变频调速在中央空调冷却泵中的应用-李强.doc

北京科技大学远程与成人教育学院毕业设计（论文） 变频调速在中央空调冷却泵中的应用摘 要本论文在分析和比较了国内外中央空调自动控制系统的发展现状和特点的基础上，结合变频调速在中央空调系统中的工作原理与我国城市中央空调的需求现状，设计了一套以变频调速技术为基础的中央空调冷冻泵自动控制系统。该系统综合运用软启动器、变频调速技术以及自动控制技术，通过调节水泵电机的供电频率，控制电机转速以调节流量实现了中央空调恒温参数的自动控制，保证了中央空调系统随时维持在最佳运行状况。基于变频器为主体构成的中央空调冷冻泵系统不仅能够最大程度满足需要，也提高了整个系统的效率，延长系统寿命、节约能源、而且能够构成复杂的功能强大的中央空调控制系统。随着变频器的飞速发展，高度智能化，系列标准化是未来中央空调设备适应恒温调度和整体规划要求的必然趋势。关键字：变频器；中央空调；调速；冷却泵题目（英译）：Abstract:The present paper in analyzed and has compared the domestic and foreign central air conditioning automatic control system development present situation and in the characteristic foundation, the union frequency conversion velocity modulation in the central air-conditioning system principle of work and our country city central air conditioning demand present situation, has designed a set take the frequency conversion velocity modulation technology as the foundation central air conditioning freezing pump automatic control system. This system synthesis utilizes the soft starter, the frequency conversion velocity modulation technology as well as the automatic control technology, through the adjustment water pump electrical machinery power supply frequency, controlled the electrical machinery rotational speed to adjust the current capacity to realize the central air conditioning constant temperature parameter automatic control, had guaranteed the central air-conditioning system maintained as necessary at the best movement condition.Can the greatest degree meet the needs not only based on the frequency changer for the main body constitution central air conditioning freezing pump system, also enhanced the overall