【正文】 動(dòng)機(jī)主要由兩部分組成：固定部分稱為定子，旋轉(zhuǎn)部分稱為轉(zhuǎn)子。 三相交流異步 電動(dòng)機(jī)的工作原理是建立在電磁感應(yīng)定律、全電流定律、電路定律和電磁力定律等基礎(chǔ)上的。當(dāng)磁極沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，磁極的磁力線切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，導(dǎo)條中就感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。電動(dòng)勢(shì)的方向由右手定則來確定。因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)是相對(duì)的，假如磁極不動(dòng)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條沿逆時(shí)針 方向旋轉(zhuǎn)，則導(dǎo)條中同樣也能感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)來。在電動(dòng)勢(shì)的作用下，閉合的導(dǎo)條中就產(chǎn)生電流。該電流與旋轉(zhuǎn)磁極的磁場(chǎng)相互作用，而使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受到電磁力，電磁力的方向可用左手定則確定。由電磁力進(jìn)而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)起來。 變頻調(diào)速原理 變頻器可以分為四個(gè)部分，如圖 所示。 通用變頻器由主電路和控制回路組成。 給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，稱為主電路。主電路包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)（又稱平波回路）、逆變器。 整 流 器 平 波 電 路 逆 變 器M控 制 電 路 圖 圖 ⑴ 整流器。它的作用是把工頻電源變換成直流電源。 ⑵ 平波回路（中間直流環(huán)節(jié)）。由于逆變器的負(fù)載為異步電動(dòng)機(jī)，屬于感性負(fù)載。無論電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)還是發(fā)電狀態(tài)，起 始 功率因數(shù)總不會(huì)等于 1。因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無功功率的交換，這種無功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)基于 PLC 的交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng) 能元件 — 電容器或電感器來緩沖，所以中間直流環(huán)節(jié)實(shí)際上是中間儲(chǔ)能環(huán)節(jié)。 ⑶ 逆變器。與整流器的作用相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率 。逆變器的結(jié)構(gòu)形式是利用 6 個(gè)半導(dǎo)體 開關(guān)器件組成的三相橋式逆變器電路。通過有規(guī)律的控制逆變器中主開關(guān)的導(dǎo)通和斷開，可以得到任意頻率的三相交流輸出波形。 ⑷ 控制回路?？刂苹芈烦Ｓ蛇\(yùn)算電路，檢測(cè)電路，控制信號(hào)的輸入、輸出電路，驅(qū)動(dòng)電路和制動(dòng)電路等構(gòu)成。其主要任務(wù)是完成對(duì)逆變器的開關(guān)控制，對(duì)整流器的電壓控制，以及完成各種保護(hù)功能?？刂品绞接心M控制或數(shù)字控制。 變頻調(diào)速的基本控制方式 ⑴ 普通控制型 V/f 通用變頻器 ① 普通控制型 V/f 通用變頻器是轉(zhuǎn)速開環(huán)控制，無需速度傳感器，控制電路比較簡(jiǎn)單；電動(dòng)機(jī)選擇通用標(biāo)準(zhǔn)異步電動(dòng)機(jī)，因此其通用性比較強(qiáng)，性價(jià)比比較高，是目前通用變頻器產(chǎn)品中使用較多的一種控制方式。 ② 具有恒定磁通功能的 V/f 通用變頻器 為了克服普通控制型的 V/f 通用變頻器對(duì) V/f 的值進(jìn)行調(diào)整的困難，如果采用磁通反饋，讓異步電動(dòng)機(jī)所輸入的三相正弦電流在空間產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，那么就會(huì)產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。 這樣的控制方法叫做磁鏈跟蹤控制。由于磁鏈的軌跡是靠電壓相加矢量得到的，所以磁鏈跟 蹤控制也叫做電壓空間矢量控制。 ⑵ 矢量控制方式 矢量控制方式的基本思想是：仿照直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特點(diǎn)，使異步交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也能通過控制兩個(gè)互相獨(dú)立的直流磁場(chǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。 