1、山東英才學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目 風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的改造專 業(yè) 機(jī)電一體化工程 姓 名 于水平 指導(dǎo)教師二OO九年十二月十日目錄第一章 概 述11.1風(fēng)機(jī)簡(jiǎn)述11.2風(fēng)機(jī)的用途11.3風(fēng)機(jī)的分類11.4風(fēng)機(jī)主要性能參數(shù)21.5風(fēng)機(jī)機(jī)械部分的組成31.6風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展3第二章 風(fēng)機(jī)的機(jī)械部分的設(shè)計(jì)72.1電動(dòng)機(jī)的選擇7功率的選擇7種類和型式的選擇72.2風(fēng)機(jī)測(cè)試傳感器的設(shè)計(jì)選用82.3壓差測(cè)量8壓差測(cè)量工作原理9壓差測(cè)量傳感器102.4風(fēng)機(jī)靜壓測(cè)量與傳感器102.5風(fēng)機(jī)主要性能參數(shù)的確定11轉(zhuǎn)速11工作介質(zhì)11功率122.6風(fēng)機(jī)工作輪的設(shè)計(jì)計(jì)算與選型122.7風(fēng)機(jī)進(jìn)出氣機(jī)殼的設(shè)計(jì)計(jì)算與選型142.8風(fēng)

2、機(jī)葉片強(qiáng)度計(jì)算142.9風(fēng)機(jī)傳動(dòng)組的設(shè)計(jì)計(jì)算162.10滾動(dòng)軸承的選型與計(jì)算21滾動(dòng)軸承的選型21軸承的壽命計(jì)算21軸承的潤(rùn)滑方式的選擇222.11軸盤材料的選用計(jì)算與軸盤上鉚釘強(qiáng)度的計(jì)算22軸盤材料的選用計(jì)算22后盤與軸盤之間的鉚釘強(qiáng)度計(jì)算（切應(yīng)力計(jì)算）222.12風(fēng)機(jī)聯(lián)軸器的選型與計(jì)算23聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩23風(fēng)機(jī)聯(lián)軸器型號(hào)的確定與校核232.13風(fēng)機(jī)輪盤的強(qiáng)度計(jì)算23輪盤本身的離心切應(yīng)力23葉片離心力在圓盤中心產(chǎn)生的應(yīng)力24第三章風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)253.1總體設(shè)計(jì)253.2風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速控制設(shè)計(jì)25交流變頻調(diào)速的優(yōu)異特性25變頻調(diào)速原理26變頻器控制27變頻器控制電路27致謝30參考文獻(xiàn)31

3、摘要 在我們的日常生活中，風(fēng)機(jī)設(shè)備應(yīng)用廣泛，諸如鍋爐燃燒系統(tǒng)。通風(fēng)系統(tǒng)和烘干系統(tǒng)等。傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)控制是全速運(yùn)轉(zhuǎn)，即不論生產(chǎn)工藝的需求大小，風(fēng)機(jī)都提供固定數(shù)值的風(fēng)量，而生產(chǎn)工藝往往需要對(duì)爐膛壓力，風(fēng)速，風(fēng)量及溫度等指標(biāo)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，最常用的方法是調(diào)節(jié)風(fēng)門或擋板開(kāi)度的大小來(lái)調(diào)整受控對(duì)象，這樣，就是的能量從風(fēng)門，當(dāng)班的節(jié)流中損失掉了。統(tǒng)計(jì)資料顯示，在工業(yè)生產(chǎn)中，風(fēng)機(jī)的風(fēng)門，擋板及其相關(guān)設(shè)備的節(jié)流損失以及維護(hù)，維修費(fèi)用占到生產(chǎn)的725.這不僅造成大量的能源浪費(fèi)和設(shè)備損耗，而且控制精度也受到限制，直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。因此有必要對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行合理的改造。 變頻調(diào)速是上世紀(jì)80年代初發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，具

4、有易操作，免維護(hù)，控制精度高等優(yōu)點(diǎn)。普通電動(dòng)機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)后，在其拖動(dòng)負(fù)載無(wú)須任何改動(dòng)的情況下，就可以按照生產(chǎn)工藝要求調(diào)整轉(zhuǎn)速。因此，風(fēng)機(jī)設(shè)備完全可以用變頻驅(qū)動(dòng)方案取代風(fēng)門，擋板控制方案，從而降低電機(jī)功耗，達(dá)到系統(tǒng)高效運(yùn)行的目的。因此，正確掌握風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)，對(duì)保證風(fēng)機(jī)的正常經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是很重要的。 關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī)性能；風(fēng)機(jī)控制；風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)；變頻調(diào)速；變頻器等。  Abstract In our daily lives, fan equipment, widely used, such as the boiler combustion system. Ventilation systems

5、and drying systems. Traditional fan control is at full speed, that is, regardless of the size of the production process needs, fans provide a fixed value of air flow, while the production process is often the need for furnace pressure, wind speed, air volume and temperature control and adjustment in

6、dicators, the most commonly used method is regulating damper or baffle opening to adjust the size of the controlled object, so that the energy from the throttle, the throttle on duty lost out. Statistics show that in industrial production, fan damper, baffle and its associated equipment, throttle lo

7、ss and maintenance, maintenance costs, accounting for production 7 to 25. This is not only caused a great deal of energy waste and equipment wear and tear, and the control accuracy also limited direct impact on product quality and production efficiency. It is essential to the transformation of ratio

8、nal fans.    Frequency is the early 80s of last century developed a new technology, with easy to operate, maintenance-free, control and high precision. Ordinary motor using frequency control technology, in its drag the load without any changes to the case, you can adjust the speed of

9、the production process requirements. Therefore, the fan device can use the program to replace the inverter-driven throttle, baffles control program, thereby reducing electrical power consumption, efficient operation to achieve the purpose of the system. Therefore, the correct grasp the fan design, e

10、nsuring the normal fan is very important to the economy.  Keywords: fan performance; fan control; fan design; frequency conversion; converter and so on第一章 概 述1.1風(fēng)機(jī)簡(jiǎn)述風(fēng)機(jī)是把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w能量的一種機(jī)械,它是用來(lái)提高氣體壓力,并輸送氣體的機(jī)械,是透平機(jī)械中的一種。風(fēng)機(jī)按工作壓力提高的程度來(lái)分,可以分為四種：1） 風(fēng)扇2） 通風(fēng)機(jī) 3） 鼓風(fēng)機(jī)4） 壓縮機(jī)壓縮機(jī)的壓比又稱壓縮比，是壓縮機(jī)出口與進(jìn)口處氣體壓力之比。風(fēng)

