率单元体和光纤占大部分，而光纤故障原因基本为光纤老化，无法检修，所以开始以检修功率单元体为主。

电站9#给水泵不使用变频启动，所以我们用9#给水泵来调试功率单元体，我们给故障单元一个380V的输入，然后调试，经过了3个星期的检修，我们发现发现故障单元有以下几种现象： 1，在刚刚启动时才1Hz时，功率单元体的输出就已高达500V以上；

2，在复位时，功率单元体驱动板脉冲变压器回路的指示灯显示不正常；

3，在调试时，功率单元体报左臂故障； 4，在调试时，功率单元体报右臂故障；

5，在复位后保持通电3小时左右，驱动板报左臂右臂故障； 以上5种现象为这段时间检修发现的主要情况。

PLC高压变频器 篇3

中厚板生产中, 板坯表面在高温下会氧化生成氧化铁皮。氧化铁皮若不去除, 在轧制过程中则会被轧辊压入钢板表面, 影响钢板的表面质量。高压水除鳞系统利用高压水去除板坯表面的氧化铁皮, 是目前效果最佳的去除氧化铁皮的方法, 它包括破碎、剥离和冲洗三个阶段。高压水除鳞系统设备要求具备多点同时除鳞、水量大、压力大的特点。根据生产工艺, 高压水除鳞系统的工作方式不是连续的而是间歇的。在这种情况下, 运行电机恒速转动既浪费电又浪费水, 同时使除鳞泵、管道及阀门都处于满负荷运行状态, 大幅增加了高压水除鳞系统的故障率。鉴于此, 高压水除鳞控制系统采用变频调速, 在除鳞间歇期降低除鳞泵转速, 减少高压水除鳞系统的压力和水流量, 达到节能节水, 提高高压水除鳞系统可靠性的效果, 同时还可实现电机软启动, 减弱水锤效应对高压水除鳞系统的冲击。

1 高压水除鳞控制系统简介

某公司生产线高压水除鳞系统由除鳞泵、储能器、变频电机、变频器和空气压缩机组成, 具体参数见表1。高压水除鳞控制系统主要由4台变频器、4台变频电机、西门子S7-300PLC和S7-200PLC组成。其中, S7-300PLC与4台变频器通过Profibus-DP现场总线自动控制高压水罐液位;S7-300通过MPI通信方式与S7-200连接;S7-200负责采集钢坯位置数据信号并根据高压水罐液位和压力进行自动除鳞。为了便于值守人员操作, 利用人机界面WinCC显示高压水罐液位、压力, 4台除鳞泵运行状态以及润滑泵油压等数据。

变频器启动前先自查, 并检查各润滑站油压, 当启动条件满足后, 便可启动变频电机打压。为了实现不同打压方式, 将高压水罐液位分为6段, 通过PLC实现不同打压方式下的高压水除鳞电机运行。第一种方式, #3泵或#4泵运行, 并在水位低于4水位时开始打压, 到达5水位时停止打压, 作为内循环电机低频运转;第二种方式, #3泵或#4泵运行的同时#1泵和#2泵 (或者#1泵或#2泵) 也运行, #3泵或#4泵在水位低于4水位时开始打压, #1泵和#2泵 (或#1泵或#2泵) 在水位均低于3水位时开始打压, 到达5水位停止打压, 作为内循环电机低频运转;第三种方式, #3泵或#4泵未启动, #1泵和#2泵 (或者#1泵或#2泵) 在水位均低于4水位时开始打压, 到达5水位时停止打压, 作内循环电机低频运转;电机打压时以满频50Hz运行, 低频运行频率可依据具体情况通过WinCC界面设定。

当高压水罐液位在3~5水位时, 若热检探头检测到钢坯信号, S7-200PLC则发出打开除鳞阀信号开始除鳞;除鳞完毕后, 高压水罐水位下降, 除鳞泵电机向高压水罐补水, 如此往复循环。为保证高压水除鳞系统运行安全可靠, 当高压水罐水位高于6水位时, PLC发出变频器停车信号;当高压水罐水位低于2水位时, 最低液面阀关闭禁止除鳞, 防止高压水罐中的水和气被排空。

2 变频器参数设置

高压水除鳞系统变频器控制原理如图1所示。为了保证高压水除鳞系统运行的可靠性, 避免通信中断影响生产, 变频器采用内控、外控两种控制方式。现场除鳞阀开闭采用小型独立S7-200PLC控制而未采用ET200M的扩展方式, 也是基于设备运行可靠性考虑。

1—速度表;2—电流表;3—故障输出;4—内控/外控;5—启/停

为了实现变频器与PLC的数据交换, 需在变频器内进行参数设置。查阅6SE70变频器使用大全功能图120可知, PLC读取变频器数据可通过设置参数P734来实现;PLC写给变频器的数据存放在变频器数据K3001~K3012中。变频器与PLC的连接基本建立后, 通过编写程序由PLC来控制变频器的启停、速度给定等, 并读取变频器数据在上位机上显示, 达到在线监视和诊断的目的。

本项目通信方式设定为PPO 4。这种方式为0PKW 6PZD (PKW为参数标识符值、PZD为过程数据) , 输入输出都为6个PZD, 设置需在S7-300PLC硬件组态中进行, 变频器不需要任何设置, S7-300PLC默认通信速率为1.5Mb/s。

变频器发送给PLC的PZD是参数P734内的数值, 因此需对P734内的参数依次进行定义, P734.1内设置第一个PZD字, P734.2内设置第二个PZD字, 依此类推直至P734.16, 共计16个字。本程序中设置PLC接收的第一和第二个输出的PZD为变频器反馈给PLC的状态字 (P734.1=32、P734.2=33) ;第三个为变频器反馈给PLC的实际输出速度的百分比值 (P734.3=148) ;第四个为变频器反馈给PLC的实际输出电流的百分比值 (P734.4=242) ;第五个为变频器反馈给PLC的实际输出转矩的百分比值 (P734.5=241) ;第六个为变频器反馈给PLC的故障字 (P734.3=250) 。

PLC给变频器的第一个PZD存储在变频器K3001字里, 第二个PZD存储在变频器K3002字里, 依此类推直至K3016, 共计16个字。K3001有16位, 从高到低为3115~3100。本程序中第一个与第二个输入的PZD为PLC给变频器的控制字 (P554.2=3100、P555.2=3101) ;第三个输入的PZD为变频器的速度设定值 (P443.2=3003) ;第四个输入的PZD为备用。K3001的位3110固定为“控制请求”, 该位必须为1, 变频器才能接收PLC的控制信号, 所以变频器里没有用一个参数对应到该位, 必须保证PLC发过来的第一个字的BIT 10为1。

