MM420系列变频器组成的变频拖动系统

1、MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 第第5 5章章 MM420MM420系列变频器组成的系列变频器组成的 变频拖动系统变频拖动系统 MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 5.0 5.0 生产机械对变频拖动系统的基本要求生产机械对变频拖动系统的基本要求 及变频运行的问题及变频运行的问题 a）变频调速系统）变频调速系统 b）对调速范围的要求）对调速范围的要求 c）对机械特性硬度的要求）对机械特性硬度的要求 一、在机械特性方面的要求一、在机械特性方面的要求 对调速范围的要求对调速范围的要求 对机械特性对机械特性“硬度硬度”的要求的要求 对升、降速过程及动态响应的要求对升、降速过程及动态响应

2、的要求 MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 对调速范围的要求对调速范围的要求 绝大多数变频器的输出频率可调节范围在绝大多数变频器的输出频率可调节范围在1Hz1Hz （200400200400）HzHz之间，能满足所有负载的调速范之间，能满足所有负载的调速范 围的要求。但在整个频率范围内能否带得动负围的要求。但在整个频率范围内能否带得动负 载，能不能长时间运行？所有要充分了解负载载，能不能长时间运行？所有要充分了解负载 的机械特性和电动机变频后的有效转矩线。的机械特性和电动机变频后的有效转矩线。 2. 2. 对机械特性对机械特性“硬度硬度”的要求的要求 异步电动机变频调速时，其机械特性的稳

3、异步电动机变频调速时，其机械特性的稳 定运行部分基本是平行的，属于硬特性，所以定运行部分基本是平行的，属于硬特性，所以 大多数情况下，只需采用大多数情况下，只需采用V/FV/F控制方式，就能满控制方式，就能满 足。足。 对精度要求较高的机械，则采用矢量控制对精度要求较高的机械，则采用矢量控制 方式。方式。 min max L L L n n D MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 3. 3. 对升、降速过程及动态响应的要求对升、降速过程及动态响应的要求 近代变频器在升、降速时间和升、降速方面都近代变频器在升、降速时间和升、降速方面都 有相当完善的功能，足以满足大多数负载的要有相当完善的功

4、能，足以满足大多数负载的要 求。但还要考虑：求。但还要考虑： （1 1）负载对启动转矩的要求，如起重机的起升机）负载对启动转矩的要求，如起重机的起升机 构；构； （2 2）负载对制动过程的要求，是否需要制动电阻，）负载对制动过程的要求，是否需要制动电阻， 制动电阻的大小和容量等；制动电阻的大小和容量等； （3 3）大多数情况下，变频调速开环系统的动态响）大多数情况下，变频调速开环系统的动态响 应能力能满足负载的要求，对要求特高的系统，应能力能满足负载的要求，对要求特高的系统， 则考虑采用具有转速反馈的矢量控制方式。则考虑采用具有转速反馈的矢量控制方式。 MM420系列变频器组成的变频拖 动系统

5、 二、在运行可靠性方面的要求二、在运行可靠性方面的要求 对过载能力的要求对过载能力的要求 对机械振动和寿命的要求对机械振动和寿命的要求 1.1.对过载能力的要求对过载能力的要求 对电动机而言，都有短时过载能力。对容量较对电动机而言，都有短时过载能力。对容量较 小的电动机，可能是几分钟；对容量较大的则小的电动机，可能是几分钟；对容量较大的则 可能是几十分钟，甚至几个小时。可能是几十分钟，甚至几个小时。 变频器也有过载能力，但允许的过载时间只有变频器也有过载能力，但允许的过载时间只有1 1 分钟。所以相对于电动机允许的短时间过载，分钟。所以相对于电动机允许的短时间过载， 变频器实际上是没有过载能力