system efficiency, the extension system life, the frugal energy, moreover has been able to constitute the complex function formidable central air conditioning control system . Along with the frequency changer rapid development, intellectualizes highly, the series standardization will be the future central air conditioning equipment adapts the constant temperature dispatch and the whole plan request inevitable trend.Key word: ?一、引言（一） 论文研究背景及意义据统计，中央空调的用电量占各类大型建筑总用电量的60%以上，其中，仅水泵的耗电量约占到空调系统耗电量的20%40%，存在巨大的能源浪费，而世界正在提倡节能减排，因此采用新技术降低系统能耗和减轻空调系统向外界所释放的能量就成为当务之急。在传统的设计中，中央空调的制冷/制热机组、冷冻水/冷温水泵、冷却水泵、冷却塔风机的容量基本是按照建筑物最大制冷/制热负荷的需求来选定的，且留有充足余量。无论季节、昼夜和用户负荷的怎样变化，各电机都长期固定在工频状态下全速运行，虽然可满足最大的用户负荷，但不具备随用户负荷动态调节系统功率的特性，而在大多数时间里，用户负荷是较低的，这样就造成很大的能源浪费。近年来节能降耗被国家摆到空前重要的位置。而国家供电紧张形势依然没有根本缓解，电价不断上调，造成中央空调系统运行费用上升，因此如何控制空调系统的电能费用己经成为越来越多的中央空调系统经营管理者所关注的题。因此采用变频调速技术节约低负荷时主机系统和水泵、风机系统的电能消耗，还对空调系统所释放的能量进行回收利用，具有极其重要的经济和社会意义，寻找一种节能效果明显，性能稳定可靠的控制系统成为当务之急，因而中央空调的节能改造便成必然。本论文对中央空调实施改造，达到能耗最低，节能减排的目的，使整个中央空调系统处于最佳运行状态。（二）中央空调空调控制系统的现状在变频调速技术用于中央空调控制系统之前，中央空调系统的控制方法主要存在以下问题：1.冷却水系统的不足从设计角度考虑，冷却水泵电机的容量是按照最大换热量（即环境气温最高，且所有场所的空调都开足）的情况下，在取一定的安全系数来确定的。而通常情况下，由于季节和昼夜温差的变化以及开机数目的不足，实际换热量远小于设计值，因此，电机容量远大于实际负荷，出现了大马拉小马的情况。在从冷却水流量来考虑，冷却水的作用是要及时将冷凝器中的热量带走以保证制冷机能正常工作。从节能的角度看，只要能保证制冷机正常工作，冷却水的流量越小，所做的无用功就越少，节能也就越明显。根据流量公式Q=SV，过去由于转速不能调，只能通过调节节流阀来改变管道横切面积S的方式来调节流量Q，节流阀的存在对水流产生阻力，从而产生节能损耗，并且会引起机械振动和产生噪音。2.冷冻水系统的不足冷冻水泵的作用是将经制冷机降温的冷冻水通过输送管道送到中央空调的各出风口处的风机盘管组件中，对环境起降温作用，冷冻水的流量与冷冻水泵的转速成正比，当冷冻水泵转速高时，冷冻水的流量大，流速也快。因此，当冷冻水流过风机盘管组件时，还没有充分的时间将所携冷量全都释放完，就又返回到制冷机去了，因此冷冻水泵电机做了很多无用功，这些都是不必要的能耗。若能够调节冷冻水泵电机的转速，根据实际热负荷的大小来调节冷冻水的流量（实际上是调节交换冷量的大小）和流速，以便让冷冻水在风机盘管组件中有充分的时间释放与热负荷大小相当的冷量，冷冻水泵电机的功耗可大大降低。