水泥厂生产设备的变频调速控制的节能降耗改造方案

第一篇：水泥厂生产设备的变频调速控制的节能降耗改造方案

水泥厂生产设备的变频调速控制的节能降耗改造方案

【中国水泥网】 作者: 单位: 【2008-04-16】

摘要：通过了解水泥制造工艺，及对一些水泥厂生产设备的实际考察，大部分水泥厂的一些设备尤其是一些大功率设备在生产过程中绝大部分时间都是不满负荷,设备运行的自动化程度相当低,几乎完全靠人工调节,如机立窑供风系统、成球预加水系统、生料均化给料系统、水泥选粉系统、机立窑卸料系统等。普传公司和该有限公司的工程技术人员通过对以上系统的长期跟踪研究，并结合改造几十条水泥生产线的实践经验，开发出比较成熟的水泥厂五大生产系统变频调速控制的改造方案，此方案投资少，安装、调试及控制方便，运行可靠，节电效果明显，并提高了生产过程的自动化程度和加工工艺精度，受到水泥制造行业的欢迎。

该公司共有三条水泥生产线，我们首先从2002年四月份开始对一台132kW选粉风机进行变频改造，经过一段时间的测试证明节能效果特别明显，所以从去年下半年年开始，陆续对立窑上的送风机（245kW一台，215kW两台）、选粉机、选粉风机及盘塔送料等电机进行了变频改造，至今已投资约130万元，改造了从1.5KW到250KW大小共130台电机。改造后的实际测试情况证明在几个月的时间里靠节约的电费就收回整体投资，在以后的生产经营中也能够以较低的生产成本在市场的竞争中处于更有力的位置。下面就该公司公司的改造情况来分析上述各系统变频改造方案的实际效果。

一、机立窑供风系统系统变频改造装置

该公司像其它的老水泥企业一样，机立窑供风系统是通过调节挡风板的开启角度的落后的机械调节方法来满足烧结时不同的用风量，这种操作方式的缺点是明显的：

1、电能浪费严重；

2、调节精度差；

3、启动电流对电网冲击大；

4、电机及风机的转速高，负荷强度重；

5、起动时机械冲击大,设备使用寿命低;

6、噪声大，粉尘污染严重等。改造后的变频供风系统是在保留原供风系统的基础上增加一套变频回路与原回路并联，形成双回路可转换控制系统，并将变频器的调速装置安装在窑上，通过调节电机（风机）的转速来调节烧结时的用风量。其特点：

1、节电效果好（由于电机消耗的功率跟电机转速的三次方成正比，改造后电机大部分时间运行在35-40Hz左右既可满足用风量，节电率大于百分之二十）；

2、具有软起功能，降低负荷强度，延长设备使用寿命，启动电流小，相当于增加电网容量；

3、调节风量精度准确、方便；

4、无需旁通放风，减少水泥粉尘污染等。

二、成球供水系统

生料成球工序是影响水泥熟料烧结质量的关键工序之一，其中水、料比例直接影响成球好坏。应用变频器后能通过跟踪生料供给量对成球预加水泵的转速进行无级调速，从而实现全自动化的闭环控制，料水配合稳定，成球效果良好，大大提高水泥烧结质量。此系统改造主要为提高自动化程度和制造工艺水平考虑，由于功率较小省电效果还在其次。

三、生料均化给料系统

此系统用变频改造后，将所有送料口处的送料电机用变频器进行同步无机调速，等比例送料，提高均化效果，此点也是从制造工艺角度考虑。

四、水泥选粉系统

水泥选粉系统的工作原理是根据所生产的水泥的标号的不同，调节选粉机和选粉风机的转速，从而选出不同细度的水泥制品。

老式选粉机要调整风机轴上的扇叶的数量和角度，经过对比试验达到所要求的选粉细度；新式选粉系统分选粉机和选粉风机两部分，选粉机由滑差电机调速，选粉风机靠调节挡风板角度调节用风量。这两种系统都存在操作工艺复杂、调节精度差、浪费电能严重的缺点，特别是滑差点机不但费电，由于水泥制造环境粉尘严重，因此滑差头骨胀率特别高，维修困难。变频改造后，不管是老式系统还是新式系统，只要将电机调节到一个特定的转速就能选出所需要的细度的颗粒，在节约电能的同时还做到了连续化、自动化生产，既提高了劳动效率，又降低了劳动强度，综合效益明显。

五、立窑卸料系统

为使水泥烧结过程中加料、供风、卸料三平衡，立窑普遍采用滑差电机（电磁调速电机）做为盘塔式卸料装置的动力，该电机不但防护等级满足不了水泥生产现场环境的需要，而且在相同输出转速的条件下消耗的功率也比系列电机高出百分之二十左右，在降低转速时相差更多，因此采用变频调速系统代替滑差调速后，解决以上所诉的缺点，且调速性能远远高于滑差调速电机，在节电的同时维修费用也大大降低，在各行业得到普遍应用。

应用变频器对可以调速的电机进行控制，在节约大量电能的同时，还具有软起功能，同时降低了电机的起动电流和运行电流，降低整个电力系统和机械系统启动和工作时的负荷强度，延长了机械部件的使用寿命。另外对滑差电机的变频改造提高了电机的防护等级，减少了因环境恶劣而造成的电机故障率。

六、意外收获

由于变频器工作和启动时电流的下降，为其他设备的启动提供了必要的保证，无形中增加了工厂的电力容量，这对电网电压不稳和电力容量偏小的场合尤为有利。象天马水泥有限公司这样整体改造后,可省下200KVA的变压器容量,新上设备时变电所可暂不增容,可节省大量投资。

当然，经过变频改造后还应加强生产工艺方面的管理，再生产允许的条件下合理的调节电机的转速，以达到理想的节能结果。这有待于在以后的工作中加以不断的完善。

七、结论

该公司水泥成功的经验充分说明了水泥行业变频改造的非凡潜力，该公司之所以能在不到一年的时间内投入这么大的资金进行改造，一方面是因为公司具有很强的经济实力及公司领导层具有非凡的远见卓识，另一方面也充分说明投资这项改造公司可以得到丰厚的利益回报，并且整体提高了公司在生产工艺方面的自动化程度。

第二篇：交流变频调速技术在天车的改造

（一）前言

1、交流电动机传统调速控制技术介绍

随着我国工业生产的快速发展，对起重机调速性能要求在不断提高，由于起重机使用的电动机都是三相异步绕线式电动机，调速的方法比较单一，对起重机使用的绕线式电动机传统的调速方法有以下几种：

定子调压调速——控制加于电动机定子绕组的电压：

当改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机械特性曲线，从而获得不同转速。由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很多，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用。为了扩大调速范围，调压调速应采用转子电阻值较大的绕线式电动机，或者在绕线式电动机上串联频敏电阻。在电子的调压调速技术诞生之前，这两种方法是在定子调压中主要使用的方法。

绕线式异步电动机转子串入附加电阻调速：

绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。串入的电阻越大，电动机的转速越低。此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。属有级调速，机械特性较软。这种方法是使用最为广泛的一种调速方法，目前还有很多起重机在使用这种方法。

绕线转子异步电动机转子串电阻调速，缺点是绕线转子异步电动机有集电环和电刷，要求定期维护，由集电环和电刷引起的故障较为常见，再加上大量继电器、接触器的使用，致使现场维护量较大，调速系统的故障率较高，而且调速系统的综合技术指标较差，对机械的冲击很大，已不能满足工业生产的特殊要求，特别是象我厂这样的冶金企业。

2、交流变频调速技术的发展及优势

随着电力电子技术、微电子技术和控制理论的发展，电力半导体器件和微处理器的性能不断的提高，交流变频驱动技术也得到了飞速的发展，应用越来越广泛，作为交流调速系统中重要部分的变频器技术也取得了显著的发展，并逐渐进入了实用阶段。目前，变频器不但在传统的电力拖动系统中得到了广泛的应用，而且几乎扩展到了工业生产的所有领域，并且在许多的家电产品中也得到了广泛的应用，例如像变频空调、变频微波炉、变频电冰箱等。

通过改变交流电频率的方式实现交流电控制的技术就叫变频技术。而变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通

过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。

利用变频器控制对交流电动机进行控制相对传统控制有许多的优点：如节能；容易实现对现有电动机的调速控制；可以实现大范围内的高效连续调速控制；容易实现电动机的正反转切换；可以高频度的起停运转；可以进行电气制动；可以对电动机进行高速驱动；可以适应比较恶劣的工作环境；用一台变频器对多台电动机进行调速控制；变频器的电源功率因数大，所需电源容量小，可以组成高性能的控制系统等。

在采用了变频器的交流拖动系统中，异步电动机的调速控制是通过改变变频器的输出频率实现的。因此，在进行调速控制时，可以通过控制变频器的输出频率使电动机工作在转差率较小的范围内，使电动机获得较宽的调速范围，并可达到提高运行效率的目的。