11、機(jī)使用面廣，種類繁多，在工業(yè)生產(chǎn)中利用風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流做介質(zhì)進(jìn)行工作，可實(shí)現(xiàn)清選、分離、加熱烘干、物料輸送、通風(fēng)換氣、除塵降溫等多種工作1.2風(fēng)機(jī)的用途一般用于鍛冶爐及高壓強(qiáng)制通風(fēng)，亦可廣泛用于輸送物料、空氣及無(wú)腐蝕性、不自然、不含粘性物質(zhì)之氣體。介質(zhì)溫度一般不超過(guò)50（最高不超過(guò)80），介質(zhì)中塵土及硬質(zhì)顆粒物含量不大于150mg/m3。1.3風(fēng)機(jī)的分類風(fēng)機(jī)按使用材質(zhì)分類可以分好幾種，如鐵殼風(fēng)機(jī)（普通風(fēng)機(jī)）、玻璃鋼風(fēng)機(jī)、塑料風(fēng)機(jī)、鋁風(fēng)機(jī)、不銹鋼風(fēng)機(jī)等等。風(fēng)機(jī)分類可以按氣體流動(dòng)的方向，分為離心式、軸流式、斜流式和橫流式等類型。 風(fēng)機(jī)根據(jù)氣流進(jìn)入葉輪后的流動(dòng)方向分為：軸流式風(fēng)機(jī)、離心式風(fēng)機(jī)和斜流(混

12、流)式風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)按用途分為壓入式局部風(fēng)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱壓入式風(fēng)機(jī))和隔爆電動(dòng)機(jī)置于流道外或在流道內(nèi)，隔爆電動(dòng)機(jī)置于防爆密封腔的抽出式局部風(fēng)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱抽出式風(fēng)機(jī))。風(fēng)機(jī)按照加壓的形式也可以分單級(jí)、雙級(jí)或者多級(jí)加壓風(fēng)機(jī)。如4-72是單級(jí)加壓，羅茨風(fēng)機(jī)則是多級(jí)加壓風(fēng)機(jī)。1.4風(fēng)機(jī)主要性能參數(shù)風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)是以測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制風(fēng)機(jī)性能曲線為主，所以正確理解風(fēng)機(jī)主要性能參數(shù)和性能曲線尤為重要。風(fēng)機(jī)的主要性能參數(shù)有流量、全壓、功率、轉(zhuǎn)速及效率。(l) 軸功率:原動(dòng)機(jī)傳遞給風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的功率，即為輸入功率，又稱為軸功率，以p表示單位為kw。(2) 效率:風(fēng)機(jī)輸入功率不可能全部傳給被輸送氣體，其中必有一部分能量損

13、失，被輸送的氣體實(shí)際所得到的功率比原動(dòng)機(jī)傳遞至風(fēng)機(jī)軸端的功率要小，他們的比值稱為風(fēng)機(jī)的效率，以幾表示。風(fēng)機(jī)效率越高，則氣體從風(fēng)機(jī)中得到的能量有效部分就越大，經(jīng)濟(jì)性就越高。(3) 流量:單位時(shí)間內(nèi)風(fēng)機(jī)所輸送的流體量稱為流量。常用體積流量Q表示，其單位為機(jī)進(jìn)口處容積流量。(4)有效功率:單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)風(fēng)機(jī)的氣體所獲得的總能量稱為有效功率，單位為kw。(5) 全壓:單位體積的氣體在風(fēng)機(jī)內(nèi)所獲得的能量稱為全壓或風(fēng)壓，以P表示，單位為Pa。(6)轉(zhuǎn)速:風(fēng)機(jī)軸每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)稱為轉(zhuǎn)速，以n表示，單位為r/min。風(fēng)機(jī)的各性能參數(shù)一般都不是在試驗(yàn)臺(tái)上直接測(cè)量的，而是通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算而得到。得到風(fēng)機(jī)性能參數(shù)

14、后，繪制風(fēng)機(jī)的性能曲線為風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)的最終結(jié)果，風(fēng)機(jī)的性能曲線有兩種，包括有因次性能曲線和無(wú)因次性能曲線。(7)有因次性能曲線:將風(fēng)機(jī)在各工況下的性能參數(shù)值用曲線連接起來(lái)，繪制在直角坐標(biāo)系中，用以表示風(fēng)機(jī)流量、功率、效率、全壓與靜壓之間的關(guān)系曲線。(8)無(wú)因次性能曲線:為了選擇、比較和設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)，經(jīng)常采用一系列無(wú)因次參數(shù)。風(fēng)機(jī)的無(wú)因次性能曲線是去掉各種計(jì)量單位的物理性質(zhì)而表示的風(fēng)機(jī)流量、功率、效率、全壓與靜壓之間的關(guān)系曲線。因?yàn)檫@些性能參數(shù)去除了計(jì)量單位的影響，所以對(duì)每一種型式的風(fēng)機(jī)，僅有一組無(wú)因次性能曲線。無(wú)因次性能曲線與計(jì)量單位、幾何尺寸、轉(zhuǎn)速、氣體密度等因素?zé)o關(guān)，所以使用起來(lái)十分方便。無(wú)因

15、次性能曲線在風(fēng)機(jī)的選型設(shè)計(jì)計(jì)算的應(yīng)用中尤為廣泛。1.5風(fēng)機(jī)機(jī)械部分的組成N07.116主要由葉輪、機(jī)殼、進(jìn)風(fēng)口、傳動(dòng)組等組成。 葉輪：9-19型風(fēng)機(jī)葉片為12片，19-26型風(fēng)機(jī)葉片為16片。均屬前向彎曲型。葉輪擴(kuò)壓器外緣最高圓周線速度不得超過(guò)140m/s。葉輪成型后經(jīng)靜、動(dòng)平衡校正和超速運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，故運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。 機(jī)殼：用普通鋼板焊接成蝸殼形整體。 進(jìn)風(fēng)口：做成收斂式流線型整體結(jié)構(gòu)，用螺栓固定于前蓋板上。 傳動(dòng)組：由主軸、軸承箱、聯(lián)軸器等組成。主軸由優(yōu)質(zhì)鋼制成，軸承箱整體結(jié)構(gòu)，采用滾動(dòng)軸承，用軸承潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。1.6風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)是風(fēng)機(jī)的重要組成部分，它承擔(dān)著風(fēng)機(jī)監(jiān)控、自動(dòng)調(diào)節(jié)、