6、。在这种情况下变频器实际上是没有过载能力。在这种情况下 必须考虑加大变频器容量。必须考虑加大变频器容量。 2.2.对机械振动和寿命的要求对机械振动和寿命的要求 （1 1）避免机械谐振；）避免机械谐振； （2 2）超过额度转速时，机械的振动、各部分轴承）超过额度转速时，机械的振动、各部分轴承 及传动机构的磨损增大问题。及传动机构的磨损增大问题。 MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 三、变频供电对异步电动机的影响三、变频供电对异步电动机的影响 1. 1. 对电流的影响对电流的影响 流入电动机电流含有高次谐波，因此与工频流入电动机电流含有高次谐波，因此与工频 运行相比，在带动相同负载的情况下，

7、电流要大些。运行相比，在带动相同负载的情况下，电流要大些。 资料表明，同为资料表明，同为50Hz50Hz时，输出额度转矩时，变频时时，输出额度转矩时，变频时 电流有增大电流有增大5%10%5%10%。 2. 2. 对磁路的影响对磁路的影响 在在V/FV/F下，由于电压随频率而下降，磁通减小，下，由于电压随频率而下降，磁通减小， 使输出转矩减小。为使电动机也能达到额度转矩，使输出转矩减小。为使电动机也能达到额度转矩， 必须补偿足够的电压。必须补偿足够的电压。 MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 四、变频调速的要害四、变频调速的要害低频运行与起动低频运行与起动 1. 重载低频运行的对策重载低

8、频运行的对策 a）转矩提升）转矩提升b）转差补偿）转差补偿c）矢量控制）矢量控制 转矩补偿：在转矩补偿：在U U/ /f f控制方式下，变频器利用增加输出电压来提控制方式下，变频器利用增加输出电压来提 高电动机转矩的方法。高电动机转矩的方法。 转差补偿：当电动机转速随着负载转矩增加转差补偿：当电动机转速随着负载转矩增加(降低降低)而下降而下降(升高升高) 时，变频器的输出频率自动升高时，变频器的输出频率自动升高(降低降低)，以补偿电动机转速变，以补偿电动机转速变 化的过程。化的过程。 MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 2. 起动特点及对策起动特点及对策 a）传输带）传输带b）起动特点）

9、起动特点c）起动频率）起动频率d）S形加速形加速 MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 五、上下限频率的预置要点五、上下限频率的预置要点 （1）上限频率尽量接近于额定频率：）上限频率尽量接近于额定频率：fHfN （2）尽量提高下限频率）尽量提高下限频率 有利于电动机的散热。有利于电动机的散热。 提高在下限频率下运行的稳定性（尤其是无反馈提高在下限频率下运行的稳定性（尤其是无反馈 矢量控制方式）。矢量控制方式）。 MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 5.1 5.1 恒转矩负载变频拖动系统恒转矩负载变频拖动系统 恒转矩负载的特点恒转矩负载的特点 当运行时，无论其速度变化与否，负载阻当运行

10、时，无论其速度变化与否，负载阻 转矩大小总保持恒定或基本恒定。转矩大小总保持恒定或基本恒定。 图图5-15-1 恒转矩负载及其特性恒转矩负载及其特性 a a）带式输送机带式输送机 b b）机械特性机械特性 c c）功率特性）功率特性 rFTL MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 恒转矩负载基本特点：恒转矩负载基本特点： 负载转矩负载转矩 : : 负载的阻转矩基本恒定，即负载转矩的大小与负载的阻转矩基本恒定，即负载转矩的大小与 转速无关。转速无关。 负载功率负载功率: : 负载功率与速度成正比。负载功率与速度成正比。 constrFT L nkW nT P)( 9550 L L MM420

11、系列变频器组成的变频拖 动系统 1.1.恒转矩负载的调速范围恒转矩负载的调速范围 （1）调速范围和负荷率的关系）调速范围和负荷率的关系 负荷率：电动机轴上的负载转矩负荷率：电动机轴上的负载转矩TL（负载折算到电动机轴上（负载折算到电动机轴上 的转矩）与电动机额定转矩的转矩）与电动机额定转矩TMN的比值，用的比值，用。 变频器在外部无强迫通风的状态下提供的有效转矩线变频器在外部无强迫通风的状态下提供的有效转矩线 主要功能的参数设置主要功能的参数设置 A电动机允许的负荷率电动机允许的负荷率 MN L T T n MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 结论：结论： 在拖动恒转矩负载时，允许的工作

