【正文】 式中： f 表示電源頻率， p 表示電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)， s 表示轉(zhuǎn)差率。這樣設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)基本上是能實(shí)現(xiàn)恒溫控 制的，但不能實(shí)現(xiàn)任意的溫度控制，因?yàn)闊犭姞t加熱的溫度是固定的，而鼓風(fēng)排氣不成線性，所以不能實(shí)現(xiàn)任意溫度的控溫。將此檢測(cè)信號(hào)與變頻器的設(shè)定值進(jìn)行比較，將比較后的偏差值進(jìn)行 PID 運(yùn)算，再將運(yùn)算后的數(shù)字信號(hào)通過 D/A 轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)作為變頻器的輸入信號(hào)，控制變頻器的輸出頻率，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制鼓風(fēng)機(jī)的供氣流量 和溫度 ，最終使系統(tǒng)的溫度恒定，實(shí)現(xiàn) PID 恒溫供氣控制。PID 控制器對(duì)采集的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、實(shí)施控制算法，得出對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案，通過變頻調(diào)速器對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制；其跟蹤供氣控制器送來的控制信號(hào)改變運(yùn)行頻5 率，完成轉(zhuǎn)速控制。當(dāng)溫度升高時(shí)，把溫度升高的模擬信號(hào)采集過來進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，把對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)輸入到 PID 控制器上，讓其改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速 ，使其溫度下降到恒定 值 。因此，有待于進(jìn)一步研究改善變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實(shí)踐。目前國內(nèi)有不少公司在做變頻控制工程，其中恒溫和恒壓控制最為普片，大多采用國外的變頻器控制風(fēng)機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；也有的采用可編程控制器 (PLC)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)；有的采用單片機(jī)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)。 3 變頻恒 溫 系統(tǒng)的研究與現(xiàn)狀 變頻恒溫在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。在我國， 60%的發(fā)電量是通過電動(dòng)機(jī)消耗掉的，因此如何利用電機(jī)調(diào)速技術(shù)進(jìn)行電機(jī)運(yùn)行方式的改造以節(jié)約電能，一直受到國家和業(yè)界人士的重視。 變頻恒溫系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 變頻調(diào)速技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展與現(xiàn)狀 變頻器的快速發(fā)展得益于電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)及電機(jī)控制理論的發(fā)展。 但是這些器件相對(duì)來說比較經(jīng)濟(jì)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)中不必要花那么昂貴的電子產(chǎn)品，2 在此我們采用的是市場(chǎng)上最為常見的鉑電阻，通過測(cè)溫電路來 實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量與恒定控制。因而，對(duì)溫度的測(cè)控方法要 多種多樣。所以設(shè)計(jì)一個(gè)較可靠的恒溫控制電路，是具有非常重要的價(jià)值意義的。又如，有的地區(qū)冬天很冷，需要室內(nèi)取暖，這這樣的溫度又不能過高，也不能太低，所以需要采用比較可靠的恒溫裝置。 特別是在冶金、化工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中，具有舉足重輕的作用，其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，因而設(shè)計(jì)一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價(jià)值的。 26 數(shù)字電壓表電路原理 21 5 溫度信號(hào)處理模塊的介紹 17 控制電路接線端及端子功能介紹 16 三菱變頻器 FRE740 常規(guī)介紹 9 離心風(fēng)機(jī)調(diào)控方式的分析、選擇 2 變頻調(diào)速技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展與現(xiàn)狀 1 恒溫控制的意義 PID 變頻恒 溫 系統(tǒng)由 PID 變頻器、 風(fēng) 機(jī) 組 、 加熱裝置、溫度 傳感器、 信號(hào)采集轉(zhuǎn)換電路 等構(gòu)成。 本系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)是 采用變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)三相 鼓風(fēng)機(jī) 電機(jī)的 轉(zhuǎn)速進(jìn)行 變頻調(diào)速 ，來改變對(duì)恒溫箱的鼓風(fēng)大小， 利用溫度 傳感器檢測(cè) 恒溫箱的 當(dāng)前 溫度 信號(hào) ，恒溫箱中溫度發(fā)生變化，采集的信號(hào)就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，在經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路把所采集的信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的 PID 輸入控制的電流信號(hào)， 從而控制變頻器的輸出電壓和頻率，進(jìn)而改變 鼓風(fēng)機(jī)電 機(jī)的轉(zhuǎn)速來改變供 氣 量，最終保持 系統(tǒng)的溫度恒定 。 