3.水泵频繁开启的不足通过水泵开启台数的控制，造成电机起停频繁，对设备长期安全运行带来不利影响，起动电流通常为额定值的5倍左右，电机在如此大的电流冲击下，进行频繁的起停，对电机、接触器触点、空气形状触点产生电弧冲击，也会给电网带来一定冲击，起动时带来的机械冲击和停止时的承重现象也会对机械传动、轴承、阀门等造成疲劳损伤。（三）设计任务一栋办公大楼要配备空调系统，要求对其冷却泵进行变频节能改造，其中冷却泵的拖动电机为75kw，冷却塔为7.5kw，一台运行一台备用，冷却泵电机采用Y/启动方式，全年恒速运行，所需电源均由大楼的配电房供给，采用继电接触控制实现机组的自动和手动控制操，系统选用一台PLC对水泵电机变频器等进行控制协调。根据用户的要求，对该座办公大楼的中央空调系统的冷却泵进行变频节能改造，需要配置一台变频器，依次对三台电动机进行变频控制，保留由市电供电，星三角形启动的常规控制方式，变频柜与原有的电器柜之间有电气互锁作用，并具有自动和手动转换功能，当变频器发生故障时，能自动切换到市电进行工频运行，在停机时如果系统突然失去转矩，靠系统的摩擦转矩克服系统的惯性滑行停车，也给拖动系统带来问题，比如水泵的水锤现象等。同样，当变频方式运行而某一台水泵发生故障时，能够自动切换到另一台水泵进行变频运行。当负荷改变时，应该依据蒸发器的进出水温度差来决定流量的增减。在夏季供冷期间，当进出水温度差小于标准允许温差值时，应减小变频器的输出频率，即时降低水泵的允许速度减少流量，使实际检测温差值逼近标准温差允许值，但泵的速度减少时，应考虑能够保证冷却循环水在管网中的顺畅流动，因此，应设定一个对应的泵的转速低限（变频器输出低限），在此速度下变频器的输出转速将不在降低，采用“一控多”的方式，当一台水泵不能满足水温控制时变频器变频调入第二台水泵工作，如果还不满足则第二台转入工频运行，接入第三台运行，当回水温度不再高时及变频器频率下降时，则减少水泵的运行台数。二、变频调速在中央空调冷却泵系统中的工作原理（一）中央空调系统的组成中央空调系统的组成框图如图2-1所示。由图2-1可以看出，中央空调的冷水机组主要有两个水循环系统构成，即冷却水循环系统和冷冻水循环系统，压缩机（图1-2）不断地从蒸发器中抽取制冷剂蒸汽，低压制冷剂蒸汽在压缩机内部被压缩为高压蒸汽后进入冷凝器中，制冷剂和冷却水在冷凝器中进行热交换，制冷剂放热后变为高压液体，通过热力膨胀阀后，液态制冷剂压力急剧下降，变为低压液态制冷剂后进入蒸发器，在蒸发器中，低压液态制冷剂通过与冷冻水的热交换吸收冷冻水的热量，冷冻水通过盘管吹出冷风以达到降温的目的，温度升高了的循环水回到冷冻主机又成为了冷冻水，而变为低压蒸汽的制冷剂，在通过回气管重新吸入压缩机，开始新的一轮制冷循环。而冷却水在与制冷剂完成热交换之后，由冷却水泵加压，通过冷却水管道到达散热塔与外界进行热交换，降温后的冷却水重新流入冷冻主机开始下一轮的循环图2-1中央空调系统的组成框图1.冷冻水系统(1)冷冻机组 这是中央空调的“致冷源”，通往各个房间的循环水由冷冻机组进行“内部热交换”，降温为“冷冻水”。(2)盘管风机 安装于所有需要降温的房间内，用于将由冷冻水盘管冷却了的冷空气吹入房间，加速房间内的热交换。(3)冷冻水循环系统 由冷冻泵及冷冻水管道组成。从冷冻机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道，在各房间内进行热交换，带走房间内的热量，使房间内的温度下降。从冷冻机组流出、进入房间的冷冻水简称为“出水”；流经所有的房间后回到冷冻机组的冷冻水简称为“回水”。2.冷却水系统(1)冷却塔 冷冻主机在制冷过程中，必然会释放热量，使机组发热。冷却塔用于为冷冻主机提供“冷却水”。冷却水在盘旋流过冷冻主机后，将冷冻主机降温。 (2)冷却塔风机 用于降低冷却塔中的水温，加速将“回水”带回的热量散发到大气中去。