变频器驱动系统是通过改变变频器的输出频率来达到调速目的的，当变频器把输出频率将至电动机的实际工作频率以下时，负载的机械能将被转换成电能，并回馈到变频器，而变频器则可以利用自己的制动回路将这部分能量以热能消耗或回馈给电网，并形成电气制动。与传统的机械制动相比，电气制动可靠性好、维护简单、对机械系统有较好的保护。但是应该注意到一点，由于在静止状态下，电气制动并不能使电动机产生保持转矩，所以在某些场合还必须与机械制动器配合同时使用。

在使用电网电源对异步电动机进行起动是，电动机的起动电流会很大，通常为额定电流的3～5倍，而采用变频器对异步电动机进行起动时，由于可以将输出频率将至一个很低的值起动，电动机的起动电流很小，对电机会起到较好的保护。

可以看出随着交流变频调速技术在工业界的广泛应用，为交流异步电动机驱动的桥式起重机大范围、高质量地调速提供了全新的方案。它具有高性能的调速指标，可以使用结构简单、工作可靠、维护方便的鼠笼异步电动机，并且高效、节能，其外围控制线路简单，维护工作量小，保护监测功能完善，运行可靠性较传统的交流调速系统有较大的提高。所以，采用交流变频调速是桥式起重机交流调速技术发展的主流。

（二）起重机的简介 1、80/20T起重机的结构与特点

80/20T桥式起重机是炼钢厂经常使用的一种适用于液体金属的起重机，起升高度可达24m，主起升最大起吊重量为80T，副起升的最大起吊重量为20T。该车采用“四主梁结构”，一般由起升机构、小车走行机构、大车走行机构组成。小车部分分为主小车

部分和副小车部分。主小车部分包括：主起升运行系统和主小车运行系统；副小车部分包括：副起升运行系统和副小车运行系统。起重机大车运行机构的驱动方式采用四机构驱动，即大车两侧各有两台电动机和减速机，分布在大车的四个角，每个主动车轮各用一台电动机驱动，使用变频器控制时就要采用一拖二的控制方式，整车共需两台变频器，桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一”驱动方式。本车的电动运行机构由五个基本独立的拖动系统组成。①大车拖动系统：拖动整台起重机顺着车间做“横向”运动（以操作者的坐向为准）。②主小车拖动系统：拖动吊钩及重物顺着桥架做“纵向”运动。③副小车拖动系统：拖动吊钩及重物顺着桥架做“纵向”运动。④主吊钩拖动系统：拖动重物作吊起或放下的上下运动。重物在空中具有位能，是位能负载。其特点是：重物上升，电机克服各种阻力（包括重物重力，磨擦阻力等）做功，属于阻力负载；重物下降时，当重物重力大于阻力时，电机是能量的接受者，此时负载属于动力负载，但当重物重力小于阻力时，重物下降还要靠电机的拖动，此时负载仍是阻力负载。⑤副吊钩拖动系统：同主起升部分是一样的，只是吊运的重量不同。

相对于提升机构控制，桥式起重机在大车拖动以及小车拖动方面对于变频器的控制要求比较低，所以本文重点介绍安川系列变频器在提升（主起升系统）机构控制上的应用并且对平移（大车系统）机构的设计进行了介绍。提升机构的运转具有大惯性，四象限运行的特点，与其他传动机械相比，对变频器有着更为苛刻的安全和性能上的要求。2、80/20T运行特征

(1)桥式起重机应具有大的启动转矩，通常超过150%的额定转矩，若考虑超载实验等因素，至少应在起动加速过程中提供200%的额定转矩；

(2)由于机械制动器的存在，为使变频器输出转矩与机械制动器的制动转矩平滑切换，不产生溜钩现象，必须充分研讨变频器启动信号与机械制动器动作信号的控制时序；

(3)当起升机构向下运行或平移机构急减速时，电动机将处于再生发电状态，其能量要向直流电源侧回馈，必须根据不同的现场情况研讨如何处理这部分再生能量；

(4)起升机构在抓吊重物离开或接触地面瞬间负载变化剧烈，变频器应能对这种冲击性负载进行平滑控制。

（三）起升机构组成

1、起升机构电动机

电动机型号：YTSP 355M-10 110KW 转速:600r/min；定子电流：215A

调速频率范围：0～50HZ 为了满足80T变频调速桥式起重机的安全稳定的运行，选择电动机应满足的要求:具有高启动转矩、低速满转矩、高绝缘等级、宽调速范围、高效率和高可靠性等。起升、大车和小车运行机构的驱动电动机均选用变频调速三相异步电动机，经过载荷换算和机械效率计算各运行机构驱动电动机的数据如下: 电机容量的选择 P≧GV/6120η

该起重机的起升速度是每分钟10米，机械效率是0.7 电机容量＝（8000KG×10m）/（6120×0.7）

＝186KW 考虑到电机的自身损耗和其他损耗，以及对变频器选择方面的考虑，我们选取两台功率为110KW的电动机作为主起升机构的驱动电机。

2、起升机构变频器

为了能满足行车式起重机运行特点，即具有高启动转矩、低速满转矩、快速的转矩上升时间和抱闸顺序控制等功能的高性能工程型变频器，变频调速系统由主令控制器或电位器作为输入给定，通过变频调频电控设备、限位开关、制动器等配合使用，来控制起重机的起升机构等交流变频异步电动机起、制动、可逆运转与调速。我们选用的是安川CIMR-G7电流矢量控制变频器。下面就变频器容量的选择做以下介绍：

变频器的容量必须大于负载所需求的输出，即: P0=K×PM/η×cosφ

式中:K—过载系数1.33；

PM—负载要求的电动机轴输出功率，kW； η—电动机效率 0.85； cosφ—电动机的功率因数 0.9。

起升机构要求的起动转矩为1.3～1.6倍的额定转矩，考虑到需有125%的超载要求，其最大转矩需有1.6～2倍的额定转矩，以确保其安全使用。对于拖动等额功率电动机的变频器来说，可提供长达60s、150%额定转矩的过载能力，因此过载系数k=2/1.5=1.33。

经过计算，我们得出每台变频器的容量为175KW，故，选择的变频器为安川CIMR-G7 180KW变频器，共用两台。

在变频器容量选定后，还应做电流验证，即:

ICN≥kIM

式中:k—电流波形修正系数(PWM调制方式时取1.05～1.1)；

ICN—变频器额定输出电流，A； IM—工频电源时的电动机额定电流，A；

80T变频调速行车式起重机是双驱动的起升机构，起升机构由两台电动机驱动一台减速机，带动两个钢丝绳卷筒进行转动，再经过动滑轮组多级减速提升吊钩。该车的减速机为行星式差速减速机，在一台电机出现故障时，可以单独使用另一台电机进行正常的吊运工作。图2为安川变频器外部接线图；图3为起升机构变频器控制回路运行原理图；图4为主回路运行原理图。

图2 安川变频器外部接线图

图3

起升机构控制回路运行原理图

图4

起升机构主回路运行原理图

3、工作原理

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均

可控制的交流电源以供给电动机。

变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成，图5和图6所示为典型的变频器主回路和控制回路原理图。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。

图5 变频器主回路原理图

图6 变频器控制回路原理图

变频器选择从控制回路端子输入运转频率指令，运转指令由主令控制器提供。通过主令控制器的触点闭合顺序，将控制信号输入到变频器的多段速端子1、2、5、6、7、8，其中1、2端子是正反向控制信号，5、6、7、8端子是调速信号，为了和主令控制器闭合表相对应，选择使用：频率指令

1、频率指令

2、频率指令

4、频率指令8 和点动频率。

之后，要进行参数设置，对起升机构的参数设置，和平移机构是有很大不同的，主要涉及到重物在吊运过程中的零速度力矩的问题。所以，在进行一些必要参数设置的同时，对电动机零速度和低速度下，重力负载曲线的设置是必不可少的。起升机构变频器参数的设置主要有以下几方面：驱动方式设置、制动停车方式设置、多段速运行频率设定、电动机的电压和频率选择的设定、重力负载曲线的设置、电动机保护的设置、低速

度高转矩的频率设置等。

在对参数设置完成后，由控制器给入输入信号后，变频器便根据设定好的频率和参数进行工作，起升机构采用一拖一的开环V/f控制方式控制方式，可以满足生产实践的需要。

在图纸可以看到这样一个继电器，它称为：固态继电器。加装它的原因是因为变频器的多功能输出点（M1、M2）功率不够大，直接驱动抱闸接触器（ZDC）容易造成输出点的损坏。通过它来控制制动器接触器，延长了变频器内部接点的使用寿命。