12、频率范围与在拖动恒转矩负载时，允许的工作频率范围与 实际的负荷率有关，实际负荷率越大，允许的工作实际的负荷率有关，实际负荷率越大，允许的工作 频率范围越小；反之，实际负荷率越小，允许的工频率范围越小；反之，实际负荷率越小，允许的工 作频率范围越大。作频率范围越大。 n MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 （2）满足调速范围的方法）满足调速范围的方法 实例：实例： 某恒转矩负载数据：某恒转矩负载数据： TL140Nm，nmax720r/min，nmin80r/min， n nmax / nmin =9。 原选电动机的数据：原选电动机的数据： PN11kW， nN1440r/min。 原有传

13、动装置的传动比原有传动装置的传动比2。 今采用变频调速，用户要求不增加额外的装置，如速度传今采用变频调速，用户要求不增加额外的装置，如速度传 感器和风扇等。但可适当改变皮带轮的直径，即在一定范感器和风扇等。但可适当改变皮带轮的直径，即在一定范 围内改变传动比。围内改变传动比。 MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 计算：计算：1. 原设备的计算原设备的计算 （1）电动机的额定转矩：）电动机的额定转矩： （2）负载转矩的折算值：）负载转矩的折算值： （3）电动机的负荷率：）电动机的负荷率： （4）核实允许的变频范围：）核实允许的变频范围： 由图由图5-2知，当负荷率为知，当负荷率为0.96时

14、，允许的频率范围是时，允许的频率范围是 1952Hz，则对应的调频范围：，则对应的调频范围： 显然，与负载要求的调速范围相去甚远，必须考虑解决办法。显然，与负载要求的调速范围相去甚远，必须考虑解决办法。 mNTMN 95.72 1440 119550 mNT L 70 2 140 96. 0 95.72 70 974. 2 19 52 f MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 2. 改造解决方法：减小负荷率改造解决方法：减小负荷率 （1）由图）由图5-2知，如果负荷率为知，如果负荷率为70%，则允许调频范围为，则允许调频范围为 670Hz，则：，则： （2）电动机轴上的负载转矩应限制在：）

15、电动机轴上的负载转矩应限制在： （3）确定传动比：）确定传动比： 选选 97 .11 6 70 f mNT L 51%705 .72 745. 2 51 140 75. 2 MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 3. 校核校核 （1）电动机的转速范围：）电动机的转速范围： （2）额定转差率：）额定转差率： （3）工作范围）工作范围:（假定调速中，转差率不变）（假定调速中，转差率不变） 符合负荷率频率范围。符合负荷率频率范围。 min/22075. 280 min/198075. 2720 min max rn rn M M 04. 0 1500 14401500 N s HzHz s np

16、 f N M 7075.68 96. 060 19802 )1 (60 max max HzHz s np f N M 664. 7 96. 060 2202 )1 (60 min min MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 a）=2 b）=2.75 减小负荷率，增大调速范围减小负荷率，增大调速范围 MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 恒功率负载及其特性恒功率负载及其特性 a）卷径很小时）卷径很小时b）卷径增大时）卷径增大时c）卷径最大时）卷径最大时 2主要特点主要特点 （1）功率特点）功率特点 P L F常数常数 （2）转矩特点）转矩特点 TLF （3）转速特点）转速特点 n1/

17、r 1典型实例典型实例 恒功率负载的特点恒功率负载的特点 5.2 5.2 恒功率负载变频拖动系统恒功率负载变频拖动系统 MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 恒功率负载在实现变频调速时，考虑的主要问题是如何恒功率负载在实现变频调速时，考虑的主要问题是如何 减小拖动系统的容量是关键问题。减小拖动系统的容量是关键问题。 1实现变频调速的主要矛盾实现变频调速的主要矛盾 额定频率以下带卷绕机额定频率以下带卷绕机 恒功率负载变频调速要点恒功率负载变频调速要点 MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 实例：实例： 某卷曲机，负载的转速范围为某卷曲机，负载的转速范围为53318r/min，电动机的，电