根据变频器系统原理图和通信参数设置要求进行参数设置, 6SE70变频器参数调试和设置见表2。

3 PLC控制程序设计

西门子S7-300PLC编程系统Step7提供了丰富的功能模块, 为高压水除鳞控制系统的功能实现提供了方便。为了简化高压水除鳞控制系统PLC控制程序, 通过主循环程序模块OB1实现对功能的调用及信号、数据的传递。在高压水除鳞控制系统中编写的子程序包括S7-200与S7-300的通信功能FC10, 水箱液位、油泵温度和压力、水罐水位和压力等模拟量输入采集功能FC20, WinCC数据显示功能FC30, 人机界面故障报警功能FC40, 油泵允许和最低液面阀控制功能FC50, 水罐压力转换功能FC80, 变频器控制功能FC100。为了简化变频器控制, 变频器控制功能FC100中又涉及6SE70装置控制功能FC109、速度给定转换功能FC110、HMI速度和电流显示转换功能FC111、操作台速度和电流显示转换功能FC112。为了实现通信功能, 又调用了系统功能块SFC14 (DPRD_DAT) 和SFC15 (DPWR_DAT) , SFC67 (X_GET) 和SFC68 (X_PUT) 。以上各功能块及子程序构成了高压水除鳞控制系统。

3.1 S7-300与变频器连接的硬件组态

首先选用具有Profibus-DP接口的PLC S7-300, 型号为6ES7 315-2G10-0AB0PLC。硬件组态时, 双击Hardware选项, 进入HW Config窗口, 双击DP, 选择Properties按钮组态网络属性, 新加Profibus (1) , 设置其站地址、传输速率 (本项目中设为1.5Mbit/s) , 行规设为DP, 并在其Operating Mode中将其设为DP Master;其次, 在变频器安装CBP2通信板, 使其可成为Profibus-DP从站;最后, 将Master Drive连接到DP网络上, 定义Profibus站地址, 在Profibus-DP->SIMOVERT文件夹里对6SE70系列变频器进行选择组态, 并设定好通信地址范围, 通信方式选择PPO4 (0PZW/6PZD) 。

3.2 通信DB块的建立

为了节省中间变量M并保证通信数据的稳定性, 编程时将读写数据都做在数据块DB30中, 同时保持与硬件组态设定的I/O地址范围相同, 以便于管理和建立对应数据关系。以#1高压水除鳞泵为例, 如图2所示, 将读取变频器的12个字节数据放在DB0~DB11中, 将写给变频器的12个字节数据放在DB12~DB23中。除此外, DB数据块还可以存放通信错误代码、与变频器有关的其它计算数据等。

3.3 S7-300与变频器的通信及控制程序编写

为了实现PLC与变频器的数据交换, 程序通过调用系统功能块SFC14来读取Profibus从站变频器的数据, 通过调用系统功能块SFC15将PLC数据写入Profibus从站变频器。通信程序 (网络1、2) 、6SE70控制功能FC109 (网络3) 以及变频器速度切换程序 (网络4、5、6) 如图3所示, 其中低频运转频率可通过WinCC在HMI界面自由设定。

3.4 S7-200与S7-300间的通信连接

在S7-300中, 通过调用系统功能SFC67 (X_GET) 和SFC68 (X_PUT) 并进行单方编程, 即可实现与S7-200间的MPI通信。本程序中, S7-200与S7-300间通信连接就采用该种方式实现。进行通信设置时需注意两方面:由于S7-200PLC与S7-300PLC出厂默认的MPI地址都是2, 因此必须先修改其中一个PLC的站地址, 在本程序当中, 将S7-200PLC的MPI地址设为4, 将S7-300PLC的MPI地址设为2;另外, 需检查S7-300 PLC与S7-200PLC的通信速率设定是否一致, 可设为9.6、19.2、187.5kb/s, 本程序中选用19.2kb/s。根据生产工艺要求并结合水位限制条件, 高压水除鳞阀动作控制流程如图4所示。除鳞阀包括手动和自动两种控制方式:自动控制是指通过热检信号检测钢坯位置来自动控制除鳞阀的开闭;手动控制是指根据钢坯位置人为控制除鳞阀动作, 为辅助除鳞方式。对于钢坯表面可能存在除鳞不净情况, 可根据实际情况改动热检探头位置并在程序中加入延时解决, 即当热检探头检测到钢坯上升沿或下降沿到来后进行延时。由于生产中的钢坯长度不同, 加入延时后会造成一定的高压水浪费, 因此需根据具体情况设定合理的时间值。

4 高压水除鳞人机界面显示设计

为了方便操作人员实时观察高压水除鳞系统的运行状态, 利用西门子WinCC软件设计了除鳞泵电机运行监控界面。通过该界面可控制电机启停、转速, 可查看电机运转状态及电机频率、电流、故障等。

变频器通过DP通信方式反馈给PLC的电机电流和转速值为实际输出值的百分比。为了在WinCC界面显示电机的真实电流和转速值, 需调用HMI速度/电流显示转换子程序FC111, FC111程序如图5所示。变频电机额定电流为690A, 额定转速为991r/min, 对应变频器输出数字量为4000H (即16 384) , 对应系数分别为23.744 93和16.532 79。

5 高压水除鳞系统保护功能改进

5.1 PLC组织块的使用与故障查询设置

西门子S7系列PLC有一套功能齐全的OB块, 其中包括提供错误故障自诊断功能的多个中断OB块。高压水除鳞系统检测到某种类型的错误时, 会自动调用与该类型错误相关的OB块, 根据这些OB块的返回参数, 就能得到故障的具体信息 (如类型和部位等) , 并通过执行其中编好的程序指令报警或进行相应处理。在检测到错误时, 高压水除鳞系统能通过调用中断组织块来维持在运行模式。这为用户查询和排除故障提供了方便有效的途径, 也保证了故障从检测到到排除的整个过程中系统的工作安全。所调用的中断组织块通过指令将自身块号存入中间变量 (如MB20) , 这样, 一旦发现故障并调用中断组织块, 就能在主循环程序中通过MB20看出调用的是哪个中断组织块, 为故障的快速解决提供了方便。

5.2 变频器温度异常报警检测设置

西门子变频器温度检测系统中的热敏电阻用于检测装置温度, 安装于主元件 (IGBT) 的散热片或出线铜端子上, 变频器温度可通过参数r833直接读取, 也可以通过连接器K0247接至外部显示。变频器冷却风机连续运行4年左右后, 各种性能会逐渐下降。变频器没有冷却风机故障检测功能, 一旦风机损坏、温度异常, 变频器将直接跳闸。为了提早发现变频器温度异常, 本项目中将连接器K0247信号引入PLC内与允许温度设定值进行比较, 超出正常温度 (温度设定为50℃) 后, 界面指示灯闪烁, 外接警铃报警, 提醒值班人员。温度信号实际输出值是百分比, 为了能显示变频器的真实温度值, 需调用FC111。变频器温度为256℃, 对应数字量为4000H (即16 384) , 对应系数为64, 即当K0247参数显示为2 752时, 将其除以对应系数64, 结果为43℃, 此时变频器内部实际温度就为43℃。