(3)冷却水循环系统 由冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成。冷却机组进行热交换，使水温冷却的同时，必将释放大量的热量。该热量被冷却水吸收，使冷却水温度升高。冷却泵将升了温的冷却水压入冷却塔，使之在冷却塔中与大气进行热交换，然后再将降了温的冷却水送回到冷冻机组。如此不断循环，带走了冷冻机组释放的热量。流进冷冻机组的冷却水简称为“进水”,从冷却机组流回冷却塔的冷却水简称为“回水”。图2-2 制冷压缩机系统的原理图 （二）变频调速的节能调速原理 水泵装置的主要特性1、扬程特性(1)定义 以管路中的阀门开度不变为前提，表明在某一转速下，供水扬程与流量间关系的特性HG=(Q),称为扬程特性，如图2.3中的曲线所示。a) 全速时b) 不同转速时图2.3 水泵装置的扬程特性(2)物理意义 扬程特性反应了用户用水量的大小对供水扬程的影响，即用户的用水流量越大，则管道中的摩擦损耗以及增大流速所需的扬程也越大，故供水扬程越小。所以，扬程特性说明：供水扬程是全扬程减去损失扬程的结果，即 (2-1)式中 供水扬程（M） 全扬程（M） 损失扬程（M）(3)扬程特性与转速有关 水泵的转速下降，其供水能力也下降，扬程特性将下移，如图2.3b中的曲线2所示。2.管阻特性(1)定义以水泵的转速不变为前提，表明阀门在某一开度下，供水扬程与流量间关系的曲线,称为管阻特性曲线，如图2.4a中的曲线1所示。a) 阀门全开时b) 不同开度时图2.4 水泵装置的管阻特性 (2)物理意义管阻特性实际上是管道系统的负载特性，它说明了：为了在管路内得到一定的流量，水泵必须提供的扬程。管阻特性的起始扬程等于静扬程()。其物理意义是：如果供水扬程小于静扬程的话，将不能向用户供水。所以，管阻特性表明:为了得到一定流量所需的供水扬程是静扬程加上损失扬程的结果，即 (2-2)式中 静扬程（M）因此，静扬程也可以认为是水泵装置的“空载损失扬程”。(3)管阻特性的近似表达式 管道系统在的流量和供水扬程间的关系服从于柏努利方程，其近似表达式为 (2-3)式中 流量 管阻系数，其大小和管路结构及阀门开度等有关。(4)管阻特性与阀门的开度有关 当阀门关小时，管阻系数将增大，管阻也增大，在扬程相同的情况下，流量将减小，故管阻特性上扬，如图2.4b中的曲线2所示。3.供水系统的工作点 扬程特性曲线1和管阻特性曲线2的交点，称为供水系统的工作点，如图2.5中的N点，在这一点上，供水系统既满足了扬程特性，也符合管阻特性，供水系统处于平衡状态，系统稳定运行。这时，流量为QN，扬程为HN。图 2.5 水泵装置的工作点4.泵的转速调节根据异步电动机原理 (2-4)式中 n转速f频率p电机磁极对数s转差率由上式可见，调节转速有3种方法，改变频率f、改变电机磁极对数p、改变转差率s。在以上调速方法中，变频调速性能最好，调速范围大，静态稳定性好，运行效率高。因此用改变频率来改变转速的方法最方便有效。 5.变频器在泵类负载中具有以下几个特点：(1)过载能力较低 这是因为水泵在运行过程中很少发生过载的原因。(2)具有闭环控制和PID调节功能 水泵在具体运行时常常需要进行闭环控制，如在供水系统中，要求进行恒压供水控制；在中央空调系统中，要求恒温控制、恒温差控制等，故此类变频器大多设置了PID调节功能。(3)具有“1控X”的切换功能 为了减少设备投资，常常采用由1台变频器控制若干台水泵的控制方式，为此，许多变频器专门设置了切换功能。6.在冷却水泵系统中的节能调速原理变频调速是通过改变供给电动机的供电频率，来改变电机的转速，从而改变负载的转速的。我们知道，电机的转速： (2-5) 其中f为供电频率，P为电机的极对数，S为转差率。因此，改变f可以改变电机的转速的。 变频调速具有效率高、调速范围宽、精度高、调速平稳、无级变速等优点。