水泵变频调速系统——自控课程设计

《自动控制》课程设计

课题：水泵变频调速系统

班 级：电气1101

学 号：0401110130

姓 名：程思儒

指导教师：杨科科

河南工业职业技术学院

2013年10月30日

I 目录

第一章 引言 .................................................................................................................................................. 1

1.1 研究背景 ........................................................................................................................................ 1

1.1.1 变频技术的国内外发展与现状 ........................................................................................ 1

1.2 本设计研究的主要内容 ................................................................................................................ 1

第二章 水泵变频调速控制系统总体设计方案 .......................................................................................... 3

2.1变频调速控制系统的理论基础 ..................................................................................................... 3

2.1.1三相异步电动机的调速原理 ............................................................................................. 3

2.1.2软启动器及其使用 ............................................................................................................. 4

2.2水泵变频调速控制系统的分析说明 .............................................................................................. 6

2.2.1水泵变频调速恒压供水系统构成 ..................................................................................... 6

2.2.2中水系统的主电路接线图 ................................................................................................. 7

第三章 系统硬件的设计 .............................................................................................................................. 8

3.1软启动器的选择 ..................................................................................................................................... 9

第四章 参数复位 ........................................................................................................................................ 10

总结 .............................................................................................................................................................. 10

参考文献 .......................................................................................................................................................11

附录A .......................................................................................................................................................... 12

1 第一章 引言

1.1 研究背景

1.1.1 变频技术的国内外发展与现状

近年来电力电子器件的材料开发和制造工艺水平不断提高，尤其是高压大容量绝缘栅双极型晶体管IGBT、集成门极换向晶闸管IGCT器件的成功开发，与此同时伴随着微型计算机控制技术及电机拖动控制系统理论的发展，使大功率变频技术得以迅速发展，性能日臻完善。如今我国每年大约60%的发电量是由电动机消耗掉的，因此如何利用电机调速技术进行电机运行方式的改造以节约电能，受到了国家和业界人士的重视。在80年代末90年代初以及中期，我国变频技术主要依赖于国外产品进口。国外变频技术发展从20世纪80年代后半期开始，尤其以欧洲、美国、日本发展较早，基于VVVF技术的变频器技术产业也愈来愈成熟。而在我国这十几年的变频技术发展期间，我们走的是集成化的道路，从先学习国外的先进技术到自主的创新研发。我国自主研发变频器的生产地区主要集中于南方地区，且主要集中为低压变频器，但多数国外跨国企业在我国变频技术占有主导地位，不仅是低压变频方面，还包括了高压变频方面。

1.2 本设计研究的主要内容

本设计是以电厂综合水泵房的中水提升泵及工业补给水泵两套系统为控制对象，采用变频技术，设计一套某电厂综合水泵房的恒压供水系统，现拟对其进行变频调速改造。其中3台中水提升泵配备一台变频器，采用一面变频柜；2台工业补给水泵配备一台变频器，采用一面变频柜；在综合水泵房安装一套双电源切换装置，为两套变频调速系统供电。

中水提升泵变频调速系统可由现场集控系统进行协调控制，根据运行工况按设定程序，实现对中水提升泵电动机转速控制。

表1.1 电动机的参数表

电动机型号

Y315S-6 额定电压

380V

额定功率

75KW 台数

3

额定电流

140A 绝缘等级

F

工业补给水泵变频调速系统可由现场集控系统进行协调控制，根据运行工况按设定程序，实现对工业补给水泵电动机转速控制。

2

表1.2 电动机的参数表

电动机型号

Y2-200L2-2 额定电压

380V

额定功率

37KW 台数

2

额定电流

68A 绝缘等级

F

另外一台工业补给水泵不参与变频调速，只工频运行。

表1.3 电动机的参数表

电动机型号

Y2-280S-4 额定电压

380V

额定功率

75KW 台数

1

额定电流

140A 绝缘等级

F

具体要求如下：

1、控制方式：

中水提升泵采用一控三的方式，工业补给水泵采用一控二的方式。具体如下：以母管压力为自动控制依据，根据运行情况，设定母管压力实现恒压供水。在用水高峰期，变频器以较高频率运行，保证正常的用水压力。当不用水时，变频器运行在0Hz,水泵电机停车。当下次用水时，随着用水量的增加，管网压力降低，变频器开始由低频启动，直到运行在满足用水压力要求的相应频率下。

另外两台水泵作为工频备用泵，当变频水泵达到额定频率且人不满足系统用水要求时，自动启动1台工频备用泵。如启动后系统压力大于母管压力时，不立即切除工频备用泵，而是首先由变频调节系统母管压力，以避免切除备用泵后系统母管压力急剧下降造成备用泵频繁启动。当变频泵调整为某一合适的频率时，切除备用泵，改为变频调节。当启动1台工频备用泵仍不满足系统用水要求是在启动另外一台工频备用泵，以满足系统用水要求。

为了保证水系的安全用水，系统应设计变频器故障旁路功能。即在变频器检修或故障情况下系统具有工频供水功能，使供水系统更加安全，更加可靠。

系统采用的变频器，可实现PID控制，能无冲击的再启动瞬停后正在旋转的电动机。

2、变频柜功能

变频柜控制方式分为：手动操作、自动运行两种。具体功能描述如下：

操作方式选择功能

系统的操作方式由设置在变频控制柜上的转换开关选择。

3

第二章 水泵变频调速控制系统总体设计方案

2.1变频调速控制系统的理论基础

2.1.1三相异步电动机的调速原理

水泵电机多采用三相异步电动机，而其转速公式为：

60(1)fnsp (2.1)

式中：f表示电源频率，p表示电动机极对数，s表示转差率。

从上式可知，三相异步电动机的调速方法有：

(l) 改变转差率

(2) 改变电机极对数

(3) 改变频率

改变转差率调速，异步电动机运行时，从定子传给转子的电磁功率一部分转化为有效功率被负载消耗掉，另一部分就是转差功率。而转差功率等于转差率与电磁功率的乘积。又因为电磁功率等于转矩乘以角速度，所以若负载不变则电磁功率等于常数。那么负载不变时转差功率正比于转差率，改变转差功率就可以改变转差率，从而改变电机的转速。有两种改变转差功率的办法，一是把全部的转差功率转化成热能消耗掉，但这种调速在转速越低时效率也越低，如降低定子电压、绕线转子异步电动机转子串电阻、电磁转差离合器的调速都属于该方式；二是除小部分能量消耗在转子电阻上外，其余大部分反馈给电网或被充分利用。绕线转子异步电动机一般采用串级调速的方式，其最大优点是它可以回收转差功率，节能效果好，且调速性能也好，但由于线路过于复杂，增加了中间环节的电能损耗，且成本高而影响它的推广价值。

改变电机极对数调速的调控方式控制简单，投资省，节能效果显著，效率高，但需要专门的变极电机，是有级调速，而且级差比较大，即变速时转速变化较大，转矩也变化大，因此只适用于特定转速的生产机器。