6 结束语

本文通过在高压水除鳞系统中应用西门子6SE70变频器、PLC以及Profibus-DP现场总线通信方式, 提升了高压水除鳞系统的自动化水平, 达到了设备节能、运行高效以及稳定的目的, 同时也方便了现场操作人员的操作和维护。

参考文献

用三菱PLC实现PID控制变频器 篇4

控制要求：

（1）有两台水泵，按设计要求一台运行，一台备用，自动运行时泵运行累计100小时轮换一次，手动时不切换。

（2）两台水泵分别由m1、m2电动机拖动，电动机同步转速为3000转/min，由km1、km2控制。（3）切换后起动和停电后起动须5s报警，运行异常可自动切换到备用泵，并报警。（4）采用plc的pid调节指令。

（5）变频器（使用三菱fr-a540）采用plc的特殊功能单元fx0n-3a的模拟输出，调节电动机的转速。（6）水压在0～10kg可调，通过触摸屏（使用三菱f940）输入调节。

（7）触摸屏可以显示设定水压、实际水压、水泵的运行时间、转速、报警信号等。（8）变频器的其余参数自行设定。

软件设计：

1．fx2n-48mrplc 的i/o分配：根据控制要求及i/o分配，其系统接线图如图所示。

plc输入，x1：1号泵水流开关；x2：2号泵水流开关；x3：过压保护。

plc输出，y1：km1；y2：km2；y4：报警器；10：变频器stf。

2．触摸屏画面设：根据控制要求及i/o分配，制作触摸屏画面。

触摸屏输入：m500：自动起动。m100：手动1号泵。m101：手动2号泵。m102：停止。m103：运行时间复位。m104：清除报警。d300：水压设定。

触摸屏输出：y0：1号泵运行指示。y1：2号泵运行指示。t20：1号泵故障。t21：2号泵故障。d101：当前水压。d502：泵累计运行的时间。d102：电动机的转速。

3.plc的程序：根据控制要求，画出fx2n-48mr的程序梯形图、plc程序如下图所示。

此主题相关图片如下，点击图片看大图：

plc的程序简述：plc得电后，通过程序把模块中的摸拟量压力信号转化成压力数字量(d160)，将压力的数据寄存器d160的值除以25以校正压力的实际值(由特殊功能模拟模块fx0n-3a的资料可知：因0-10kg对应的是数值是0-250，所以压力与数值的关系是1：25)。在该系统中我们规定了电动机同步转速为3000转/min，所以同步转速的设定低于3000转/min对电机的保护是有好处的。这里我们把转速设定为不能超过1250转/min，则数值与通过pid程序运算的mv（输出）值d150（即电动机转速量）的关系为1：5(由特殊功能模拟模块fx0n-3a的资料可知：因数值是0-250对应的是0-1250转/min，则数值与转速的关系是1：5)。所以电动机的转速实际值校正数d102=d150×5÷10（其中除以10是因为所有实数参与pid的sv设定值>d500，pv当前值>d160，运算都是以1000%加入的。所以要得到mv输出值>d150的实际数值需要除以10）。因该系统中电机的转速是与压力成正比的,转速加大;压力也加大!（这里要注意：动作方向【s3】+1,当前值pv，d500设定值sv，d160；即bit=1，选择逆动作）所以将压力数字量寄存器d160用于pid程序的pv（当前）数字量做为时刻检查管内的当前压力状况。

4．变频器设置：

（1）上限频率pr1=50hz；（2）下限频率pr2=30hz；（3）基底频率pr3=50hz；（4）加速时间pr7=3s；（5）减速时间pr8=3s；（6）电子过电流保护pr9=电动机的额定电流；（7）起动频率pr13=10hz；（8）du面板的第三监视功能为变频繁器的输出功率pr5=14；（9）智能模式选择为节能模式pr60=4；（10）设定端子2～5间的频率设定为电压信号0～10v，pr73=0；（11）允许所有参数的读/写pr160=0；（12）操作模式选择（外部运行）pr79=2；（13）其他设置为默认值。

5.系统调试：

（1）将触摸屏rs232接口与计算机连接，将触摸屏rs422接口与plc编程接口连接，编写好fx0n-3a偏移/增益调整程序，连接好fx0n-3a i/o电路，通过gain和offset调整偏移/增益。（2）按图设计好触摸屏画面，并设置好各控件的属性，按图所示编写好plc程序，并传送到触摸屏和plc。（3）将plc运行开关保持off，程序设定为监视状态，按触摸屏上的按钮，观察程序触点动作情况，如动作不正确，检查触摸屏属性设置和程序是否对应。（4）系统时间应正确显示。

（5）改变触摸屏输入寄存器值，观察程序对应寄存器的值变化。（6）按图连接好plc的i/o线路和变频器的控制电路及主电路。（7）将plc运行开关保持on，设定水压调整为3kg。

（8）按手动起动，设备应正常起动，观察各设备运行是否正常，变频器输出频率是否相对平稳，实际水压与设定的偏差。

变频器的PLC控制方式研究 篇5

变频器具有体积小、控制灵活、抗干扰能力强、可靠性高等优点。被广泛应用在各行业生产中, 成为交流电动机调速的主要设备。现代工业生产通过变频器与PLC结合使用, 实现生产设备的自动化控制, 达到节能和调速的控制要求。

以下以西门子S7-200系列PLC控制MM440变频器为例, 介绍PLC对变频器的控制控制方法。

1 使用PLC数字量输出信号, 控制变频器实现多级调节

使用PLC数字量输出信号, 控制变频器输入端子。通过编程, 使PLC输出口实现不同的逻辑组合, 控制变频器选择对应的预置速度。再通过对变频器启动、停止端子和方向端子的通断状态控制, 即可以实现电动机的启停控制和输出频率的改变。此方法, 主要应用于控制电动机按预先设定的几个固定频率运转的场合。

MM440变频器开关量输入端子DIN1-DIN6, 可以通过参数P0701~P0706的值设置成不同功能 (共19种) 。当参数设置成15~17时, 端口作为变频器的频率选择。

变频器设置步骤:

1) 设置变频器参数P1000=3, 变频器的频率设置为开关量控制。此时, MM440变频器的频率由数字输入端口 (DIN1-NIN6) , 进行选择。

2) 设置频率选择接口的功能。修改P0701~P0706可对应设置DIN1-DIN6的功能。当设置成15-17时, 可实现三种频率的选择方式:

(1) 直接选择 (P0701-P0706=15)

在这种操作方式下, 选通一个数字输入即对应选择一个固定频率 (对应频率在参数P1001~P1006中设定) 。当多个输入同时激活时, 选定的频率是他们的总和。

(2) 直接选择+on命令 (P0701-P006=16)

在这种操作方式下, 数字量输入既选定固定频率, 又具有启动功能。

(3) 二进制编码选择+ON命令 (P0701-0706=17)

