基于plc控制的变频调速的系统设计专科毕业论文-文库吧

【正文】 的变频调速的系统设计 ） 2 （ 4） 爬行阶段。当为正力时 ,转子接入几段附加电阻 ,由 PLC 控制运行 。当为负力时 ,在能耗制动方式下接入转子附加电阻。 第三节 提升机的速度图和力图 合理地确定提升机的力图和速度图 ,可以提高其运行的安全可靠性 ,以及减小电动机的功耗。 一 、 提升 机的速度图 （ 1） 主加速阶段 25 1 2 3 4 5 4 fct R R R R R s V I Ft1 。如图 12 所示 ,正常提升时 ,接入第一级电阻 1R ,电动机产生的力矩比阻力矩大 3 %～ 5 %,产生比较低的加速度 a ≤ m/ 2s 。随着转子电阻的逐渐切除 ,既保证了起动阶段的加速度 ,又使起动平稳 ,当 0V 上升到 mV 时 ,电动机运行在自然特性曲线上。下放时 ,由于负力较大 ,需要制动力来维持稳定的下放速度和规定的减速度。投入动力制动时 ,盘式制动器松闸 ,将电动机的定子从交流电网上切除 ,并通过整流变压器 T 和调压模块 sV ,向定子绕阻通以直流电 ,从而产生固定的直流磁场 ,由于惯性作用 ,旋转的转子在固定磁场中运动 ,转子上产生感应电流 ,转子电流与固定磁场相互作用便产生了制动力矩 ,此后电动机的转速由于制动作用而降低。制动力矩与励磁电流的平方成正比 ,并与转 子附加电阻和电机的极数有关。 （ 2） 匀速阶段 2t 。上升时 ,电阻按时间原则来控制切除 ,使电动机保持电动状态 ,且速度 smVm / 。下放时 ,由测速发电机反映转子下放速度 ,当速度高于 mV 时 ,增大励磁电流 fI ,提高制动力矩 ,使观览车在斜坡上匀速运行。 （ 3） 主减速阶段 3t 。 为使提升机准确停车 ,在停车前应进行减速。减速按照速度图要求进行 ,由装在斜坡上的位置开关动作发出信号 ,PLC 再根据与电动机同轴运行的光电编码器发出的脉冲数进行比较 ,发出指令 ,然后接入两段电阻 4R 、 5R 使提升机速度下降 ,几秒后又将 2R 、 3R 接入电路 ,使 mV 降到 4V 。提升机到达底端与到达顶端稍有不同 ,一方面接入 2R 、 3R 、 4R 、 5R ,一方面增大励磁电流 fI ，使下放速度在规定的时间内降低。 （ 4） 爬行阶段 4t 。 4V 在 m/ s 左右 ,此数值实际上是一个平均值 ,因为提升机由较高的 mV 不可能很准确的变为速度 4V 。脉动爬行 ,此时电动机转子串有大量的电阻 ,故有特性软、不易控和电耗大等缺点。 （ 5） 停车阶段 5t 。接入最后一段电阻 1R ,同时将盘式制动器的 KT 线 圈断电 ,抱闸迅速抱住卷筒 ,提升机停转。 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （ 基于 PLC 控制的变频调速的系统设计 ） 3 图 12 提升机速度图 二 、 力图 图 13 提升机力图 由直线运动的运动方程可得 : F = cF + ma 式中 : F — 提升机在某运动阶段的力 ,kg。 cF — 提升机的静阻力（包括车重、提升机重量和绳重） ,kg。 m — 把旋转运动的部件折算到直线运动的变位质量 ,kg 2s / m。 a — 各阶段的加速度 、减速度值 ,m/2s 。 当 a =0 时 , F = cF ,匀速运行 。 a 0 时 , F cF ,加速运行 。 a 0 时 , F cF ,减速运行。 根据以上分析 , F = f（ t） 的力图见图 13。 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （ 基于 PLC 控制的变频调速的系统设计 ） 4 第四节 矿井提升机对电气控制系统的要求 提升机控制系统方案的选用应满足生产工艺的要求，即满足 各种可能出现的运行速 度图和力图。所以需要先来分析提升机电控系统的静、动态特性 。 提升机的电气传动系统的给定速度， =f(t)如图 14所示，根据动力学方程式 375T nled TTT  *ɛ 式中 Te— 电动机电动力矩 。 lT — 传动系统的静阻转矩 。 