矢量控制方式分為無速度傳感器的矢量控制和有速度傳感器的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩閉環(huán)矢量控制。 無速度傳感器的矢量控制。它是對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行單電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的典型模式。主要性能是：在 1： 10 的速度范圍內(nèi)。速度精度小于 %，轉(zhuǎn)速上升時(shí)間小于 100ms；在額定功率 10%的范圍內(nèi)，采用電流閉環(huán)控制的轉(zhuǎn)速開環(huán)控制。工作模式可采用軟件功能 選擇。當(dāng)工作頻率高于額定頻率的 10%時(shí)，進(jìn)入矢量控制狀態(tài)。轉(zhuǎn)速的實(shí)際值可以利用由微型機(jī)支持的對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行模擬的仿真模型來計(jì)算。 基于 PLC 的交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng) 有速度傳感器的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩閉環(huán)矢量控制。這種方式的主要特征更是：在速度設(shè)定值的全范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩上升時(shí)間大約為 15ms，速度設(shè)定范圍大于 1： 100；對(duì)于閉環(huán)控制而言， 轉(zhuǎn)速上升時(shí)間不大于 60ms。 系統(tǒng)的控制要求 本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 如圖 所示。 圖 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 由圖 可知，本文通過 PLC 控制變頻器達(dá)到變頻調(diào)速的目的 ，從而 實(shí)現(xiàn)交流 電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、起停、加速、減速控制以及速度的調(diào)節(jié) ， 并且能夠在在觸摸屏上進(jìn)行操作，控制電機(jī)調(diào)速。 方案的確定 電動(dòng)機(jī)的選擇 在變頻電機(jī)中，電動(dòng)機(jī)類型選擇的原則是，在滿足工作機(jī)械對(duì)于拖動(dòng)系統(tǒng)要求的前提下，所選電動(dòng)機(jī)應(yīng)盡可能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、價(jià)格低廉。因此，在選用電動(dòng)機(jī)種類時(shí)，若機(jī)械工作對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)無過高要求，應(yīng)優(yōu)先選用交流電動(dòng)機(jī)。 在交流電動(dòng)機(jī)中，籠型異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行最可靠，維護(hù)最方便，對(duì)起動(dòng)性能無過高要求的調(diào)速系統(tǒng)，應(yīng)優(yōu)先考慮。在電機(jī)工作中起動(dòng)、制動(dòng)比較頻繁 ，為提高生產(chǎn)率，又要求電動(dòng)機(jī)具有較大的起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩以縮短起動(dòng)制動(dòng)時(shí)間，同時(shí)還有一定的調(diào)速要求，所以本設(shè)計(jì)采用籠型異步電動(dòng)機(jī)，其參數(shù)為： 型號(hào)： WDJ26； PLC 控制信號(hào) 觸摸屏 變頻器 M 基于 PLC 的交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng) 電壓 ： 380V； 接法 ： 角接； 轉(zhuǎn)速 ： 1430r/min。 功率 ： 40W； 電流 ： ； 頻率 ： 50HZ； 絕緣等級(jí) ： E。 開環(huán)控制的 選擇 開環(huán)控制是最簡(jiǎn)單的一種控制方式，他所具有的特點(diǎn)是，控制量與被控制量之間只有前向通路而沒有反向通路。這種控制方式的特點(diǎn)是控制作用的傳遞具有單向性。由于開環(huán)控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，成本低。在國民經(jīng)濟(jì)各 部門均有采用。 因此，本系統(tǒng)采用開環(huán)控制系統(tǒng)。 變頻器的選擇 隨著變頻器性能價(jià)格比的提高，交流變頻調(diào)速己應(yīng)用到許多領(lǐng)域，由于變頻調(diào)速的諸多優(yōu)點(diǎn)，使得交流變頻調(diào)速得到廣泛應(yīng)用。