以风机和水泵流体机械来说明转速与节能的关系，流体机械的转速变化与其流量、压力和功率之间的变化有如下的关系： 或 (2-6) 或 (2-7) 或 (2-8)上述式子中Q1、H1、P1分别代表转速n1时的流量、压力、功率,Q2、H2、P2、分别代表转速n2时的流量、压力、功率。 即流量与转速的一次方成正比，压力与转速的平方成正比，功率与转速的三次方成正比。 由此可见，当通过降低转速以减少流量来达到节流目的时，所消耗的功率将降低很多。例如：当转速降派到80时，流量减少到80%，而轴功率却下降到额定功率的（80）351：若流量需减少到40，则转速相应减少到40，此时轴功率下降到额定功率的（40%）36.4。 变频调速器是利用电力半导体器件的通断工作将工频电源变换成另一频率的电能控制装置。异步电动机用变频调速器的原理是将交流顺变成直流，平滑滤波后再经过逆变回路，将直流变成不同频率的交流电，使电机获得无极调速所需的电压、电流和频率。 变频器按主电路主要分为电压型和电流型：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容；电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路的滤波是电感。(三) 调速系统的控制依据1.通过温差控制中央空调系统的外部热交换由两个循环水系统来完成。循环水系统的回水与进（出）水温度之差，反映了需要进行热交换的热量，因此根据回水与进（出）水温度之差来控制循环水的流动速度，可以控制系统热交换的速度。由于冷却塔的水量是随环境温度而变的，其单侧水温不能准确反映冷冻机内产生热量的多少，所以对于冷却泵，以进水回水间的温差作为控制依据，实现进水和回水的恒温差控制也是合理的，温差大，说明冷冻机组产生的热量大，应提高冷却泵的转速，增大冷却水的循环速度；温差小，说明冷冻机组产生热量小，可以降低冷却泵的转速，减缓冷却水的循环速度，以节约能源。2. 控制系统检测冷却水回水温度组成闭环控制系统,如图2-6所示。PIDM 水泵变频器频率指令xxf温度传感器给定xt图2-6 PID调节的闭环控制系统示意图该方案如图2-7所示，其在保证冷却塔有一定的冷却水的情况下，通过控制变频器的输出频率来调节冷却水流量，当中央空调冷却水出水温度低时，减少冷却水流量；当中央空调冷却水出水温度高时，加大冷却水流量，从而保证中央空调机组正常工作的前提下达到节能的目的。图2-7冷却水系统控制方案图(1)制冷模式下冷却水系统的闭环控制该方案在保证末端设备冷却水流量供给的情况下，确定一个冷却水泵变频器工作的最小工作频率，将其设定为下限频率并锁定。变频器冷却水泵的频率调节是通过安装在冷却水系统回水主管上的温度传感器检测冷冻水回水温度，再经由温度控制器设定的温度来控制变频器的频率增减来实现，控制方式是：冷却回水温度大于设定温度时，频率无级上调。 (2)制热模式下冷却水系统的闭环控制该模式是在中央空调中热泵运行（即制热）是冷却水泵系统的控制方案。同制冷模式模式控制方案一样，在保证末端设备冷却水流量供给的情况，确定一个冷却泵变频器工作的最小工作频率，将其设定为下限频率并锁定。变频冷却水泵的频率调节是通过安装在冷却水系统回水主管上的温度传感器检测冷却水回水温度，再经由温度控制器设定的温度来控制变频器的频率增减开实现。不同的是：冷却回水温度小于设定温度是，频率无级上调；冷却水回水温度越高，变频器的输出频率越低。变频器控制系统是通过安装在冷却水系统回水主管上的温度传感器来检测冷却水的回水温度，并可直接通过设定变频器参数使系统温度在需要的范围内。另外，针对以往改造的方案中首次运行是温度交换不充分的缺陷，变频器控制系统可增加首次起动全速运行功能，通过设定变频器参数可使冷却水系统充分交换一段时间，然后再根据冷却水回水温度对频率进行无级调速，并且变频器输出频率是通过检测回水温度信号及温度设定值经PID运算而得出的。 