在变频器电源输入端子（R、S、T）和电源之间，配有断路器Q1和AC电抗器。其中断路器Q1的容量为变频器额定电流的1.8倍，感应电流在30mA以上,可以检出对人体有危险的高频漏电流，防止事故的发生；而其AC电抗器和变频器内的电抗器以及输出侧的滤波器可有效改善电源侧的功率因数，降低对外界的干扰。另外，在制动器接触器侧为了安全考虑，也安装了断路器Q2，来给制动器接触器供电。

4、起升机构一些主要参数的设置

A参数：A1-02 速度控制模式

B参数：B1-01 选择频率指令；B1-02 选择运行指令；B1-03 选择停车方式； C参数：C1-01 加速时间设定；C1-02 减速时间设定 D参数：D1-01~~D1-17 频率指令设定

E参数：E1-01 设定输入电压；E1-03 设定V/F曲线 H参数：H1-01~~H1-10 多功能接点输入设定 H2-01~~H2-05 多功能接点输出设定 H3-01~~H3-12 模拟量输入设定 H4-01~~H4-08 模拟量输出设定

L参数：L2-02 瞬时停电补偿时间；L2-03 最小基极封锁时间；

L4-01 频率检出值；L4-02 频率检出幅；L4-03 频率检出幅度（+/-）

5、制动电阻

当采用变频器传动的起升机构拖动位能性负载下放或平移机构急减速、顺风运行时，异步电动机将处于再生发电状态。逆变器中的六个回馈二极管将传动机构的机械能转换成电能回馈到中间直流回路，并引起储能电容两端电压升高。若不采取必要的措施，当中间直流回路电容电压升到保护极限值后变频器将过电压跳闸。

在高性能的工程型变频器中，对连续再生能量的处理有以下两种方案: 8

(1)在中间直流回路设置电阻器，让连续再生能量通过电阻器以发热的形式消耗掉，这种方式称为动力制动；

(2)采用再生整流器方式，将连续再生能量送回电网，这种方式称为回馈制动。动力制动方式控制简单、成本低，但节能效果不如回馈制动。回馈制动方式虽然节能效果好，能连续长时制动，但控制复杂、成本较高。应该注意的是，只有在不易发生故障的稳定电网电压下(电网压降不大于10%)，才可以采用回馈制动方式。在再生发电制动运行时，电网电压的故障时间大于2ms，则变频器控制板用“低电压”故障切断并断开网侧接触器，退出回馈制动运行，从而造成制动不能连续进行的故障。这样就需要进行电气制动，也就是配置制动单元和制动电阻，制动单元的容量是根据变频器的容量进行选择的，而制动电阻的阻值就需要进行计算了。

制动电阻容量的计算：

（1）制动电阻的容量＝电机的容量（2）制动电阻的阻值计算： RB≦U2/PM

式中：RB－制动电阻阻值（Ω）

U－变频器直流回路电压（V），选取700V

PM－电机容量（KW）

带入各种数据，制动电阻阻值＝700x700/110000＝4.45Ω。

（四）平移机构的简介

1、平移机构的简介

80/20T变频调速行车式起重机的平移机构分大车机构、主小车平移机构及副小车平移机构，除了大车机构采用一拖二的传动方案外，其他两种机构均采用一拖一的传动方案。由于起重机平移机构的转动惯量较大，为了加速电动机需有较大的起动转矩，因此行车式起重机平移机构所需的电动机轴输出功率Pm应由负载功率Pj和加速功率Pa组成，即: Pm≥Pj+Pa

由于大车平移机构采用一台变频器拖动两台电动机的通用V/F开环频率控制方式，因此在变频器容量选择时，还要满足以下公式: Icn≥knIm

式中:k—电流波形修正系数(PWM调制方式时取1.05~1.1)

Icn—变频器额定输出电流，A

Im—工频电源时单台电动机的额定电流，A

n—一一台变频器拖动的电动机数量

按照上述选型、计算公式进行换算，大车变频器选定为 安川CIMR-G7 55KW，由于大车走行机构是四台电动机，所以大车变频器为两台；一台主小车变频器选定为安川CIMR-G7 22KW；一台副小车变频器选定为安川CIMR-G7 15KW。

平移机构的工作原理同起升机构的原理基本相同，只是部分参数的设置与主起升变频器的设置不相同，主要是重力负载曲线的设置、电动机保护的设置、低速度高转矩的频率设置等。由于起升机构和平移机构在运行过程中的负载情况不同，所以起升机构的参数更为复杂一些，因此，在设置平移机构参数时，这些参数的设置没有起升机构那么严格的要求。

首先，重力负载的曲线设置，可以选择任意的曲线，基本上就可以满足使用的要求；其次，电动机保护的设置，保护值的调整只需要将一些必要的保护设置好就可以，不像起升机构设置的全面；第三，由于平移机构的工作时的转矩不需要像起升机构运行时那么大的转矩，因此，这部分的参数设置基本上可以忽略不计。

2、平移机构一些主要参数的设置

A参数：A1-02 速度控制模式

B参数：B1-01 选择频率指令；B1-02 选择运行指令；B1-03 选择停车方式； C参数：C1-01 加速时间设定；C1-02 减速时间设定 D参数：D1-01~~D1-17 频率指令设定

E参数：E1-01 设定输入电压；E1-03 设定V/F曲线 H参数：H1-01~~H1-10 多功能接点输入设定 H2-01~~H2-05 多功能接点输出设定 H3-01~~H3-12 模拟量输入设定 H4-01~~H4-08 模拟量输出设定

图5平移机构变频器运行原理图。

（五）变频器的安装调试

1、变频器的安装

(1)安装使用环境

变频器应避开油腻，风棉，尘埃等有浮游物的环境，安装在干燥清洁的场所，或安装在浮游物无法侵入的全封闭型柜内。安装在柜内时，变频器周围环境温度要在允许温度范围之内，变频器正常使用的环境温度容许值为0～40℃，但80/20T变频调速起重机主要用于吊装液体金属（钢水或者铁水），环境温度比较高，尤其是在夏季，环境温度能够达到50~60度，对于变频器来说不能满足变频器使用环境温度的要求。由于不能把变频器的环境温度限制在其允许值以下，因此只能在环境温度上进行解决，通常采用下述方法来保证它们的正常运行：第一，降低电控柜内的温升，在其顶部安装冷却风扇，下方设有带金属丝网的进气孔，并让大发热量器件尽量靠近冷空气进风口，提高散热效率，使空气对流畅通；第二，将设备安装在电气室内，并在电气室内加装空调器，进行温度调节，以保证变频器在适合的环境温度下工作。

(2)电磁兼容性

现在市场上出售的变频器大多采用不可控整流电源及PWM脉宽调制技术，致使变频器输出电流富含各种高次谐波，属于强电磁干扰源。因此，消除或减弱干扰的方法针对干扰形成的三项因素，即干扰源、干扰途径和敏感电路，我们采取了以下两方面的措施。

一、是消除或降低干扰源的强度。变频器属于强电磁干扰源，为了减少谐波污染造成的干扰，尽量降低变频器的载波频率。本例中，所有变频器的载波频率设为2kHz。

二、是破坏干扰途径，防止干扰侵入敏感电路。长线传输引入的干扰是主要因素。为了在强电磁干扰环境中减小过程通道中的干扰，80/20T变频调速行车式起重机采用了以下技术措施。变频器的输入信号线与动力线在电控柜内和主梁内分开走线，且沿各自的线槽进行配线，并使二者之间保持尽可能大的距离。

2、变频器的接线及注意事项

（1）.主回路接线要求

变频调速起重机起升机构变频器采用直接转矩控制（DTC）方式，它们要使用电动机的一些电机常数，而数据的获得是由变频器的参数自检程序来完成的，如果按常规的导线发热校验选择电机的配线，必然把长距离线路阻抗加入到参数自检测出的电机数据中，引起变频器的控制精度下降，达不到控制要求。变频器与电动机之间的电缆敷设距离过长会引起线路压降大，有时产生电机转矩不足等问题，特别是变频器输出频率较低时其输出电压也低，线路压降所占的比例增大。变频器与电机间的线路压降以不超过额定电压的2%为允许值，布线时电机电缆的截面积可据此来选择。

由于在变频器的输出布线中存在寄生电容，其容量与电机电缆的长度成正比，电机电缆的寄生电容容量越大，变频器输出电缆中的漏电流也越大，从而造成变频器的出力不够，所以在主回路布线过程中要力求减小变频器到电动机的电缆长度。

（2）.控制回路接线要求

变频器的控制信号为微弱的电压，电流信号，所以与主回路不同，变频器的输出回路是强电磁干扰源，因此，变频器控制回路的布线不能与主回路配线在同一根铁管或同一配线槽内，信号线与动力线必须分开走线，使用模拟量信号进行远程控制变频器时，为了减少模拟量受来自变频器和其他设备的干扰，必须将控制变频器的信号线与强电回路（主回路及顺控回路）分开走线，距离应在30cm以上。即使在控制柜内，同样要保持这样的接线规定，该信号与变频器之间的控制回路线最长不得超过50m。

