高壓變頻器及其風機水泵應用系統的製作方法
2023-07-19 06:51:31 2
專利名稱：高壓變頻器及其風機水泵應用系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及電力電子技術和微電子技術領域，具體涉及一種採用變頻調速控制的高壓變頻器及其風機水泵應用系統。
背景技術：
一般風機、水泵系統大多數是靠閥門來調節出水流量或壓力，擋板這種調節方式是以增加管網損耗，耗費大量能源為代價的，因此，不可避免的造成電能的浪費。而且由於設計時，系統是按最大的負載來設計的，在實際運行當中，絕大部分時間系統是不可能運行在滿負荷狀態下，存在較大的富餘，所以就存在較大的節能潛力。採用變頻調速控制裝置，通過改變風機和水泵的轉速，從而改變風機風量和水泵流量以適應生產工藝的需求，而且運行能耗最省，綜合效益最高。所以變頻調速是高效的最佳調速方案，它可以實現無級調速，並且可以方便的組成閉環控制系統，實現恆壓或恆流量的控制。一般變頻器只是變頻調節執行器，應用於風機水泵等負載需要另外加控制系統。
發明內容
(一 )要解決的技術問題本發明的目的是提供一種無需外加控制系統，只需要接入溫度或壓力傳感器，做簡單設置，就能實現智能溫度控制或壓力控制的高壓變頻器及其應用系統。( 二 )技術方案為了解決上述技術問題，本發明提供一種高壓變頻器，包括依次連接的電源輸入端、隔離變壓器、多個功率單元，以及用於控制所述多個功率單元向電動機提供電壓的控制單元和用於向所述控制單元提供管網測量數據的傳感單元。優選地，所述控制單元將傳感單元提供的管網測量數據與設定的參考值進行比較，根據比較結果調節所述多個功率單元，以向電動機提供相應的電壓。優選地，所述控制單元包括PID控制器，所述PID控制器包括比例單元P、積分單元I和微分單元D ；PID控制器把收集到的所述管網測量數據和設定的參考值進行比較，然後把這個差別用於計算新的輸入值，以讓系統的數據達到或者保持在參考值；所述PID控制器能夠根據歷史數據和差別的出現率來調整輸入值。優選地，當PID控制器運行在低頻時間超過設定的節能時間後，變頻器進入自動休眠狀態；當壓力或溫度測量值小於設定值時，變頻器啟動喚醒模式，自己進入調節功能。
優選地，所述傳感單元測量的數據包括管網溫度和壓力。優選地，若所述傳感單元測量的數據大於報警上限或小於報警下限時，則傳感單元進行報警。優選地，所述功率單元為三相輸入、單相輸出的交直交PWM電壓源型逆變器結構。優選地，通過所述電源輸入端輸入三相交流電源，每個功率單元分別由隔離變壓器的一組副邊供電，每相由9個功率單元串聯而成。
優選地，所述功率單元之間及隔離變壓器二次繞組之間相互絕緣，二次繞組採用延邊三角形接法。本發明還提供一種具有上述高壓變頻器的風機水泵應用系統，還包括電機參數設置單元，用於設置電動機的相關參數；變送器設置單元，用於設置變送器的相關參數；節能設置單元，用於設置節能相關參數；應用宏設置單元，用於設定應用現場和設備。(三)有益效果本發明高壓變頻器採用變頻調速控制，通過改變風機和水泵的轉速，從而改變風機風量和水泵流量以適應生產工藝的需求，而且運行能耗最省，綜合效益最高，可以實現無級調速，並且可以方便的組成閉環控制系統，實現恆壓或恆流量的控制。本發明風機水泵應用系統無需外加控制系統，只需要接入溫度或壓力傳感器，做簡單設置，就能實現智能溫度控制或壓力控制，通過本系統可以快速將變頻器應用到實際生產中。
圖1是本發明高壓變頻器的結構框圖；圖2是本發明高壓變頻器一實施例的主電路拓撲結構圖；圖3是本發明高壓變頻器一實施例中變頻器輸入電壓及電流示意圖；圖4是本發明高壓變頻器一實施例中電動機輸入線電壓及電流示意圖；圖5是本發明應用系統一實施例的進入界面圖；圖6是本發明應用系統一實施例的電機參數設置界面圖；圖7是本發明應用系統一實施例的變送器設置界面圖；圖8是本發明應用系統一實施例的節能設置界面圖；圖9是本發明應用系統一實施例的應用宏設置界面圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不是限制本發明的範圍。如圖1所示，本發明所述的高壓變頻器，包括依次連接的電源輸入端10、隔離變壓器20、多個功率單元30，以及用於控制所述多個功率單元30向電動機提供電壓的控制單元40和用於向所述控制單元40提供管網測量數據的傳感單元50。傳感單元50為溫度或壓力傳感器，採集管網的溫度或壓力值，傳遞給控制單元 40，傳遞的信號為標準信號0-20mA、4-20mA、0-10V ；然後控制單元40根據溫度或壓力值與設定值進行比較，根據比較結果調節功率單元30，以向電動機提供相應的電壓。