16、實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲以及保證良好的電網(wǎng)兼容性等重要任務(wù)，它主要由監(jiān)控系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、變槳控制系統(tǒng)以及變頻系統(tǒng)（變頻器）幾部分組成。各部分的主要功能如下：監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）：監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)全風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)狀況的監(jiān)視與啟、停操作，它包括大型監(jiān)控軟件及完善的通訊網(wǎng)絡(luò)。主控系統(tǒng)：主控系統(tǒng)是風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的主體，它實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)調(diào)向、自動(dòng)調(diào)速、自動(dòng)并網(wǎng)、自動(dòng)解列、故障自動(dòng)停機(jī)、自動(dòng)電纜解繞及自動(dòng)記錄與監(jiān)控等重要控制、保護(hù)功能。它對(duì)外的三個(gè)主要接口系統(tǒng)就是監(jiān)控系統(tǒng)、變槳控制系統(tǒng)以及變頻系統(tǒng)（變頻器），它與監(jiān)控系統(tǒng)接口完成風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的交換，與變槳控制系統(tǒng)接口完成對(duì)葉片的控制，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲以及恒速

17、運(yùn)行，與變頻系統(tǒng)（變頻器）接口實(shí)現(xiàn)對(duì)有功功率以及無(wú)功功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)。變槳控制系統(tǒng)：與主控系統(tǒng)配合，通過(guò)對(duì)葉片節(jié)距角的控制，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲以及恒速運(yùn)行，提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行靈活性。目前來(lái)看，變槳控制系統(tǒng)的葉片驅(qū)動(dòng)有液壓和電氣兩種方式，電氣驅(qū)動(dòng)方式中又有采用交流電機(jī)和直流電機(jī)兩種不同方案。究竟采用何種方式主要取決于制造廠家多年來(lái)形成的技術(shù)路線及傳統(tǒng)。變頻系統(tǒng)（變頻）器：與主控制系統(tǒng)接口，和發(fā)電機(jī)、電網(wǎng)連接，直接承擔(dān)著保證供電品質(zhì)、提高功率因素，滿足電網(wǎng)兼容性標(biāo)準(zhǔn)等重要作用。從我國(guó)目前的情況來(lái)看，風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的上述各個(gè)組成部分的自主配套規(guī)模還相當(dāng)不如人意，到目前為止對(duì)國(guó)外品牌的依賴仍然較大，仍

18、是風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)中最薄弱的環(huán)節(jié)。而風(fēng)機(jī)其它部件，包括葉片、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、軸承等核心部件已基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化配套（盡管質(zhì)量水平及運(yùn)行狀況還不能令人滿意），之所以如此，原因主要有：（1）我國(guó)在這一技術(shù)領(lǐng)域的起步較晚，尤其是對(duì)兆瓦級(jí)以上大功率機(jī)組變速恒頻控制技術(shù)的研究，更是最近幾年的事情，這比風(fēng)機(jī)技術(shù)先進(jìn)國(guó)家要落后二十年時(shí)間。前已述及，我國(guó)風(fēng)電制造產(chǎn)業(yè)是從2005年開(kāi)始的最近四年才得到快速發(fā)展的，國(guó)內(nèi)主要風(fēng)機(jī)制造廠家為了快速搶占市場(chǎng)，都致力于擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，無(wú)力對(duì)控制系統(tǒng)這樣的技術(shù)含量較高的產(chǎn)品進(jìn)行自主開(kāi)發(fā)，因此多直接從MITA、Windtec等國(guó)外公司采購(gòu)產(chǎn)品或引進(jìn)技術(shù)。（2）就風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)本身的要求

19、來(lái)看，確有它的特殊性和復(fù)雜性。從硬件來(lái)講，風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)隨風(fēng)機(jī)一起安裝在接近自然的環(huán)境中，工作有較大振動(dòng)、大范圍的溫度變化、強(qiáng)電磁干擾這樣的復(fù)雜條件下，因此其硬件要求比一般系統(tǒng)要高得多。從軟件來(lái)講，風(fēng)機(jī)要實(shí)現(xiàn)完全的自動(dòng)控制，必須有一套與之相適應(yīng)的完善的控制軟件。主控系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)和變頻器需要協(xié)同工作才能實(shí)現(xiàn)在較低風(fēng)速下的最大風(fēng)能捕獲、在中等風(fēng)速下的定轉(zhuǎn)速以及在較大風(fēng)速下的恒頻、恒功運(yùn)行，這需要在這幾大部件中有一套先進(jìn)、復(fù)雜的控制算法。國(guó)內(nèi)企業(yè)要完全自主掌握確實(shí)需要一定時(shí)間。 （3）風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)是與風(fēng)機(jī)特性高度結(jié)合的系統(tǒng)，包括主控、變槳和變頻器在內(nèi)的控制軟件不僅算法復(fù)雜，而且其各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)定與風(fēng)機(jī)

20、本身聯(lián)系緊密，風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的任務(wù)不僅僅是實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)的高度自動(dòng)化監(jiān)控以及向電網(wǎng)供電，而且還必須通過(guò)合適的控制實(shí)現(xiàn)風(fēng)能捕獲的最大化和載荷的最小化，一般的自動(dòng)化企業(yè)即使能研制出樣機(jī)，也很難得到驗(yàn)證，推廣就更加困難。而中小規(guī)模的風(fēng)機(jī)制造商又無(wú)力進(jìn)行這樣的開(kāi)發(fā)。 即便如此，國(guó)內(nèi)企業(yè)通過(guò)這幾年的努力，已經(jīng)在控制系統(tǒng)主要部件的開(kāi)發(fā)上取得了積極進(jìn)展，已基本形成了自主的技術(shù)開(kāi)發(fā)能力，所欠缺的主要是產(chǎn)品的大規(guī)模投運(yùn)業(yè)績(jī)以及技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)積累。比如，作為風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中技術(shù)含量最高的主控系統(tǒng)和變頻器，國(guó)內(nèi)企業(yè)在自主開(kāi)發(fā)上已取得重要進(jìn)展。東方自控經(jīng)過(guò)幾年的努力，已成功開(kāi)發(fā)出DWS5000風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)，并已完成各種測(cè)試及風(fēng)機(jī)