2 變頻恒溫系統(tǒng)的研究與現(xiàn)狀 12 變頻 器驅(qū)動(dòng)負(fù) 載特性 的分析 12 變頻器容量的計(jì)算 13 變頻器選擇注意事項(xiàng) 25 溫度顯示電路 26 ICL7107 管腳排列 28 PID 控制器的組成及作用 30 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的參數(shù)設(shè)置介紹 34 系統(tǒng)的調(diào)試 工 業(yè)生產(chǎn)中溫度控制具有單向性、時(shí)滯性、大慣性和時(shí)變性的特征，同時(shí)要實(shí)現(xiàn) 溫度控制的快速性和準(zhǔn)確性，對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。再如，有些家庭喜歡養(yǎng)金魚，到了冬天，常擔(dān)心溫度太低而使魚凍死。本課題設(shè)計(jì)的是一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的恒溫控制器，它可以根據(jù)使用者的實(shí)際需要，將溫度設(shè)定在某一范圍，當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，電路會(huì)自動(dòng)控制變頻器的頻率使電機(jī)轉(zhuǎn)速下降 ，風(fēng)力降低，恒溫箱的溫度升高，當(dāng)高于設(shè)定溫度時(shí)，電路會(huì)自動(dòng)控制變頻器的頻率使電機(jī)轉(zhuǎn)速上升，風(fēng)力增大，恒溫箱的溫度降低。隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，微機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。 實(shí)現(xiàn)恒溫控制的方法有很多，傳統(tǒng)的控制方法普片是利用 PLC 自適應(yīng)控制加熱絲實(shí)現(xiàn)恒溫控制，還有利用模擬 PID 調(diào)節(jié)的恒溫控制，另外還有基于單片機(jī)的恒溫控制系 統(tǒng)。 1964 年，最先提出把通信技術(shù)中的脈寬調(diào)制 PWM 技術(shù)應(yīng)用到交流傳動(dòng)中的是德國人?，F(xiàn)在，我國約有 200 家左右的公司、工廠和研究所從事變頻調(diào)速技術(shù)的工作，但自行開發(fā)生產(chǎn)的變頻調(diào)速產(chǎn)品和國際市場(chǎng)上的同類產(chǎn)品相比，還有比較大的技術(shù)差距。在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起動(dòng)控制以及制動(dòng)控制、壓頻比控制以及各種保護(hù)功能。但在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來說，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒能達(dá)到所有用戶的要求。 4 2 PID 變頻 恒溫 系統(tǒng)的 總體 方 案 設(shè)計(jì) PID 控制變頻恒溫供氣系統(tǒng)主要有變頻器、溫度傳感器和 現(xiàn)場(chǎng)的 熱 風(fēng)機(jī) 組一起組成一個(gè)完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)， 該系統(tǒng)的控制流程圖如圖 2－ 1 所示： 圖 2－ 1 PID 變頻 恒溫供氣 系統(tǒng)控制流程圖 從圖中可看出，系統(tǒng)可分為：執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)檢測(cè)機(jī)構(gòu)、控制機(jī) 構(gòu)三大部分，具體為： (l) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由三相異步電機(jī)鼓風(fēng)機(jī)組成，他的作用是為系統(tǒng)鼓風(fēng)提 供熱氣，供氣的大小 和溫度的高低跟 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 成正比變化 來控制，而電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由變頻調(diào)速器控制，可以進(jìn)行變頻調(diào)速，用以根據(jù)用 恒溫箱里 溫度的變化 而 改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速 ，以維持系統(tǒng)的溫度恒定。溫度下降 時(shí) 效果一樣，只是信號(hào)反相而已。 作為一個(gè)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全監(jiān)控及報(bào)警是必不可少的重要組成部分。其控制系統(tǒng)框 圖如圖 2－ 2 所示。 6 3 電機(jī)調(diào)速 模塊的 分析 三相異步 電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理 三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速簡(jiǎn)介 調(diào)速就是在一定的負(fù)載下，根據(jù)生產(chǎn)的需要人為的改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 從上式可知，三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有： (l) 改變電源頻率 (2) 改變電機(jī)極對(duì)數(shù) (3) 改變轉(zhuǎn)差率 改變電機(jī)極對(duì)數(shù)調(diào)速的調(diào)控方式控制簡(jiǎn)單，投資省，節(jié)能效果顯著，效率高，但需要專門的變極電機(jī)，是有級(jí)調(diào)速，而且級(jí)差比較大，即變速時(shí)轉(zhuǎn)速變化較大，轉(zhuǎn)矩也變化大，因此只適用于特定轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)機(jī)器。連續(xù)調(diào)節(jié)電源頻率，就可以平滑地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。