信号线与动力线必须分别放置在不同的金属管道或者金属软管内部，连接PLC和变频器的信号线如果不放置在金属管道内，极易受到变频器和外部设备的干扰，同时由于变频器无内置的电抗器，所以变频器的输入和输出级动力线对外部会产生极强的干扰，因此，放置信号线的金属管或金属软管一直要延伸到变频器的控制端子处，以保证信号线与动力线的彻底分开。

模拟量控制信号线应使用双股绞合屏蔽线，电线规格为0.75mm～2mm。在接线时一定要注意，电缆剥线要尽可能的短（约5～7mm），同时对剥线以后的屏蔽层要用绝缘胶布包起来，以防止屏蔽线与其他设备接触引入干扰。为了提高接线的简易性和可靠性，最好在信号线上使用压线棒端子。

3、运行前的测试

1、静态测试（1）测试整流电路

找到变频器内部直流电源的P端和N端，将万用表调到电阻X10档，红表棒接到P，黑 表棒分别依到R、S、T，应该有大约几十欧的阻值，且基本平衡。相反将黑表棒接到P端，红表棒依次接到R、S、T，有一个接近于无穷大的阻值。将红表棒接到N端，重复以上步骤，都应得到相同结果。如果有以下结果，可以判定电路已出现异常，A.阻值三相不平衡，可以说明整流桥故障。B.红表棒接P端时，电阻无穷大，可以断定整流桥故障或起动电阻出现故障。

（2）、测试逆变电路

将红表棒接到P端,黑表棒分别接U、V、W上，应该有几十欧的阻值，且各相阻值基本相同，反相应该为无穷大。将黑表棒接到N端，重复以上步骤应得到相同结果，否则可确定逆变模块故障。

2、动态测试

在静态测试结果正常以后，才可进行动态测试，即上电试机。在上电前后必须注意以下几点:（1）上电之前，须确认输入电压是否有误，将380V电源接入220V级变频器之中会出现炸机（炸电容、压敏电阻、模块等）。

（2）检查变频器各接播口是否已正确连接,连接是否有松动,连接异常有时可能导致变频器出现故障,严重时会出现炸机等情况。

（3）上电后检测故障显示内容,并初步断定故障及原因。

（4）如未显示故障,首先检查参数是否有异常,并将参数复归后,进行空载(不接电机)情况下启动变频器,并测试U、V、W三相输出电压值。如出现缺相、三相不平衡等情况，则模块或驱动板等有故障。

（5）在输出电压正常（无缺相、三相平衡）的情况下，带载测试。测试时，最好是满负载测试。

(1)变频器主回路

80/20T变频调速起重机起升机构的变频器采用直接转矩控制(DTC)方式，它们要使用电动机的一些电机常数，而数据的获得是由变频器的参数自检测程序（变频器的自学习功能）来完成的。如果按常规的导线发热校验选择电机的配线，必然把长距离线路阻抗加入到了参数自检测出的电机数据中，引起变频器的控制精度下降，达不到控制要求。另外，变频器与电动机之间的电缆敷设距离长，则线路压降大，有时产生电机转矩

不足。特别是变频器输出频率较低时，其输出电压也低，线路压降所占的比例增大。变频器与电机间的线路压降以不超过额定电压的2%为容许值，电机电缆的截面可据此来选择。

由于在变频器的输出布线中存在寄生电容，其容量与电机电缆的长度成正比，电机电缆的寄生电容容量越大，采用PWM控制方式的变频器输出电缆中的漏电流也越大，从而造成变频器的出力不够。所以在行车式起重机的布线设计中，应力求减小变频器到电动机的电缆的长度总和。

(2)控制回路

变频器的控制信号为微弱的电压、电流信号，所以与主回路不同，变频器的输出回路是强电磁干扰源，因此，变频器控制回路的配线不能与变频器主回路配线在同一根铁管或同一配线槽内敷设。为了进一步提高抗干扰效果，本例采用1.0mm2绝缘屏蔽导线传输变频器与主令控制器之间的控制信号。绝缘屏蔽导线的接地在变频器侧进行单点接地，使用专用的接地端子。

4、调试

（1）、变频器带电机空载调试

1）设置电机的功率、极数，要综合考虑变频器的工作电流。

2）设定变频器的最大输出频率、基频、设置转矩特性。最高频率是变频器/电动机系统可以运行的最高频率，由于变频器自身的最高频率可能较高，当电动机容许的最高频率低于变频器的最高频率时，应按电动机及其负载的要求进行设定。基本频率是变频器对电动机进行恒功率控制和恒转矩控制的分界线，应按电动机的额定电压进行设定。转矩类型指的负载是恒转矩负载还是变转矩负载。用户根据变频器使用说明书中的V/F 类型图和负载特点，选择其中的一种类型。通用变频器均备有多条V/F 曲线供用户选择，用户在使用时应根据负载的性质选择合适的V/F 曲线。如果是风机和泵类负载，要将变频器的转矩运行代码设置成变转矩和降转矩运行特性。为了改善变频器启动时的低速性能，使电机输出的转矩能满足生产负载启动的要求，要调整启动转矩。在异步电机变频调速系统中，转矩的控制较复杂，在低频段，由于电阻、漏电抗的影响不容忽略，若仍保持VPF为常数，则磁通将减小，进而减小了电机的输出转矩。为此，在低频段要对电压进行适当补偿以提升转矩，一般变频器均由用户进行人工设定补偿。

3）将变频器设置为自带的键盘操作模式，按运行键、停止键，观察电机是否能正常地启动、停止。

4）熟悉变频器运行发生故障时的保护代码，观察热保护继电器的出厂值，观察过载保护的设定值，需要时可以修改。变频器的使用人员可以按变频器的使用说明书，对

变频器的电子热继电器功能进行设定，电子热继电器的门限值定义为电动机和变频器两者的额定电流的比值，通常用百分数表示。当变频器的输出电流超过其容许电流时，变频器的过电流保护将切断变频器的输出。因此，变频器电子热继电器的门限最大值不超过变频器的最大容许输出电流。

（2）变频器带负载调试

1）手动操作变频器面板的运行停止键，观察电机运行停止过程及变频器的显示窗，看是否有异常现象。

2）如果启动、停止电机过程中变频器出现过流保护动作，应重新设定加速、减速时间。电机在加、减速时的加速度取决于加速转矩，而变频器在启、制动过程中的频率变化率是用户设定的。若电机转动惯量或电机负载变化，按预先设定的频率变化率升速或减速时，有可能出现加速转矩不够，从而造成电机失速，即电机转速与变频器输出频率不协调，从而造成过电流或过电压。因此，需要根据电机转动惯量和负载合理设定加、减速时间，使变频器的频率变化率能与电机转速变化率相协调。检查此项设定是否合理的方法是先按经验选定加、减速时间进行设定，若在启动过程中出现过流，则可适当延长加速时间;若在制动过程中出现过流，则适当延长减速时间。另一方面，加、减速时间不宜设定太长，时间太长将影响生产效率，特别是频繁启动、制动时。

3）如果变频器在限定的时间内仍然是过流保护，应改变启动、停止的运行曲线，从直线改为S形、U形线或反S形、反U形线。电机负载惯性较大时，应该采用更长的启动停止时间，并且根据其负载特性设置运行曲线类型。

4）如果变频器仍然存在运行故障，应尝试增加最大电流的保护值，但是不能取消保护，应留有至少10%～20%的保护余量。

5）如果变频器运行故障还是发生，应更换更大一级功率的变频器。

（六）常见故障分析

1、变频器整流模块损坏

变频器整流模块的损坏是变频器的常见故障之一，早期生产的变频器整流模块均采用二极管，目前，大部分整流模块则采用晶闸管。中大功率普通变频器整流模块一般为三相全波整流，整流器件易过热，也易被击穿，当其损坏后伴随着快速熔断器熔断，整机停机。在更换整流模块时，要求其在与散热片接触的面上均匀地涂上一层传热性能良好的硅脂，再紧固安装螺丝。如果没有同型号整流模块时，可用同容量的其他类型的整流模块代替。

2、变频器充电电路故障

通用变频器一般为电压型变频器，采用交—直—交工作方式，由于直流侧的平波电容容量较大，在变频器接入电源的一瞬间充电电流很大，可能导致电源开关跳闸，为此在充电回路中设置一个起动电阻来限制充电电流，而在充电完成后，控制电路通过接触器的触点或晶闸管将电阻短路，充电电路故障一般表现为起动电阻被烧坏，变频器报警显示为直流母线电压故障。当变频器的交流输入电源频繁通断时，或者短路接触器的触点接触不良或晶闸管的导通阻值变大时，都会导致起动电阻被烧坏，如遇这种情况，可购买同规格的电阻更换。同时必须找出烧坏电阻的原因，如果故障是由输入电源频繁通断引起的，必须消除这种现象，如果故障是由短路接触器触点或短路晶闸管引起，则必须更换这些元器件，才能再将变频器投入使用。

