压风机变频控制系统设计
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摘要
随着国民经济的快速发展，风机的应用日趋广泛。在火力发电、钢铁、化工、炼油、轻纺、水泥。污水处理、矿山、隧道施工、实验研究等各研究领域以及各类厂房、大厦中，压风机都起着重要作用。
由电动机直接驱动压缩机，使曲轴产生旋转运动，带动连杆使活塞产生往复运动，引起气缸容积变化。由于气缸内压力的变化，通过进气阀使空气经过空气滤清器（消声器）进入气缸，在压缩行程中，由于气缸容积的缩小，压缩空气经过排气阀的作用，经排气管，单向阀（止回阀）进入储气罐，当排气压力达到额定压力0.7MPa时由压力开关控制而自动停机。当储气罐压力降至0.5--0.6MPa时压力开关自动联接启动。
压风机的工作原理压风机压缩气体，按最终压力的高低，可由一级压缩和多级压缩来完成，但是各级的工作原理是一样的。作为空气动力源的压风机，一般都是两级压缩。当活塞从左向右移动时，气体以压力进入气缸；而后活塞从右向左移动是，进入缸内的气体被活塞压缩；当气缸内的压力达到排气压力后，气体被活塞排出气缸，周而复始。这个便是压风机的理论工作原理循环过程。
压风机多存在于煤矿系统中，用于向井下输入新鲜风流。其路径是：通过大巷，到工作面，再由回风到风井到地面，压风机是矿井系统安全运行的重要保障。
主要用途
1、冲淡和排除井下各种有害气体和矿尘。
2、创造良好的温度，湿度，风速等气候条件。
3、增强矿井的抗灾能力，保证矿工的安全健康和正常生产。
由于受工作温度、压力、震动等因素的影响，压风机容易出现渗漏及转子轴孔磨损等问题。解决上述问题的传统方法是打卡具或焊补等工艺，但都具有很大的局限性，且有的渗漏受工作环境安全的要求限制，无法现场进行解决。
关键词 压风机；变频；设计
目录
1 压风机••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••8
1.1压风机的工作原理和力学基础 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••8
1.1.1 压风机的循环 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••8
1.1.2 吸气过程 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••8
1.1.3 封闭及输送的过程 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••9
1.1.4 压缩及喷油的过程 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••9
1.1.5 排气过程 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••9
1.2 压风机的热力性能 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••9
1.2.1 排气压力 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••9
1.2.2 排气量 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••9
1.2.3 排气温度••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••9
1.2.4 功率 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••9
1.3 压风机的作用力 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••9
1.3.1 惯性力 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••9
1.3.2 气体力 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••10
1.3.3 摩擦力 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••10
1.4 压风机的分类，结构形式和特点 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••10
1.4.1 压风机的分类 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••10
1.4.2 结构形式和特点 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••10
1.5 压风机的主要部件 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••11
1.5.1 机箱 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••11
1.5.2 曲轴连杆机构 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••11
1.5.3 气缸与活塞 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••13
1.5.4 气阀 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••13
1.5.5 滑动密封部件 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••14
1.5.6 润滑系统 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••14
1.5.7 冷却系统 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••14
2 异步电动机调速 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••15
2.1 改变转差率S的调速方法••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••15
2.1.1 调定子电压调速 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••15
2.1.2 转子串接电阻调速 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••15
2.1.3 电磁转差离合器调速 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••15
2.1.4 串级调速通过在转子回路引入附加电势的方法 ••••••••••••••••••••••••15
3 压风机变频控制系统控制策略 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••17
3.1 U/f 恒定控制 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••17
3.2 转差频率控制 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••17
3.3 矢量控制 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••18
3.4 直接转矩控制 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••18
3.5 变频器的选择 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••18
3.1.5 风机负载 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••18
3.2.5 恒转矩负载 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••18
3.6 要求响应快的系统 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••18
3.7 动态，静态指标要求不高系统 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••19
3.8 动态。静态指标要求较高系统 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••19
3.9 要求控制系统具有良好的动态，静态性能 •••••••••••••••••••••••••••••••19
3.10 结论•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••19
4 压风机变频控制系统控制电路分析•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••19
5 压风机变频控制系统设计 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••20
5.1 主要功能及参数 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••20
5.1.1 主要功能及特点 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••20
5.1.2 主要工作参数及设定 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••20
5.1.3 检测原理及电路实现 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••21
5.2 各功能模块概述 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••24
5.2.1 信号前端 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••24
5.2.2 下位机处理 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••24
5.2.3 上位机处理 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••24
5.3 硬件设计 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••24
5.4 传感器 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••26
5.5 报警电路 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••26
5.6 输入/显示电路 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••27
5.7 固态继电器电路 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••28
5.8 变频器设计 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••28
5.8.1 变频器选择 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••28
5.8.2 VFD-M 系列变频器选用 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••29
5.8.3 变频器参数设置 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••29
5.8.4 D/A转换电路 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••30
5.8.5 电机控制原理 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••31
5.9 软件设计 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••32
5.9.1 PID 调节 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••32
5.9.2 监测报警 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••32
5.9.3 联锁控制 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••34
5.9.4 手动/自动控制 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••34
5.9.5 内容查询修改 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••34
5.9.6 通信 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••34
5.10 主程序模块 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••34
5.10.1 准备程序 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••34
5.10.2 键分析、键服务程序 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••35
5.10.3 测控程序 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••35
5.11 采集、计算程序模块 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••36
5.12 测试及测控效果分析 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••38
结论 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••39
致谢 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••39
参考文献 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••40
附录1 电路总图 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••41
附录2 程序清单 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••42
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