其功能較強(qiáng)，使用靈活，但其價(jià)格相對(duì)較貴。所以我選用了通用變頻器，通過合理的配置、設(shè)計(jì)和編程，同樣可以達(dá)到專用變頻器的控制效果。 本設(shè)計(jì)采用 的 變頻器 是 西門子公司面向世界推出的 21 世紀(jì)通用型變頻器MM420。 它 可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)操作和精確控制，使電動(dòng)機(jī)達(dá)到理想輸出 ， 這種變頻器不僅考慮了 V/f 控制，而且還實(shí)現(xiàn)了矢量控制，通過其本身的自動(dòng)調(diào)諧 功能與無速度傳感器電流矢量控制，很容易得到高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與較高的調(diào)速范圍。 MM420 變頻器的特點(diǎn)如下： ⑴ 包括電流矢量控制在內(nèi)的四種控制方式均實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。 ⑵ 有豐富的內(nèi)藏與選擇功能。 ⑶ 由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、體積小。 ⑷ 保護(hù)功能完善、維修性能好。 ⑸ 通過 LCD 操作裝置，可提高操作性能 。 基于 PLC 的交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng) 第二章 變頻調(diào)速 系統(tǒng)的 硬件設(shè)計(jì) S7200 PLC 本系統(tǒng)選用的是 西門子公司 生產(chǎn) 的 SIMATIC S7200 系列小型 PLC，可用于代替繼電器的簡(jiǎn)單控制場(chǎng)合，也可用于復(fù)雜的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。由于 它 極強(qiáng)的的通信功能，在大型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮其功能。 S7200 的可靠性高，可以用梯形圖語句表功能塊圖三種語言來編程。它的指令豐富，指令功能強(qiáng)，易于掌握，操作方便， 內(nèi)置 有高速計(jì)數(shù)器 、 高速輸出 、 PID 控制器 、 RS485 通信 /編程接口 、 PPI 通信協(xié)議 、 MPI 通信協(xié)議和自由端口模式通信功能，最大可以擴(kuò)展到 248 點(diǎn)數(shù)字量 I/O 或 35 路模擬量 I/O，最多有 30 多 KB 的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。 MicroMaster420 變頻器 本系統(tǒng)采用的是通用變頻器 MicroMaster420， MicroMaster420 是全新一代模塊化設(shè)計(jì)的多功能標(biāo)準(zhǔn)變頻器。 它 有 強(qiáng)大的通訊能力、精確的控制性能 、 模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有 更 多的靈活性 ，操作方便。最新的 IGBT 技術(shù)，具有 7 個(gè)固定頻率， 4 個(gè)跳轉(zhuǎn)頻率 。 靈活的斜坡函數(shù)發(fā)生器 帶有起始段和結(jié)束段的平滑特性 ， 防止運(yùn)行中不應(yīng)有的跳閘 ， 直流制動(dòng)和復(fù)合制動(dòng)方式提高制動(dòng)性能 。 用 BiCo 技術(shù)，實(shí)現(xiàn) I/O 端口 自由連接 。 MICROMASTER420 是用于控制三相交流電動(dòng)機(jī)速度的變頻器系列 ， 從單相電源電壓額定功率 120W 到三相電源電壓額定功率 11KW 可供選用 ， 由微處理器控制 ，用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT)作為功率輸出器件 。 因此 ， 具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性 。 其脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)頻率是可選的 ， 因而降低了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的噪聲 ，全面 完善的保護(hù)功能為變頻器和電動(dòng)機(jī)提供了良好的保護(hù) 。MICROMASTER420 具有缺省的工廠設(shè)置參數(shù) ， 它是給數(shù)量眾多的簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)供電的理想變頻驅(qū)動(dòng)裝置 。 由于 MICROMASTER420 具有全面而完善的控制功能 ， 在設(shè)置相關(guān)參數(shù)以后 ， 它也可用于更高級(jí)的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng) 。 基于 PLC 的交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng) 外部電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)主要完成 異步電機(jī) 三種調(diào)速， 由于變頻器參數(shù)設(shè)置的不同，調(diào)速方式也有所不同， 分別為變頻開環(huán)調(diào)速、數(shù)字量方式多段速控制和 PLC 觸摸屏及變頻器通信控制。 