|
楼主 |
发表于 2015-9-13 11:08:00
|
显示全部楼层
变频器从基础到精通(应用篇)
变频器在中央空调中的应用
中央空调系统已广泛应用于工业与民用领域。据统计,中央空调的用电量占各类大厦总用电量的70%以上。
中央空调主要是由风机和水泵组成,采用变频调速技术不仅能使商场室温维持在所期望的状态,让人感到舒适满意,更重要的是其节能效果高达30%以上,能带来良好的经济效益。
一、中央空调系统的构成及工作原理
它主要由制冷机、冷却水循环系统、冷冻水循环系统、风机盘管系统和散热水塔组成。其工作原理如图1示:
制冷机通过压缩机将制冷剂压缩成液态后送蒸发器中与冷冻水进行热交换,将冷冻水制冷,冷冻水泵将冷冻水送到各风机风口的冷却盘管中,由风机吹送冷风达到降温的目的。经蒸发后的制冷剂在冷凝器中释放出热量,与冷却循环水进行热交换,由冷却水泵将带来热量的冷却水泵到散热水塔上由水塔风扇对其进行喷淋冷却,与大气之间进行热交换,将热量散发到大气中去。
二、对中央空调的变频调速节能改造
1.系统组成
用艾默生变频器对中央空调进行改造,可以组成如下系统,如图2所示:
图2:中央空调的变频调速改造图。
在该系统中,冷冻泵、冷却泵、水塔风扇变频器采用开环控制,由维护人员根据季节不同和负荷的变化进行调节;风机采用温度闭环控制,可根据温度传感器的反馈值,调节风机的转速,从而使被控环境温度基本保持恒定。原理图如下所示:
艾默生的TD2000系列P型变频器适用于风机和水泵的控制,能根据负载情况,自动实现节能运行。并且其内置PID功能,无需借助其它控制器便可完成温度等参量的闭环自动控制。
TD2000变频器还提供了RS232/RS485串行接口,以便与中央控制室的微机联网,实现集中监控,使维护人员及时了解各变频器的工作状态。
三、综合效益预测
1) 显著的节电效果,良好的经济效益;
2) 使室温维持恒定,让人感到舒适;
3) 操作方便,维护量小;
4) 变频调速使电机大多数时间运行在工频之下,减少了环境噪音,并减轻了电机轴承磨损。
丹佛斯VLT变频器在纺织机械中的应用
转杯纺机的主要电气系统结构及工作原理如下:
图3:转杯纺机的主要电气系统结构及工作原理。
上图所示系统的动力传递过程如下:
由电网供电的三相异步电动机通过皮带拖动同步发动机,同步发电机发出约280V的三相电压,通过三相中频变压器变为70V电压,然后供给三相微型纺杯电机。同步发电机的输出频率是通过改变同步发电机和异步电动机的转速比来调整的。其常备可调频率为600Hz、700Hz、800Hz、900Hz和1000Hz。为非连续性调整。
牵伸系统和喂料系统的速度系根据工艺要求而单独调整的。在该系统中, 纺杯电机的转速须严格与喂料系统, 牵伸系统的速度同步,方能保证产品质量的稳定。且不同的产品规格要求不同的纺杯速度,牵伸比和喂料速度。因此, 纺杯速度的稳定度, 以及纺杯速度和牵伸速度, 喂料速度的比值的可调整性和精度则直接决定了产品的质量和产量。
上述传统的转杯纺机存在的主要问题有:
电网参数变化引起异步电机转速变化, 进而引起同步发电机输出频率的漂移, 造成纺杯转速不稳定,中频机组的输出频率以100Hz为单位, 不能连续可调,系统的工艺调整性差,系统效率极差,产品成本巨大,中频机组故障率高,占地面积大,噪音十分严重,对转杯纺机进行改造的主要手段之一是采用变频调速器替代传统的中频机组。
使用变频器替代中频机组,能够彻底解决中频机组输出频率不稳定带来的产品质量问题且频率连续可调。采用变频器亦能补偿中频变压器在不同频率段传递效率不同的问题。