经多方论证，冷却水系统闭环控制可以采用冷却水回水温度组成闭环系统进行调节，与冷却管进、出水温度差调节方式比较，这种控制方式的优点有：只需要在中央空调冷却管出水端安装一个温度传感器，简单可靠。当冷却水出水温度高于温度上限设定值时，频率直接优先上调至上限频率工作。当冷却水出水温度低于温度下限设定值时，频率直接优先下调至下限频率。而采用冷却管进、出水温度差来调节很难达到这点。当冷却水出水温度介于温度下限设定值与温度上限设定值之间时，通过对冷却水出水温度及温度上、下限设定值进行PID调节，从而达到对频率的无级调速，闭环控制迅速准确。节能效果更为明显。冷却水出水温度低于温度上限设定值之间时，采用冷却管进、出水温度差调节方式有将出水温度低这一因素加入节能考虑范围，而仅仅由温度差来对频率进行无级调速；而采用上、下限温度调节方式则充分考虑这一因素，因而节能效果更为明显，通过对多家用户市场调查，平均节电率提高5%以上，节电率达到20%40%。具有首次起动全速运行功能。通过设定变频器参数中的数值可使冷冻水系统充分交换一段时间，避免由于刚起动运行时热交换不充分而引起的系统水流量过小。综上述分析，按照中央空调工作的环境和要求 ，以及节能方面的考虑，采用第二种方案-检测冷却水回水温度组成的闭环系统控制。（四）冷却系统变频改造过程1.冷却机循环水系统介绍冷冻机组的冷却循环水系统如图2-8所示。冷冻机组的冷却循环水系统主要由冷冻机组、冷水泵、冷却塔组成。冷却水经冷却泵加压后，送入冷冻机组的冷凝器，届时，由冷却水吸收冷凝剂蒸汽的热量，使冷凝剂冷却、冷凝。冷却水带走制冷剂热量后，被送入冷却塔，静布水器，通过冷却塔风机降温，降温后的冷却水通过出水管，流入冷却水泵，经过加压后再送入冷冻机组的冷凝器。 图2-8 冷冻机组冷却循环水系统图2. 冷却塔变频节能改造原理冷却塔是冷冻机组的冷却水最主要的交换设备之一，它主要靠冷却塔风机对冷却水降温，风机过去是靠交流接触器直接启动控制，风机的转速也是恒定的，不能调速，因此，风机的风量也是恒定的，不能调节。为了使冷冻机组进口冷却水温度保持在2832之间，我们在冷却塔水泵的出口，即冷冻机组的冷却水进口管道上安装一个温度传感器，采集冷却水温度，通过给出一路模拟信号给变频器经变频器自身的PID进行调节如图2-9所示，变频器给出适当的电压和频率给冷却塔电机调节冷却塔风机转速和输出功率，这样形成一个闭环反馈系统，维持冷却水温度，冷却水温度降低时，减小风机转速，放慢热交换的速度，从而减慢冷却水温度的降低。图2-9 冷却塔变频改造示意图（五） 冷却泵和风机的变频改造冷却泵用于冷却水在系统中的循环。在冷却水循环系统中，水流进制冷机组（简称为“进水”），和其冷凝器进行热交换，带走制冷机组制冷过程中产生的热量，再有冷却泵送上冷却塔（简称为“回水”），在进行喷淋冷却后又流进制冷机组，并如此反复循环。在冷却水循环系统中，由于冷却塔的水温是随环境温度而变化的，其单侧温度不能准确地反映制冷机组内产生的热量的多少。所以，对于冷却泵的变频改造，应以回水和进水的温度差作为依据，实现恒温差是比较合理的。温差大，则说明制冷机组产生的热量多，应该通过变频器提高冷却泵的转速，以加快冷却水的循环速度，带走更多的热量；温差小，则说明冷冻机组产生的热量少，就可以通过变频器降低冷却泵的转速，减缓冷却水的循环速度，以节约能源。冷却塔的散热风扇主要是是用来加快冷却水在喷淋过程中的散热程度，对于风扇的变频控制可以采用开环的方式，根据季节、天气变化通过变频器手动改变风扇的转速。天热的时候转速调高一点，天凉的时候，转速调低一点，配合冷却泵的变频调节，达到最佳的节能效果。冷却泵和风扇的变频改造方案如图2-10所示。图2-10 冷却泵和散热风机的变频改造三、中央空调调速系统的设计（一）系统的设计方案1. 1控X方案（X为水泵台数）由于变频器的价格偏高，故许多用户常采用由一台变频器控制多台水泵的方案，即所谓1拖X方案。