21、運(yùn)行驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn)，基本形成了自主開(kāi)發(fā)能力。科諾偉業(yè)也研制出了兆瓦級(jí)機(jī)組的控制系統(tǒng)。在變頻器方面，東方自控、合肥陽(yáng)光、清能華福、科諾偉業(yè)等一批企業(yè)也異軍突起，開(kāi)發(fā)出了大功率雙饋及直驅(qū)機(jī)型的變頻器，產(chǎn)品已有小批量在風(fēng)場(chǎng)投運(yùn)，呈獻(xiàn)出可喜的發(fā)展勢(shì)頭。隨著國(guó)內(nèi)企業(yè)所開(kāi)發(fā)風(fēng)機(jī)容量越來(lái)越大，風(fēng)機(jī)控制技術(shù)必須不斷發(fā)展才能滿足這一要求，如葉片的驅(qū)動(dòng)和控制技術(shù)、如更大容量的變頻器開(kāi)發(fā)，都是必須不斷解決的新的課題，這里不進(jìn)行詳細(xì)闡述。當(dāng)前，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在我國(guó)電網(wǎng)中所占比例越來(lái)越大，風(fēng)力發(fā)電方式的電網(wǎng)兼容性較差的問(wèn)題也逐漸暴露出來(lái)，同時(shí)用戶對(duì)不同風(fēng)場(chǎng)、不同型號(hào)風(fēng)機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)要求也越來(lái)越高，這也對(duì)風(fēng)機(jī)控制

22、系統(tǒng)提出了新的任務(wù)。（1）采用統(tǒng)一和開(kāi)放的協(xié)議以實(shí)現(xiàn)不同風(fēng)場(chǎng)、不同廠家和型號(hào)的風(fēng)機(jī)之間的方便互聯(lián)。目前，風(fēng)機(jī)投資用戶和電網(wǎng)調(diào)度中心對(duì)廣布于不同地域的風(fēng)場(chǎng)之間的聯(lián)網(wǎng)要求越來(lái)越迫切，雖然各個(gè)風(fēng)機(jī)制造廠家都提供了一定的手段實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)互連，但是由于采用的方案不同，不同廠家的風(fēng)機(jī)進(jìn)行互聯(lián)時(shí)還是會(huì)有很多問(wèn)題存在，實(shí)施起來(lái)難度較大。因此，實(shí)現(xiàn)不同風(fēng)機(jī)之間的方便互聯(lián)是一個(gè)亟待解決的重要課題。（2）需要進(jìn)一步提高低電壓穿越運(yùn)行能力（LVRT）。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，尤其是雙饋型風(fēng)機(jī)，抵抗電網(wǎng)電壓跌落的能力本身較差。當(dāng)發(fā)生電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，從前的做法是讓風(fēng)機(jī)從電網(wǎng)切出。當(dāng)風(fēng)機(jī)在電網(wǎng)中所占比例較小時(shí)，這種做法對(duì)電網(wǎng)的影響還可以

23、忽略不計(jì)。但是，隨著在網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)機(jī)的數(shù)量越來(lái)越大，尤其是在風(fēng)力發(fā)電集中的地區(qū)，如國(guó)家規(guī)劃建設(shè)的六個(gè)千萬(wàn)千瓦風(fēng)電基地，這種做法會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重影響，甚至可能進(jìn)一步擴(kuò)大事故。歐洲很多國(guó)家，如德國(guó)、西班牙、丹麥等國(guó)家，早就出臺(tái)了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，要求在這種情況下風(fēng)機(jī)能保持在網(wǎng)運(yùn)行以支撐電網(wǎng)。風(fēng)機(jī)具有的這種能力稱為低電壓穿越運(yùn)行能力（LVRT），有的國(guó)家甚至要求當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落至零時(shí)還能保持在網(wǎng)運(yùn)行。我國(guó)也于今年8月由國(guó)家電網(wǎng)公司出臺(tái)了風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定，其中規(guī)定了我國(guó)自己的低電壓穿越技術(shù)要求，明確要求風(fēng)電機(jī)組在并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落至20%額定電壓時(shí)能夠保持并網(wǎng)運(yùn)行625ms、當(dāng)?shù)浒l(fā)生3s內(nèi)能夠恢復(fù)到額定電壓的9

24、0%時(shí)，風(fēng)電機(jī)組保持并網(wǎng)運(yùn)行的低電壓穿越運(yùn)行要求。應(yīng)該說(shuō)，這還只是一個(gè)初步的、相對(duì)較低的運(yùn)行要求。在今后可能還會(huì)出臺(tái)更為嚴(yán)格的上網(wǎng)限制措施。這些要求的實(shí)現(xiàn)，主要靠控制系統(tǒng)中變頻器算法及結(jié)構(gòu)的改善，當(dāng)然和主控和變槳系統(tǒng)也有密切聯(lián)系。（3）實(shí)現(xiàn)在功率預(yù)估條件下的風(fēng)電場(chǎng)有功及無(wú)功功率自動(dòng)控制。目前，風(fēng)電機(jī)組都是運(yùn)行在不調(diào)節(jié)的方式，也就是說(shuō)，有多少風(fēng)、發(fā)多少電，這在風(fēng)電所占比例較小的情況下也沒(méi)有多大問(wèn)題。但是，隨著風(fēng)電上網(wǎng)電量的大幅度增加，在用電低谷段往往是風(fēng)機(jī)出力最大的時(shí)段，造成電網(wǎng)調(diào)峰異常困難，電網(wǎng)頻率、電壓均易出現(xiàn)較大波動(dòng)。當(dāng)前，電網(wǎng)對(duì)這一問(wèn)題已相當(dāng)重視，要求開(kāi)展建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)和風(fēng)電出力

25、自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在功率預(yù)測(cè)基礎(chǔ)上的有功功率和無(wú)功功率控制能力。事際上，這個(gè)系統(tǒng)的建設(shè)不是一件容易的事情，涉及到很多方面的技術(shù)問(wèn)題。但是，無(wú)論如何說(shuō)，序幕已經(jīng)拉開(kāi)。第二章 風(fēng)機(jī)的機(jī)械部分的設(shè)計(jì)2.1電動(dòng)機(jī)的選擇三相交流異步電動(dòng)機(jī)的選用，主要從選用的電動(dòng)機(jī)的功率、工作電壓、種類、型式及其保護(hù)電器考慮。 .功率的選擇選用電動(dòng)機(jī)的功率大小是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的需要所確定的。(1)連續(xù)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)功率的選擇對(duì)于連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，先算出生產(chǎn)機(jī)械的功率，所選用的電動(dòng)機(jī)的額定功率等于或大于生產(chǎn)機(jī)械的功率即可。例如，帶動(dòng)車床切削的電動(dòng)機(jī)功率為:P=（kW）式中P1為車床的切削功率；F為切削力（N）；v為切削速度（m/