調節方式採用PID方式。所述控制單元包括PID控制器(比例-積分-微分控制器)，包括比例單元P、積分單元I和微分單元D。通過Kp，Ki和Kd三個參數的設定。PID控制器主要適用於基本線性和動態特性不隨時間變化的系統。PID控制器把收集到的數據和一個參考值進行比較，然後把這個差別用於計算新的輸入值，這個新的輸入值的目的是可以讓系統的數據達到或者保持在參考值。和其他簡單的控制運算不同，PID控制器可以根據歷史數據和差別的出現率來調整輸入值，這樣可以使系統更加準確，更加穩定。可以通過數學的方法證明，在其他控制方法導致系統有穩定誤差或過程反覆的情況下，一個PID反饋迴路卻可以保持系統的穩定。如圖2所示，為本發明高壓變頻器一實施例的示意圖，通過電源輸入端輸入三相交流電源，電網電壓經過副邊多重化的隔離變壓器降壓後給功率單元供電，功率單元為三相輸入、單相輸出的交直交PWM電壓源型逆變器結構，實現變壓變頻的高壓直接輸出，供給高壓電動機。輸出電壓等級10KV，每相由9個額定電壓為750V的功率單元串聯而成，線電壓達10KV，每個功率單元分別由輸入變壓器的一組副邊供電，功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣。二次繞組採用延邊三角形接法，實現多重化，以達到降低輸入諧波電流的目的。由於輸入電流諧波失真很低，變頻器輸入的綜合因數可達到0.95以上。如圖3和圖4所示，分別為變頻器輸入電壓及電流示意圖和電動機輸入線電壓及電流示意圖，電平數的增加有利於改善輸出波形，由諧波引起的電機發熱，噪音和轉矩脈動都大大降低，所以這種變頻器對電機沒有特殊要求，可直接用於普通異步電機，不需要輸出濾波器。與採用高壓器件直接串聯的變頻器相比，由於不是採用傳統的器件串聯的方式來實現高壓輸出，而是採用整個功率單元串聯，器件承受的最高電壓為單元內直流母線的電壓，可直接使用低壓功率器件，器件不必串聯，不存在器件串聯引起的均壓問題。功率單元中採用的低壓IGBT功率模塊，驅動電路簡單，技術成熟可靠。功率單元採用模塊化結構，同一變頻器內的所有功率單元可以互換，維修也非常方便。如圖5 圖9所示，本發明所述具有上述述高壓變頻器的風機水泵應用系統，還包括電機參數設置單元，用於設置電動機的相關參數；變送器設置單元，用於設置變送器的相關參數；節能設置單元，用於設置節能相關參數；應用宏設置單元，用於設定應用現場和設備。本發明風機水泵應用系統一實施例使用過程如下(1)首先進入系統；(2)設定電機的相關參數；(3)設定變送器(壓力變送器、流量變送器、溫度變送器)的相關參數，具備報警功能。傳感器是能夠受規定的被測量並按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置的總稱，通常由敏感元件和轉換元件組成。當傳感器的輸出為規定的標準信號時，則稱為變送器。(4)節能功能當PID運行在低頻時間超過設定節能時間後，變頻器進入自動休眠狀態(OHZ)。當壓力或溫度測量值小於設定值時，變頻器啟動喚醒模式，自己進入調節功能。(5)應用宏功能宏功能是某一功能的集合。計算機科學裡的宏是一種抽象的根據一系列預定義的規則替換一定的文本模式。
設置現場使用行業，如鋼鐵廠、水泥廠、自來水廠、煤礦等。設置設備包括出鐵口除塵風機、高溫風機、一次風機、二次風機、煤磨風機、礦槽除塵風機、水泥磨風機、自來水廠水泵等。本實施例中高壓變頻器及其風機水泵應用系統基本性能如下眷變頻器為高-高結構IOKV高壓直接輸入，IOKV直接輸出，沒有輸出升壓變壓器， 輸出為單元串聯移相式PWM方式； 系統一體化設計，包括輸入乾式隔離變壓器，變頻器等所有部件及內部連線，用戶只須連接高壓輸入、高壓輸出、低壓380VAC控制電源和控制信號線即可，整套系統在出廠前進行整體負載測試並隨機提供整體測試報告(包括變壓器在內)；· 54脈衝二極體整流輸入符合併優於IEEE519 1992及GB/T14549 93標準對電壓失真和電流失真最嚴格的要求，變頻器輸入諧波電流小於2% ； 在30 100%的負載變化情況內達到或超過0. 95的功率因數(無需功率因數補償裝置)無需濾波器就可輸出正弦輸出電流和電壓波形，對電機沒有特殊的要求，可以使用普通IOKV異步電機，電機不必降額使用，具有軟起動功能，沒有電機啟動衝擊引起的電網電壓下跌，可確保電機安全、長期運行； 變頻器輸出波形不會引起電機的諧振，轉矩脈動小於0. 1 %。