變頻開環(huán)調(diào)速 變頻開環(huán)調(diào)速根據(jù)輸入端的控制信號(hào)經(jīng)過程序運(yùn)算后由通信端口控制變頻器運(yùn)行。打開啟動(dòng)開關(guān)，變頻器開始運(yùn)行 。 首先應(yīng)對(duì)變頻器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如表 所示。 表 變頻器的參數(shù)設(shè)置 序號(hào) 變頻器參數(shù) 出廠值 設(shè)定值 功能說明 1 P0304 230 380 電動(dòng)機(jī)的額定電壓 ( 380V ) 2 P0305 電動(dòng)機(jī)的額定電流 ( ) 3 P0307 電動(dòng)機(jī)的額定功率 ( 60W ) 4 P0310 電動(dòng)機(jī)的額定頻率 ( 50Hz ) 5 P0311 0 1430 電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速 ( 1430 r/min ) 6 P1000 2 3 固定頻率設(shè)定 7 P1080 0 0 電動(dòng)機(jī)的最小頻率 ( 0Hz ) 8 P1082 50 電動(dòng)機(jī)的最大頻率 ( 50Hz ) 9 P1120 10 10 斜坡上升時(shí)間 ( 10S ) 10 P1121 10 10 斜坡下降時(shí)間 ( 10S ) 11 P0700 2 2 選擇命令源（ 由端子排輸入 ） 12 P0701 1 17 固定頻率設(shè)值（二進(jìn)制編碼選擇 +ON命令） 13 P0702 12 17 固定頻率設(shè)值（二進(jìn)制編碼選擇 +ON命令） 14 P0703 9 17 固定頻率設(shè)值（二進(jìn)制編碼選擇 +ON命令） 15 P1001 固定頻率 1 16 P1002 固定頻率 2 17 P1003 固定頻率 3 18 P1004 固定頻率 4 基于 PLC 的交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng) 19 P1005 固定頻率 5 20 P1006 固定頻率 6 21 P1007 固定頻率 7 其中： 在設(shè)置參數(shù)前先將變頻器參數(shù)復(fù)位為工廠的缺省設(shè)定值；設(shè)定 P0003=2 允許訪問擴(kuò)展參數(shù)； 設(shè)定電機(jī)參數(shù)時(shí)先設(shè)定 P0010=1(快速調(diào)試 ),電機(jī)參數(shù)設(shè)置完成設(shè)P0010=0(準(zhǔn)備 )。 根據(jù) 系統(tǒng) 分析， 需要九個(gè)輸入量，輸出端由三 八通信線實(shí)現(xiàn) 其 I/O 分配 如表 所示。 表 系統(tǒng)的 I/O分配 序號(hào) PLC地址（ PLC 端子） 電氣符號(hào) （面板端子） 功能說明 1 啟動(dòng)開關(guān) 變頻器開始運(yùn)行 2 停止開關(guān) 變頻器停止運(yùn)行 3 急停開關(guān) 變頻器緊急停止 4 復(fù)位開關(guān) 變頻器錯(cuò)誤復(fù)位 5 反轉(zhuǎn)開關(guān) 變頻器反轉(zhuǎn)運(yùn)行 6 減速開關(guān) 變頻器減速運(yùn)行 7 加速開關(guān) 變頻器加速運(yùn)行 8 全速開關(guān) 變頻器全速運(yùn)行 9 歸零開關(guān) 變頻器頻率歸零 變頻開環(huán)調(diào)速 外部接線 如圖 所示。 基于 PLC 的交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng) 圖 變頻開環(huán)調(diào)速 外部接線圖 數(shù)字量方式多段速控制 在 MM420 變頻器 通過數(shù)字量的輸入 DIN DIN DIN3 不同的組合方式可實(shí)現(xiàn)七種不同的輸出頻率，從而實(shí)現(xiàn)多段速的控制。變頻器的參數(shù)設(shè)置如表 所示。 表 變頻器的參數(shù)設(shè)置 序號(hào) 變頻器參數(shù) 出廠值 設(shè)定值 功能說明 32 P0700 2 2 選擇命令源（ 由端子排輸入 ） 33 P0701 1 17 固定頻率設(shè)值（二進(jìn)制編碼選擇 +ON命令） 34 P0702 12 17 固定頻率設(shè)值（二進(jìn)制編碼選擇 +ON命令） 35 P0703 9 17 固定頻率設(shè)值（二進(jìn)制編碼選擇 +ON命令） 36 P1001 固定頻率 1 37 P1002 固定頻率 2 38 P1003 固定頻率 3 39 P1004 固定頻率 4 40 P1005 固定頻率 5 41 P1006 固定頻率 6 42 P1007 固定頻率 7 基于 PLC 的交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng) 輸入輸出 分配 如表 所示 。 表 系統(tǒng)的 I/O分配 序號(hào) PLC地址（ PLC 端子） 電氣符號(hào) （面板端子） 1