选用DIN1~DIN6中的端口可通过编码的方式设置16种频率。下表为DIN1~DIN4组合成的二进制编码, 不同值对应的频率设定。

2 使用模拟量输出信号, 提供变频器的频率给定信号, 实现无极控制

通过给变频器模拟量输入通道不同的电压或电流信号, 可以设置变频器的工作频率。再结合数字量输入口控制, 即可实现正/反转、起、停控制及变频控制。此种方法, 能够实现近似无极调速。但要求控制变频器的PLC提供模拟量输出信号, 可以通过扩展模拟量输出模块, 或选用带模拟量输出功能的PLC模块, 如CPU224XP, 实现对变频器频率的控制。

MM440变频器有两路模拟量输入通道, 相关参数以in000和in001区分, 可以通过P0756分别设置每个通道属性, 例如:当P0756设置成“=2”时, 变频器的模拟量输入信号设置为“单极性电流输入 (0至20m A) ”。

3 使用串行通信方式, 实现变频器的频率控制和参数读写

使用通信方式控制变频器, 具有接线简单, 稳定性好, 控制灵活等优点。不但可以实现变频器频率的设定, 也可以读、写变频器的参数, 从而连续实现变频器的远程控制和监视。

S7-200与西门子的变频器之间可采用USS协议进行通信。USS协议 (Universal Serial Interface Protocol通用串行接口协议) 是SIEMENS公司所有传动产品的通用通讯协议, 它是一种基于串行总线进行数据通讯的协议。USS按照串行总线的主从通讯原理来确定访问的方法。总线上最多可以连接1个主站 (PLC) 和最多31个从站 (变频器) 。每个变频器, 编址成不同站号。主站设置通信包中的地址字符来选择要传输的数据的从站。在主站没有要求从站进行通讯时, 从站本身不能首先发送数据, 各个从站之间也不能直接进行信息传输。

硬件上:协议采用RS485标准, 具有很高的抗噪声能力。允许工作在超长距离的场合 (可达1000米) 。通信最大波特率57600bit/s。USS主站在条件允许下, 尽量选用直流型的CPU (针对S7-200系列) , 通讯电缆可采用双绞线或采用屏蔽双绞线 (抗干扰性能更好) 。

编程:西门子公司提供USS协议的指令库。指令库提供14个子程序、3个中断程序和8条指令以支持USS协议。指令库安装后, 用户可在STEP 7 Micro WIN软件中直接使用库中的指令。使用指令时, 其自带的子程序或中断程序自动加载到项目中。常用的指令如:USS_INT, 初始化指令, 用于允许或禁止PLC与变频器的通信, 以及改变通信参数;USS_CTRL, 控制指令, 用于控制处于激活状态的变频器起停、方向、转速及故障复位;USS_RPM_x/USS_WPM_x, 读/写变频器参数指令, 用于从变频器读取或向变频器写入指定参数的参数值, 并返回指令执行的相关信息。

如不采用指令库中的指令, 则需依据USS协议的格式自行编写通信程序, 包括通信参数设计、校验、参数读写等。USS协议的报文结构如下:

STX (=02hex) 为开始字符。LGE为后面字节的长度 (总的报文长度为LGE+2) 。ADR为一字节的地址字节, 用以指定变频器地址 (0~31) , 则信息被指定的从站接受。另也可设置新校被所有的从站接受。ATA1~DATAN为有效数据区, 分为PKW和PZD。PKW说明需要进行的操作 (如读、写参数) 及操作需要的数据;PZD区域用以控制和监控变频器, 其处理的优先级要高于PKW, 保证主站及时监控到最新数据 (详细信息可查阅西门子公司提供的产品手册) 。报文以数据块的检验符 (BBC) 结束。校验符 (BBC) 1字节, 采用异或和校验。

另外, 对于通信速度要求较高的应用场合可采用PROFIBUS-DP通信方式。通信速度可达12Mbaud, 一个DP系统最多可以连接125个从站。并允许多主站操作。此时S7-200需扩展通信模块。变频器需要安装PROFIBUS模板。

4 结论

对变频器的PLC控制方式的选择应根据实际应用的具体要求。一方面要考虑开发成本, 另一方面也要考虑到系统的稳定性和扩展性。

参考文献

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[3]卫洁琼, 李铁鹰.PLC在备煤控制系统中的应用[J].煤矿机电, 2010 (02) .

高压变频器的安装与调试 篇6

一、工作原理及结构特点

高压变频器一般采用单元串联多电平技术, 属高-高电压源型变频器。它主要由输入变压器、功率单元和控制单元三大部分组成。另外为防止变频器故障不能运行而造成停车, 在进出线柜增加旁路功能。

1. 变压器柜。变压器柜内主要有移相变压器, 它的作用就是给变频器的功率单元提供低压电源。

2. 功率单元柜。

功率单元柜内装有单相逆变功率单元, 功率单元为基本的交-直-交单相逆变电路, 它们相互连接而构成三相高压。这些功率单元结构及电气性能完全相同, 模块化设计, 可以互换, 维修十分方便。功率单元的低压电源是由移相变压器副边绕组提供, 每个功率单元为三相输入、单相输出。功率单元的U、V输出端子相互串接而构成三相星形接法, 为高压电动机提供电源。另外, 由于移相变压器副边绕组的独立性, 使每个功率单元的主回路相对独立, 低压部分与高压部分隔离, 这样大大提高了可靠性。当检测到某一功率单元出现故障时, 控制器会发出指令使输出端子短路, 将故障的功率单元旁路退出系统, 变频器可继续运行, 避免很多场合下停机造成的损失。

3. 控制器柜。

控制器柜内装有变频器的核心部件———控制器。控制器通过光纤对功率单元进行控制和监测, 二者之间完全电气隔离, 不但安全性极高, 而且具有良好的抗电磁干扰性能。另外, 控制器电源发生故障掉电时, 控制器可使用UPS继续供电运行, 可靠性大大提高。

4. 旁路柜。

旁路柜也是变频器主回路的进出线柜, 它可在变频器出现故障不能正常运行时, 将变频器退出主回路而不造成停车, 避免不必要的损失。

二、变频器的电机控制

1. 起动方式:主要有正常起动和软起动两种方式。

正常起动:变频器从启动频率开始输出, 起动后开环运行于设定的频率或闭环运行于被控量 (如温度、压力和转速等参数) 的控制中。

软起动:变频器从启动频率开始输出, 变频起动后直接升速到电网的投切频率, 然后将输出封锁, 控制器发出工频投切指令, 将软起动后的电机从变频器拖动切至工频电网运行。

2. 运行方式:有闭环和开环两种运行方式。

闭环运行模式:在该运行模式下, 用户可以根据工艺要求设定调节被控量 (如压力、温度等控制参数) 。变频器根据被控量的实际运行值, 自动调节变频器的输出频率, 控制电机转速使被控量的实际值自动接进用户的设定值。