由新疆东光有限公司为乌鲁木齐红山棉纺织厂4台转杯纺机进行变频改造后,取得了十分令人满意的效果.改造系统使用了4台丹佛斯VLT5000系列变频调速器替代原有的中频机组,解决了中频机组运行时的主要问题:
改造后的计算节能效果为70%,实测节能效果大于50%,大幅度降低了生产成本。
改造前系统运行频率不能超过800Hz(超过时频率不稳定),改造后系统最高运行频率达到960Hz,单产明显提高。
由于变频器频率连续可调且稳定度好,产品质量明显得到改进,原系统更换工艺过程繁琐,改造后,可迅速完成工艺变更,变频器为静态运行,彻底消除了中频机组的运行噪音,大幅度降低了系统故障率,大幅度削减占地面积,该厂在原4台机组的辅助面积上安装了第5台机组。
由上述论述可见,转杯纺机的技术改造有极其可观的经济效益。
值得注意的是,在转杯纺机的改造过程中,中频变压器的保留是必要的。否则改造成本将提高较大。由于中频变压器的存在,必须使用带有多段可调U/F曲线的变频器,如VLT5000系列和VLT2800系列。
图4:SVPWN中断子程序流程图
图1:数字控制器的硬件结构示意图。
电机或者逆变器的工作频率通过键盘给定,同时,其频率显示通过DSP内部的显示程序回显在LED上,当按下运行键以后,键盘设计频率被送到产生空间电压矢量的SVPWM处理子程序,生成的SVPWM波形通过GAL器件保护后输出,与此同时,电动机或者变频器的实时运行动态频率通过LED显示。正交编码脉冲可以接入电机的光电编码器,对系统构成速度环反馈,A/D模块可以接入电机的电流环,至于变频调速系统的保护中断源由DSP的引脚PDPINT提供,主要是过压、过流、控制电压欠压、过热等中断源。电机的速度或者逆变器的输出频率可以通过键盘改变。
2 硬件设计
数字信号处理器是数字控制器的核心部分,也是数字控制器对信号的检测、滤波、整形,核心算法的实时完成以及驱动信号的产生,系统的监控、保护等功能的核心部分。数字控制器的功能模块设计如下。
2.l 数据和程序存储器的设计
DSP是一种高速存取器件,对于外围接口芯片有较高的要求,虽然DSP本身可以软件提供0~7个等待状态来满足与片外存取器件速度的匹配,但是为了不至于影响整个系统的控制和仿真功能,一般采用存取速度比较高的存储器来做为DSP的片外数据和程序存储器。本文采用CY7C199存储器,存取时间15ns,完全不用提供软件等待状态也不用加硬件等待电路,因为,CY7C199是32K的8位存储器,所以,使用了4片该存储器组成了32K的16位存储器RAM,数据和程序各32K。
2.2 DSP复位及时钟电路的设计
为了使系统被复位信号正确地初始化,对复位信号的脉冲宽度必须有一定的要求。对于TMS320F240而言,复位信号至少要lms。不过上电之后,系统的振荡器达到稳定工作状态需要20ms甚至更长的时间,一般来说上电复位时,在复位引脚上置100~200ms的一个低电平脉冲是比较合适的。根据这一原则,采用MAXIM公司的集成微处理器监控复位电路来完成,本文使用了MAX705。MAX705监控芯片,与传统的分立元器件组成的微机监控电路比较,它的可靠性高、动态响应好,功耗小、设计简单、体积小,在电子产品设计中已得到广泛的应用。
在设计中,时钟往往不被人充分地重视,其实,时钟是电路设计中非常重要的一个环节。DSP时钟既可由外部提供,亦可由板上的振荡器来提供。由于DSP及其它芯片工作都是以时钟为基准的,如果时钟质量不高,那么系统的可靠性、稳定性就很难保证。本文采用外部时钟输入,由有源晶振产生10MHz脉冲,通过覆铜和串接LC滤波电路来抑制外界干扰,保证了系统的稳定工作。
|
|