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變頻器與軟啟動器在大中型設備中的應用

作者:admin 發布日期:2018/8/20 關注次數: 二維碼分享

變頻器與軟啟動器在大中型設備中的應用?

由變頻器 、 軟啟動器及可編程控制器為主組成的高性能控制系統具有運行穩定 、 高效節能、 自動化程度高易于操作等優點。由于采用了軟啟動,設備啟、停過程平穩,避免了“水垂”效應,此控制系統隻需增加較少的投資,就能較大幅度的提高設備性能,此項技術在大中型水泵站中很有推廣應用價值。

通常供水設備的控制系統是由變頻器、控制器、低壓電器及壓力傳感器組成,可完成對供水壓力閉環控制,當供水管網流量變化時,通過調整變頻泵的轉速和改變投入運行的水泵台數,可達到穩定供水管網出口壓力的目的。


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一個典型的恒壓變頻供水系統,此控制系統的控制對象是供水管網出口壓力,由壓力傳感器采集供水管網出口壓力信号,将此壓力信号與設自動恒壓供水系統原理圖定壓力信号進行比較,其差值進入 CPU 進行 PID 運算,運算結果控制變頻器的輸出頻率及輸出電壓,使水泵轉速能随着供水管網壓力的波動而不斷的變化 , 從而使管網出口壓力穩定。如果管網流量變化大 , 當隻調整變頻泵的轉速不能滿足管網出口壓力穩定要求時 , 則由控制器發出指令,通過改變投入運行的水泵台數來滿足穩定管網出口壓力要求。

在上述過程中 , 當變頻泵達到較高設定轉速時,說明管網用水量大 , 隻靠調整變頻泵的轉速已不能使管網出口壓力穩定,在經過一定延時後,如果此泵仍然在較高設定轉速運行,控制系統就要啟動一台水泵,在水泵容量較大的供水系統中,往往采用一項叫作“循環軟啟動”的技術,即将變頻器帶動的正在全速運轉的電機交給電網,變頻器再帶動下一台電機變頻啟動,目的是減少啟動過程中的機械和電氣沖擊。這項被稱為“循環軟啟動”的技術存在着一個緻命弱點,因為在此過程中剛脫離變頻器的水泵在慣性作用下高速旋轉,電機轉子中還有較大的電流,由此電流形成的磁場在電機定子中感應出較高的電壓,此電壓與電網電壓不同頻率、不同相位,因而此時不能立即将此電機合到電網上,一般方法是根據電機容量大小,确定一個延時,要等轉子電流衰減到一定值以後,才能将此電機合到電網上,然後變頻器帶動下一台電機運行。

如在上述,從變頻器脫開的電機要經過一定延時後才能并入電網,對于中型電機此延時大約是 1-2 秒鐘,在此期間,水泵失去了動力,并且水的位能阻止水泵繼續旋轉,水泵轉速下降很快,當此水泵電機并入電網時,電機轉速已降的很低,當将此電機并入電網時将産生較大的電氣和機械沖擊。如果電機從變頻到工頻切換過程處理不當,會給電網及供水管網造成重大事故,所以許多專家在大中型供水設備中不主張采用這項“循環軟啟動”技術。變頻與工頻平穩切換,已成為大中型供水設備中迫切需要解決的問題。

為解決以上問題,現采用另一項電力電子産品“軟啟動”器,它基本原理是改變晶閘管的導通角改變輸出電壓,使電機在啟動和停機過程中,端電壓可以按照預先設定的方式逐漸變化,從而使啟動和停機過程平穩。如果是啟動一台電機,軟啟動将逐漸增大晶閘管的導通角,使電動機端電壓逐漸升高,水泵平穩升速完成啟動過程。如果是關閉一台電機,軟啟動内的晶閘管的導通角将由大逐漸減小,逐漸降低輸出電壓,使正在運轉的電機平穩停機。高性能的軟啟動及控制系統允許用一台軟啟動順序帶動多台電機完成軟啟、軟停操作比如啟動 1# 電機 , 軟啟動晶閘管的起始導通角為零 , 将 KM11 閉合,然後軟啟動晶閘管的導通角由小變大,電機端電壓逐漸升高到電網電壓, 一台軟啟動實現多台電機軟啟、軟停控制主電路圖 電機可較平穩升速完成啟動過程。此時電機的端電壓與電網電壓同頻率,同相位 , 軟啟動器的晶閘管完全導通 , 其輸出電壓接近電網電壓 , 這樣 , 可将 KM21 閉合,使軟啟器旁路 , 然後 KM11 斷開,軟啟動退出運行。

此過程中電機端子上始終保持着較穩定的電壓,所以整個啟動過程平穩,無沖擊。軟啟動退出運行以後準備接受下一次啟動或停機操作指令。如果下一次操作指令是再啟動一台電機,軟啟動将關閉軟啟動器上晶閘管,然後使相應的接觸器閉合,再重複上述過程。如果下一次操作是關閉一台電機,比如 1# 電機停機,軟啟動先使晶閘管全導通,輸出電壓接近電網電壓,然後 KM11 閉合将軟啟動并入正在運行的 1# 電機上,再斷開 1# 電機直接和電網相聯接的接觸器KM21 ,這時就由軟啟動單獨帶動 1# 電機運行,軟啟動逐步降低輸出電壓,電機速度逐漸下降,直到停機,完成軟停操作後, KM11 斷開。

在上述過程中,控制系統适時的将軟啟動接入或退出運行電路。使用一台軟啟動順序帶動多台電機完成軟啟、軟停操作的軟啟動器應具有“級聯”功能,“級聯”功能的主要作用是,在每一次操作前,軟啟動都要進行狀态準備,在完成操作之後發出信号使軟啟動及時退出運行。比如啟動電機,軟啟動晶閘管必須是關閉狀态,輸出電壓為零,然後進入啟動操作,如果是執行停機操作,軟啟動晶閘管必須是導通狀态,逐漸降低輸出電壓,完成停機操作,每一次操作之後軟啟動都要退出運行線路。軟啟動本身保護功能齊全,但是當一台軟啟動帶多台電機時,軟啟動完成啟停操作後要退出運行,所以電機保護要另外設置,軟啟動隻在啟停過程中起保護。 一個由變頻器、軟啟動器、可編程序控制器及低壓電器組成的供水控制具有良好的運行性能, 變頻器、軟啟動組成的自動恒壓供水系統原理圖 它由變頻器帶動一台泵變速運行,由一台軟啟動器完成其餘各泵開、停泵操作,變頻泵可定時輪換使各泵運行時間均衡。此控制系統除能根據管網出口壓力調整變頻泵轉速外,還能适時的将軟啟動接入或退出運行電路,完成開停泵操作。此系統克服了變頻器控制系統中,變頻泵由變頻向工頻切換過程中所産生的電氣和機械沖擊,此控制系統具有軟啟軟停功能,可以避免開停機時水泵突然變化而産生的“水垂”效應,保證了設備和管網的安全,此性能對大中型供水泵站尤為重要。


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綜上所述,在大中型泵站采用由變頻器,軟啟動及可編程控制器為主組成的控制系統,集現代電力電子技術,微電子技術及控制技術為一體,組成了适應大中型供水泵站需求的高性能控制系統。此系統具有運行穩定,高效節能,自動化程度高易于操作等優點。由于采用了軟啟動,設備啟停過程平穩,避免了“水垂”效應。與普通變頻控制系統相比,此控制系統增加了軟啟動,軟啟動成本相對較低,此控制系統隻增加了較少的投資,就能較大幅度的提高設備性能,此項技術在大中型水泵站中很有推廣應用價值。

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