热电厂二次风机变频节能控制系统的设计与应用研究.doc

热电厂二次风机变频节能控制系统的设计与应用研究

内容摘要

变频技术可改变电动机输出功率，达到节省电能的目的，因此对于变频节能技术的研究具有相当重要的现实意义。本文以热电厂二次风机为例，研究了变频节能控制系统的应用。本文分析了变频节能技术的原理，并设计了热电厂二次风机变频节能控制系统。对于硬件部分，完成了主电路和外部控制电路部分的设计，其控制器基本单元为S7-200PLC；对于软件部分，设计了PLC控制程序流程图。此外，本文分析了该系统进行节能改造前后的运行效果，验证了变频调速的节能优势。

关键词：变频调速；节能系统；电动机

目录

TOC\o1-3\h\z\u内容摘要 1

1绪论 3

1.1课题的背景及意义 3

1.2国内外发展现状 3

1.2.1国外变频技术发展现状 3

1.2.2我国变频技术发展现状 4

1.3论文主要工作 4

2变频节能技术简介 4

2.1变频器的基本结构 5

2.2变频器的分类 5

2.2.1按主电路结构形式分类 6

2.2.2按逆变器开关方式分类 6

2.2.3按逆变器控制方式分类 7

2.3变频节能原理 8

3变频节能系统 10

3.1变频节能系统配置 10

3.2变频控制系统的基本原理 10

3.3变频节能系统设计 12

3.3.1变频节能系统硬件设计 12

3.3.2变频节能系统软件设计 15

4变频节能改造效果分析 16

4.1变频改造后的运行分析 16

4.2变频改造后的节能分析 16

4.2.1直接效益 16

4.2.2间接效益 18

5结论 18

参考文献 19

1绪论

1.1课题的背景及意义

变频技术，就是利用技术手段使得电气设备的供电频率发生变化，进而实现控制电气有功输出的功能。变频技术鉴于微电子学理论、电力电子技术、计算机和自动控制理论等的高速进步，也迈入了一个全新的机遇期，完全成熟的技术，也推动该技术的实际应用达到一个新的小高峰。它是利用变频调速使得轴上有功输出发生变化，进而实现降低有功功率的输入，从而完成电能的节约。

目前我国能源利用不充分问题十分严峻，而第二产业是中国电能主要使用者，其能源使用比例在全国整体能源使用率可以高达70%左右，由此工业领域中蕴含着巨大的节能潜力。在各个用电领域中，工业用电总量占比较大，大约为全国年用电量的70%，而工业用电中又有大约60%的电能被各式电动机消耗掉。目前，在第二产业类工厂的加工生产进程中，其电力拖动系统至少有90%是以异步电动机作为拖动设备，如果能够在异步电动机中引入变频节能系统，将会大大提高其运行效率。因此对于变频节能技术的研究具有十分重要的现实意义。

但是传统变频控制为保证良好的动态响应，一般使电动机工作在额定励磁状态，请在运行时贴心损耗占比较大，系统运行效率很低，因此有必要对变频节能系统进行深入研究。

1.2国内外发展现状

1.2.1国外变频技术发展现状

远在1960年以前，直流调速由于优良的控制能力、相对较高的可靠性、较低的噪声、相对单一的控制电路等条件，使得直流调速一致是变频技术的主流研究方向。但是介于社会生产力及技术的高速进步，直流调速的不足之处也慢慢展示出来。因为调速系统中有换向器，所以直流电动机的运维工作是比较繁重的。而另一方面，电动机在现实的使用中，已经从过去单一的起动/停止控制向速度、位置、转矩等参数实现精准控制方向转变。而虽然早在1888年，交流电和交流电机就已经问世，但在之后很长一段时间，交流电机都因为其结构原因，只能以一个或多个固定的速度运行，其转速与频率成正比，与极对数p成反比，由于转差率s和极对数p都是电机的固有特性参数，在电机制造完成后就不能改变了，若想自由的调节转速，只有改变其动力电源的输入频率f；而在变频器诞生之前，基本没有什么手段能自由调整电网电压的频率。从上世纪30年代起，人们就致力于交流调速技术的研究。上世纪70年代西门子工程师首先提出异步电机矢量控制理论，来解决交流电机转矩控制问题，而对于直接转矩控制来说，一般文献认为它由德国鲁尔大学的M.Depenbrock教授和日本的I.Takahashi于1985年分别提出的，其变频器产品也开始进入到大众视野。

1.2.2我国变频技术发展现状

我国1954年建立了第一家电气传动公司，即天津电气传动设计研究所的前身，随着改革开放，经济高速发展，变频调速技术形成了一个巨大的市场，目前已经发展到200家左右的公司、工厂和研究所从事变频调速技术的工作。