26、min）;1為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率。(2)短時(shí)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)功率的選擇短時(shí)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)的功率可以允許適當(dāng)過(guò)載設(shè)過(guò)載系數(shù)為，則電動(dòng)機(jī)的額定功率可以是生產(chǎn)機(jī)械所要求的功率的.如上例是短時(shí)切削加工車床，其電動(dòng)機(jī)的功率為；P=（kW）.種類和型式的選擇(1）種類的選擇選擇電動(dòng)機(jī)的種類是從交流或直流、機(jī)械特性、調(diào)速與起動(dòng)特性、維護(hù)及價(jià)格等方面考慮。 因?yàn)樯a(chǎn)上常用的是三相交流點(diǎn)，如沒(méi)有特殊要求，多采用交流電動(dòng)機(jī)。由于三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用，工作可靠，價(jià)格低廉，維護(hù)方便；其缺點(diǎn)是調(diào)速困難，功率因數(shù)較低，起動(dòng)性能較差。因此，在要求機(jī)械特性較硬而無(wú)特殊要求的一般生產(chǎn)機(jī)械的拖動(dòng)，如水泵、通風(fēng)機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、傳送

27、帶和機(jī)床都采用鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。  繞線式電動(dòng)機(jī)的基本性能與鼠籠式相同。其特點(diǎn)是起動(dòng)性能較好，并可在不大的范圍內(nèi)平滑調(diào)速。但是它的價(jià)格較鼠籠式電動(dòng)機(jī)為貴，維護(hù)亦較不便。因此，只有在某些必須采用繞線式電動(dòng)機(jī)的場(chǎng)合，如起重機(jī)、鍛壓機(jī)等，大多采用鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。(2)結(jié)構(gòu)形式的選擇 在不同的工作環(huán)境，應(yīng)采用不同結(jié)構(gòu)形式的電動(dòng)機(jī)，以保證安全可靠地運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)常用的結(jié)構(gòu)形式有：開(kāi)啟式、防護(hù)式、封閉式和防爆式。(3)電壓和轉(zhuǎn)速的選擇 電動(dòng)機(jī)電壓等級(jí)的選擇，要根據(jù)電動(dòng)機(jī)的類型，功率以及使用地點(diǎn)的電壓來(lái)決定。電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求而決定，一般采用盡量高轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)。2.2風(fēng)機(jī)測(cè)試傳感器

28、的設(shè)計(jì)選用本系統(tǒng)采用的傳感器包括壓差傳感器、壓力傳感器和扭矩傳感器。壓差傳感器主要用于檢測(cè)流量，壓力傳感器主要用于檢測(cè)靜壓，扭矩傳感器主要用于檢測(cè)功率信號(hào)。2.3壓差測(cè)量差壓式流量計(jì)(以下簡(jiǎn)稱DPF或流量計(jì))是根據(jù)安裝于管道中流量檢測(cè)件產(chǎn)生的差壓、已知的流體條件和檢測(cè)件與管道的幾何尺寸來(lái)測(cè)量流量的儀表。DPF由一次裝置(檢測(cè)件)和二次裝置(差壓轉(zhuǎn)換和流量顯示儀表)組成。通常以檢測(cè)件的型式對(duì)DPF分類，如孔扳流量計(jì)、文丘里管流量計(jì)及均速管流量計(jì)等。二次裝置為各種機(jī)械、電子、機(jī)電一體式差壓計(jì)，差壓變送器和流量顯示及計(jì)算儀表，它已發(fā)展為三化(系列化、通用化及標(biāo)準(zhǔn)化)程度很高的種類規(guī)格龐雜的一大類儀表

29、。差壓計(jì)既可用于測(cè)量流量參數(shù)，也可測(cè)量其他參數(shù)(如壓力、物位、密度等)。壓差測(cè)量工作原理充滿管道的流體，當(dāng)它流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時(shí)，如圖2-1所示，流速將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓差。流體流量愈大，產(chǎn)生的壓差愈大，這樣可依據(jù)壓差來(lái)衡量流量的大小。這種測(cè)量方法是以流動(dòng)連續(xù)性方程(質(zhì)量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)為基礎(chǔ)的。壓差的大小不僅與流量還與其他許多因素有關(guān)，例如當(dāng)節(jié)流裝置形式或管道內(nèi)流體的物理性質(zhì)(密度、粘度)不同時(shí)，在同樣大小的流量下產(chǎn)生的壓差也是不同的。圖2-1壓差測(cè)量工作原理 式（2-1） 式（2-2）式中 qm-質(zhì)量流量，kg

30、/s; qv-體積流量，m3/s; C-流出系數(shù)； -可膨脹性系數(shù)； -直徑比，=d/D; d-工作條件下節(jié)流件的孔徑，m； D-工作條件下上游管道內(nèi)徑，m； P-差壓，Pa； 1-上游流體密度，kg/m3。由上式可見(jiàn)，流量為C、d、P、 6個(gè)參數(shù)的函數(shù)，此6個(gè)參數(shù)可分為實(shí)測(cè)量d，P，(D)和統(tǒng)計(jì)量(C、)兩類。壓差測(cè)量傳感器由以上論述看出，通過(guò)孔板的流體的流量與孔板兩端的壓力差的平方根成正比。本試驗(yàn)裝置中，此壓差信號(hào)由壓差式變送器測(cè)量。壓差式流量傳感器是目前工業(yè)上技術(shù)最成熟、使用最多的一種，其使用量約占全部流量測(cè)量?jī)x表的70-80%。他不僅可以用來(lái)顯示，而且可以經(jīng)壓差變送器轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信

