工业锅炉鼓风机变频器调速系统课程设计

工业锅炉鼓风机变频器调速系统课程设计沈阳理工大学课程设计
摘要
现今在中国各行各业的各类机械与电气设备中与风机配套的电机约占全国电机装机量的60%，耗用电能约占全国发电总量的三分之一。

特别值得一提的是，大多数风机在使用过程中都存在大马拉小车的现象，加之因生产、工艺等方面的变化，需要经常调节气体的流量、压力、温度等;现许多单位仍然采用落后的调节档风板或阀门开启度的方式来调节气体的流量、压力、温度等。

这实际上是通过人为增加阻力的方式，并以浪费电能和金钱为代价来满足工艺和工况对气体流量调节的要求。

这种落后的调节方式，不仅浪费了宝贵的能源，而且调节精度差，很难满足现代化工业生产及服务等方面的要求，负面效应十分严重。

随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。

电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。

近年来，出于节能的迫切需要和对产品质量不断提高的要求，加之采用PLC和变频器易操作、易维护、控制精度高，并可以实现高功能化等特点，采用基于PLC的变频器驱动方案开始逐步取代风门、挡板、阀门的控制方案。

从而大大的降低生产成本，减少能量损耗和对环境的污染，为企业带来可观的经济效益和社会效益。

关键词：鼓风机；电力电子；PLC；变频器
I
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目录
1 绪论 ............................................................. 1 2 变频器的运行 ..................................................... 2 2.1 变频器的工作原理 ............................................. 2 2.2 变频器的结构与功能 . (2)
2.2.1 变频器的结构 ........................................... 2 2.2.2 变
频器的功能 ........................................... 3 3 变频器的选
择 ..................................................... 4 3.1 变频器的控制方
式 ............................................. 4 3.2 变频器的选
型 ................................................. 5 4 鼓风机变频调速原
理 ............................................... 7 4.1 鼓风机线路设
计 ............................................... 7 4.2主电路器件的选
择 ............................................. 10 4.3注意事
项 ..................................................... 13 5 变频器的参数设
置 ................................................ 14 5.1鼓风机控制要
求 ............................................... 14 5.2变频器的参数设
置 ............................................. 15 6 plc程序设
计 ..................................................... 16 6.1 S7-200的I/O接口分配表 ...................................... 16 6.2 plc程
序 ..................................................... 16 总
结 .............................................................. 21 参考文
献 (22)
II
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1绪论
在进入21世纪的今天，电力电子器件的基片已从Si（硅）变换为SiC（碳化硅）,使
电力电子新元件具有耐高压、低功耗、耐高温的优点；并制造出体积小、容量大的驱动装置；永久磁铁电动机也正在开发研制之中。

随着IT技术的迅速普及，以及人类思维理念
的改变，变频器相关技术的发展迅速，未来主要朝以下几个方面发展：
1.网络智能化
智能化的变频器买来就可以用，不必进行那么多的设定，而且可以进行故障自诊断、
遥控诊断以及部件自动置换，从而保证变频器的长寿命。

利用互联网可以实现多台变频器
联动，甚至是以工厂为单位的变频器综合管理控制系统。

2.专门化和一体化
变频器的制造专门化，可以使变频器在某一领域的性能更强，如风机、水泵用变频器、电梯专用变频器、起重机械专用变频器、张力控制专用变频器等。

除此以外，变频器有与
电动机一体化的趋势，使变频器成为电动机的一部分，可以使体积更小，控制更方便。

3.环保无公害
保护环境，制造“绿色”产品是人类的新理念。

21世纪的电力拖动装置应着重考虑：节能，变频器能量转换过程的低公害，使变频器在使用过程中的噪声、电源谐波对电网的
污染等问题减少到最小程度。

4.适应新能源
现在以太阳能和风力为能源的燃料电池以其低廉的价格崭露头角，有后来居上之势。

这些发电设备的最大特点是容量小而分散，将来的变频器就要适应这样的新能源，既要高效，又要低耗。

现在电力电子技术、微电子技术和现代控制技术以惊人的速度向前发展，
变频调速传动技术也随之取得了日新月异的进步。

这种进步集中体现在交流调速装置的大
容量化，变频器的高性能化和多功能化，结构的小型化一些方面。

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2 变频器的运行
2.1 变频器工作原理
变频器的工作原理是把市电（380V、50Hz）通过整流器变成平滑直流，然后利用GTR
或IGBT组成的三相逆变器，将直流电变成可变电压和可变频率的交流电，由于采用微处
理器编程的正弦脉宽调制（SPWM）方法，使输出波形近似正弦波，用于驱动异步电机，实
现无级调速,其中闭环调速系统如下图：给定值 PI调节+ - 压力变送器图2-1 变频器
工作原理图
压力变频器鼓风机 2.2 变频器的结构与功能 2.2.1 变频器的结构
变频器实际上就是一个逆变器.它首先是将交流电变为直流电.然后用电子元件对直流
电进行开关.变为交流电.一般功率较大的变频器用可控硅.并设一个可调频率的装置.使频
率在一定范围内可调.用来控制电机的转数.使转数在一定的范围内可调.变频器广泛用于
交流电机的调速中.变频器不仅调速平滑，范围大，效率高，启动电流小，运行平稳，而
且节能效果明显。

1.整流电路
整流电路的功能是把交流电源转换成直流电源。

整流电路一般都是单独的一块整流模块. 2.平波电路
2
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平波电路在整流器、整流后的直流电压中含有电源6倍频率脉动电压，此外逆变器产
生的脉动电流也使直流电压变动，为了抑制电压波动采用电感和电容吸收脉动电压(电流)，
一般通用变频器电源的直流部分对主电路而言有余量，故省去电感而采用简单电容滤波平
波电路。

3.控制电路
现在变频调速器基本系用16位、32位单片机或DSP为控制核心，从而实现全数字化
控制。

4.逆变电路
逆变电路同整流电路相反，逆变电路是将直流电压变换为所要频率的交流电压，以所
确定的时间使上桥、下桥的功率开关器件导通和关断。

从而可以在输出端U、V、W三相上
得到相位互差120°电角度的三相交流电压。

2.2.3 变频器的功能
1.变频节能
变频器节能主要表现在风机、水泵的应用上。

为了保证生产的可靠性，各种生产机械
在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。

当电机不能在满负荷下运行时，除达到动
力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费。

2.功率因数补偿
节能
无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率
的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，使用变频调速
装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。

3.软启动节能
电机硬启动对电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大
电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。

而使用变频
节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。

节省了设备的
维护费用。

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