论文部分内容阅读
【摘 要]综述智能型变频器在我厂聚丙烯装置上的应用及其与通用型变频器的比较
【关键词】通用变频器；智能型变频器；直接转矩控制
文章编号：ISSN1006—656X（2014）03-0299-02
一、前言
变频器自20世纪80年代开始使用，它控制精度高，维护方便，节能，所以无论是在工业或民用上，变频器均有着广泛的使用，在我厂变频器应用于各装置的泵类、风机等负荷上。但目前我厂所使用的变频器均为通用型变频器，如常用的VF—P7变频器，采用标量速度（如电压/频率）控制，控制精度低，仅有常规的过流等保护，无法实现对负荷的极精确控制及保护。所以本文将对智能型变频器在我厂聚丙烯装置上的应用加以阐述，并将其与通用型变频器进行比较，为日后我厂继续使用智能型变频器做技术参考。
二、变频器的基本工作原理[1][3][4]
由《电机及拖动基础》可知，三相异步电机定子每相电动势的有效值是：
E1=4.44Kr1f1N1
E1（V）—气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值
f1（HZ）—定子频率
N1—定子每相绕组串联匝数
Kr1—与绕组结构有关的常数
（Wb）—每极气隙磁通量
从上述公式看，要实现变频调速，发挥电机转矩的能力，在变频时应保持每极磁通量？M为额定值不变。在基频以下调速，要保持？M不变，调节频率时必须同时降低E1，使E1/ f1=常数，即采用电动势与频率之比恒定的控制方式。
在基频以上调速时，频率增高，但是电压却不能超过额定电压，所以气隙磁通势必然减弱，导致转矩减小，由于转速升高，可以认为输出功率基本不变，所以基频以上调速属于恒功率调速。
三、变频器的发展历史[1]]3][4]
（一）80年代生产的变频器如三肯等系列变频器，其基本原理是基于磁通轨迹的电压空间矢量；
（二）90年代初生产出的通用变频器如东芝的VF—A7系列，其基本原理为矢量控制；
（三）第三阶段如ABB公司生产的ACS600型变频器，其原理基于直接转矩控制理论，也就是把转矩直接作为被控量来控制，不需要转速信息，能实现无速度传感器。本文着重介绍的就是ACS800型变频器在我厂聚丙烯装置上的应用；
四、智能型ACS800直接转矩控制变频器在我厂聚丙烯装置上的应用[2]
（一）简述
聚丙烯装置是公司近年来的重大工程项目，其装置的两台原料泵电机数据：LV4，90KW，3120r/min，60HZ。两台电机均带ACS800型变频器控制。
（二）ACS800型变频器原理图
图一（如上图）
图 二
（三） 两台变频器的工作方式
由图一看出，ACS800型变频器接线简单，运行中生产远程设定压力给定值，泵输入、输出侧压力实际值通过压力传感器反馈到变频器内，变频器根据设定的压力给定值与泵输出侧压力实际值进行PID运算，如压力给定值高于泵输出侧压力值，变频器自动提升速度，直到压力给定值与泵输出侧压力值相等为止，由于变频器采用直接转矩控制，加之两台电机为60HZ，3120r/min的高速运行，而且两台变频器已将电机及泵的所有参数输入到变频器内，所以运行中变频器将结合电机及泵的参数进行调速，这种方式调速精度高，响应快速，在需要尽快恢复生产时这两台变频器的优势将很明显。
从图二看出，两台变频器间仅一根光纤连接，加上变频器一些参数设置就可以实现两台泵互为备用的工作模式，比起单纯采用继电器线路来实现电机互为备用的工作方式，接线简单，动作时间短。
（四）两台变频器的技术性能
两台变频器技术性能优越，在输入完电机数据后，将在零速度下对电机进行20到60秒钟的励磁生成一个数学模型，该模型有助于变频器使用直接转矩控制。而且它除了具备常规保护外，还具备如下独特的技术性能：
（1）全面的泵保护