开环运行模式:在开环运行模式下, 变频器的运行频率由用户直接给定, 变频器变频起动至该频率后会保持运行。

旁路运行模式:在变频器发生故障不能运行时, 可通过旁路柜将变频器退出系统, 直接通过高压柜控制电机运行。

3控制方式。

本机控制:利用控制柜门上的起动、调频、停机等操作按钮实现。

现场控制:利用电机旁操作箱上的起动、停机、调频等按钮实现操作。

上位机控制:利用控制室的上位机对变频器进行控制。

三、变频器的安装接线

1. 变频器安装。

高压变频器由按制柜、单元柜、变压器柜和旁路柜四部分组成。设备总重6.7吨 (参考值) , 其中变压器重3.5吨。

变频器柜在安装之前应先调整好基础槽钢, 要求槽钢顶面水平, 全长不平度≤5 mm, 固定牢靠并做好接地, 接地母线不小于40×4扁钢。

四个盘柜按排放顺序依次进入, 盘柜就位后调整固定。每米垂直度≤5 mm, 盘顶平直度≤5 mm, 盘面平整度全长≤5 mm, 盘间接缝≤2 mm。

2. 变频器的接线。

电源电缆的连接:变频器的电源分主电源和辅助电源两种。主电源是从10 k V的高压开关柜引来, 接到旁路柜的进线母排上。辅助电源是从380 V的低压配电系统引来, 给柜内的控制器、散热风机和UPS充电等提供电源。

控制回路和压力信号的连接:由于变频器和电动机不在一起, 变频器可三地操作, 即本机、现场和控制室。变频器通过三条控制电缆分别与高压柜、现场和控制室连接。闭环控制需引入被控量, 而该项目是利用出厂主管的压力值来实现的。

四、变频器的调试

送电调试前, 应按电气设备交接试验标准 (GB50150-2006) 进行试验, 试验合格才可进行送电调试。

送电前应对所有安装内容进行仔细检查, 并确保线路的连接正确无误, 防止因接线错误导致设备损坏。

高压变频器参数设定:确保高压开关柜内的主电路的断路器是断开的, 并且绝缘接地开关是闭合的, 防止高压误投。接通辅助电源, 使控制器带电运行, 对变频器的参数进行查看设定。变频器的控制形式和运行参数有些是需要现场设定的, 也有一些参数是控制系统自动确定的。典型的参数共有四个:起动参数组、给定选择参数组、输入输出参数组和实际信号参数组。主要的起动参数组有:电机铭牌上的额定电压、电流、功率、功率因数、频率、绝缘等级、电机转速和电机的冷却方式等。对需要现场设定的参数逐一进行设定。

高压变频器空升试验:拆除变频器单元柜输出的高压电缆, 接上示波器看输出波形。断开高压柜的接地开关, 起动控制器。变频器经自检无误后, 发出高压合闸信号, 闭合高压开关, 起动高压系统, 用示波器检测输出的电压波形和输出电压。

经检测输出的电压波形和电压无误后, 拆除电机负载, 接上高压柜的高压电缆, 进行系统的空载试车。

空载试车正常后, 接上电动机的负载即水泵, 进行72小时负载试运行。

五、结束语

总之, 该高压变频器是针对高压鼠笼式感应电机而设计的, 技术比较成熟, 输出的电压波形较好, 对电网的冲击小, 轻负载下可较好地达到节能降耗的目的, 因此是改造项目的理想选择。

参考文献

[1]仲明振, 赵相宾.高压变频器应用手册[M].北京:机械工业出版社, 2009

[2]张选正, 顾红兵.中高压变频器应用技术[M].北京:电子工业出版社, 2007

高温风机的高压变频器改造 篇7

1 原风量控制系统使用情况

原风量控制系统所需要的风量由高温风机提供, 由液力偶合器调节转速, 液力偶合器在使用过程中, 不仅使电动机的出轴效率降低8%~10%之外, 使用条件也较苛刻, 需另设大面积单独的水式冷却器进行设备降温, 而且还需要电动执行器来推动勺杆调节转速, 从而带来较多的故障点及故障隐患。另外原高温风机电动机在启动时, 电流高达额定电流的5~7倍, 对开关电路冲击较大, 且当产量提高到1 700t/d时, 电流达到88A, 电动机定子温度达到120℃以上, 需要外接吹风机进行冷却, 所需辅助冷却的设备及资源投入也相应增大。

2 项目改造情况

2.1 改造所需设备配置情况

根据实际生产及变频器与负载匹配情况, 选用高温风机电动机及高压变频器情况见表1和表2, 同时针对新电动机配置了GN19-12 (C) Q/400-12.5型大容量户内高压隔离开关。

2.2 设备改造情况

改造前期, 跟踪电气备件材料的到货情况, 实施电缆敷设、现场系统设备所需专用房的设计等工作。根据变频器和电动机距离要尽量短, 以减小电缆对地电容、减轻干扰的原则, 及公司现场实际环境, 另建设备专用房, 距控制柜较近, 方便动力电缆敷设。由于高压变频器冷却方式是风冷, 空气流通量较大, 为有足够的通风冷却效果, 在变频器的散热风机加装了引风管, 引出室外通风, 保证变频器整体冷却通风要求。安装时, 将液力偶合器拆除, 变频器与电动机直连, 拆除了原水式冷却器, 高压变频启动时间可调, 更为灵活方便, 实现平滑启动。

3 电器控制改造情况

1) 电缆的敷设

原电动机高压电缆作为变频器电源线, 另敷设变频器到电动机的高压电缆。

2) 控制柜的设置

(1) 保持高压控制柜控制回路不变, 作为变频器的进线电源控制柜;

(2) 采用DVP微机保护装置实现中压断路器控制系统电源失压保护;

(3) 接入变频器控制信号, 并将中压控制柜状态信号送给变频柜。

3) DCS系统新建控制方式

(1) 取消原高温风机及液力偶合器相关信号的控制程序, 建立与变频器的通讯并重新改写程序;

(2) 对DCS系统增加变频器的控制回路, 信号有:备妥、运行、驱动、报警、频率给定、转速反馈;

(3) 对高温风机电动机电流保持不变, 采用原有信号;

(4) 风机的启动分成两步进行:先启动进线电源控制柜, 给变频器送电, 后启动变频器。

4) 现场改动

(1) 拆除液力偶合器油泵、执行器、压力信号、温度信号、转速信号等接线;

(2) 另选备用抽屉柜增加空气开关, 引出变频柜、整流变压器和旁路开关柜的电源;

