变频器在某型发动机叶片水流量试验中的应用

姚晓颖+姜雷+巴晓玉

摘要：水流量试验需要在一定的压力条件下进行，才能保证叶片水流量试验数据的稳定、准确。传统的方法是采用手动调压阀进行调压，本项目采用变频器实现自动调压，压力给定值在变频器中设定，反馈由压力变送器给定，利用变频器的PID调节功能，使压力稳定在所需的压力值上，满足系统技术要求。文详细介绍了变频器应用于水流量试验压力调节中的控制方案、系统构成及工作原理，对功能及应用进行了详细的阐述。

关键词：变频器；水流量试验；压力调节；

0引言

不同的叶片水流量试验需要在一定的相应的试验压力下进行，因此，在试验中保持试验压力的恒定，是保证水流量试验数据真实、可靠的必要条件。传统的水流量试验压力都是采用手动调节阀实现压力调节，需要现场操作人员随时关注压力表压力的变化，稍一疏忽，压力发生变化，调节不及时，就会影响试验数据的准确性，需要重新测量，从而影响试验的工作效率。

变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手。在本项目中采用手动调节与自动调节相结合的方式，保留手动调节阀的功能；自动调节采用欧姆龙3G3MX2多功能变频器，压力目标值在变频器中设定，反馈由压力变送器给定，利用变频器的PID调节功能，通过对电机速度的调节实现对管路中水压的自动调节，无需人员干预使其稳定在所需的压力值上，保证试验数据的准确性，同时提高了水流量试验的工作效率。

1 试验压力变频调速控制系统

PID控制算法的输入为给定压力值和管压的实测值，其输出为电压信号，该信号作为变频器的控制频率输入信号，控制变频器的输出频率， 进而控制交流电动机的转速，使整个系统压力维持恒。具体的控制系统如图1所示。变频器驱动电机拖动水泵旋转，将水箱中的水输送到水流量试验管路中，管路中水的压力为被控量，水流量试验中需要这个压力稳定在一定的压力值上。安装在管路上的压力变送器将压力信号变换为4～20mA的电流信号作为反馈信号输入到变频器的PID调节单元，与压力给定值进行比较，PID调节单元依据比较的偏差值大小和方向进行PI调节，产生控制信号改变变频器的频率输出，从而改变电机的转速，使管路中的压力始终维持在给定值上。系统在没有操作者干预的情况下根据控制系统的实际响应情况，自动实现压力调整，使系统压力保持恒定。其中，试验压力的目标值，通过在变频器中设置相应的功能参数实现。

2 系统配置

2.1 系统构成

由于本项目能够进行三种型号规格的叶片水流量试验，因此项目采用2个变频器实现对其压力调节，其中高导、低导叶片水流量试验压力调节通过变频器G1实现；高涡叶片水流量试验压力调节通过变频器G2实现。一般在一台变频器驱动一台电机的情况下，由于变频器内部具有十分完善的热保功能，没有必要接入热继电，因此省去了用于保护电机的热继电器，同时由断路器实现对变频器的保护，没有接入交流接触器，因此主电路仅有断路器、变频器和电机构成，结构简单，控制方便，同时也节约了成本。

变频器SC（L）、S1端子接继电器KA1触点，用于启动变频器G1；P2、PC端子接指示灯HL3，用于指示变频器工作状态；MA、MC端子接指示灯HL10，用于指示变频器工作异常状态，FI、SC端子接压力变送器，用于压力信号反馈。G2变频器接线图同G1变频器。系统原理图如图2所示。

按下启动按钮SB1，KA1继电器触点闭合，启动变频器G2，高涡泵启动，运行指示灯HL2点亮；按下停止按钮SB2，高涡泵停止，指示灯HL2熄灭；如发生变频器故障，过流或过载，报警指示灯HL11点亮，通过按RESET进行复位，查找故障原因排除报警。按下按钮启动按钮SB3，KA2继电器触点闭合，启动变频器G1，高低导泵启动，运行指示灯HL3点亮；按下停止按钮SB4，高低导泵停止；如发生变频器故障，报警指示灯HL10点亮。