31、號(hào)為20mA(或l-5V)以便送到單元組合儀表及計(jì)算機(jī)進(jìn)行上業(yè)過(guò)程控制。差壓式節(jié)流裝置的特點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)，適應(yīng)能力強(qiáng)，幾乎能測(cè)量各種工作狀態(tài)(包括高溫、高壓)下。本測(cè)試裝置采用氣壓傳感器C268、RANGE:+/-1000Pa。2.4風(fēng)機(jī)靜壓測(cè)量與傳感器壓力傳感器用來(lái)測(cè)量管道的靜壓。壓力傳感器的種類繁多，本系統(tǒng)采用電容式微壓傳感器不，其特點(diǎn)如下:(1)測(cè)量范圍大。金屬應(yīng)變絲的極限一般為l%，而半導(dǎo)體應(yīng)變片可達(dá)20%，電容傳感器相對(duì)變化量大于100%。(2)靈敏度高。如用比率變壓器電橋可測(cè)出電容值，其相對(duì)變化量可達(dá)IE-7(3)動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短。由于電容式傳感器可動(dòng)部分質(zhì)量小，因此其固

32、有頻率很高，可月J幾動(dòng)態(tài)信號(hào)的測(cè)量。(4)機(jī)械損失小。電容式傳感器極間相互吸引力非常微小，又不存在摩擦，故其自熱墳應(yīng)極微，可保證電齊式傳感器具有較高的精度。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)。電容式傳感器一般使用金屬材料做電極，以無(wú)機(jī)材料做絕緣支撐，故能承受很大的溫度變化和各種形式的強(qiáng)輻射作用，適合在惡劣環(huán)境中工作。電容式傳感器一般可分為三種形式:變截面型、變介質(zhì)介電常數(shù)型、變極板間距型。本系統(tǒng)選用變截面接口靜壓傳感器，其型號(hào)為:C268、RANGE:0-50Pa，技術(shù)指標(biāo)如下:作溫度:-18-+65測(cè)量介質(zhì):空氣或類似的非導(dǎo)電性氣體輸入電源:9-3V DC輸出電流:4-20mA量程:0-5OPa接線方式為兩

33、線式，傳感器采用24V直流電源供電，數(shù)據(jù)采集卜的模擬輸入通道采集25O精密電阻兩端的電壓信號(hào)，此電壓信號(hào)進(jìn)入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行計(jì)算。2.5風(fēng)機(jī)主要性能參數(shù)的確定根據(jù)風(fēng)機(jī)擬定的工作環(huán)境選擇流量q=88.93m3/s。風(fēng)速選擇為：近風(fēng)口v=715m/s，出風(fēng)口v=1030m/s。轉(zhuǎn)速 風(fēng)機(jī)全壓為 P=49kp。工作介質(zhì)干燥空氣：=1.293kg/m3M=28.967kg/kmolR=0.28713kg/(kg k)Cp=1.005KJ/(kg k)C1=0.716KJ/(kg k)K=Cp/C1=1.40功率初選電機(jī)的功率為3kw 風(fēng)機(jī)效率一般為80%90%.2.6風(fēng)機(jī)工作輪的設(shè)計(jì)計(jì)算與選型初選葉輪大

34、徑D2=0.405m作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。葉輪如圖2-2.1、 風(fēng)機(jī)葉輪周速：2、 風(fēng)機(jī)全壓系數(shù)： 圖2-2風(fēng)機(jī)葉輪示意圖3、 風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)數(shù)： 4、 風(fēng)機(jī)進(jìn)口軸向速度：5、 風(fēng)機(jī)進(jìn)口當(dāng)量直徑：6、 風(fēng)機(jī)流量系數(shù)：7、 內(nèi)孔直徑：其中Nah =8。8、 風(fēng)機(jī)葉輪輪轂外徑：9、 風(fēng)機(jī)工作輪進(jìn)口直徑：10、 風(fēng)機(jī)工作輪密封處外徑：11、 風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)口直徑：12、 風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)口線速度：13、 風(fēng)機(jī)葉輪葉片數(shù)： 14、風(fēng)機(jī)葉片厚度：根據(jù)以上計(jì)算可以通過(guò)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)選型為 S1064.25 葉輪，并且確定為型軸盤。2.7風(fēng)機(jī)進(jìn)出氣機(jī)殼的設(shè)計(jì)計(jì)算與選型蝸室橫截面積當(dāng)量直徑的計(jì)算： （式2-3）風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)管直徑： 長(zhǎng)度

35、：L=3500mm。風(fēng)機(jī)近風(fēng)口的選型：根據(jù)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇 ST0701×042.8風(fēng)機(jī)葉片強(qiáng)度計(jì)算因?yàn)樵诖嗽O(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)葉片與葉輪前后盤的連接為焊接，所以葉片的最大彎矩應(yīng)產(chǎn)生在梁的兩端。葉片受力如圖2-3。當(dāng)葉輪以角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)單個(gè)葉片因本身質(zhì)量產(chǎn)生的離心力F為： （式2-4）其中=7.85×103 kg/m3為葉輪角速度 b為葉片長(zhǎng)=141mm L為葉片寬度=82mm 為葉片厚度=3mm R為葉片重心到葉輪中心的距離=296mm。C=2 鋼的C=86.08n2 。圖2-3風(fēng)機(jī)葉片受力示意圖如圖葉片的重心假定在葉片工作面的O點(diǎn)，將F分解成沿葉片的法向力F1和切向力F2。葉片在F

36、1和F2的作用下，在相應(yīng)的方向彎曲。由F2產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力，因葉片的抗彎截面模量大，故可忽略。只計(jì)算F1產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力。葉片彎矩如圖2-4。葉片的抗彎截面模量為：葉片的最大彎矩：圖2-4葉片受力及彎矩圖葉片的最大彎曲應(yīng)力：2.9風(fēng)機(jī)傳動(dòng)組的設(shè)計(jì)計(jì)算風(fēng)機(jī)主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算，根據(jù)以上已經(jīng)選擇的風(fēng)機(jī)葉輪與軸盤，選擇軸的最小直徑為d=32mm.軸的強(qiáng)度計(jì)算：葉輪的質(zhì)量(將前盤曲面略看作直面計(jì)算)葉輪軸盤因?yàn)檫x用的為4c型 型軸盤 查風(fēng)機(jī)手冊(cè)可知：因此可以計(jì)算葉輪總質(zhì)量為：（1） 風(fēng)機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速N=1430r/min（2） 風(fēng)機(jī)主軸的最大彎矩以及最大轉(zhuǎn)矩的計(jì)算（3） 主軸的最大彎矩的計(jì)算，主軸受力如圖2-5。（