18、动机的 额定转速为额定转速为960 r/min，传动比为，传动比为3。卷曲机的特性曲线如图。卷曲机的特性曲线如图。 计算：计算： 电动机的选择电动机的选择 （1）最高转速时的负载功率）最高转速时的负载功率 （2）最低转速时的负载功率）最低转速时的负载功率 kWP rnn mNTT L LL LL 1 9550 96010 min/960 10 max min kWP rnn mNTT L LL LL 1 9550 16360 min/163 60 min max 张燕宾张燕宾P158（a） 电动机拖动恒功率负载电动机拖动恒功率负载 （fxfN) MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 （3）

19、所需电动机的容量）所需电动机的容量 因为电动机的额定转矩必须能够带动负载的最大转矩，即因为电动机的额定转矩必须能够带动负载的最大转矩，即 同时，电动机的额定转速又必须满足负载的最高转速，即同时，电动机的额定转速又必须满足负载的最高转速，即 所以，电动机的容量应满足所以，电动机的容量应满足 选择选择 可见，所选电动机的容量为负载所需功率的可见，所选电动机的容量为负载所需功率的7.5倍。倍。 这是因为：这是因为： 所以所以: 这样，变频调速系统的容量是负载实际所需功率的这样，变频调速系统的容量是负载实际所需功率的n倍，是倍，是 很浪费的。很浪费的。 min/960 max rnn L MN mNT

20、T L MN 60 max kW nT P LL MN 6 9550 96060 9550 maxmax kWP MN 5 . 7 9550 9550 minmax maxmax LL L LL MN nT P nT P n L L L MN n n P P min max MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 2减小电动机容量的解决方法减小电动机容量的解决方法 （1）基本考虑）基本考虑 当电动机在当电动机在fxfN时运行时，是恒功率性质的，所以应尽量利用时运行时，是恒功率性质的，所以应尽量利用 电动机的恒功率区带动恒功率负载，使两者特性比较吻合。电动机的恒功率区带动恒功率负载，使两者特性

21、比较吻合。 （2）fx2fN时的电动机容量时的电动机容量 当当fmax=2fN时时，因为电动机的最高转速比原来增大一倍，则传动，因为电动机的最高转速比原来增大一倍，则传动 比必须也增大一倍，比必须也增大一倍， 。下图绘出了增大传动比的机。下图绘出了增大传动比的机 械特性。械特性。 电动机的额定转矩：因为电动机的额定转矩：因为 ，所以负载转矩的折算值，所以负载转矩的折算值 减少了一半，即减少了一半，即 。 电动机的额定转速仍为电动机的额定转速仍为960r/min。 电动机的容量为电动机的容量为 取取 可见，电动机的容量减少了一半。可见，电动机的容量减少了一半。 62 62 mNTT L MN 3

22、0 max kWP MN 3 9550 96030 图张图张P158(b) kWP MN 7 . 3 电动机拖动恒功率负载电动机拖动恒功率负载 （fx2fN) MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 由于电动机的工作频率过高会引起轴承及传动机构磨损由于电动机的工作频率过高会引起轴承及传动机构磨损 的增加，故对于卷曲机一类的必须连续调速的机械，拖动系统的增加，故对于卷曲机一类的必须连续调速的机械，拖动系统 的容量已经不大可能进一步减小。的容量已经不大可能进一步减小。 MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 3车床实例车床实例 某意大利产某意大利产SAG型精密车床，原拖动系统采用电磁离合器配合

23、型精密车床，原拖动系统采用电磁离合器配合 齿轮箱进行调速。现改用变频调速。具体数据如下：齿轮箱进行调速。现改用变频调速。具体数据如下： （1）基本数据：）基本数据： 主轴转速八挡：主轴转速八挡：75、120、200、300、500、800、1200、 2000r/min； 电动机额定容量：电动机额定容量：2.2kW，额定转速，额定转速1440r/min； （2）主要计算数据：）主要计算数据： 调速范围：调速范围： nL300r/min为恒转矩区；为恒转矩区； nL500r/min为恒功率区。为恒功率区。 （3）各挡转速下的负载转矩实际功率按）各挡转速下的负载转矩实际功率按2kW计算。各挡转速下