變頻器有共振點頻率跳躍功能； 對輸出電纜長度無任何要求，電機不會受到共模電壓和dv/dt的影響； 變頻器內部具有可編程邏輯控制功能，可以方便實現和現場的接口及通訊； 在輸入4 20mA給定信號丟失時，變頻器能保持原運行工況不變，一旦給定信號恢復有效時，變頻器可以自動跟蹤給定信號運行； 變頻器可在輸出不帶電機的情況下進行空載調試，也可在沒有高壓情況下用低壓電進行空載調試； 控制採用速度閉環矢量控制，控制精度高； 變頻器對電網電壓波動有極強的適應能力，在士 10%範圍內變頻器能滿載工作，在30%的電壓下降情況下變頻器能繼續運行而不跳閘(降載運行)，40%的電壓下降可以短時運行，電網瞬時失電5個周期可滿載運行不跳閘，輕載時時間更長； 滿負荷時，系統效率高於96. 5% (含輸入變壓器、變頻器)；· PC機界面為中文界面，操作簡單直觀； 控制系統採用全數字微機控制，有自診斷功能；·電機參數自動檢測、控制系統參數自動優化； 變頻器具有自動故障記錄，故障分析功能； 變頻器功率單元和主控系統通訊採用光纖連接，具有很高的通信速率和抗幹擾能力，安全性好； 控制系統具有在線檢測變頻器輸入電壓、電流、輸入有功功率、無功功率、輸入功率因素、累計用電量、輸出電壓、電流、功率、頻率、電機轉速等；眷用戶可調的數字表，可顯示速度，電流，電壓，功率，用電度數等。本實施例中高壓變頻器及其風機水泵應用系統技術數據如下
權利要求
1.一種高壓變頻器，其特徵在於，包括依次連接的電源輸入端(10)、隔離變壓器 (20)、多個功率單元(30)，以及用於控制所述多個功率單元(30)向電動機提供電壓的控制單元GO)和用於向所述控制單元GO)提供管網測量數據的傳感單元(50)。
2.如權利要求1所述的高壓變頻器，其特徵在於，所述控制單元GO)將傳感單元 (50)提供的管網測量數據與設定的設定值進行比較，根據比較結果調節所述多個功率單元 (30)，以向電動機提供相應的電壓。
3.如權利要求2所述的高壓變頻器，其特徵在於，所述控制單元包括PID控制器，所述 PID控制器包括比例單元P、積分單元I和微分單元D ;PID控制器把收集到的所述管網測量數據和設定值進行比較，然後把這個差別用於計算新的輸入值，以讓系統的數據達到或者保持在參考值；所述PID控制器能夠根據歷史數據和差別的出現率來調整輸入值。
4.如權利要求3所述的高壓變頻器，其特徵在於，當PID控制器運行在低頻時間超過設定的節能時間後，變頻器進入自動休眠狀態；當壓力或溫度測量值小於設定值時，變頻器啟動喚醒模式，自己進入調節功能。
5.如權利要求1所述的高壓變頻器，其特徵在於，所述傳感單元(50)測量的數據包括管網溫度和壓力。
6.如權利要求1所述的高壓變頻器，其特徵在於，若所述傳感單元(50)測量的數據大於報警上限或小於報警下限時，則傳感單元(50)進行報警。
7.如權利要求1所述的高壓變頻器，其特徵在於，所述功率單元(30)為三相輸入、單相輸出的交直交PWM電壓源型逆變器結構。
8.如權利要求1所述的高壓變頻器，其特徵在於，通過所述電源輸入端(10)輸入三相交流電源，每個功率單元(30)分別由隔離變壓器O0)的一組副邊供電，每相由9個功率單 元(30)串聯而成。
9.如權利要求8所述的高壓變頻器，其特徵在於，所述功率單元(30)之間及隔離變壓器O0) 二次繞組之間相互絕緣，二次繞組採用延邊三角形接法。
10.一種具有權利要求1-9中任意一項所述高壓變頻器的風機水泵應用系統，其特徵在於，還包括電機參數設置單元，用於設置電動機的相關參數；變送器設置單元，用於設置變送器的相關參數；節能設置單元，用於設置節能相關參數；應用宏設置單元，用於設定應用現場和設備。
全文摘要
本發明為一種高壓變頻器及其風機水泵應用系統，該高壓變頻器包括依次連接的電源輸入端、隔離變壓器、多個功率單元，以及用於控制所述多個功率單元向電動機提供電壓的控制單元和用於向所述控制單元提供管網測量數據的傳感單元。本發明採用變頻調速控制，通過改變風機和水泵的轉速，從而改變風機風量和水泵流量以適應生產工藝的需求，而且運行能耗最省，綜合效益最高，可以實現無級調速，並且可以方便的組成閉環控制系統，實現恆壓或恆流量的控制；本發明風機水泵應用系統無需外加控制系統，只需要接入溫度或壓力傳感器，做簡單設置，就能實現智能溫度控制或壓力控制，通過本系統可以快速將變頻器應用到實際生產中。
文檔編號H02M5/42GK102255516SQ201110201120
公開日2011年11月23日 申請日期2011年7月18日 優先權日2011年7月18日
發明者毛險峰, 馬俊 申請人:北京科瑞天誠科技有限公司