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        變頻與工頻切換的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

        2020-08-28 17:15:25李莉
        機(jī)電信息 2020年24期
        關(guān)鍵詞:工頻節(jié)能變頻

        摘? 要:使用變頻器給負(fù)載設(shè)備供電有很大的優(yōu)勢(shì),可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)和節(jié)能,但有時(shí)也要考慮到變頻器故障和加工工藝的要求,所以應(yīng)該設(shè)置變頻和工頻切換裝置?,F(xiàn)以消防排風(fēng)系統(tǒng)為例,介紹了基于PLC的變頻和工頻切換控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程,經(jīng)仿真調(diào)試,收到了比較好的效果。

        關(guān)鍵詞:節(jié)能;故障;工頻;變頻;切換;PLC

        1? ? 變頻與工頻切換的必要性

        變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù),通過改變電機(jī)工作電源頻率的方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。它根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要提供其所需要的電源電壓,進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的。而風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載,由于功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比,所以利用變頻器進(jìn)行調(diào)速,節(jié)能效果將非常顯著,此外,利用變頻器也可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng),減小沖擊電流對(duì)設(shè)備的損害。所以,變頻器在風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載中應(yīng)用非常廣泛。

        但是,對(duì)某些情況來說,需要變頻與工頻相互切換,系統(tǒng)才能更完善。比如:

        (1)故障切換:有些機(jī)械在運(yùn)行過程中是不允許停機(jī)的,對(duì)于這些機(jī)械,當(dāng)變頻器發(fā)生故障跳閘時(shí),應(yīng)該立即自動(dòng)切換成工頻運(yùn)行。

        (2)程序切換:有的機(jī)械根據(jù)工藝特點(diǎn),要求交替進(jìn)行滿頻率運(yùn)行和低速運(yùn)行。從節(jié)能的角度出發(fā),滿頻率運(yùn)行時(shí)切換為工頻為宜。

        以消防排風(fēng)系統(tǒng)為例,正常情況下,大型商場(chǎng)或停車場(chǎng)的排風(fēng)系統(tǒng)采用變頻運(yùn)行,可起到節(jié)能的作用,但是當(dāng)有消防要求的時(shí)候,需要將排風(fēng)系統(tǒng)由變頻切換到工頻最大排風(fēng)量運(yùn)行;當(dāng)變頻器在運(yùn)行過程中頻率達(dá)到50 Hz時(shí),需要系統(tǒng)自動(dòng)切換為工頻運(yùn)行;再者,當(dāng)變頻器發(fā)生故障的時(shí)候,系統(tǒng)由變頻運(yùn)行切換到工頻運(yùn)行,變頻器故障指示燈亮;最后,當(dāng)變頻器報(bào)警時(shí),系統(tǒng)停止變頻運(yùn)行。

        2? ? 硬件設(shè)計(jì)

        2.1? ? 主電路設(shè)計(jì)

        如圖1所示,三相工頻電源通過斷路器QF接入,接觸器KM1用于將電源接至變頻器的輸入端L1、L2、L3;接觸器KM2用于將變頻器的輸出端U、V、W接至電動(dòng)機(jī);接觸器KM3用于將工頻電源接至電動(dòng)機(jī)。注意:KM2和KM3絕對(duì)不能同時(shí)接通,否則會(huì)損壞變頻器,因此,接觸器KM2和KM3之間必須有可靠的互鎖。熱繼電器FR用于工頻運(yùn)行時(shí)的過載保護(hù)。

        2.2? ? 控制電路設(shè)計(jì)

        本文采用西門子PLC 224XP和西門子MM440變頻器來實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的消防排風(fēng)系統(tǒng)的模擬裝調(diào)。PLC同變頻器的接線圖如圖2所示。變頻器的5端子與PLC的Q1.1相連,控制變頻器的啟停。變頻器的運(yùn)行頻率由模擬信號(hào)輸入端的輸入電壓來設(shè)定。變頻器的實(shí)際輸出頻率則由模擬輸出通道的輸出電流來表示,因?yàn)樽冾l器輸出的是4~20 mA電流信號(hào),而PLC 224XP的模擬量輸入通道只能是電壓信號(hào),所以把模擬通道的輸出電流與500 Ω的電阻并聯(lián),然后把500 Ω電阻兩端的電壓信號(hào)送入PLC的模擬輸入端,變頻器的實(shí)際輸出頻率最后儲(chǔ)存在PLC的AIW0字節(jié)中。而變頻器的三個(gè)輸出繼電器則分別接故障指示燈、運(yùn)行指示燈和報(bào)警指示燈,以顯示變頻器的狀態(tài)。

        值得注意的是,當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí),系統(tǒng)要由變頻運(yùn)行自動(dòng)切換為工頻運(yùn)行,所以輸出繼電器1的常開觸點(diǎn)也要接到PLC的輸入點(diǎn)上。此處,設(shè)置P0748.0=1,所以當(dāng)變頻器故障時(shí),繼電器得電,此處用常開觸點(diǎn)接故障指示燈。PLC輸入、輸出分配表如表1所示。

        3? ? 參數(shù)設(shè)置

        參數(shù)設(shè)置如表2所示。

        4? ? 變頻與工頻切換的程序設(shè)計(jì)

        變頻與工頻切換的程序設(shè)計(jì)如圖3所示。

        5? ? 系統(tǒng)調(diào)試

        (1)按下變頻啟動(dòng)按鈕SB1,Q0.0及Q0.1得電,即交流接觸器的KM1和KM2線圈得電,則KM1和KM2的常開主觸點(diǎn)閉合,為變頻器啟動(dòng)做準(zhǔn)備;同時(shí)Q1.1得電,變頻器開始啟動(dòng)。變頻器運(yùn)行頻率由模擬輸入端的電壓設(shè)定。

        (2)當(dāng)變頻器的實(shí)際運(yùn)行頻率大于等于50 Hz時(shí),PLC存儲(chǔ)器AIW0字節(jié)中的數(shù)據(jù)就會(huì)大于等于32 000,變頻器會(huì)切斷變頻運(yùn)行,自動(dòng)切換到工頻運(yùn)行。

        (3)當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí),變頻器自動(dòng)切換到工頻運(yùn)行,同時(shí)變頻器故障指示燈亮。

        (4)當(dāng)變頻器報(bào)警時(shí),會(huì)自動(dòng)切斷變頻運(yùn)行。

        6? ? 結(jié)語(yǔ)

        本設(shè)計(jì)中,系統(tǒng)變頻與工頻的切換是基于PLC程序?qū)崿F(xiàn)的,方便,可操作性強(qiáng),可擴(kuò)展性強(qiáng),是目前應(yīng)用比較廣泛的一種方法。

        收稿日期:2020-06-28

        作者簡(jiǎn)介:李莉(1981—),女,山東濟(jì)南人,碩士研究生,副教授,研究方向:電氣自動(dòng)化技術(shù)。

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