24、计算。各挡转速下 的负载转矩如表所示：的负载转矩如表所示： 67.26 75 2000 L 挡次挡次12345678 转速（r/min）7512020030050080012002000 转矩（Nm）63.763.763.763.738.223.915.99.55 说明恒转矩区恒功率区 MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 （4）电动机额定转矩）电动机额定转矩 （5）对调速方案的分析）对调速方案的分析 功率调节范围限制在额定频率以下功率调节范围限制在额定频率以下 电动机须满足：电动机须满足： 所以：所以： 取取，所需电动机容量是原来的，所需电动机容量是原来的7倍多。倍多。 mNTMN 6

25、.14 1440 2 . 29550 mNTT L MN 7 .63 max min/2000 max rnn L MN kW nT P LL MN 34.13 9550 20007 .63 9550 maxmax kWP MN 15 图图5-10 额定频率以下带车床运行额定频率以下带车床运行 MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 功率调节范围扩大到功率调节范围扩大到100Hz 因为车床的大部分机械特性属于恒功率性质，而电动机在额定因为车床的大部分机械特性属于恒功率性质，而电动机在额定 频率以上也是恒功率性质。因此从充分利用电动机的潜能出发，频率以上也是恒功率性质。因此从充分利用电动机的潜

26、能出发， 将电动机的最高工作频率扩大到将电动机的最高工作频率扩大到100Hz。这样电动机的额定转。这样电动机的额定转 速只需最高转速的一半。即速只需最高转速的一半。即 取取 虽减小了一半，但仍是原来的虽减小了一半，但仍是原来的3倍多。倍多。 mNTT L MN 7 .63 max min/1000 2 1 max rnn L MN kWP MN 67. 6 9550 10007 .63 kWP MN 5 . 7 图图5-11 二倍频以下带车床运行二倍频以下带车床运行 MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 功率调节范围扩大到功率调节范围扩大到100Hz，采用两挡传动比，采用两挡传动比 由于车

27、床在切削过程中是不进行调速的，每次调速都是在停车由于车床在切削过程中是不进行调速的，每次调速都是在停车 下进行。所以可以考虑采用两挡传动比方案。下进行。所以可以考虑采用两挡传动比方案。 低速挡时，传动比较大，低速挡时，传动比较大， 高速挡时，传动比较小，高速挡时，传动比较小， 这时电动机折算到负载轴上的机械特性与负载的机械特性曲线这时电动机折算到负载轴上的机械特性与负载的机械特性曲线 十分接近。折算到负载轴上的电动机转速只需要：十分接近。折算到负载轴上的电动机转速只需要： 取取 可见，原来的电动机即可。可见，原来的电动机即可。 mNTT L MN 7 .63 max min/300 rnMN

28、kWP MN 0 . 2 9550 3007 .63 kWP MN 2 . 2 图图5-12 两挡传动比带车床运行两挡传动比带车床运行 5 5 . 1 MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 校核：校核： 当负载为当负载为500r/min时，电动机为时，电动机为500*5=2500r/min。这时电动。这时电动 机的输出转矩为机的输出转矩为 折算到负载轴上为折算到负载轴上为8.4*5=42Nm38.2Nm 当负载运行在当负载运行在800r/min时，电动机速度为时，电动机速度为800*1.5=1200r/min。 这时电动机的输出转矩为这时电动机的输出转矩为 折算到负载轴上为折算到负载轴上为

29、17.5*1.5=26.25Nm 23.9Nm 可见，用原来的电动机拖动没有问题。可见，用原来的电动机拖动没有问题。 mNTM 4 . 8 2500 2 . 29550 mNTM 5 .17 1200 2 . 29550 MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 二次方律负载的特点二次方律负载的特点 1转矩特点转矩特点 2 LTL nKT 二次方律负载及其特性二次方律负载及其特性 2功率特点功率特点 3 LP L 2 LT L 9550 nK nnK P 5.3 5.3 二次方律负载变频拖动系统二次方律负载变频拖动系统 MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 风机变频调速要点风机变频调速要点