(3) 启动方式是“远程”, 本机具有显示电流和转速功能;UPS电源也从本低压柜内引出, 通过端子引入高压变频柜。电动机主线路见图1。

4 节电效果

从2011年1月开始到改造完毕、试车成功, 仅用了20多个小时, 一次顺利投入使用。目前该系统运行稳定, 当熟料产量为1 700t/d时, 风机运行电流由原来的88A降到70A (约为新电动机额定电流的53.8%) , 每小时可节约电量167k Wh, 窑系统运转率一年按300d, 电费按0.62元/k Wh计算, 高温风机年可节约电费近75万元, 预计10个月即可收回成本, 不仅节约了能耗, 还大幅度提高通风量, 为产量提升创造条件。

5 变频改造总结

基于除尘风机高压变频器的应用 篇8

近年来,随着变频技术和控制技术的发展,变频器在风机上的应用也从以节能为目的,发展到以提高生产效率、提高产品产量、质量,实现生产过程自动化及环境保护为目的,成为企业提高产品市场竞争力的有效手段之一。

在炼钢厂转炉吹炼过程中,会排出大量烟尘,含有易燃气体和金属颗粒,污染环境,按我国《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996),对烟尘须冷却、净化,由引风机将其排至烟囱放散或输送到煤气回收系统中备用。每座转炉配有1套除尘系统,除尘系统采用二级文氏管烟尘净化方式,要求风机在整个炼钢工作周期内变速运行,吹氧时高速运行,不吹氧时低速运行。除尘风机在炼钢厂属主要高耗能设备,其容量一般都是根据生产中可能出现的最大负荷条件选择,但在实际运行中往往比设计要小得多。如果电机不采用变频调速控制,则流量通常只能通过调节挡板或阀门控制,其结果是造成很大的能量损耗。采用变频器将电动机直接进行调速运行,则耗能量将会显著减少,生产巨大的节能、环保效益。下面以某炼钢厂4#炉除尘风机经技术改造采用高压变频调速的原理分析。

2系统方案

2.1 设备配置

除尘风机电气系统主回路接线图如图1所示,其为一拖一控制,设置工频/变频切换柜,以保证除尘风机安全可靠运行。要求可以远程和本机控制。风机高速运行时,如果变频器出现严重故障,变频器自动停机。远程控制时,通过操作台工频/变频旋钮把电机切换到工频电网运行,当吹炼周期结束后,检修变频器。变频器检修完毕后,通过把操作台工频/变频旋钮打到变频位置,返回变频调速状态。本机控制时,通过变频器控制柜工频/变频旋钮把电机切换到工频电网运行,当吹炼周期结束后,检修变频器。变频器检修完毕后,通过把变频器工频/变频旋钮打到变频位置,返回变频调速状态。

2.2 除尘风机工艺要求

2.2.1 吹炼工艺周期

如图2所示:A到B为兑铁加废钢时间,约1 min。B到C为风机升速时间,暂定1 min,可以调节。C到D为吹氧时间,约14 min。D点风机开始减速,暂定3 min,可以调节。D到E为倒炉测温取样时间,约2 min。E到F为出钢时间,约2 min。F到G为溅渣时间,约3 min。

整个吹炼工艺周期约26 min,其中高速时间(C到D)12 min。高速定为45 Hz,可以调节;低速定为20 Hz,可以调节。

2.2.2 变频器和现场接口

在B点,将炉前、炉后和氧气流量信号送到4#炉电磁站PLC电气站,通过用户程序处理后,输出到继电器,由继电器提供一对闭合节点(继电器吸合时,变频器高速运转;继电器释放时,变频器低速运行),当在炉前操作并有氧流量时,继电器吸合,变频器开始从低速向高速升速,在C点现场操作工进行吹炼。在D点,准备出钢,炉前工转换开关转到炉后或没有吹炼的时间超过15 min,继电器释放,变频器开始降速,降速时间不作具体要求,但在减速过程中如果需要提速,变频器应能满足提速要求。炉前、炉后和氧气流量信号组合图PLC程序如下图3所示。

程序控制说明:炉前操作吹炼时,接点M20.1和M2.0通,将置位复位触发器RS置位,此时Q20.2有输出,同时由Q20.2输出驱动中间继电器,从而由继电器接点送给高压变频器高低速信号(继电器通为高速,断为低速);当炉前工转换开关转到炉后或没有吹炼的时间超过15 min时,T44或T45或M20.2通,置位复位触发器RS复位,Q20.2没有输出,继电器释放,变频器降速。

3高压变频器调速系统

3.1 监控和操作

当除尘风机不吹炼时,只需要很低的转速,根本不需要满负荷运转。利用高压变频器根据实际需要对除尘风机进行变频运行,既保证和改善了工艺,又达到节能降耗的目的和效果。

采用高压变频调速系统对除尘风机进行高压变频改造具体实现过程如下:变频器操作可以在本机控制,也可以远程操作。变频器包括1台内置的PLC,用于柜体内开关信号的逻辑处理,以及与现场各种操作信号和状态信号(如RS 485)的协调,并且可以根据用户的需要扩展控制开关量,增强系统的灵活性。变频器也可由控制室的上位机或操作台进行操作,吹炼时(B到D),变频器高速运行,不吹炼时,变频器低速运行。可以根据工况需要自由设定,其完全可以满足工艺要求。变频调速风机控制系统如图4所示。

现场操作人员可以通过上位机或操作台对变频器进行远程操作并监控变频器运行状态。

上位机:可以通过上位机进行远程监控,一方面便于用户随时了解设备运行情况;另一方面,也利于设备的远程诊断和维护,故障问题可以及时得到解决。

操作台:可以通过操作台对变频器进行简单的远程操作,包括工频/变频切换。

3.2 高压变频调速系统原理

HARSVERT高压变频调速系统采用直接“高-高”变换形式,为单元串联多电平拓扑结构,主体结构由多组功率模块串并联而成,从而由各组低压叠加而产生需要的高压输出;它对电网谐波污染小,输入电流谐波畸变小于4%,直接满足IEEE519-1992的谐波抑制标准,输入功率因数高,不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置;输出波形质量好,不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题,不必加输出滤波器,就可以使用普通的异步电机,630 kW/6 kV变频系统共有21个功率单元,每7个功率单元串连构成一相。其系统结构图如图5所示。

其系统工作原理如下:

3.2.1 功率单元

每个功率单元分别由输入变压器的一组副边供电,功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘,二次绕组采用延边三角形接法,实现多重化,以达到降低输入谐波电流的目的。

单元旁路功能:当某个功率模块发生故障时自动旁路运行,变频装置不停机,但需降额使用,即在每个功率单元输出端之间并联旁路电路,当功率单元故障时,封锁对应功率单元IGBT的触发信号,然后让旁路SCR导通,保证电机电流能通过,仍形成通路。

为保证三相输出电压对称,在旁路故障功率单元的同时,另外两相对应的两个功率单元也同时旁路。对于6 kV的变频器每相由7个功率单元串联而成,当每相1个单元被旁路后,每相剩下6个功率单元,输出最高电压为额定电压的85%,输出电流仍可达到100%,输出功率仍可达到85%左右,对于风机、水泵负载转速仍可达92%以上,基本能维持生产要求,大大提高了系统运行的可靠性。