3、变频器显示过流

过流故障可分为加速、减速、恒速过电流。其原因是变频器的加减速时间太短、负载发生突变、负荷分配不均，输出短路等因素引起的。这时一般可通过延长加减速时间、减少负荷的突变、外加能耗制动元件、进行负荷分配设计、对线路进行检查。如果断开负载，变频器还是过流故障，说明变频器逆变电路已损坏，需要更换变频器。

系统在工作过程中出现过电流，具体有以下几方面：

（1）电动机遇到冲击负载或传动机构出现“卡住”现象时，引起电动机电流的突然增加。

（2）变频器的输出侧短路，如输出端到电动机之间的连接线发生相互短路，或电动机内部发生短路等。

（3）变频器自身工作不正常，如逆变桥中同一个桥臂的上、下两个器件发生“直通”，使直流电压的正、负极间处于短路状态。

（4）负载的惯性较大，而升速时间设定得太短时，电动机转子的转速因负载惯性较大而跟不上去，结果使升速电流太大。

（5）负载的惯性较大，而降速时间设定得太短时，电动机转子因负载的惯性大，仍维持较高的转速，结果使转子绕组切割磁力线的速度太大而产生过电流。

针对上述故障现象主要检查以下几个方面：（1）工作机械有没有被卡住。（2）用兆欧表检查负载侧短路点。（3）变频器功率模块有没有损坏。

（4）电动机的起动转矩是否过小，使拖动系统转不起来。（5）升速时间设定是否太短。

（6）减速时间设定是否太短。

（7）转矩补偿（V/F比）设定是否太大，引起低频时空载电流过大。

（8）电子热继电器整定是否不当，动作电流设定得太小，引起变频器误动作。

4、变频器过压欠压保护动作

变频器出现过压欠压保护动作，大多是由电网电压的波动引起的。在变频器供电回路中，若存在大负荷电机的直接启动或停车，会引起电网电压瞬间大范围波动，导致变频器过压欠压保护动作，而不能正常工作。这种情况一般不会持续太久，电网电压波动过后即可正常运行，而这种情况只有增大供电变压器容量，改善电网质量才能避免。

另外，变频器出现过压故障还可能是由于变频器驱动大惯性负载，因为在这种情况下，变频器的减速停止属于再生制动，在停止过程中，变频器的输出频率按线性下降，而负载电机的频率高于变频器的输出频率，负载电机处于发电状态，机械能转化为电能，并被变频器直流侧的平波电容吸收，当这种能量足够大时，变频器直流侧的电压就会超过直流母线的过电压保护整定值而跳闸。对于这种故障，一是将减速时间参数设置长一些，或增大制动电阻，或增加制动单元；二是将变频器的停止方式设置为自由停车。

另一种情况是变频器整流部分损坏或检测电路损坏而引起故障报警，电压检测一般都是通过对直流母线电压采样，然后与过电压保护整定值进行比较，再将比较差值传送到微控制器。如果整流桥、滤波电容、采样电路或比较电路中任一器件出现问题，都会出现这种报警。

5、驱动电路故障

变频器的逆变驱动电路也容易发生故障。一般有明显的损害痕迹，诸如元器件（电容、电阻、二极管及印刷版）爆裂、变色、断线等异常现象，但不会出现驱动电路全部损害的情况。处理方法一般是按照原理图，每组驱动电路逐级寻找故障点。处理时首先对整块电路板清灰除污，如发现电路断线，则进行补线处理，查出损坏的元器件进行更换，根据经验分析，对怀疑的元器件，进行测量、对比、替代等方法判断，有的元器件需要离线测定。驱动电路修复后，应用示波器观察各组驱动电路信号的输出波形，如果三相脉冲大小、相位不相等，则驱动电路仍然有异常（更换的元器件参数不匹配，也会引起这类现象），应重复检查处理。大功率晶体管驱动电路的损坏也是导致过流保护动作的原因之一，驱动电路损坏表现出来最常见的现象是缺相，三相输出电压不相等，三相电流不平衡等特征。

6、电机发热变频器显示过载

过载故障包括变频过载和电机过载，其可能是加速时间太短，电网电压太低、负载过重等原因引起的。一般可通过延长加速时间、延长制动时间、检查电网电压等，负载

过重，所选的电机和变频器不能拖动该负载，也可能是由于机械润滑不好引起。如前者则必须更换大功率的电机和变频器；如后者则要对生产机械进行检修。

对于已经投入运行的变频器如果出现这种故障，就必须检查负载的状况。对于新安装的变频器如果出现这种故障，很有可能是V/F曲线设置不当或电机参数设置有问题。如一台新装变频器，驱动的变频电机，额定参数为220V/50Hz，而变频器出厂时设置参数为380 V/50 HZ。由于安装人员没有正确设定变频器的V/F参数，导致电机运行一段时间后转子出现磁饱和，致使电机转速降低，过载而发热。所以，在新变频器使用之前，必须设置好相应参数。另外，使用变频器的无速度传感器矢量控制方式时，若没有正确设置负载电机的额定电压、电流、容量等参数，也会导致电机过载发热。还有一种情形是设置的变频器载波频率过高时，也会导致电机发生过载发热。最后一种情况是变频器经常处于低频段工作，使电机长时间在低频段工作，电机散热效果又不好，致使电机工作一段时间后过载发热，对于这种情况，需加装散热装置。

（七）日常维护

1、变频器的日常维护及注意事项

变频器在运行过程中经常会出现一些故障，而这些故障并不是变频器本身的原因造成的，多是由于设备操作管理人员维护不当或维护不及时引起的，有些变频器长期缺乏正常日常维护，造成变频器内灰尘多、元器件老化加速，故障频发。

因此设备维护人员必须熟悉变频器的基本工作原理、功能特点，具有电工操作基本知识。在对变频器检查及保养之前，必须在设备总电源全部切断；并且等变频器Chang灯完全熄灭的情况下进行。日常的维护有以下几个方面：

1）、日常检查事项

变频器上电之前应先检测周围环境的温度及湿度，温度过高会导致变频器过热报警，严重时会直接导致变频器功率器件损坏、电路短路；空气过于潮湿会导致变频器内部直接短路。在变频器运行时要注意其冷却系统是否正产，如：风道排风是否流畅，风机是否有异常声音。一般防护等级比较高的变频器如：IP20以上的变频器可直接敞开安装，IP20以下的变频器一般应是柜式安装，所以变频柜散热效果如何将直接影响变频器的正常运行，变频器的排风系统如风扇旋转是否流畅，进风口是否有灰尘及阻塞物都是我们日常检查不可忽略的地方。电动机电抗器、变压器等是否过热，有异味；变频器及马达是否有异常响声；变频器面板电流显示是否偏大或电流变化幅度太大，输出UVW三相电压与电流是否平衡等。

a、加强变频器的规范化使用管理，建立变频器的日常保养维护制度

设立专人负责保养，具体内容有做好运行数据记录和故障记录，定期测量变频器及电机的运行数据，包括变频器输出频率，输出电流，输出电压，变频器内部直流电压，散热器温度，工作环境温度、湿度等参数，与合理数据对照比较，以利于提早发现故障隐患；变频器如发生故障跳闸，务必记录故障代码和跳闸时变频器的运行工况，以便于具体分析故障原因。

b、加强日常检查

最好每半月检查一次，检查、记录运行中的变频器输出三相电压，并注意比较他们之间的平衡度；检查记录变频器的三相输出电流，并注意比较他们之间的平衡度；检查记录散热器温度，工作环境温度；察看变频器有无异常振动、声响，风扇是否运转正常。

c、加强变频器的日常保养

做到变频器每季度保养一次，要及时清除变频器内部的积灰、脏物，将变频器保持清洁，操作面板清洁光亮；在保养的同时要仔细检查变频器内有无发热变色部分，阻尼电阻有无开裂，电解电容有无膨胀、漏液、防爆孔突出等现象，PBC板有无异常，有没有发热烧黄部位等。

2）、定期保养

进行定期保养和维护时，主要应清扫空气过滤器冷却风道及内部灰尘。检查螺丝钉、螺栓以及即插件等是否松动，输入输出电抗器的对地及相间电阻是否有短路现象，正常应大于几十兆欧。导体及绝缘体是否有腐蚀现象，如有要及时用酒精擦拭干净。在条件允许的情况下，要用示波器测量开关电源输出各电路电压的平稳性，如：5V、12V、15V、24V等电压。测量驱动器电路各路波形的方法是否有畸变。U、V、W相间波形是否为正弦波。接触器的触点是否有打火痕迹，严重的要更换同型号或大于原容量的新品；确认控制电压的正确性，进行顺序保护动作试验；确认保护显示回路无异常；确认变频器在单独运行时输出电压的平衡度。