30、 二次方率负载实现变频调速后的主要问题是如何得到二次方率负载实现变频调速后的主要问题是如何得到 最佳的节能效果。最佳的节能效果。 1功能预置要点功能预置要点 （1）控制方式）控制方式VF控制方式控制方式 由于在低频运行时，即使无电压补偿，电动机的转矩与负载由于在低频运行时，即使无电压补偿，电动机的转矩与负载 转矩相比，仍有较大余量。通常变频器出厂时都设定了一定转矩相比，仍有较大余量。通常变频器出厂时都设定了一定 补偿量，所以直接接上风机或水泵运行，节能效果就不明显补偿量，所以直接接上风机或水泵运行，节能效果就不明显 了。了。 风机、水泵用的风机、水泵用的Uf线线 a）艾默生变频器）艾默生变频器

31、b）康沃变频器）康沃变频器c）A-B变频器变频器 MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 （2）上限频率（或最高频率）上限频率（或最高频率） 由于风机属于二次方律负载，故最高频率不允许超过电由于风机属于二次方律负载，故最高频率不允许超过电 动机的额定频率（基本频率）。动机的额定频率（基本频率）。 设工作频率设工作频率fX上升上升10%，即，即 fX=1.1fN=1.150=55Hz 则，转速也上升则，转速也上升10%，于是，负载转矩，于是，负载转矩TLX为为 TLX=(1.1)2TLN=1.21TLN 可见，负载转矩将增大可见，负载转矩将增大21%，使电动机处于严重过载状态。，使电动机处于严

32、重过载状态。 （3）下限频率）下限频率 风机频率太低时，实际意义不大，故下限频率通常预置风机频率太低时，实际意义不大，故下限频率通常预置 位位25Hz。 （4 4）起动功能）起动功能 根据需要，可预置起动前的直流制动功能，以保证零速起动。根据需要，可预置起动前的直流制动功能，以保证零速起动。 MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 （5）加、减速时间与方式）加、减速时间与方式 1）加、减速时间）加、减速时间 因为：因为：）风机的惯性较大；）风机的惯性较大； ）起动与停机很不频繁。）起动与停机很不频繁。 所以：加、减速时间应适当延长，使起动时的电所以：加、减速时间应适当延长，使起动时的电 动机

33、电流和停止时的直流电压都限制在允许范围内。动机电流和停止时的直流电压都限制在允许范围内。 2）加、减速方式）加、减速方式 因为：风机在低速时阻转矩很小，而在频率较高因为：风机在低速时阻转矩很小，而在频率较高 时阻转矩增加较快。时阻转矩增加较快。 所以：采用半所以：采用半S方式为宜。方式为宜。 MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 tS tD tS tA S形时间形时间tS可以按升速时间可以按升速时间tA或降速时间或降速时间tD的的20%30% 来预置。如来预置。如tA=tD=30s，则，则tS可预置可预置69s。 MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 2风机控制电路实例风机控制电路实例

34、 某锅炉鼓风机系统，采用西门子某锅炉鼓风机系统，采用西门子S7-200 PLC和和MM430 变频器进行控制。要求：变频器进行控制。要求： （1）即可工频运行，也可变频运行；）即可工频运行，也可变频运行； （2）变频器频率由温度传感器测定信号后，经）变频器频率由温度传感器测定信号后，经PID调节器进调节器进 行控制；行控制； （3）变频器出现故障后，风机停止变频运行，）变频器出现故障后，风机停止变频运行，5s后转入工频后转入工频 运行，同时报警指示灯亮。故障排除后通过复位按钮控制，运行，同时报警指示灯亮。故障排除后通过复位按钮控制， 报警指示灯灭，风机停止工频运行，报警指示灯灭，风机停止工频运