3.2.2 变压器柜

主要包括为功率单元供电的移相变压器,还有输入侧的电压、电流检测器件电压互感器和电流互感器,以及温度检测器件温控器。

3.2.3 功率柜

柜内主要对功率单元进行组合,通过每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电,通过对每个单元的PWM波形进行重组,得到非常好的PWM波形,dv/dt小,可减少对电缆和电机的绝缘损坏,无需输出滤波器,输出电缆长度长,电机不需要降额使用,可直接用于旧设备的改造;同时,电机的谐波损耗大大减少,消除了由此引起的机械振动,减小了轴承和叶轮的机械应力。柜内还附带输出电流和电压检测功能。

3.2.4 风机

变压器柜配置6台冷却风机,由温控仪控制其起停,当变压器负荷增大,运行温度上升,当绕组温度达80 ℃时,系统自动启动风机冷却;当绕组温度低至70 ℃时,系统自动停止风机。

当变压器绕组温度继续升高,若达到110 ℃时,系统输出超温报警信号;若温度继续上升达130 ℃,变压器迅速跳闸。柜体上还设置了温度显示系统。

功率柜根据功率大小配置2台具有世界领先技术,德国进口EBM-后向离心式冷却风机(裕量大,单台容量占总排量的50%);如需将热量直接排至室外,可增设风道。

3.2.5 控制柜

控制器核心由高速单片机和工控PC协同运算实现,精心设计的算法可以保证电机达到最优的运行性能。工控PC提供友好的全中文Windows监控和操作界面,同时可以实现远程监控和网络化控制。

控制器还包括一台内置的PLC,用于柜体内开关信号的逻辑处理,以及与现场各种操作信号和状态信号的协调,增强了系统的灵活性。

4节能分析

这里以4# 除尘风机高压变频器改造前后,两年同期相比,以吨钢电耗来分析节能数据(单位:度/吨钢)。具体数据如表1所示。

从上表统计数据看,2006年1月～5月与2007年1月～5月相比较,吨钢电耗有较大幅度下降,下降达:22.76%,其中很大一块的节电是由高压变频器完成的。

从表2数据统计看,2006年1月～5月同2007年1月～5月相比,4#除尘风机共节约用电105.5万度,平均每月节约用电21.1万度,年节电量可估算为:21.1×12=253.2万度。以电价0.51元/度计算,4#除尘风机年节电总额为:253.2×0.51=129(万元)

5结语

从以上分析及运行情况来看,在除尘风机采用高压变频器调速后,由变频器直接控制电机,通过调速驱动除尘风机,提高传动效率。电机的电压、电流明显下降,电机输入功率明显减少。运行工况点明显改善,风门可以全部打开,完全由转速调节流量,对生产操作极为方便、控制精度高、响应速度快、而且高压变频器调速时间可以任意设定,避免了全负荷启动时的大电流冲击,使整个系统工作平稳并有利于除尘风机的维护保养,延长使用寿命。节电率在20%～70%之间,具有巨大的节能效益。

摘要：介绍高压变频器在除尘风机中的应用。阐述变频调速节能原理和节能效果。通过改造,实现除尘风机的高效运行,达到节能降耗的目的。高压变频调速系统采用直接“高-高”变换形式,变频器包括1台内置的PLC,用于柜体内开关信号的逻辑处理,以及与现场各种操作信号和状态信号的协调,根据需要扩展控制开关量,增强了系统的灵活性。由变频器直接控制电机,可以任意设定时间来调速驱动除尘风机,风门可以全部打开,完全由转速调节流量,提高了传动效率。电机的电压、电流明显下降,电机输入功率明显减少,其使整个系统避免了全负荷启动时的大电流冲击,节电率在20%70%之间。

关键词：除尘风机,变频器,输入功率,PLC

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超大功率高压变频器的应用研究 篇9

0 前言

根据所需风量及其要求, 新元公司韩庄主扇选用航空工业沈阳发动机研究所风机厂AGF606-3.8-2.0-2型轴流矿用通风机两台 (配备电动机功率6000kW, 电压10kV) , 一台工作, 一台备用。由于矿井前后期负压变化很大以及为了满足不同运行工况的要求, 风机动叶角度可进行停机联动调节。高压变频调速装置选用了两套荣信公司生产的RHVC-A10/7500-F型大容量高压变频器, 分别拖动两台风机。高压变频器采用功率单元串联多电平技术, 谐波成分小, 功率因数高。

1 通风设备技术特征

通风机型号:AGF606-3.8-2.0-2动叶外径:3800mm

轮毂直径:2000mm;叶轮级数:2;

电动机型号:YKS1000-8;额定功率:6000kW;额定电压:10000V;

额定电流:413A;转速:746r/min;

反风方式:停机后, 直接反转实现反风。

2 变频调速装置主要参数及特点

2.1 主要技术参数

变频器型号:RHVC-A10/7500-F适配电动机:10kV/6000kW变压器:7500kVA。

技术方案:交-直-交、高-高方式谐波:电压≤4%;电流≤4%。

2.2 变频控制方案

1) 变频装置类型选用交-直-交多电平高-高方式;

2) 具有良好的频率调节性能, 能根据负荷的变化及时有效地实现频率调节。

3) 采用多脉波整流, 整流脉波不低于48脉波以消除变频调速系统产生的频率低于30Hz的谐波, 对电网谐波的影响减至最小, 对本体控制系统就地控制柜无谐波影响。

4) 变频装置设以下保护:过电压、过电流、欠电压、缺相保护、短路保护、超频保护、失速保护、变频器过载、电动机过载保护、半导体器件的过热保护、瞬时停电保护等, 并能选择性的联跳输入侧10kV开关, 同时进行故障报警并将故障信号发送到风机控制系统, 由风机控制系统启动备用风机运行。

5) 变频装置带故障自诊断功能, 能对所发生的故障类型及故障位置提供中文指示, 能在就地显示并远方报警, 便于运行人员和检修人员能辨别和解决所出现的问题。

2.3 变频控制性能特点

1) 通过变频装置调节风机转速, 是使扇叶角度调节在高效率区工作, 然后通过变频装置改变风机转速来调节风机为所需风量, 即调节工况点 (风量、风压) , 使风机在最佳工况点、最高效率区运行, 节能效果显著。

2) 变频装置在调速节能的同时, 也兼有主通风机软启动功能。主通风机功率很大, 直接启动电流非常大, 对电网的冲击严重, 对风机扇叶、轴和电动机的绝缘等造成威胁。有了变频装置的软起功能, 风机的启动冲击和影响不复存在, 将大大延长电动机、风机及扇叶轴等的寿命, 降低维护和维修费用。

