变频器在工业洗衣机中的应用.docx

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变频器在工业洗衣机中的应用

目录…………………………………………………………………………………1

摘要…………………………………………………………………………………2

前言…………………………………………………………………………………2

第一章、工业洗衣机………………………………………………………………………3

一、工业洗衣机的工作原理…………………………………………………3

第二章、变频器……………………………………………………………………6

一、变频器简介………………………………………………………………6

二、变频器的工作原理………………………………………………………7

三、变频器的控制方式及选型………………………………………………7

四、变频器的参数设置………………………………………………………8

第三章、PLC简介………………………………………………………………14

一、PLC的定义及特点……………………………………………………14

二、PLC的应用和发展前景………………………………………………14

三、PLC的基本组成及工作原理……………………………………………15

四、PLC的编程语言…………………………………………………………17

案例：

用PLC与变频器设计控制电路，并进行模拟安装与调试……………19

结论………………………………………………………………………………25

致谢………………………………………………………………………………26

参考文献…………………………………………………………………………27

—1—

题目：

变频器在工业洗衣机中的应用

姓名：

朱提磊

摘要

工业洗衣机是指用于宾馆、饭店、洗衣店或工厂进行大批量衣物清洗用的洗衣机，具有洗涤容量大、效果好、成本低、效率高、污染小等特点。

近些年来，工业洗涤设备尤其以水洗设备为主，变频器的应用越来越普及，变频器也因此为工业洗涤设备带来了全新的技术革命，从最早的不可调速的半自动洗衣机到用两个双速电机来实现四个速率的全自动洗衣机，最后发展到只需一个电机就可实现多段速率的现代洗衣机。

工业洗衣机整个洗涤控制的关键在于低速洗涤时有很平滑的力矩以及脱水时有很高的旋转速度。

由于负载很大，为了获得大的起动转矩要采用大电阻电机，减速时还另需制动装置。

随着大功率开关器件制造技术及计算机控制技术的发展，采用变频调速控制电机已渗透到各种电力传动系统中。

前言

本文采用三菱FX2N系列可编程逻辑控制器（PLC）和通用系列变频器为例改造一套传统的工业洗衣机控制系统。

在洗衣机中PLC的使用提高了系统的抗干扰能力，保证了系统的稳定性；变频器的使用显著提高了工业洗衣机的性能，可用一台电动机从低速到高速大范围调节，满足低速洗涤大转矩和高速脱水的要求，且传动装置可做的很小，控制性能和操作性能都大幅提高；另外，变频器的使用可以节约大量的水和电。

本设计通过对洗衣机洗衣原理和洗衣过程的分析，判断出洗衣机洗衣过程所需要的各种转速。

然后分析介绍了通用变频器的工作原理以及控制方式等，进而针对变频器的型号和容量的选择进行了简要说明。

接着详细的介绍了变频器的各种参数设置及PLC的相关知识，并通过案例重点分析了在洗衣机的洗衣过程中，变频器多段速功能的多种转速是如何同洗衣机的控制程序（PLC程序）以及电动机相辅相成，完成洗衣任务的。

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第一章工业洗衣机

一工业洗衣机的工作原理

洗衣机是利用电能产生机械作用来洗涤衣物的清洁电器。

在我们的日常生活中已经十分普及了，它省时省力节水,特别是在天寒水冷的时候，才会真正体验到它的妙处。

我们按其额定洗涤容量分为家用和集体用两类。

工业洗衣机就是集体用类。

洗衣机按洗涤方式来分，可分为波轮式洗衣机和滚桶式洗衣机两种。

下面先说一下波轮式洗衣机电路的工作原理：

放入衣物后，打开进水龙头的阀门，选择好正确的水位及工作程序，接通电源，闭合仓门，门安全开关闭合，此时水位开关内部的公共触点是和脱水触点相通，进水阀通电进水，当桶内水位到达指定高度时，在气压的作用下水位开关内部公共触点断开脱水触点而接通洗涤触点，进水阀断电停止进水，电动机电源被接通，电动机开始运转，周期性的时而正转、时而反转，相互交替，通过离合器带动波轮用同样的周期正转、反转，以一定速度旋转的波轮会带动桶内的水及衣物形成旋转水流，衣物在水流中相互磨擦而达到洗衣的目的

工业洗衣机结构采用卧式滚筒型。

滚桶洗衣机也是洗衣桶套着脱水桶，脱水桶与洗衣桶同轴心安装，这两只桶扁且直径比较大，就像是侧放的盆子，盆口对着仓门，脱水桶底部有一轴横穿出洗衣桶的底部轴心，并安装有皮带轮，同安装在洗衣桶外侧的电动机通过皮带连接，两桶均为不锈钢制造。

滚桶洗衣机的仓门面向正前方，在洗衣机的上部及面板上还有进水阀，排水阀，水位开关，程控器等部件。

电路的工作原理同波轮洗衣机基本相同，洗衣的程序受程控器控制，因为洗衣机工作在洗涤状态时，脱水桶转动的速度较慢，而工作于脱水状态时，脱水桶要高速旋转，波轮式洗衣机是通过离合器内部的齿轮转换实现变速，电机的转速是恒定的。