35、行，5s后转入变频运行。后转入变频运行。 MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 电路图：电路图： （1）主电气电）主电气电 路路 KM3控制工频控制工频 供电，供电，KM1、 KM2控制变频控制变频 供电。供电。 （2）控制电路）控制电路 S7-200 PLC的的 I/O分配及各电分配及各电 气器件的功能。气器件的功能。 （表（表5-3） MM430参数设参数设 置表（表置表（表5-4） 图5-17 MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 水泵变频调速的功能参数设置水泵变频调速的功能参数设置 1泵的基本特性与节能原理泵的基本特性与节能原理 泵是一种平方降转矩负载，其转速泵是一种平方降转矩

36、负载，其转速n与流量与流量Q、扬程、扬程H 及泵的轴功率及泵的轴功率P的关系如下式所示：的关系如下式所示： 泵的流量与其转速成正比，泵的扬程与其转速的平方成泵的流量与其转速成正比，泵的扬程与其转速的平方成 正比，泵的轴功率与其转速的立方成正比。正比，泵的轴功率与其转速的立方成正比。 扬程扬程单位质量的水被水泵上扬时所获得的能量。单位质量的水被水泵上扬时所获得的能量。 单位单位m。扬程主要包括三个方面。扬程主要包括三个方面：（：（1）提高水位所需）提高水位所需 的能量；（的能量；（2）克服水在管路中的流动阻力（管阻）所）克服水在管路中的流动阻力（管阻）所 需的能量；（需的能量；（3）使水流具有一

37、定的流速所需的能量。）使水流具有一定的流速所需的能量。 2 1 21 n n QQ 2 2 1 21 n n HH 3 2 1 21 n n PP MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 下图是泵的流量下图是泵的流量Q与扬程与扬程H的关系曲线。曲线为泵在转速的关系曲线。曲线为泵在转速 n1下扬程下扬程流量流量(HQ)的特性；曲线为泵在转速的特性；曲线为泵在转速n2下扬下扬 程程流量流量(HQ)的特性；曲线为泵在转速的特性；曲线为泵在转速n1下功率下功率流量流量 (PQ)的特性；曲线、为管阻特性。假设泵在标准工作的特性；曲线、为管阻特性。假设泵在标准工作 点点A点效率最高，输出流量点效率最高，

38、输出流量Q为为1OO%，此时轴功率，此时轴功率P1与与Q1、 H1的乘积面积的乘积面积AH1OQ1成正比。根据生产工艺要求，当流量成正比。根据生产工艺要求，当流量 需从需从Q1减小到减小到Q2时时,如果采用调节阀门方法如果采用调节阀门方法(相当于增加管网相当于增加管网 阻力阻力)，使管阻特性从曲线变到曲线，使管阻特性从曲线变到曲线,系统由原来的标准系统由原来的标准 工作点工作点A变到新的工作点变到新的工作点B运行。此时，泵扬程增加，轴功率运行。此时，泵扬程增加，轴功率 P2与面积与面积BH2OQ2成正比。成正比。 泵的扬程泵的扬程流量曲线流量曲线 如果采用变频器控制方式，泵转速如果采用变频器控

39、制方式，泵转速 由由n1降到降到n2，在满足同样流量，在满足同样流量Q2 的情况下，泵扬程的情况下，泵扬程H3大幅降低，轴大幅降低，轴 功率功率P3与面积与面积CH3OQ2成正比。轴成正比。轴 功率功率P3和和P1、P2相比较，将显著相比较，将显著 减小，节省的功率损耗减小，节省的功率损耗P与面积与面积 BH2H3C成正比成正比,节能的效果是十分节能的效果是十分 明显的。明显的。 MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 泵的扬程和出水压力是线性关系，泵的扬程和出水压力是线性关系， 因此可以近似表示为出水压力因此可以近似表示为出水压力P P。EA EA 是恒压线是恒压线,n1,n2,n3,n1