2.2变频器

变频器选用欧姆龙3G3MX2通用小型多功能变频器，该变频器体型小，安装简便，功能丰富，操作简便。具有高启动转矩功能，在无PG矢量控制中可达到0.5HZ/200%转矩，实现强力运行；具有安全功能，标准配备两路安全输入和EDM输出；不但能够进行较为精确的速度控制，还可以实现简易定位功能，拥有丰富的PID调节功能，具备过电流、过电压抑制功能。

2.3压力变送器

压力变送器选用沈阳仪表科学院的HB26S，变送器采用专用电信号处理电路，实现标准信号输出，其输出信号为二线制，24VDC供电、4-20mA输出，量程范围为0-500KPa。其整体结构采用不锈钢材质，提供航空插头接线方式，方便现场安装接线。具有稳定性好，测量精度高、体积小、重量轻、耐腐性能好的优点。

3变频器功能设置

3.1 PID功能设置

试验压力调节采用PI调节方式，比例积分（PI）调节器是同时具有比例和积分运算两种作用的放大器，即具有比例调节器较好的动态响应特性，又具有积分调节器的静态无差调节功。同时为防止超调，避免震荡，应适当减小比例增益增加积分环节，能有效消除偏差。对于水流量试验压力调节对过渡过程时间要求不是很高，所以采用PI调节方式。

为了使变频器PID功能在运行中实现调节作用，需要设定以下功能参数：

（1）PID使能设置。使PID调节功能有效，需要将A071参数设定为”01”；

（2）P、I、D增益参数设置。A072比例增益设定为2，A073积分增益设定为1，A074微分增益设定为0，可依据实际调试的结果更改设定值，在调试中此PI参数满足调节需求，压力值稳定在调节范围之内。

（3）目标值调节范围设置。为了避免在调节过程中频率频繁波动，需要对A078参数进行设定，确定以目标值为基准的可变范圍，PID输出将被限制在目标值±（A078）的范围内。目标值即为试验压力值，范围值即为试验压力的误差范围。

3.2变频器通用功能设置

为了保证变频器正常工作，在运行前需要预先设定必要的功能参数，包括上下限频率、加减速时间、升降速方式、运行模式等，下面对其参数设置进行详细的介绍。

（1）上下限频率。如果转速超过额定转速，电动机的输出功率将超过其额定容量，因此上限频率一般不宜超过额定频率（50HZ）；如果转速过低，长时间工作在低频状态，普通电机会严重发热，影响电机的使用寿命，因此，下限频率一般不宜低于额定频率的80%，故下限频率设定为40HZ。所以设A061为50HZ，A062为40HZ；

（2）加减速时间.由于在批量生产过程中，水泵可能会频繁启动，因此加减速时间不宜过长，但也不能为加快测量的效率而设置的过短，易导致“过流”或“过压”，因此设定第一加速时间F002为12S，第一减速时间F003为10s；

（3）运行指令设定。设定A002参数为“01”，变频器运行由控制电路端子台启动；

（4）目标频率设定。目标频率F001参数根据上下限频率、压力范围及试验压力值计算得出，高导叶片水流量试验压力目标频率为44HZ，低导叶片水流量试验压力目标频率为43HZ，高涡叶片水流量试验压力目标频率为42HZ；

5结论

本文采用欧姆龙3G3MX2变频器实现发动机叶片水流量试验器试验压力的自动调节，能够完全满足现场的技术要求。在变频器中设定好相应的PID参数后，无须人工干预，能够将试验压力稳定在所需的试验压力值上，即节省了人力，同时也提高了水流量试验的工作效率。本项目具有一定的通用性，可以应用于公司其它设备的压力、流量等自动控制。

参考文献：

[1]王艳秋，崔连延.现代交流调速系统.沈阳：东北大学出版社，2000.03

[2]林柏松，曹文光，刘志杰，洪荣晶等.换热站变频调速控制系统[J].自动化仪表，2009（7）： 49-51

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[4]陈伯时.电力拖动自动控制系统.北京，机械工业出版社.1999.05.

作者简介：姚晓颖（1979-），女，辽宁阜新，高级工程师，主要从事电气及试车台数采系统设计工作。endprint