滚桶洗衣机它没有离合器变速，但是它的电机是双速电机，所以当洗衣机工作于洗涤态时，程控器接通电机的洗涤低速绕组，电机的转速慢，工

作于脱水态时，则接通脱水高速绕组，电机高速运转，这个过程是通过程控器和电机的共同作用来完成。

—3—

二工业洗衣机的工作过程

工业洗衣机的洗涤过程如下：

首先，加水，正反转洗涤25分钟，洗涤完毕后，排水，进入脱水阶段，脱水阶段包括均布、中脱和高脱三个过程，均布即是在有水和无水的情况下，以比洗涤过程高的转速正向旋转1.5分钟，使衣物均匀地附着在洗衣机的滚筒内侧，以使后续的脱水过程平稳；排水后，提高转速进入中速脱水过程（2分钟），随后再进入高速脱水过程（5分钟），使衣物的含水率降至所要求的水平。

各阶段的运行速度为：

　　洗涤：

30rpm左右均布：

60rpm左右

中脱：

400rpm左右高脱：

700～800rpm

工业洗衣机电气接线原理示意图

—4—

V/f曲线

　　以100kg型洗衣机为例：

　　（A、a）点：

2Hz，24V

　　（B、b）点：

25Hz，112V

　　（C、c）点：

50Hz，380V

综上，工业洗衣机的正常运转需要使洗衣机电机高转矩、多段速、宽电压范围、自动转差补偿和方便的通讯方式；而且要性能稳定，能适应各种宾馆、酒店洗衣房的高温、高湿的环境等。

因此，变频器在其中充当了不可替代的作用！

这就要求变频器供应商能提供及时、完善的服务，总之，要求变频器能适应工业洗衣机特定的洗涤工艺要求和特定客户群的服务要求。

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第二章变频器

一变频器简介

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，是把工频电源（50Hz或60Hz）变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交流电。

变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。

20世纪60年代以后，电力电子器件经历了SCR（晶闸管）、GTO（门极可关断晶闸管）、BJT（双极型功率晶体管）、MOSFET（金属氧化物场效应管）、SIT（静电感应晶体管）、SITH（静电感应晶闸管）、MGT（MOS控制晶体管）、MCT（MOS控制晶闸管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、HVIGBT（耐高压绝缘栅双极型晶闸管）的发展过程，器件的更新促进了电力电子变换技术的不断发展。

20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频（PWM－VVVF）调速研究引起了人们的高度重视。

20世纪80年代，作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并得出诸多优化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。

20世纪80年代后半期开始，美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器已投入市场并获得了广泛应用。

变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。

VVVF：

改变电压、改变频率

CVCF：

恒电压、恒频率。

各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均为400V/50Hz或200V/60Hz（50Hz），等等。

通常把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。

为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC）。

—6—

二变频器的工作原理

我们知道，交流电动机的同步转速表达式位：

n＝60f（1－s）/p

式中

n——异步电动机的转速；

f——异步电动机的频率；

s——电动机转差率；

p——电动机磁极对数。

由上式可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。

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、高性能的调速手段。

三变频器的控制方式及选型

1、变频器的控制方式

低压通用变频输出电压为380～650V，输出功率为0.75～400kW，工作频率为0～400Hz，它的主电路都采用交—直—交电路。

其控制方式经历了以下四代。

（1）U/f=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式

（2）电压空间矢量（SVPWM）控制方式

（3）矢量控制（VC）方式

（4）直接转矩控制（DTC）方式

（5）矩阵式交—交控制方式

2变频器的选型

（1）变频器的类型选择

1）采用变频的目的；恒压控制或恒流控制等。

2）变频器的负载类型；如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。

3）变频器与负载的匹配问题

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　　①.电压匹配；变频器的额定电压与负载的额定电压相符。

　　②.电流匹配；普通的离心泵，变频器的额定电流与电机的额定电流相符。

对于特殊的负载如深水泵等则需要参考电机性能参数，以最大电流确定变频器电流和过载能力。

　　③.转矩匹配；这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生。

　　4）在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流值增大。

因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍大于普通电机的选型。

　　5）变频器如果要长电缆运行时，此时要采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不足，所以在这样情况下，变频器容量要放大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。

6）对于一些特殊的应用场合，如高温，高海拔，此时会引起变频器的降容，变频器容量要放大一挡

（2）、变频器容量选择

变频器的容量通常用额定输出电流（A）、输出容量（kV·A）、适用电动机功率（kW）表示，其中额定输出电流为变频器可以连续输出的最大交流电流有效值，不论什么情况下都不允许连续输出超过此电流值。

输出容量取决于变频器的额定输出电流与变频器的额定输出电压的三相视在输出功率。

适用电动机功率是以2、4极的标准电动机为对象，表示在额定输出电流以内可以驱动的电动机功率。

因6极以上的电动机、变极电动机、特殊电动机的额定电流比标准电动机大，故不能根据所采用电动机的功率选择变频器容量。

因此，对于用6极以上和变极电动机拖动的负载、变动负载、断续负载和短时负载，变频器的容量应按运行过程中可能出现的最大工作电流来选择。

在选择和使用变频器时，还应考虑对于三相笼型异步电动机，由于变频器输出的电压、电流中含有高次谐波的影响，将会使电