其工作过程如下： 首先，由1号泵在变频控制的情况下工作；当用水量增大，1号泵工作频率上升，当已经达到额定频率而水压仍不足时，经过短暂的延时后，将1号泵切换为工频工作。同时变频器的输出频率迅速将为0HZ，然后使2号泵投入变频运行；当2号泵也达到额定频率而水压仍不足时，又使2号泵切换为工频工作，让3号泵投入变频运行。反之，当用水量减少时，则先1号泵退出工作，然后2号泵依次退出工作，完成一次加减泵的循环。此方案所需设备费用较少，但因只有一台水泵实行变频调速，故节能效果较差。2 .“1控1”方案 即每台水泵都由一台变频器来控制。这时，需指定一台作为主泵，系统的工作过程如下： 首先起动1号泵（主泵），进行变频控制； 当1号泵变频器的输出频率上升到50HZ，而水压仍不足时，2号泵起动并升速，使1号泵、2号泵同时进行变频控制；当1号泵的变频器的输出频率又上升到50HZ，水压还不足时，3号泵起动并升速，使3台泵同时进行变频控制。当1号泵变频器的输出频率下降到下限频率（如30HZ），而水压仍偏高时，2号泵减速并停止，进入1号泵、3号泵同时进行变频控制的状态；当1号泵变频器的输出频率再次下降到下限频率，而水压仍偏高时，3号泵也减速并停止，又进入1号泵单独工作的状态。为了均衡三台泵的工作情况，可以进行切换，使三台泵轮流担任主泵，但主控变频器则不变。此方案的一次性投入费用较高，但节能效果十分显著。从投资、机动性、使用环境、使用要求方面考虑，“1控X”的方案比较适合而且满足要求，因此选用第一种方案1控X方案。（二）主电路接线图本设计采用PLC对冷却水泵电机进行控制。其中采用了一台变频器对三台电机进行变频的调速控制。主电路主要由熔断器、断路器、电磁继电器无线电噪声滤波器、变频器和异步电动机组成。其主电路如图4-1所示。图3-1 主电路图电机有两种工作模式即：在工频电下运行和在变频电下运行。KM1、 KM3、 KM5 分别为电动机M1 、M2 、M3 工频运行时接通电源的控制接触器，KM0、 KM2 、KM4 分别为电动机M1、M2、 M3 变频运行时接通电源的控制接触器。（三）相关器件的选型及接线 本设计冷却泵选用的三台电动机均为75KW，采用的是一台变频器控制其冷却泵电动机变频控制。现将此电动机的参数计算如下：由PN=3UNINcosNN可知：IN=PN3UNcosNN=7500033800.850.75=178.75(A)1. PLC的选择及接线水泵M1、M2，M3可变频运行，也可工频运行，需PLC的6个输出点，变频器的运行与关断由PLC的1个输出点，控制变频器使电机正转需1个输出信号控制，报警器的控制需要1个输出点，输出点数量一共9个。控制起动和停止需要2个输入点，变频器极限频率的检测信号占用PLC2个输入点，系统自动/手动起动需1输入点，手动控制电机的工频/变频运行需6个输入点，控制系统停止运行需1个输入点，检测电机是否过载需3个输入点，共需15个输入点。系统所需的输入输出点数量共为24个点。本系统选用FXos-30MR-D型PLC。其接线如图3-2所示。Y0接KM0控制M1的变频运行，Y1接KM1控制M1的工频运行；Y2接KM2控制M2的变频运行，Y3接KM3控制M2的工频运行；Y4接KM4控制M3的变频运行，Y5接KM5控制M3的工频运行。X0接起动按钮，X1接停止按钮，X2接变频器的FU接口，X3接变频器的OL接口，X4接M1的热继电器，X5接M2的热继电器，X6接M3的热继电器。为了防止出现某台电动机既接工频电又接变频电设计了电气互锁。在同时控制M1电动机的两个接触器KM1、KM0线圈中分别串入了对方的常闭触头形成电气互锁。频率检测的上/下限信号分别通过OL和FU输出至PLC的X2与X3输入端作为PLC增泵减泵控制信号。图3-2 PLC的接线图2.