变频器能够在控制中实现干磨保护、过流量等保护，如压力给定为100PSI，在确认泵已经在以最高转速运转而泵出口侧压力值在设置的时间内始终达不到100PSI时，变频器将发出报警并停机，可靠的保护了泵体本身可能造成的各种损伤。同样将泵入口侧压力值反馈到变频器内，如入口侧压力值设定20PSI，当入口侧压力实际值小于20PSI时，变频器将发出报警并停机，以免泵运行在干磨状态。如果泵出口侧压力值小于入口侧压力值，变频器将自动休眠并停机，直到出口侧压力值大于入口侧压力值时变频器会再次启动。
（2）适合实际的参数设置
通用变频器设置的参数大多为频率、电流等，值班人员查看数据时都要根据频率或电流等来换算成转速或者压力等，而ACS800变频器在参数设置时提供了四种模式：Pressure（压力）、Flow（流量）、Level（液位）、Temperature（温度）。在根据实际需要选择正确的参数后，变频器面板上不在显示频率值而直接显示的是上述单位值，这样将直观的将各种运行数据提供给值班人员。
（3）友好的显示界面
通用变频器在显示界面上只有频率值这一项，而ACS800变频器的显示界面（见图三）可以直观的将各种数据直接提供给操作人员。
图 三（如下图）
五、智能型变频器与通用变频器的比较
智能型变频器将泵及电机的各种参数输入到内部，采用直接转矩控制，调速性能好，而通用变频器则无法实现如此精准及快速响应的调速。
而且智能型变频器将对泵有全面的保护模式，在参数设置及显示界面的优势也较通用变频器多。
六、结束语
本文简要介绍了智能型变频器在我厂的应用，及其与通用变频器的比较。随着我厂的发展，智能型变频器将更加广泛的投入到实际生产应用中。
参考文献：
[1]《变频调速控制系统的设计与维护》 山东科学技术出版社，1999年4月第二版。
[2]《智能泵控制器配置与操作指南》 ITT公司。
[3]《通用变频调速器使用说明书》 .东芝施奈德变频器株式会社
[4]《电机及拖动基础下册》.机械工业出版社，1996年5月
【关键词】通用变频器；智能型变频器；直接转矩控制
文章编号：ISSN1006—656X（2014）03-0299-02
一、前言
变频器自20世纪80年代开始使用，它控制精度高，维护方便，节能，所以无论是在工业或民用上，变频器均有着广泛的使用，在我厂变频器应用于各装置的泵类、风机等负荷上。但目前我厂所使用的变频器均为通用型变频器，如常用的VF—P7变频器，采用标量速度（如电压/频率）控制，控制精度低，仅有常规的过流等保护，无法实现对负荷的极精确控制及保护。所以本文将对智能型变频器在我厂聚丙烯装置上的应用加以阐述，并将其与通用型变频器进行比较，为日后我厂继续使用智能型变频器做技术参考。
二、变频器的基本工作原理[1][3][4]
由《电机及拖动基础》可知，三相异步电机定子每相电动势的有效值是：
E1=4.44Kr1f1N1
E1（V）—气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值
f1（HZ）—定子频率
N1—定子每相绕组串联匝数
Kr1—与绕组结构有关的常数
（Wb）—每极气隙磁通量
从上述公式看，要实现变频调速，发挥电机转矩的能力，在变频时应保持每极磁通量？M为额定值不变。在基频以下调速，要保持？M不变，调节频率时必须同时降低E1，使E1/ f1=常数，即采用电动势与频率之比恒定的控制方式。
在基频以上调速时，频率增高，但是电压却不能超过额定电压，所以气隙磁通势必然减弱，导致转矩减小，由于转速升高，可以认为输出功率基本不变，所以基频以上调速属于恒功率调速。
三、变频器的发展历史[1]]3][4]
（一）80年代生产的变频器如三肯等系列变频器，其基本原理是基于磁通轨迹的电压空间矢量；
（二）90年代初生产出的通用变频器如东芝的VF—A7系列，其基本原理为矢量控制；