（八）结束语

结束语：

随着电力电子技术的不断发展完善，交流变频调速技术日益显现出优异的控制及调速性能，高效率、易维护等特点，加之它的价格不断下降，使其成为起重机械一种优选的调速方案。但是，要使变频器成功地应用于起重机调速，就必须针对起重机的特点，计算和选择变频器及其外围的辅件，并在安装与布线时采取特殊技术措施，以保证变频调速起重机安全、可靠地运行。本文提出的变频调速控制方案和设计计算方法已成功应

用于我公司的接收跨、出坯跨的起重机上。经过几年多的实际运行证明，各项调速性能均优于传统的绕线异步电动机转子串电阻调速系统，再加上变频器完善的故障诊断和显示功能，使整个调速系统的可靠性、可维修性得到大幅度提高。

参考文献

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[4]马小亮，大功率交－交变频调速及矢量控制技术（第３版），机械工业出版社，2003年

[5]周志敏，周纪海，纪爱华，变频器使用与维修技术问答，中国电力出版社，2008年 [6]张燕宾，电动机变频调速图解，中国电力出版社，2003年 [7]李方园，变频器行业应用实践，中国电力出版社，2006年 [8]吕汀，石红梅，变频技术原理与应用，机械工业出版社，2007年 [9]丁学文，电力拖动运动控制系统，机械工业出版社，2007年 [10]张晓娟，电机及拖动基础，科学出版社，2008年 [11]刘锦波，张承慧，电机与拖动，清华大学出版社，2006年 [12]黄立培，电动机控制，清华大学出版社，2003年

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第三篇：空压机变频节能改造方案

目 录

第一部分 变频节能改造背景

一、基本情况

二、变频调速技术

第二部分 空压机的改造缘由

一、空压机介绍

二、存在的主要问题

三、变频改造的优点

第三部分 实现方法

一、公司简介

二、实现方法

第四部分 投资估算及服务承诺

一、投资估算

二、服务承诺

第一部分 变频节能改造背景

一、基本情况

广西南宁华诺糖厂空压站现有315KW/380V空压机3台，160KW/380V空压机4台每年耗电量约200多万元。对华诺糖厂来说是一笔很大的开支。

近年来，我国经济飞速发展，对能源的需求尤其是是对电能的需求激增。去年夏季，珠三角和长三角许多城市不得不拉闸限电，我国不仅在电能开发上需要加快速度，而且还应该在节约电能方面狠下功夫，据统计，我国在电能利用率上仅有34%左右，比发达国家低10多个百分点，电能供给缺口大，电能利用率低，致使电费一涨再涨。去年8月份，襄樊市电力缺口大,电价上涨0.05元/度，达0.52元/度，使公司的成本开支增大，要降低成本，抓住主要矛盾，首先是降低电耗！

二、变频调速技术

交流电动机变频调速是近25年内发展起来的新技术，而在我国的普及应用已有10多年，即使在这短短的10多年里，国内变频器技术发展很快，技术相当成熟,并且有些变频器(如英威腾变频)装到成套

上出口到美国和澳大利亚。在国内广泛应用在风机、水泵、压缩机及调速设备上,应用的用户很多，使用后反映都不错。

变频调速技术在国内压缩机上应用的处于高速增长期，我们专业做变频器推广应用的企业已做了许多压缩机节能改造的工程，节电效果相当明显，业绩发展很快。尤其是2001年国家经贸委下发的《关于加快风机水泵压缩机变频节能改造的意见》给我们襄樊华强照明有限公司节电工作指明了明确的方向。

第二部分空压机的改造缘由

一.空压机介绍：

工作原理是由一对相互平行齿合的阴阳转子(或称螺杆)在气缸内转动，使转子齿槽之间的空气不断地产生周期性的容积变化，空气则沿着转子轴线由吸入侧输送至输出侧，实现螺杆式空压机的吸气、压缩和排气的全过程。

电机功率：110KW交流异步电机

额定电流：220A

额定转速：1480转/分

原系统工作状况：

该系统为星－角减压启动，启动电流到1000A。启动过程为空载启动，10－30秒（可调）后自动加载，其中星－角启动时间10－20秒（可调）。

主轴齿轮箱的润滑油压由主电机带动，启动10－20秒（可调）后检测由压力传感器检测的油压，如低于最小设定值（1.0bar）则报警。

该系统正常工作时可设定低点压力和高点压力，从而调节空压机的卸载和加载运行，达到调节压力的目的。加载运行时电机电流约220A左右，卸载运行时电机电流约100A左右。

二.存在的主要问题：

原系统由于电机不允许频繁启动，导致在用气量少的时候电机仍然要空载运行，浪费电能。经常卸载和加载导致整个气网压力经常变化，不能保持恒定的工作压力。

三.空压机变频改造后的效益

1、节约能源

变频器控制压缩机与传统控制的压缩机比较，能源节约是最有实际意义的，根据贵公司的用气量和压缩机的供气量有较大的冗余，约

在30%左右。年节电费在：336936元（每天按10个小时工作，每年按10个月来计算），节电效益相当可观。

计算如下：

（315KW×3台+160KW×4台）×0.85×30%×10小时×30天/月×11个月/年×0.52元/度=693564.3元

2、提高压力控制精度

变频控制系统具有精确的压力控制能力。使压缩机的空气压力输出与用户空气系统所需的气量相匹配。变频控制压缩机的输出气量随着电机转速的改变而改变，有效地提高了工况的质量。

3、延长压缩机的使用寿命

变频器从低频起动压缩机，它的起动加速时间可以调整，从而减少起动时对压缩机的电器部件和机械部件所造成的冲击，增强系统的可靠性，使压缩机的使用寿命延长。此外，变频控制能够减少机组起动时电流波动，这一波动电流会影响电网和其它设备的用电，变频器能够有效的将起动电流的峰值减少到最低程度。

4、变频器内置RS485接口，可以方便地与计算机相联，为将来贵公司实现DCS集中控制调度，计算机科学管理提供强有力的技术支持。

5、变频器的保护功能相当完善且强大，有过载、过压、过流、断相、接地、欠压等保护功能，从而保护着电机不会烧毁，又由于其启动时间长且启动电流从很小慢慢增长，消除了工频启动时强大的电流冲击，从而延长了水泵叶轮和电机的使用寿命。

6、变频器与压力传感器、工频控制柜构成一个PID自动化恒压控制系统，大大减少操作人员的劳动强度和工作期间的关注度，并提高贵公司供水服务质量。

第三部分 实现方法

一、英威腾公司简介 关于英威腾

深圳市英威腾电气股份有限公司，成立于2002年，是深圳市政府重点扶持的“高新技术企业”和“软件企业”，是集变频器研发、制造、营销于一体的国家高新技术企业。产品与技术

在吸收国外先进技术的基础上，结合近十年变频推广的应用经验和当今电力电子最新控制技术，如今形成低压CHV/CHE/CHF各行业专用系列、中压660V/1140V系列、高压CHH100系列，电压等级

220V~10KV、功率范围0.4KW~7100KW的上百种规格型号的高性能变频器，覆盖高、中、低端市场丰富的产品线，成为国内产品线最齐全的变频器生产厂家，也是少数自主研发掌握成熟矢量技术的国内变频器厂家之一。市场与应用

产品在石化、钢铁、建材、油田、化工、纺织、印刷、塑胶、机床、矿山等行业广泛成功应用；公司销售和服务网点遍布全国各地，与上百家经销商、千余家用户建立了长期合作关系，并远销东南亚、中东、欧美等50多个海外国家和地区，已成为国内变频器行业的实力品牌和领先品牌。企业理念

经营理念：众诚德厚 也精致远 核心价值：众诚德厚 拼搏创新

愿 景：致力于成为全球领先、受人尊敬的电气传动、工业控制领域的产品（服务）供应商

使 命：竭尽全力向客户提供物超所值的产品和服务，客户更有竞争力

经营方针：创新 品质 标准化 共同发展

一、实现方法（一拖多）

工作原理：

变频器拖动空压机变频运行，压力传感器实时检测输出气管的压力变动情况，当出气压力低于变频器的设定压力时，变频器频率增加，压缩机加速运行，供气压力增大，当压力还达不到设定压力时，可编程控制器发指令将变频运行的空压机切换成工频运行，下一台空压机变频运行，至到压力等于设定压力为止；当出气压力高于变频器的设定压力时，变频器频率减小，空压机减速运行，供气压力减小，当压力还偏大时，可编程控制器发指令将变频运行的空压机停止运行，下一台空压机变频运行，至到压力等于设定压力为止。变频器能根据检测的压力情况与设定压力比较，实现PID调节。

