工控網(wǎng)首頁
>

應用設計

>

變頻器在實驗室液位控制系統(tǒng)中的應用

變頻器在實驗室液位控制系統(tǒng)中的應用

2016/8/24 9:44:25

  1 概述

  在現(xiàn)代工業(yè)中,為了實現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝過程的要求,需采用各種各樣的生產(chǎn)機械,這些生產(chǎn)機械大多采用電動機拖動。隨著工藝技術的不斷發(fā)展,各種生產(chǎn)機械根據(jù)其工藝特點,對電動機的運轉提出各種不同的要求。有的要求電動機能迅速啟動、制動、反轉;有的要求電動機時而快速運行,時而慢速運行;有的要求電動機啟動、制動平穩(wěn),并能準確停在給定位置上等。由此可知,許多生產(chǎn)工藝都要求電動機系統(tǒng)具有調速的功能。

  變頻器就是利用半導體器件的通斷作用,將固定頻率(通常為工頻50Hz)的交流電變換成頻率連續(xù)可調的交流電的電源裝置。變頻器的負載就是交流異步電動機,由變頻器和交流異步電動機組成了變頻調速系統(tǒng)。

  變頻器從最基本的應用到目前的廣泛普及,經(jīng)歷了一個漫長的發(fā)展過程。作為一個功能日益豐富的大功率電子產(chǎn)品,其發(fā)展與微電子技術、電力電子技術、計算機技術以及自動控制理論的發(fā)展是密不可分的。

  電力電子器件是從電力二極管及晶閘管發(fā)展起來的,直到現(xiàn)在的智能電力模塊(1PM)。目前變頻器所使用的開關器件日趨穩(wěn)定,變頻器主電路整流部分一般采用電力二極管或晶閘管。主電路的逆變部分目前均是IGBT(絕緣柵雙極晶體管)元件作為開關器件。對于中小容量的變頻器,更多地趨向于智能電力模塊,由于智能電力模塊具有過電流、短路、過電壓、失壓和過熱等保護功能,因而使變頻器工作可靠性大為提高,功能也大為增強。因此,電力電子器件的發(fā)展是變頻器發(fā)展的基礎。

  PWM技術的應用使得逆變電路能夠得到接近于正弦波的輸出電壓和電流;計算機控制技術的應用使變頻器的功能從單一變頻調速功能發(fā)展為包括算術邏輯運算及智能控制在內的綜合功能;自動控制理論的發(fā)展及應用使變頻器具有了矢量控制、直接轉矩控制、模糊控制等多項功能。

  目前,變頻器已經(jīng)具有內置參數(shù)辨識系統(tǒng)、PID控制、簡易PLC和通信單元等,使變頻器的應用范圍更加廣泛。對風機、泵類負載的變頻控制是變頻器在節(jié)能方面的典型應用。傳統(tǒng)的風機、泵類采用擋板和閥門進行流量調節(jié),電動機轉速不變,耗電量下降很小。但利用變頻調速控制,則節(jié)能效果顯著增強。經(jīng)計算,如果風機的實際風量為額定風量的80%,通過變頻調速使其實際功率為額定功率的51.2%。而風機、泵類負載占全國用電量的31%,占工業(yè)總用電量的50%,因而從節(jié)能的角度出發(fā),在此類負載中使用變頻調速具有極大的經(jīng)濟效益。以節(jié)能為目的的變頻器的應用,在最近幾十年來發(fā)展非常迅速。特別值得一提的是變頻器在供水行業(yè)中的應用,通過采用壓力變送器、PID調節(jié)器形成壓力閉環(huán)控制,對交流電動機變頻調速,實現(xiàn)恒壓供水,可以實現(xiàn)高效節(jié)能。風機、泵類負載采用變頻調速后,節(jié)電率可達20%~60%。另外,變頻器在生產(chǎn)過程控制、機械加工、家用電器等方面的應用也越來越普遍。

  石化學校自動化實驗室原采用調節(jié)閥控制液位系統(tǒng),存在的問題是,當液位偏高時,由PID調節(jié)器控制,使調節(jié)閥關閉,但沒有關閉水泵,水泵電機仍在運行,這就造成管路水壓過大和電機過載的情況,從而影響了電機及水管的使用壽命,同時控制精度不高。鑒于此,于是利用BBP-3.7kw變頻器對自動化實驗室的液位控制系統(tǒng)進行改造,并取得成功。

  2 BBP-3.7kw變頻器控制端子排簡介

  BBP-3.7kw變頻器原設計為只能用手動內部給定信號控制變頻器輸出頻率,控制端子排沒有提供外部給定信號的輸入端子,只能控制電動機開環(huán)運行。

  BBP-3.7kw變頻器的控制端子排如圖1,端子排中,2、5端為頻率給定信號輸入端,且2端為正,5端為負,調整與5和10端相連的電位器(該電位器就是面板上的頻率給定電位器),可使2-5端輸入的電壓信號從0~5伏變化,對應輸出頻率為0~62Hz;10端為內部+5伏電源正極輸出端,5端為內部+5伏電源地端。

  圖1 控制端子排

  3將BBP-3.7kw變頻器由輸入信號內部給定變成外部給定

  簡單方法就是甩掉端子5和端子10間的電位器RP(面板上的頻率給定電位器),使端子5、10、2間在外部相互斷開,并將端子2、端子5與外部電壓信號相連,且使2端為正,5端為負,如圖2。

  圖2

  4采用變頻器控制的液位系統(tǒng)

  采用變頻器的液位控制系統(tǒng)及電路如圖3。圖中,在變頻器輸入端采用自動空氣開關QF、交流接觸器KM的控制,加強了對變頻器的保護。

  由于正常運行時,調節(jié)器的輸出為4~20mA的直流電流信號,而變頻器2-5端所需的是0~5伏的直流電壓信號,因此在調節(jié)器的輸出端并接一個250Ω的標準電阻,則加在變頻器控制端子2-5間的信號變成一個1~5伏的直流電壓信號,且使2端為正,5端為負。

  圖3

  5結束語

  用變頻器代替調節(jié)閥后,在液面位置動態(tài)調節(jié)過程中,由PID調節(jié)器送入變頻器的信號始終在1~5伏變化,因此變頻器始終處于運轉狀態(tài),水泵電機靠速度變化控制進水流量,實現(xiàn)“柔和”調節(jié),避免出現(xiàn)調節(jié)閥控制時出現(xiàn)的電機過載及管道的“水錘效應”,增加了電機及管道的使用壽命,節(jié)省了氣源,節(jié)約了電能。

作者:楊寶星

該作品已獲作者授權,未經(jīng)許可,禁止任何個人及第三方轉載。

投訴建議

提交

查看更多評論
其他資訊

查看更多

助力企業(yè)恢復“戰(zhàn)斗狀態(tài)”:MyMRO我的萬物集·固安捷升級開工場景方案

車規(guī)MOSFET技術確保功率開關管的可靠性和強電流處理能力

未來十年, 化工企業(yè)應如何提高資源效率及減少運營中的碳足跡?

2023年制造業(yè)“開門紅”,搶灘大灣區(qū)市場鎖定DMP工博會

2023鋼鐵展洽會4月全新起航 將在日照觸發(fā)更多商機