nT — 传动系统的飞轮力矩， gJTn 4 ，其中 J 为转性惯量（ kg* 2m ）， g 是重力加速度（ m/2s ）； dT — 传动系统的动态转矩（ N*m）； ɛ— 加速度； 可以得出按给定速度图所需转矩 eT =f(t)的特性，从而可以得到拖动系统所需的力 F=f(t)，如图 14所示。 提升机的负载静力凡，决定于提升机辊筒承受的静张力差，在双罐笼的平衡提升系统中，力凡也就是提升物体的净载重。由于提升系统的负载为位势负载，所以静力凡的作用方向始终是提升重物的重力方向，而与系 统的运动状态和方向无关。因此在电动机不带电时，为了使重的罐笼处于静止状态 (便于罐笼的装卸载 )，对辊筒必须施加机械闸。 从图 14可以看出，要使提升机按照给定的速度图运行，电动力矩双可能为正，也可能为负。这意味着电动机不仅要工作在电动状态，还应能工作在制动状态。由于不同的负载，不同的提升机运行阶段，电动机的运行状态也各不相同。图 15表示出了平衡提升系统的四种不同的运行状态。 (l)重物上提，静载量较大 ( LFF 3d )。其给定速度图与力图如图 15(a)所示 在加速段 )0(0dtdn*3 7 5T n1d  LFF 其中 1dF 为加速力矩与匀速力矩之差 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （ 基于 PLC 控制的变频调速的系统设计 ） 5 图 14 提升机传动系统给定速度图、力图 加速力矩为： 01d1  FFF L 在匀速段，匀速力矩为： 02  LFF 在减速段， 03d F ，但 | 3dF | LF ,所以减速 段力矩为： 03d3  FFF L 其中 3dF 为减速力矩与匀速力矩之差 在爬行段，爬行力矩为： 04  LFF 根据此力图可知，电动机在各段均工作在正向电动状态。 (2)重物上提，静载量较小 ( LFF 3d )。其给定速度图和力图如图 15（ b）所示 在加速段，加速力矩： 011  dL FFF 在匀速段，匀速力矩： 012 FF 在减速段，减速力矩： ,03dF 但 Ld FF || 3 ，所以 | 3dF |=| 3dL FF |0 在爬行段，爬行力矩： 04  LFF 根据力图可知，电动机在加速段和等速段，工作在正向电动状态 。在减速段，工作在正向制动状态 。在爬行段，又工作在正向电动状态。也就是说，在整个提升过程中，电动机的运行状态应切换两次。 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （ 基于 PLC 控制的变频调速的系统设计 ） 6 图 15 在不同负载下的给定速度图和力图 （ 3）重物下放，静载量较小（ Ld FF 1 ）。其给定速度图与力图如图 15（ c）所示 在加速段： ||,0,0 11 LdLd FFFF  011  dL FFF 在匀速段： 012 FF 在减速段： | 3dF |=| 3dL FF |0， 3dF 0 在爬行段： 04  LFF 根据力图可知，电动机在加速阶段，工作在正向电动状态；在匀速、减速和爬行阶段均工作在正向制动状态。 (4)重物下放，且静载量较大（ Ld FF 1 ）。其给定的速度图和力图如图 15（ d）所示 在加速段： ||,0,0 11 LdLd FFFF  011  Ld FFF 在等速、减速和爬 行段， F 均为负。根据力图可知，电动机在整个提升过程中始终工作在正向制动状态。 要使提升机按给定速度图运行，电气传动系统应能根据负载的变化而自动的工作在电动或制动状态，也就是说要求电气传动系统能满足四象限运行。 综合以上提升机的运行特点以及矿山生产固有的特点，提升机工艺对提升机电控系统的要求如下 ： (1)加 (减 )速度符合国家有关安全生产规程的规定。提升人员时，加速度2/ sma ，升降物料时，加速度 2/ sma 。另外不得超过提升机的减速器所允许 的动力矩。 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （ 基于 PLC 控制的变频调速的系统设计 ） 7 (2)具有良好的调速性能。