第四部分 投资估算及服务承诺

CLIN T-科莱特自控 最优选择　最好服务原系统调频运行运行指示故障报警变频工频δ=480断开空压机1000*2200*800mm设计刘涛审核批准工程名称空压机变频节能改造武汉科莱特变频自控技术实施单位有限公司 1AV2A1SM1HB1HB2SM2HB2HB1HB

一、投资估算（方案一）：

①CHE100-315KW变频器 1台 141000元/台 小计：141000元 ②压力送送器 1台 1000元/台 小计：1000元 ③可编程控制器（72点）1台 8000元

④电柜（含旁路及相关附件）台 15000元/台 小计：15000元 ⑤程序开发费用12000元 合计：175000元

从上面节能效益分析得出一年节约的电费为69.4万元 4个月就可收回投资。

二、服务承诺

1、负责现场指导安装调试。

2、免费提供现场的操作、维护技术培训。

3、一年免费保修，终生维护。

4、变频器故障退出运行后，24小时内赶到现场。

5、保证备品、备件提供十年。

第四篇：基于西门子PLC的变频调速和温度控制课程设计报告

PLC课程设计报告 变频调速和温度控制

姓 名： 学 号： 班 级： 学 院： 完成日期：

一．课程设计目的

1．了解常用电气控制装置的设计方法、步骤及设计原则

2．学以致用，巩固书本知识。通过训练，使学生初步具有设计电气控制装置的能力。从而培养和提高学生独立工作的能力和创造能力。

3．进行一次工程技术设计的基本训练。培养学生查阅书籍、参考资料、产品手册、工具书的能力；上网查寻信息的能力；运用计算机进行工程绘图的能力；编制技术文件的能力等等。从而提高学生解决实际工程技术问题的能力。二．设计题目

一.PLC控制变频调速系统设计与调试

控制要求：

1．变频调速器受 0 ～ 10V 输入电压控制：（实验室有可能是4-20mA电流信号）0V 输出频率为 0HZ，对应同步转速为 0 r/min； 5V 输出频率为 50HZ，对应同步转速为 1500 r/min； 10V 输出频率为 100HZ，对应同步转速为 3000 r/min；

输入电压与输出频率按线性关系变化。

2．要求输出转速按下图（见附图）函数变化，请编写梯形图控制程序，并完成调试。

课题要求：

1．按题意要求，画出 PLC 端子接线图及控制梯形图。

2．完成 PLC 端子接线工作, 并利用编程器输入梯形图控制程序，完成调试。3.完成课程设计说明书 二．温度控制 设计要求：

恒温控制实验模块，是一个简化的温控系统。其中，温度信号由Pt100传感器送致变送器的测温器提供为4~20mA的模拟量，送入PLC的EM235模拟量输入模块，经过控制程序处理后，以4～20mA的模拟量输出到晶体闸管调整器，晶闸管调整器控制电热丝的加热功率，使被加热的铝散热器温度控制再设定温度附近，组成一个恒温闭环控制系统。

1．要求用PLC内部PID调节功能设计恒温闭环控制系统的控制程序。

① 温度变送器出来的标准量范围是4～20mA，即输入值4mA对应0℃，20mA对应100℃。因此信号在使用之前必须将它划到对应的范围；

② PID调节功能直接使用PLC内部的PID回路指令；

③ 温度设定值为50℃，上限幅温度值为55℃，下限幅温度值为45℃；

④ 比例增益、采样时间、积分时间、微分时间、产生定时中断的间隔时间等参数值自行确定；

⑤ 由Q0.0到Q0.7输出8位BCD码（十进制两位）的温度值，到数码管上显示其0～99℃的温度值。

2.在设计梯形图程序之前，应画出流程图和I/O接线图（包括数码显示接线图）。

三．设计内容与过程

选题一：变频调速

PLC作为先进的、应用势头最强的工业控制器已风靡全球；变频器作为交流电动机的驱动器，广泛应用于现代的工业生产和民用生活中。通过本次设计掌握PLC控制系统、变频调速系统、电机拖动及测速显示系统的硬件的使用，电路、程序的综合设计方法及对编程软件的编辑及调试。

1． 实验设备

PLC控制电机变频调速系统由S7-200PLC、变频器、电机及电机测速系统、触摸屏等组成。需使用的实验设备有：上位计算机（PC机）一台；S7-200PLC一台、EM235模拟量扩展模块（4输入1输出）一块；PC/PPI编程电缆一根；模拟输入开关一套；JD-PLC变频调速实验模块一块；200VA自耦调压器一台；可加载/可测速的三相异步电动机系统一套。

2． 实验内容和步骤

AC220VKM变频器T1T2T3PCSTFSTRRHRMRLSD102SINK自耦调压器L三相电源1L2插座L3UVWP1+-ABCRUNSE1M涡流加载测速外部晶体管公共端DC24V电源接点输入公共（源型）正转启动反转启动高速中速低速接点输入公共3频率设定器(手动)2电机系统总成短路片FR-BEL端DC0.3～5V异常输出接PLC开关量输入运行运行状态输出集电极可接入PLC开开路输出关量输入端公共端(+)模拟信号输出（DC0～5V）(-)接PLCEM235SOURCE1电流输入(-)（来自PLC(+)EM235输出）（自动）5(公共端)AM54(DC4～20mA)RS-485接口主回路端子

图1 PLC控制电机变频调速实验总图

控制回路输入端子控制回路输出端子 三相控制电源模块AL1KMBL2CL3NNLSB1电源断变频调速实验模块变频器UU1VV1WW1NSB0电源通KMKML测速与加载M电机测速与加载实验台涡流制动电源输入端NLzL自偶调压器U2V2W2N

图2 PLC控制电机变频调速外部主电路接线图

控制过程：

0通过PLC控制变频器，使三相异步电动机按下图所示的曲线运行，电机运行可分为五个部分：第一部分要求电机起动后在25s内从0（r/min）线性增加到1168（r/min）；第二部分进入恒转速运行阶段，运行时间为10s，转速仍为1168（r/min）；第三部分进入减速阶段，电机转速要求在20s内降到584（r/min）；第四部分保持584（r/min）10s；第五部分要求电机转速从584（r/min）在20s内降至0（r/min）

10V6.4V3.2V02535556585

参数计算及说明：

在电机变频调速控制系统中，变频器的输入信号是4～20mA 电流信号，而PLC的模拟量输出值范围是 0～20mA。0～20mA 的模拟量对应的 PLC 内部数字量是 0～32000，所以需要进行数据转换。4mA 对应的数字量是 6400，变频器输出 0Hz对应的电流信号为 4mA。所以第一部分加速阶段,要将频率设定电流信号从 4mA 增加到 16.8mA。编程时可以在6400刻度值的基础上，均匀地间隔一定时间逐步加刻度值到26880(如果间隔时间为0.1 s, 则82×250 =20500)。判断转速是否增加到1 168 r/min 的比较值必须是转速测量电压信号刻度值。照此法,同理可得到第三阶段(将频率设定电流信号从16.8mA减少至10.4mA，间隔时间为0.1 s, 则52×200 =10400)和第五阶段(将频率设定电流信号从10.4mA减少至4mA，间隔时间为0.1 s, 则51×200 =10200)减速部分输出的控制方法。

启动按钮SB1输入信号停止按钮SB2变频器线圈I0.0I0.1输出信号Q0.0

图3 I/O端口地址分配表

KM1LQ0.0Q0.1Q0.2Q0.31MI0.0I0.1I0.2I0.3SB1SB2

图4 I/O端子接线图

图5 PLC控制电机变频调速顺序功能图

开始初始化，调用子程序0电机启动按钮按下？YN定时器启动延时，电机加速加速时间25S已到（T37=1）？YN定时器T38启动，减速运行保持时间10S已到（T38=1）？NY定时器T39启动，减速运行减速时间20S一道（T39=1）？NY定时器T40启动，恒转速运行恒转速保持时间10S已到YN定时器T41启动，电机再次减速结束

图6 PLC控制电机变频调速流程图

PLC控制电机变频调速梯形图程序：

选题二：温度控制

本设计目的在于熟悉模拟量输入处理的一般方法，熟悉PID控制及模拟量模块的输入/输出及进一步熟悉子程序、中断等。

1．实验设备

上位计算机（PC机）一台；S7-200 PLC一台；PC/PPI编程电缆一根；模拟输入开关一套；JD-PLC9温度闭环控制系统实验模块；以及PLC，增加了EM235 4模入/1模出的模拟量扩展模块一块。