（三）第三阶段如ABB公司生产的ACS600型变频器，其原理基于直接转矩控制理论，也就是把转矩直接作为被控量来控制，不需要转速信息，能实现无速度传感器。本文着重介绍的就是ACS800型变频器在我厂聚丙烯装置上的应用；
四、智能型ACS800直接转矩控制变频器在我厂聚丙烯装置上的应用[2]
（一）简述
聚丙烯装置是公司近年来的重大工程项目，其装置的两台原料泵电机数据：LV4，90KW，3120r/min，60HZ。两台电机均带ACS800型变频器控制。
（二）ACS800型变频器原理图
图一（如上图）
图 二
（三） 两台变频器的工作方式
由图一看出，ACS800型变频器接线简单，运行中生产远程设定压力给定值，泵输入、输出侧压力实际值通过压力传感器反馈到变频器内，变频器根据设定的压力给定值与泵输出侧压力实际值进行PID运算，如压力给定值高于泵输出侧压力值，变频器自动提升速度，直到压力给定值与泵输出侧压力值相等为止，由于变频器采用直接转矩控制，加之两台电机为60HZ，3120r/min的高速运行，而且两台变频器已将电机及泵的所有参数输入到变频器内，所以运行中变频器将结合电机及泵的参数进行调速，这种方式调速精度高，响应快速，在需要尽快恢复生产时这两台变频器的优势将很明显。
从图二看出，两台变频器间仅一根光纤连接，加上变频器一些参数设置就可以实现两台泵互为备用的工作模式，比起单纯采用继电器线路来实现电机互为备用的工作方式，接线简单，动作时间短。
（四）两台变频器的技术性能
两台变频器技术性能优越，在输入完电机数据后，将在零速度下对电机进行20到60秒钟的励磁生成一个数学模型，该模型有助于变频器使用直接转矩控制。而且它除了具备常规保护外，还具备如下独特的技术性能：
（1）全面的泵保护
变频器能够在控制中实现干磨保护、过流量等保护，如压力给定为100PSI，在确认泵已经在以最高转速运转而泵出口侧压力值在设置的时间内始终达不到100PSI时，变频器将发出报警并停机，可靠的保护了泵体本身可能造成的各种损伤。同样将泵入口侧压力值反馈到变频器内，如入口侧压力值设定20PSI，当入口侧压力实际值小于20PSI时，变频器将发出报警并停机，以免泵运行在干磨状态。如果泵出口侧压力值小于入口侧压力值，变频器将自动休眠并停机，直到出口侧压力值大于入口侧压力值时变频器会再次启动。
（2）适合实际的参数设置
通用变频器设置的参数大多为频率、电流等，值班人员查看数据时都要根据频率或电流等来换算成转速或者压力等，而ACS800变频器在参数设置时提供了四种模式：Pressure（压力）、Flow（流量）、Level（液位）、Temperature（温度）。在根据实际需要选择正确的参数后，变频器面板上不在显示频率值而直接显示的是上述单位值，这样将直观的将各种运行数据提供给值班人员。
（3）友好的显示界面
通用变频器在显示界面上只有频率值这一项，而ACS800变频器的显示界面（见图三）可以直观的将各种数据直接提供给操作人员。
图 三（如下图）
五、智能型变频器与通用变频器的比较
智能型变频器将泵及电机的各种参数输入到内部，采用直接转矩控制，调速性能好，而通用变频器则无法实现如此精准及快速响应的调速。
而且智能型变频器将对泵有全面的保护模式，在参数设置及显示界面的优势也较通用变频器多。
六、结束语
本文简要介绍了智能型变频器在我厂的应用，及其与通用变频器的比较。随着我厂的发展，智能型变频器将更加广泛的投入到实际生产应用中。
参考文献：
[1]《变频调速控制系统的设计与维护》 山东科学技术出版社，1999年4月第二版。
[2]《智能泵控制器配置与操作指南》 ITT公司。
[3]《通用变频调速器使用说明书》 .东芝施奈德变频器株式会社
[4]《电机及拖动基础下册》.机械工业出版社，1996年5月