要求速度平稳，调速方便，调速范围大，能满足各种运行方式及提升阶段 (如加速、减速、等速、爬行等 )稳定运行的要求。 (3)有较好的起动性能。提升机不同于其他机械，不可能待系统运转后再装加物料，因此，必须能重载启动，有较高的过载能力。 (4)特性曲线要硬。要保证负载变化时，提升速度基本上不受影响，防止负载不同时速降过大，影响系统正常工作 (当然，当负载超过一定的限度时，还要求系统能有效的自我保护。迅速安全制动停车，即所谓要具备挖土机机械特性 )。 (5)工作方式转换容易。要能够方 便的进行自动、半自动、手动、验绳、调绳等工作方式的转换，操作方便，控制灵活，不至于因工作方式的转换影响正常生产。 (6)采用新技术和节能设备，易于实现自动化控制和提高整个系统的工作效率。具备必要的连锁和安全保护环节，确保系统安全运行。尽量节约能源和降低运转费用。 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （ 基于 PLC 控制的变频调速的系统设计 ） 8 第二章：矢量控制变频调速 第一节 变频调速在提升机系统中的应用 传统调速系统中，直流调速以其控制容易，调速精度高等特点长期占据了主导地位，但是由于结构复杂，过流能力不强，环境适应差，难以实现高速度化等原因， 一直限制了其应用范围的进一步扩大。相比较而言，交流异步电机具有环境适应能力强、过流能力大、牢固耐用、结构简单、容易维护及价格低廉等优点，但异步电机的调速性能难以满足生产要求。随着电力电子器件的产生和控制理论的飞速发展，现代控制理论越来越多的应用到交流调速系统中，使得交流调速性能可以和直流调速相媲美、相竞争，交流调速系统的应用领域不断扩大。近年来，电力电子技术的发展和 DSP 微处理器的推出，更为高性能交流调速系统的实现奠定了基础，目前己经进入了实用化阶段，作为众多调速方案之一的变频调速，其发展不超过 40 年，却取 得了长足的进步，变频调速以其节能和可平滑调速，调速范围宽等优点得到了广泛的应用 [22]。 提升机使用变频调速控制具有下列优点 : (l)调速平滑、调速范围大。通过控制器的控制，变频器的输出频率可以连续调节，实现无级调速，使电动机起动电流小、动负荷小、调速平滑而无冲击。 (2)调速精度高。电动机在自然特性上运转时的外特性硬，转速随负载变化小。 (3)动态品质好。可使提升机的起动、制动、反转和调速过程的时间降至最少， 具有良好的动态品质。 (4)易实现电动机的换向，当频率降低至零后即可反向开车，采用控制器改变相序 即可实现反转，因此可在四象限内平滑的过渡。 (5)节电效果显著。变频调速比转子回路串接电阻的调速方法节约电能 20%~ 40%。 第二节 变频调速基本原理 异步电机的 VVVF 调速系统一般简称变频调速系统。由于在变频调速时转差功率不变，在各种异步电机调速系统中效率较高，同时性能也最好，故是交流调速的主要发展方向。 交流调速系统的控制量最基本上是转矩、速度、位置，根据不同的用途适当组合可构成各种闭环系统。 异步电动机定子对称的三相绕组中通入对称的三相交流电，在电机气隙内会产生一个旋转磁场，其旋转速度为同步转速 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （ 基于 PLC 控制的变频调速的系统设计 ） 9 pfn 10 60 式中 1f —— 定子绕组电源频率 。 P— 电机磁极对数。 异步电动机转差率 00nnns  则异步电动机转速 )1(60)1( 10 spfsnn  由上式可知，异步电动机调速方法有如下几种 0n :变极 p、变频 1f 、 s:定子调压、转子串电阻、电磁转差离合器、串极调速 。 由电机学可知，转差功率 : 2Cuems PsPP  式中 emP — 电磁功率 。 Cu2— 转子铜耗。 由式可知，变频调速与变极调速为转差功率不变型不论其转速高低，转差功率消耗基本不变，因此调速效率为最高。由电机与电力拖动可知，异步电动机等效电路如图 21所示， 图 21 异步电动机等效电路 对交流异步电动机进行变频调速，交流异步电动机的同步转速，即旋转磁场的转速 表达式为 : pnfn 11 60 式中 : 1n — 同