3) 变频器的使用将大大提高系统的可控性。通过PLC控制器和上位机实现自动控制, 系统监控范围包括:高低压配电、风门开关过程、变频器输出频率、电动机各种保护、风机风量、压力、震动等方面, 可完全实现闭环自动控制。

3 高压变频调速装置系统原理

3.1 变频系统主接线原理图 (图1)

1) 变频运行:QF1与QF2闭合、QF3断开, 1号变频器拖动1号主扇变频运行;或QF4与QF5闭合、QF6断开, 2号变频器拖动2号主扇变频运行。

2) 工频运行:QF1与QF2断开、QF3闭合, 1号主扇工频运行;或QF4与QF5断开、QF6闭合, 2号主扇工频运行。

3) 闭锁:当QS3闭合时, 风机系统同一时刻只能有一台电动机在变频下运行, 当QS3断开后, 系统同一时刻只能有一台电动机可工频旁路运行。

4) 变频切换至工频:当风机在高效率区工作或接近满负荷时 (即节电效果不明显时) , 主扇在变频拖动下完成启动后, 变频器停机, 变频器输出柜开关断开, 在风机还处于高速运转状态下, 快速自动投入本机工频旁路拖动主扇运行。

3.2 变频器拓扑结构[1]

变频单元串联多电平技术的高压变频输入侧的整流变压器是采用绝缘等级为H级的干式变压器, 原边绕组连接到电网的10kV高压输入端, 副边有24个二次绕组, 采用延边三角形设计, 在高压变频器每相分为8个不同的相位组, 互差一定的电角度, 经整流形成48脉波的二极管整流电路结构。

每个变频功率单元交流电源电压为720V, 则8个串联叠加后相电压就变为10kV。同样的把相同的3组以相差120°组成3组星型连接时, 就构成三相交流高压且线间电压为10kV。因此, 每个交流电源如果是由单相输出720V的变频器产生, 便可以得到额定为10kV的可变电压可变频率的高压电源也就是10kV高压变频装置。通过高压变频控制机控制每个变频功率单元的单相输出电压幅值和频率来控制施加在电动机上的正弦波高压幅值和频率, 从而按要求控制电动机速度。

3.3 变频功率单元[1]

功率单元串联多电平高压变频器的一个功率单元原理如下:

它是基本拓扑为交-直-交三相不可控整流/单相逆变的变频器, 即此变频器是三相720V交流输入, 单相720V交流输出。整流侧为二极管不可控整流, 将输入的三相交流整流并经电容滤波成直流;逆变侧为IGBT模块的H桥单相逆变, 通过对IGBT逆变桥进行正弦调制的PWM控制, 可将直流逆变得到正弦PWM单相0～720V交流输出。

4 变频节能分析

4.1 理论基础

轴流风机因为扇叶角度可以调整能够取得一定的节能效果。但因为具体通风系统的工况点在不同时期是变化的, 一台主通风机没有办法兼顾各个时期的工况, 因此在某些时期风机是工作在低效率区的, 所以仅是依靠调节扇叶角度调整工况点仍然比较耗能。

风机属于平方转矩负载, 风机的风量Q与转速n成正比, 而风机的功率P与转速n的立方成正比。

风机风量Q=k1n

风机风压H=k2n2

风机功率P=k3n3

采用变频装置以后, 通过变频降低风机转速为主, 配合扇叶角度调整为辅, 将风机的各个时期的工况点调整到比较高的效率区, 风机电能消耗将大幅度降低。

4.2 节能核算[1]

经核算, 正常通风时期需要通风机风量为600m3/s (已含漏风系数及风量富裕系数) , 风压为:容易期2558Pa, 困难期5460Pa。以下对节电效果最不明显的困难期 (风量为600m3/s, 5460Pa) 为例进行节能核算:

a) 不上变频仅调整扇叶角的能耗核算

不上变频时, 风机速度不变化一直工作在额定转速740r/min。此时的风机特性曲线如图2所示。依据困难期的“风量600m3/s, 风压5460Pa, 阻力系数R2=0.015167”和通风管网特性曲线方程H=R2×QP2P, 核算出此阶段的矿井管网阻力特性曲线如图2曲线Ⅱ。此时只能将扇叶角度调整到0°的角度, 0°风机特性曲线与通风管网特性曲线的交汇点为实际工况点, 则实际工况点为 (风量为615m3/s, 5737Pa) , 在风机的0.88效率区.根据通风机性能曲线通风机工况点参数, 计算电机实时功率。

风机轴功率

考虑电动机的效率0.967, 则实际耗电为:4009kW/0.967=4146kW

(n=740r/min)

b) 变频调速系统能耗核算

当扇叶在0°的角度时工况点交到 (风量为615m3/s, 5737Pa) , 而此时仅需风量600m3/s, 风机风量Q=K1n, 所以风机转速应同比降低, 故通过变频装置控制风机速度降低为:

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则:n1=722r/min, 风机速度调整到722r/min, 则此时风机轴功率:

P= (n2/n1) 3×P1

= (n2/n1) 3× (Q×H) / (1000η)

= (722/740) 3× (615×5737) / (1000×0.88)

=0.929×4009

=3724kW

考虑变频装置的效率0.97, 电动机的效率0.967实际耗电为

3634kW/ (0.97×0.967) =3970kW

c) 年节电费

全年的节电为 (4146-3970) kW×8760h=858480kWh=154万度, 按0.46元/度核算, 每年节约电费约71万元。

5 应用效果

1) 节电效果显著。一方面, 采用变频调速装置使风机不再处于 (一定风叶角度下) 满负荷工作状态, 电动机实时功率明显降低, 风机运行在高效区, 从而节约了大量电能;另一方面, 利用调节频率来调节风机转速, 按需调节风量, 大大减少了为了调节风机工况而进行调节风叶角度的停机启动次数 (6000kW通风机每次起机电费在25万元以上) 。

2) 维护量减少。采用变频调速装置启动平稳, 低速运行, 风机的振动、噪声和温度明显降低, 相应地延长了风机组件和零部件的寿命。延长了检修周期, 减少了检修工作量, 节约大量维护费用。

3) 避免了对电网的冲击。风机采用变频调速装置软启动, 降低了启动扭矩和启动电流, 对电网无冲击。

4) 风机自动化程度提高, 可操作性增加, 改善了工人的工作条件。风机在正常运行时噪声明显降低, 改善了值班人员的工作环境。

6 结语

煤矿主通风机采用变频调速装置, 不但实现了软启动, 降低了启动扭矩和启动电流。而且可根据巷道的风量需求方便地进行调速, 提高了主通风机的控制水平, 降低了电能消耗, 应用效果十分理想。

摘要：为了实现节能降耗, 新元公司对韩庄主通风机启动和运行方式进行技术改进。通过对改进前后主通风机运行情况的对比分析, 表明改进后电能大幅度降低、主通风机的控制水平也得到提高。

关键词：超大功率高压变频器,节能分析,应用效果

参考文献