40、,n2,n3是不同转速下是不同转速下 的流量的流量/ /压力特性。可见在压力特性。可见在n1 n1 转速下转速下 如果通过控制阀门的开度使流量从如果通过控制阀门的开度使流量从Qa Qa 减少到减少到Qc Qc 时时, ,压力将沿压力将沿n1 n1 曲线升高到曲线升高到 D D点，所以在流量减少的同时，提高了点，所以在流量减少的同时，提高了 压力。如果从转速压力。如果从转速n1n1降低到降低到n3n3，则，则 流量沿着恒压力线从流量沿着恒压力线从Qa Qa 减少到减少到Qc Qc 时，时， 而压力没变。可见在一定范围内可以而压力没变。可见在一定范围内可以 在保持出水压力恒定的前提下，通过在保持出

41、水压力恒定的前提下，通过 改变转速来调节流量，并且没有压力改变转速来调节流量，并且没有压力 升高带来的损失。这种特性表明调节升高带来的损失。这种特性表明调节 水泵转速改变出水流量，使压力稳定水泵转速改变出水流量，使压力稳定 在恒压线上就能够完成流体的恒压供在恒压线上就能够完成流体的恒压供 水。水。 MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 2恒压供水调控原理及变频控制系统结构恒压供水调控原理及变频控制系统结构 恒压供水是指在供水网系中用水量发生变恒压供水是指在供水网系中用水量发生变 化时，出口压力保持不变的供水方式，这样既化时，出口压力保持不变的供水方式，这样既 可以满足各个部位的用户对水的需

42、求，又不使可以满足各个部位的用户对水的需求，又不使 电机空转造成能量浪费。为了实现上述目标，电机空转造成能量浪费。为了实现上述目标， 需要变频器根据给定压力信号和反馈压力信号需要变频器根据给定压力信号和反馈压力信号 调节水泵转速，从而达到控制管网中水压恒定调节水泵转速，从而达到控制管网中水压恒定 的目的。恒压供水变频调速控制系统原理结构的目的。恒压供水变频调速控制系统原理结构 图（图图（图5-195-19）。）。 MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 水泵电机是输出环节，转速由变频器控制水泵电机是输出环节，转速由变频器控制 实现变流量恒压控制。实现变流量恒压控制。MicroMaster43

43、0 MicroMaster430 接收给接收给 定和反馈信号后，经过定和反馈信号后，经过PID PID 调节输出运转频率调节输出运转频率 指令。压力传感器检测管网出水压力，并将其指令。压力传感器检测管网出水压力，并将其 转变为变频器可接收的模拟信号，进行调节。转变为变频器可接收的模拟信号，进行调节。 变频调速恒压供水控制最终是通过调节水泵的变频调速恒压供水控制最终是通过调节水泵的 转速来实现的，水泵是供水的执行单元，通过转速来实现的，水泵是供水的执行单元，通过 调速能实现水压恒定。调速能实现水压恒定。 MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 3.MM430变频器端变频器端 子配置：子配置：

44、MM420系列变频器组成的变频拖 动系统 4. MicroMter4304. MicroMter430的内置功能：的内置功能： MicroMter430 MicroMter430 拥有内置拥有内置PID PID 调节器，可以提高供水系统压力的调节器，可以提高供水系统压力的 控制精度，改善控制系统的动态响应。控制精度，改善控制系统的动态响应。PID PID 调节器设定一个目标调节器设定一个目标 值，目标值与用户要求的压力对应的值进行比较，通过调节值，目标值与用户要求的压力对应的值进行比较，通过调节PID PID 参数来调节变频器的输出频率，从而调整水泵转速，改变水泵流参数来调节变频器的输出频率，

45、从而调整水泵转速，改变水泵流 量，使压力保持恒定。量，使压力保持恒定。 MicroMaster430 MicroMaster430 还扩展还扩展PID PID 控制器的功能，电机可以以最小控制器的功能，电机可以以最小 频率运行然后，断开电机，如果达到重新起动频率电机将自动再频率运行然后，断开电机，如果达到重新起动频率电机将自动再 起动。这就是节能方式控制（在无负载的情况下，可以断开电动起动。这就是节能方式控制（在无负载的情况下，可以断开电动 机的运行），为用户节约大量能源。机的运行），为用户节约大量能源。 为了防止水池缺水时，水泵因空转而受到损坏，为了防止水池缺水时，水泵因空转而受到损坏，MM430 MM4