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七喜变频器在音乐喷泉上的应用

发布时间:2015-08-19 13:39   类型:应用案例   人浏览

一、音乐喷泉概述

音乐喷泉是一种为了娱乐而创造出来的可以活动的喷泉。它根据美学设计并且经常会产生3维的效果。这种效果是由于声波或光波或激光穿过水粒子而产生的。在此过程中,水流被操控、散射及折射光,然后一个3维的画面就产生了。

音乐喷泉起源于1930年,德国发明家奥图皮士特先生首先带出喷泉的概念,起初他只在百货商店和餐馆建造小型喷泉,及后经过多年的发展,其音乐喷泉的设计及构造已变得更大型及复杂。根德皮斯特域先生在十二岁已跟随父亲设计及建造喷泉,1952年的夏天,西柏林的工业展览中,一个美国人看到音乐喷泉的表演,把它带回纽约电台音乐会堂。1953年1月15日音乐喷泉在美国首次表演,表演期间超过一百五十万人观看。现在根德皮斯特域先生继续改善其音乐喷泉,并推向全世界。多年的改良已大大减低建造和维修的成本,电脑用在音乐喷泉上,使其的表演能更复杂和美丽。在水泵的控制上,变频器代替了阀门控制,让音乐喷泉能实现更多效果,使用成本更低。

音乐喷泉将水的灵性、音乐的美感和灯光的色彩完美结合在一起,给人以赏心悦目的感觉。音乐喷泉系统以声、光、水、色结合的独特效果成为城市景观建设的重要组成部分
。七喜变频器以其可靠的品质、优良的技术性能和较高的性价比,不只在国内音乐喷泉中获得应用,还走出国门,给传统封闭的伊朗城市带来更绚丽的色彩。

伊朗喷泉中用的七喜变频器

伊朗喷泉

二、音乐喷泉原理

所有这些音乐喷泉系统由音频控制系统、喷泉控制系统和灯光控制系统组成;根据音乐控制水柱高度,表达音乐的喜怒哀乐,达到与音乐同步的效果。水泵的转速跟频率成正比,变频器频率信号有多种来源,其中之一是来自音响系统的音源输出。该信号经过变换电路放大、滤波、限幅和检波,变成与音乐幅度的对数成比例的包络检波信号送到采集卡,信号一般为4~20mA,根据对大量乐曲音频信号的分析统计,信号实时变化,这样就可以实现水柱跟随音乐旋律变化。控制系统流程图如下图所示:


以前的音乐喷泉水柱变化用阀门来控制,通过控制阀门开启来实现水柱高低变化。这样产生的水柱,水型较生硬。同时,水泵的运行速度是恒定的,功耗是固定的,这样会有较大的能量损耗,给景观工程带来较大的使用成本。由于变频器控制可以避免水型的生硬,被引进喷泉系统中用于水泵的控制。后来发现,基于变频器的频率控制可以无级调速,使水柱按音乐节奏快慢相应高低起伏变化,让水更灵性,喷泉更具美感,从而使基于变频调速的水泵控制方式流行开来。

由流体力学和水泵特性可知,一般水泵:

P=Q×H×K/η

Q2/Q1=n2/n1

H2/H1=n2 2/n2 1

P2/P1=n3 2/n3 1

式中,

Q——流量

H——扬程

η——泵的效率

P——泵轴功率

K——常数

由上式可知,流量跟转速成正比,扬程跟转速的平方成正比,功率跟转速的立方成正比。由此可见,相比阀门控制基于流量控制,变频器控制基于转速控制可大幅度降低轴功耗,实现节能效果,大大降低能耗,降低景观工程的使用成本。

七喜变频器HD700系列具有模拟量输入接口,可通过输入不同的模拟量来设定变频器的频率。用音乐信号间接控制模拟量的输入口,从而控制变频器的频率输出,进而控制水柱高度。另一种方法是数字方法,七喜变频器支持Modbus RTU总线,通过该总线,上位机根据乐曲计算好每台变频器在某一时刻的频率,直接发送频率指令给变频器,变频器根据指令输出。变频器控制水泵的拓扑方式,可一台变频器控制一台水泵,也可一台变频器同时控制多台水泵,亦可一台变频器分时控制多台水泵,根据实际情况而定,控制方式非常灵活。一个大型的音乐喷泉往往有几百台水泵(我们在伊朗某个城市的喷泉项目中,是300多台),组成一条跑泉,通过七喜变频器的控制,形成一条高低起伏的长龙;也可组成变频矩阵,把不同高度的水柱组成多姿多彩的立体造型。这些控制方式中,要求水随曲动,变频器的跟随速度要求很高,加减速时间要求很小。在伊朗客户选用的七喜变频器HD700系列,加减速时间最低达到0.1s,完全满足客户的使用要求。

三、对变频器应用要求:

(1)响应快,能实时配合音乐的节奏变化转速;

(2)在线投切电机不跳闸;

(3)加减速时间快,0.3s完成0~45Hz变速;

四、七喜变频器HD700在音乐喷泉上的应用

参数设置

参数功能码

参数值

参数说明

备注

P00.03

1

控制方式

 

P00.04

3

AI1给定频率频频率

 

P00.05

4

AI1模式

变频器接受4~20mA信号

P00.09

 

加速时间

根据现场实际情况调节

P00.10

 

减速时间

根据现场实际情况调节

P03.01

1

禁止反转

 

五、七 喜变频器HD700系列应用特点

(1)双CPU设计,控制更精确,响应更快

(2)加减速性能好,能实时配合音乐的节奏,保证完美的喷泉效果

(3)IGBT设计裕量大,过载能力强

(4)多种保护功能,更好保护电机和变频器自身

(5)支持模拟量输入和总线通讯。

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