37、4） 作用在風(fēng)機(jī)主軸上的主要作用力是葉輪重力與其不平衡力，葉輪經(jīng)過(guò)平衡后，仍有允許的殘余不平衡重力。該重力可以造成風(fēng)機(jī)葉輪重心與主軸旋轉(zhuǎn)中心線有一定的偏移距離。此距離一般為：。為安全起見(jiàn)，計(jì)算時(shí)取：，因此，由于葉輪重心與主軸旋轉(zhuǎn)中心線不一致產(chǎn)生的不平衡力F1 為： （式2-5）圖2-5風(fēng)機(jī)主軸受力示意圖（5） 葉輪重力與其不平衡力之和：（6） 軸端與聯(lián)軸器重力之和：（7） 軸承之間軸的重力：（8） 主軸與葉輪連接處軸的重力：圖2-6風(fēng)機(jī)主軸受力彎矩圖（9） 主軸支撐座反力計(jì)算：（10） 主軸彎矩計(jì)算：主軸彎矩如圖2-6風(fēng)機(jī)主軸的轉(zhuǎn)矩計(jì)算風(fēng)機(jī)主軸的復(fù)合應(yīng)力風(fēng)機(jī)主軸的材料選用45鋼 查得其許用扭轉(zhuǎn)

38、切應(yīng)力-1=155MPa 許用彎曲應(yīng)力-1=275MPa。主軸扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為：主軸的最大彎曲應(yīng)力為：按照第三強(qiáng)度理論計(jì)算風(fēng)機(jī)主軸的最大復(fù)合應(yīng)力：（11） 風(fēng)機(jī)主軸剛度計(jì)算風(fēng)機(jī)主軸的彎曲剛度計(jì)算圖2-7主軸階梯主軸的當(dāng)量直徑：圖2-8主軸撓度示意圖彎曲撓度：主軸撓度如圖2-8偏轉(zhuǎn)角：風(fēng)機(jī)主軸的扭轉(zhuǎn)剛度的計(jì)算 （式2-6）其中：T為扭矩 T=20.04N mG為鋼的剪切彈性模量 Ip 為主軸的截面的極慣性矩 （5）主軸的臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算所以風(fēng)機(jī)主軸運(yùn)轉(zhuǎn)安全。2.10滾動(dòng)軸承的選型與計(jì)算滾動(dòng)軸承的選型因?yàn)轱L(fēng)機(jī)主軸的軸端為風(fēng)機(jī)葉輪，所以主軸為一懸臂梁徑向載荷較大而軸向載荷較小。風(fēng)機(jī)要求的轉(zhuǎn)速不是很高。因?yàn)?/p>

39、主軸軸端承受懸臂力，所以要求軸承有一定的調(diào)節(jié)主軸彎曲的能力。綜上，可選擇調(diào)心輥?zhàn)虞S承，根據(jù)軸徑可選擇22209軸承。軸承的壽命計(jì)算 （式2-7）n為軸承轉(zhuǎn)速n=1430r/min。C為軸承的基本額定動(dòng)載荷為指數(shù)，球軸承為3，對(duì)于磙子軸承為10/3。P為軸承載荷，在這里既為徑向載荷，在前面計(jì)算的軸的載荷時(shí)已經(jīng)計(jì)算過(guò)為216.18N。風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期連續(xù)工作機(jī)械，可選預(yù)期壽命為：軸承應(yīng)具有的基本額定動(dòng)載荷為：因此，所選軸承滿足要求。軸承的潤(rùn)滑方式的選擇因?yàn)閐n=321430=45760mm/r min-1 。所以選擇油脂潤(rùn)滑方式。 2.11軸盤材料的選用計(jì)算與軸盤上鉚釘強(qiáng)度的計(jì)算軸盤材料的選用計(jì)算軸盤最大

40、直徑d處的線速度為：所以線速度小于30的軸盤選擇一般灰鑄鐵 HT250。圖2-9軸盤后盤與軸盤之間的鉚釘強(qiáng)度計(jì)算（切應(yīng)力計(jì)算）軸盤上的轉(zhuǎn)矩為： （式2-8）在鉚釘分布的圓周半徑R上，鉚釘所受的切應(yīng)力為： （式2-9）鉚釘初選材料為Q215，Z個(gè)鉚釘所承受的平均切應(yīng)力為：2.12風(fēng)機(jī)聯(lián)軸器的選型與計(jì)算由于風(fēng)機(jī)的工作環(huán)境為載荷較小、沖擊較小，因此可以選擇剛性土緣聯(lián)軸器。風(fēng)機(jī)電機(jī)的輸出的功率為：3KW 風(fēng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為：T=20.04N m。聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 （式2-10） KA為風(fēng)機(jī)的工作工況系數(shù)鼓風(fēng)機(jī)工作轉(zhuǎn)矩變化小，即為透平空氣壓縮機(jī)械。并且原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)，因此可選KA為1.5。風(fēng)機(jī)聯(lián)軸器型號(hào)的確

41、定與校核從GB/T4323-84中查得GY5型剛性凸緣聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩為400Nm。許用最大轉(zhuǎn)速為8000r/min。適合軸徑為32mm。故合用。2.13風(fēng)機(jī)輪盤的強(qiáng)度計(jì)算輪盤本身的離心切應(yīng)力葉片離心力在圓盤中心產(chǎn)生的應(yīng)力 （式2-11）半圓盤重心所在半徑半圓盤的離心力 單個(gè)葉片的離心力所以后盤共計(jì)最大切應(yīng)力第三章風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1總體設(shè)計(jì)在風(fēng)機(jī)測(cè)試過(guò)程中，要求風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不變。但是在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，風(fēng)機(jī)需要有不同的轉(zhuǎn)速，當(dāng)然也是為了節(jié)能方面的考慮。因此，對(duì)風(fēng)機(jī)的交流異步電機(jī)的調(diào)速就是對(duì)風(fēng)機(jī)的調(diào)速過(guò)程。隨著新型電力電子器件的發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)崛起，它幾乎和計(jì)算機(jī)控制一樣，成為了現(xiàn)代交流