变频器的选型(1)二次方率负载及其特性泵类负载属于二次方率负载，存在以下特性：转矩特性负载的转矩与转速的二次方成正比，即 (3-1)功率特点负载的功率（单位为KW），转矩与转速之间的关系是 (3-2)将式3-1代入上式即可得负载的功率与转速的三次方成正比，即 （3-3）式子二次方率负载的功率常数 (2)根据泵类负载的机械特性及其功率特性，应选择风机泵类专用变频器，其主要特点如下风机、泵类负载一般不容易过载，所以这类变频器的过载能力较低，为120%/1min（通用变频器为150%/1min），因此在进行功能预置时必须注意，由于负载的转矩与转速的平方成正比，当工作频率高于额定频率时，负载的转矩有可能大大超过变频器额定转矩，使电动机过载，所以，其最高工作频率不得超过额定频率。配置了进行多台控制的切换功能。配置了一些其他专用的控制功能，如“睡眠”、“唤醒”的功能，PID调节功能。(3)变频器容量的计算变频器容量的计算台变频器供电单台连续运行时变频器容量的计算 连续恒定负载运行时所需的变频器容量的计算公式 （4-4） （4-5）式3-4、3-5中是负载所要求的电动机的轴输出功率，单位是KW；是电动机的效率，通常是0.85；是电动机的功率因数，通常是0.75；是基准频率时（通常是工频）时电动机的额定电流单位是A；K为电流波形的修正系数，PWM方式时通常取1.0-1.05；是变频器的额定容量单位是KW；是变频器的额定电流，单位为A。单机供电连续运行时式子4-4、4-5两者是统一的，根据上式的计算结果和表3-1，选择FR-A540L-90K可满足要求。FR-A540变频器的管脚如图3-3所示。表4-1 三菱A系列变频器的规格型号额定容量/KVA额定电流/A适配电动机/KWFR-A540-2.2K-CH4.262.2FR-A540-7.5K-CH13177.5FR-A540-15K-CH23.63115FR-A540-45K-CH658645FR-A540-55K-CH8411055FR-A540L-75K11014475FR-A540L-90K13718090FR-A540L-110K165216110FR-A540L-132K198260132FR-A540L-160K248325160FR-A540L-220K329432220 图3-3 FR-A540的管脚说明变频器的接线图如图3-4所示。管脚STF接PLC的Y7管脚，控制电机的正转。X2接变频器的FU接口，X3接变频器的OL接口。频率检测的上/下限信号分别通过OL和FU输出至PLC的X2与X3输入端作为PLC增泵减泵控制信号。图3-4 变频器的接线图3. PID调节器 通过对被控制对象的传感器等检测控制量(反馈量)，将其与目标值(温度、流量、压力等设定值)进行比较。若有偏差，则通过此功能的控制动作使偏差为零。也就是使反馈量与日标值相一致的一种通用控制方式。它比较适用于流量控制、压力控制、温度控制等过程量的控制。在恒压供水中常见的PID控制器的控制形式主要有两种:(1)硬件型：即通用PID控制器，在使用时只需要进行线路的连接和P、I、D参数及日标值的设定。(2)软件型：使用离散形式的PID控制算法在可编程序控制器(或单片机)上做PID控制器图3-5 PID控制接线图此次使用硬件型控制形式。根据设计的要求，本系统的PID调节器内置于变频器中。其接线图如图3-5所示。4. 温度传感器的选择图3-6温度传感器的接线图5. 熔断器的选择熔断器是最简单有效的保护电器，在低压配电线路和用电设备中主要作为短路保护之用。熔断器的额定电压和额定电流应不小于线路的额定电压和所装熔体的额定电流，且其分断能力必须大于电路中可能出现的最大故障电流，又因为电路需对多台电动机进行短路保护，熔体的额定电流（IfN）应不小于最大一台电动机额定电流（INmax）的1.52.5倍加上同时使用的其他电动机额定电流之和（IN），即 IfN（1.52.5）INmax+IN=268.13446.88（A）6. 断路器的选择(1)作用隔离作用：当变频器进行维修