2.设计原理与内容

在这个闭环控制系统设计中，系统完全是采用实际工程中使用的小型器件组成，完全再现了温控装置的控制的真实工况。程序结构可分为输入信号处理和PID调节输出两大部分，其中两大部均涉及子程序调用，后一部分还涉及中断，具体也可为一段主程序、两段子程序、一段中断程序，主程序OBI中可以包含读入反馈信号、调用子程序、显示的平均值计算、两位显示换算和BCD码转换；子程序SBR_0是将所有待用的变量寄存器初始化清零，俗称“开辟空间”；子程序SBR_1为设置PID回路参数和产生定时中断，其中产生定时中断的中断事件号可查表；中断INT0是执行PID运算及输入/输出量换算。

因为PID回路指令的使用在回路表中只要填入输入信息和组态信息即可进行PID运算。要填好这些信息，有的还需要应用“自控” 方面的知识，加热系统的热惯性较大的系统，参数选择容易满足要求。由设计者填写的只是给定值（SPn）、增益（Kc）、采样时间（Ts）、积分时间（TI）、微分时间（TD）5个参数以及产生定时中断的间隔时间。如采样时间（Ts）可根据系统的特点适当放长一些，并可与定时中断的间隔时间同步。增益（Kc）、积分时间（TI）、微分时间（TD）在设计时系统参数无法获得，只要粗放地填写即可（为防止超调，一般取值较“小”），PID的这些调节参数可在调试时修整。恒温控制的限幅环节，主要是为了防止超调和失控而采取的保护措施。只要在温度超过限幅值时，将模拟量输出端电流信号置到4mA（最小输出）即可。但应注意模拟量模块的输入/输出的值都是选取的国际电工组织规定标准信号范围4~20mA，而西门子S7—200的模拟量扩展模块各种输入/输出档均是从0开始的，温度值与PLC的单极性刻度值的对应关系如图2-1所示。如果按原始“座标”0.5的给定值不是50℃温度设定值，因此，只要将原座标0点沿45°上移，将（4mA, 6400）作为新“座标”的的0点，这时0.5的给定值就是50℃温度设定值（最终0.5005）。编程时，可在信号读入/输出时将刻度值减/加6400，变化量为25600，即温度信号输入先减去6400，除以25600最后就转化过程变量PV。反之，可知PID输出值的转化。

刻度值32000(100%)2560019200(50%)6400(0%)04mA(0℃)12mA(50℃)20mAI(mA)(100℃)

图2-1 温度值与PLC的单极性刻度值的对应关系

实验模块上的温度显示，是将经取平均处理过的温度信号刻度值，通过四则运算指令化为0～99范围的温度值，再将其化为BCD码，送到QB1上输出，再经过导线将输出位与七段码译码器的输入端子连接，数码管上就能显示0～99℃的温度值。

℃0V+5VCOM12L3L十个温度显示B2C2D2A2A1B1C1D1Q1.0Q1.1Q1.2Q1.3Q1.4Q1.5Q1.6Q1.7S7-226开关量输出BCD码温度值

图2-2 数码管温度显示接线图

3．调试步骤

开机后，按预先设计好的恒温控制梯形图程序，键入程序编译下载（下位机需上电）后，运行该程序，调试时不断改变PID参数，使加热器总成的温度始终保持在50℃，达到设计要求，即完成实验。在运行该程序之前，应按图2-

2、图2-3和图2-4接线，特别应当注意数码管温度显示BCD码端接的是DC5V电源。当选择自动运行方式时，实验模块上的斜率调整电位器的接线端子R2和R3应短接

电流发送器RAMA+L+＋24V－A-RBMOB+VOB-„„IOEM235扩展模块接线端调功器信号端

图2-3 EM235接线图

EM235RAL0A+M0A-DC24V（＋）（－）变送器～220V（插座）加热器Pt100to加热器总成C2C1-晶闸管调功器

图2-4恒温控制系统示意图

4．恒温控制梯形图程序： 四．本次设计心得体会

为期一周的PLC课程设计结束了，通过本次课程设计，我对S7-200系列PLC的特点有了更深的理解。利用了S7-200系列PLC的特点，对按钮、开关等输入/输出，模拟量输入/输出进行控制，主要实现了变频器在PLC控制作用下的变频调速。

在本次课程设计的实践环节中，我更深刻地理解和掌握了电器控制及可编程控制器(PLC)的理论知识和动手技能。参阅了大量的电器控制及可编程控制器(PLC)系统设计的书籍资料，查询了大量的图表、程序和数据，特别是PLC控制电机变频调速系统设计，使得课程设计的方案和数据更为翔实和准确，力求科学严谨，使本次以模拟量为主题的课程设计精益求精。

经历自己设计实验和查阅资料，让我了解了更多关于西门子S7-200和变频器方面的知识，让我了解了大概的选型和注意事项，并自己动手实验，参照一些编程试着去编一个看似很宏大的程序，资料上查到的是欧姆龙或者是三菱的编程语句，但是通过他们的编程思路，我们可以借鉴到自己的西门子S7-200程序设计中，编程序的过程中遇到了很多问题，通过不断的问同学，反复的思考，调试，终于编出了通过调用子程序和定时中断程序来达到控制的目的，此次课程设计让我收获颇多，在这个课程设计的过程中，既让我与同学加深了沟通，又让我学到关于西门子S7-200PLC的更多知识，对其他公司的PLC也有了一定的粗浅了解，我知道这知识仅是很少的一点，但我会在以后的学习中了解更多。而且通过本次综合性设计的实践和锻炼，我对PLC系统设计工作流程有了更深入的认识，也燃起了我努力把PLC学至精通的激情与信心。

最后我对于指导老师的不厌讲解和无私指导深表感谢！

参考文献

[1] 吴中俊，黄永红.可编程序控制器原理及应用[M]．北京：机械工业出版社，2003.

第五篇：西安变频调速供水设备技术员对变频调速恒压供水设备的综述

西安变频调速供水设备技术员对变频调速恒压供水设备的综述:

通德变频恒压供水设备

通德变频调速恒压供水设备是把变频技术,微机技术与电机控制技术相结合的新型的供水设备,这种变频调速恒压供水设备是取代高位水箱,水塔的理想产品,是对气压供水设备的发展和补充,变频调速恒压供水设备由可编程控制器,变频调速器,控制电路以及电机泵组成闭环供水控制系统,完全可以满足供水系统管网中的压力保持恒定,使得整个供水系统始终保持高效节能的最佳运行状态,变频调速恒压供水设备有生活专用供水,生活消防两用供水和变频定压补水等系统.通德变频调速恒压供水设备适用范围;

变频调速恒压供水设备可用于生活供水,工业用水,特别要求恒压的生产用水,高层建筑,生活小区,军事设施的消防用水,旧有给水系统的改造,变频定压补水系统.变频调速恒压供水设备主要特点;

变频调速恒压供水设备采用微机控制,全自动运行,管理简单,使用方便,结构紧凑,占地面积小,投资省,安装方便，便于集中管理,功能齐全,通过面板操作实现用户所需的各种功能,变频调速恒压供水设备可以按所需压力,根据用水量的变化来调节电机泵的转速,使设备恒压供水,达到高效节能的目的,对多台电机泵均能可靠地实现软启动,大大延长了设备的使用寿命,根据流量的变化自动完成对多台水泵进行循环软启动运行和停止的全部过程,变频供水设备保护功能完备,工作泵与备用泵具有周期性运转,自动巡检和手动巡检功能.变频调速恒压供水设备控制器采用最新微电脑设计处理器设计制造配备液晶中文显示,参数显示设定一目了然,故障时可弹出服务电话,多达75个功能参数项,9种应用宏选择，能满足五台以下的所有运行程序,其主要特点有外部接线简单用户只需通过菜单设置,即可使控制器适用于不同的供水控制系统,无需改变复杂的外部接线.变频调速恒压供水设备优点;

变频调速恒压供水设备可靠性高,由于控制器已将各种功能模块集成于内部,外部配件少,进一步降低了整个系统出现故障的机会.系统功能完善与目前国内同类设备比较,变频调速恒压供水设备更显示出其独特的优点,在变频调速恒压供水设备工作现场,工程人员可根据泵组的实际情况在显示下,随时改变各种控制参数,由于保证泵组处于最优化的运行状态.控制精度高本控制程序中所有的模拟量均为数码处理,改良的PID数字控制系统能够避免一般PID死区所带来的控制误差,使系统的供水压力更加稳定.睡眠功能的最新应用可使机组在每天的零流量的区域中自动启,停,间歇型的供水方式,使节电效果更佳.控制功能先进控制系统可在汉字显示屏上明确显示其工频,变频,转换的运行工况,维修简单方便独有的系统故障检测,明确的故障部位提示,使工程人员能够了解故障所在并帮助维修人员检查故障发生的部位和原因.