若比基本轉(zhuǎn)速高，稱為往上調(diào)，比基本轉(zhuǎn)速低，稱為往下調(diào) 。如果在一定的調(diào)速范圍內(nèi)的任何轉(zhuǎn)速都可以得到則稱為無級(jí)調(diào)速。 （ 4） 調(diào)速的穩(wěn)定性 調(diào)速的穩(wěn)定性是用來說明電動(dòng)機(jī)在新的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載變化而引起轉(zhuǎn)速變化的程度，通常用靜差率（ static slip）來表示。靜差率還與理想空載轉(zhuǎn)速 n0 的大小有關(guān)。 （ 5） 調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性 這要由調(diào)速時(shí)的初期投資，調(diào)速厚的電能消耗以及各種運(yùn)行費(fèi)用的多少來說明。因此，它希望電動(dòng)機(jī)能具有恒功率調(diào)速的性能。但運(yùn)行費(fèi)用不大； （ 6） .調(diào)速時(shí)的允許負(fù)載分析如下： ① f1fN時(shí)為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 3． 2 離心風(fēng)機(jī)調(diào)控方式的分析、選擇 離心風(fēng)機(jī)是目前應(yīng)用最廣泛的風(fēng)機(jī)，是風(fēng)機(jī)節(jié)能的主要對(duì)象。這種方式雖簡(jiǎn)便易行，但在調(diào)節(jié)過程中將產(chǎn)生大量的能量損耗。當(dāng)風(fēng)機(jī)以恒速運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)將沿壓力 流量特性曲線移動(dòng)。通過新一代全控型電子元件，用變頻器改變交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速方式來進(jìn)行風(fēng)機(jī)流量的控制，可以大幅度減少以往機(jī)械方式調(diào)控流量造成的能量損耗。節(jié)省的功率損耗 △P ＝ △HQ 2與圖中面積 BH2H3C 成正比。 根據(jù)變頻調(diào)節(jié)這一特性， 選擇變頻器控制鼓風(fēng)機(jī)的的轉(zhuǎn)速是最佳的選擇。 12 變頻器驅(qū)動(dòng)負(fù) 載特性 的分析 變頻器的正確選擇對(duì)于控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行是非常關(guān)鍵的。例如傳送帶、攪拌機(jī)，擠壓機(jī)等摩擦類負(fù)載以及吊車、提升機(jī)等位能負(fù)載都屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。負(fù)載的恒功率性質(zhì)應(yīng)該是就一定的速度變化范圍而言的。如果電動(dòng)機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速的范圍與負(fù)載的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率范圍相一致時(shí)，即所謂 “匹配 ”的情況下，電動(dòng)機(jī)的容量和變頻器的容量均最小。當(dāng)所需風(fēng)量、流量減小時(shí)，利用變頻器通過調(diào)速的方式來調(diào)節(jié)風(fēng)量、流量，可以大幅度地節(jié)約電能。輸出容量指是額定輸出電流和額定輸出電壓乘積的三項(xiàng)視在輸出功率適用電動(dòng)機(jī)功率是以 4 極的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)為對(duì)象，表示在額定輸出電流內(nèi)可以驅(qū)動(dòng)的電 動(dòng)機(jī)功率。 （ 1）連續(xù)運(yùn)行場(chǎng)合： 由于變頻器給電動(dòng)機(jī)的是脈動(dòng)電流，其脈動(dòng)值比工頻供電時(shí)的電流要大。 如按電動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行中的最大電流來選定變頻器時(shí)，變頻器的容量可以適當(dāng)減少。反之，如只需要較小的加減速14 轉(zhuǎn)矩時(shí)，也可以降低選擇變頻器的容量。在選擇變頻器時(shí)因注意以下幾點(diǎn)注意事項(xiàng)： ① 選擇變頻器時(shí)應(yīng)以實(shí)際電機(jī)電流值作為變頻器選擇的依據(jù)，電機(jī)的額定功率只能作為參考。 ② 變頻器若要長(zhǎng)電纜運(yùn)行時(shí)，此時(shí)應(yīng)該采取措施抑制長(zhǎng)電纜對(duì)地耦合電容的影響，避免變頻器出力不夠。而這些高次諧波會(huì)使變頻器的輸出電流值增加。因此，不要超過最高轉(zhuǎn)速容許值。一般繞線電動(dòng)機(jī)多用于飛輪力矩 GD2 較大的場(chǎng)合，在設(shè)定加減速時(shí)間時(shí)應(yīng)多注意。 選擇變頻器時(shí)，一定要注意其防護(hù)等級(jí)是否與現(xiàn)場(chǎng)的情況相匹配。根據(jù)控制功能不同，通用變頻器可分為三種類型 ：普通功能型 U/f 控制變頻器、具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型 U/f 控制變頻器以及矢量控制高功能型變頻器。它 是用于三相交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的系列產(chǎn)品，由微處理器控制，采用絕緣柵雙極型晶體管作為功率輸出器件，具有很高的運(yùn)行可靠性和很強(qiáng)的功能。 先進(jìn)磁通矢量控制， 200%轉(zhuǎn)矩輸出 加選件卡 FRA7NC，可以支持 CCLink通訊 請(qǐng)正確設(shè)定 和電壓／電流輸入切換開關(guān)，輸入與設(shè)定相符的模擬信號(hào)。具體的參數(shù)變更值請(qǐng)參考說明書。 圖 5－ 1 溫度采集轉(zhuǎn)換電路 圖 51 電路共由五部分組成 ，第一部分是由 2V穩(wěn)壓管和可調(diào)電位器構(gòu)成的恒流源，為此電路提供 1V 的恒定輸入電壓，從 LM324 的 U1A 的反相輸入端輸入，經(jīng) 過放大電路組成的跟隨器后，電壓變成 1V的電壓。 鉑電阻 阻值 與溫度之間的關(guān)系 是： （ 1） 在 0～ ℃范圍內(nèi)可 用下式表示 RT=R0(1+A*T+B*T^2) （ 2） 在 200～ 0℃的溫度范圍內(nèi)為 RT=R0[(1+A*T+B*T^2+C*(T100℃ )T^3)] 式中： R0和 RT分別為在 0℃和溫度 T時(shí)鉑電阻