42、傳動(dòng)調(diào)速技術(shù)領(lǐng)域的主要標(biāo)志之一。20世紀(jì)70年代后，大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，使得交流電力拖動(dòng)系統(tǒng)逐步具備了寬的調(diào)速范圍、高的穩(wěn)速范圍、高的穩(wěn)速精度、快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及在四象限作可逆運(yùn)行等良好的技術(shù)性能，在調(diào)速性能方面可以與直流電力拖動(dòng)媲美。在交流調(diào)速技術(shù)中，變頻調(diào)速具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，并且它的調(diào)速性能與可靠性不斷完善，價(jià)格不斷降低，特別是變頻調(diào)速節(jié)電效果明顯，而且易于實(shí)現(xiàn)過(guò)程自動(dòng)化，深受工業(yè)行業(yè)的青睞。變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速原理如圖3-1。圖3-1風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置流程圖3.2風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速控制設(shè)計(jì) 交流變頻調(diào)速的優(yōu)異特性 (1) 調(diào)速時(shí)平滑性好，效率

43、高。低速時(shí)，特性靜關(guān)率較高，相對(duì)穩(wěn)定性好。(2) 調(diào)速范圍較大，精度高。(3) 起動(dòng)電流低，對(duì)系統(tǒng)及電網(wǎng)無(wú)沖擊，節(jié)電效果明顯。(4) 變頻器體積小，便于安裝、調(diào)試、維修簡(jiǎn)便。(5) 易于實(shí)現(xiàn)過(guò)程自動(dòng)化。(6) 必須有專用的變頻電源|穩(wěn)壓器，目前造價(jià)較高。(7) 在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時(shí)，低速段電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力大為降低。3.2.2變頻調(diào)速原理變速調(diào)速也稱為變頻調(diào)速系統(tǒng)，它主要由變頻器和控制器兩大部分組成。變頻調(diào)速的基本原理是根據(jù)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與輸入頻率成比例的關(guān)系，通過(guò)改變供給電動(dòng)機(jī)三相電源的頻率值來(lái)達(dá)到改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 1、變頻器 變頻器的作

44、用是將所接收的三相電源（如380V，50Hz）轉(zhuǎn)換為頻率可調(diào)節(jié)的三相電源。變頻器根據(jù)其變頻的原理分為直接變頻和間接變頻。直接變頻為交交變頻；間接變頻為交直交變頻。間接變頻是指將交流經(jīng)整流器后變?yōu)橹绷鳎缓笤俳?jīng)逆變器調(diào)制為頻率可調(diào)的交流電。 交直交頻器由順變器、中間濾波器和逆變器三部分組成。順變器就是整流器，它是一個(gè)晶閘管感想一橋式電路，其作用為將定壓定頻的交流電變換為可調(diào)直流電，然后作為逆變器的直流供電電源；中間濾波器由電抗器或電容組成，其作用是對(duì)整流后的電壓或電流進(jìn)行濾波；逆變器也是三相橋式整流電路，但它的作用與順變器相反，綜將直流電變換（調(diào)制）為可調(diào)頻率的交流電，它是變頻器的主要部分。 2

45、、控制器 控制器是根據(jù)變頻調(diào)速的不同方式產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，控制逆變器中各功率開(kāi)關(guān)元件的工作狀態(tài)，使逆變器輸出預(yù)定頻率和預(yù)定電壓的交流電源。控制器有二種控制方式：一種是以各種集成電路構(gòu)成的模擬控制方式；另一種是以單片機(jī)、微處理器構(gòu)成的數(shù)字控制方式。市場(chǎng)銷售的微電腦變頻器，就是使用單片微機(jī)或微處理器為控制核心的變頻器。 決定功率開(kāi)關(guān)器件（如晶閘管）動(dòng)作順序和時(shí)間分配規(guī)律的控制方法稱為脈寬調(diào)制（PWM）方法。用這種方法通過(guò)改變矩形脈沖的寬度可以控制逆變器輸出交流基波電壓的幅值；通過(guò)改變調(diào)制矩形脈沖波形的頻率（或周期）可以控制交流基波電壓的頻率。控制器輸出一組等幅而脈沖寬度隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的矩形

46、脈沖，用此脈沖電壓去觸發(fā)逆變器中的功率開(kāi)關(guān)器件，起到了功率放大作用。由于各個(gè)矩形脈沖波下的面積接近于正弦波下的面積，因此，逆變器的輸出電壓就接近于正弦波，這樣就能滿足變頻調(diào)速對(duì)電壓與頻率協(xié)調(diào)控制的要求。 3.2.3變頻器控制在此選擇交流變頻器型號(hào)為：RNB3000 電機(jī)為Y100L2-4主回路端子接線圖、控制回路接線圖如圖3-2、各端子說(shuō)明如表3-1。圖3-2 變頻器接線說(shuō)明表3-1變頻器端子說(shuō)明變頻器控制電路給異步電動(dòng)機(jī)供電的主電路提供控制信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)，稱為控制回路，控制電路由頻率，電壓的運(yùn)算電路，主電路的電壓，電流檢測(cè)電路，電動(dòng)機(jī)的速度檢測(cè)電路，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的驅(qū)動(dòng)電路，以及逆

47、變器和電動(dòng)機(jī)的保護(hù)電路等組成。無(wú)速度檢測(cè)電路為開(kāi)環(huán)控；在控制電路增加了速度檢測(cè)電路，即增加速度指令，可以對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的速度進(jìn)行更精確的閉環(huán)控制。運(yùn)算電路將外部的速度，轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路的電流，電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。電壓、電流檢測(cè)電路為與主回路電位隔離檢測(cè)電壓，電流等。驅(qū)動(dòng)電路為驅(qū)動(dòng)主電路器件的電路，它與控制電路隔離，控制主電路器件的導(dǎo)通與關(guān)斷。I/O電路使變頻更好地人機(jī)交互，其具有多信號(hào)的輸入，還有各種內(nèi)部參數(shù)的輸入。速度檢測(cè)電路將裝在異步電動(dòng)機(jī)軸上的速度檢測(cè)器的信號(hào)設(shè)為速度信號(hào)，送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。保護(hù)電路檢測(cè)主電路的電壓、電流等。當(dāng)發(fā)生過(guò)載或過(guò)電壓等異常時(shí)，為了防止逆變器和異步電動(dòng)機(jī)損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓，電流值。逆變器控制電路中的保護(hù)電路，可分為逆變器保護(hù)和異步電動(dòng)機(jī)保護(hù)兩種，保護(hù)功能如下：逆變器保護(hù)瞬時(shí)過(guò)電流保護(hù)，用于逆變電