【正文】 ) 變頻調(diào)速專用電機(jī)大車 6SE64402AD315DA1 YTP132M4(2 )?變頻調(diào)速專用電機(jī)小車 6SE64402AD255CA1 YTP132M4() 變頻調(diào)速專用電機(jī) 系統(tǒng)介紹1) 大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu) 見表 56，小車由單臺電動機(jī)拖動，并由單獨(dú)得變頻器供電；大車為雙梁結(jié)構(gòu)，分別用兩臺 的電動機(jī)拖動，由一臺功率較大的變頻器 15kW 供電。3)制動單元與制動電阻 本系統(tǒng)對于重物下降時電動機(jī)再生電能，采用由變頻器直流回路內(nèi)接入制動單元和制動電阻消耗掉的方式。根據(jù)所使用的 S7200CPU，網(wǎng)絡(luò)可以支持一個或多個協(xié)議，包括通用協(xié)議和公司專用協(xié)議?？梢酝ㄟ^ PC/PPI 電纜或兩芯屏蔽雙絞線進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。許多廠家生產(chǎn)類型眾多的 Profibus 設(shè)備。 協(xié)議 USS 通信協(xié)議是西門子專門為 S7200 系列 PLC 開發(fā)的一個通信協(xié)議。USS 是一個主/從協(xié)議，在這個協(xié)議中，S7200 一般作為主站，變頻器自己不能發(fā)送信息，只有當(dāng) S7200 主站發(fā)信息給從站，從站才進(jìn)行響應(yīng)。STEP 7micro/win32 軟件工具包采用模塊化的程序設(shè)計方法，它采用文件塊的形式管理用戶編寫的程序及程序運(yùn)行所需的數(shù)據(jù)。PLC 的軟件設(shè)計部分我們采用模塊化的方法，PLC 程序設(shè)計共有三個模塊:按鈕處理模塊、通信模塊、故障報警模塊。 程序設(shè)計在本系統(tǒng)中，PLC 程序設(shè)計的主要任務(wù)是接受外部開關(guān)信號(按鈕、繼電器)的輸入，判斷當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)以及輸出信號去控制接觸器、繼電器等器件，以完成相應(yīng)的控制任務(wù)。 STEP 7micro/win32 軟件的一個特點(diǎn)是調(diào)試功能很強(qiáng)大，不僅能在線讀取數(shù)據(jù)，而且能在線修改過程數(shù)據(jù)，對于調(diào)試大型復(fù)雜控制程序非常有效。可以通過 485 電纜或兩芯屏蔽雙絞線進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。S7200CPU 可以通過 EM277 ProfibusDP 擴(kuò)展的方法連接到 Profi busDP 協(xié)議支持的網(wǎng)絡(luò)中。PPI 是一個主/從協(xié)議，在這個協(xié)議中，S7200 一般作為從站，自己不能發(fā)送信息，只有當(dāng)主站，如西門子編程器、TD200 等 HMI，給從站才進(jìn)行響應(yīng)。 協(xié)議 PPI 通信協(xié)議是西門子專門為 S7200 系列 PLC 開發(fā)的一個通信協(xié)議。 4)溜鉤的防止 本系統(tǒng)中，由于變頻器具有零速下的轉(zhuǎn)矩控制功能，故只需通過 PLC 和變頻器之間信號的適當(dāng)配合，即可圓滿解決溜鉤問題。2)起升機(jī)構(gòu) 起升機(jī)構(gòu)用變頻調(diào)速專用電機(jī)。無速度反饋時，速比為 1000:1，控制精度為 %；有速度反饋時，速比達(dá) 1000:1，控制精度為 %，完全滿足要求。在 1Hz 的低頻下，即使無速度反饋環(huán)節(jié)，也能提供150% 額定轉(zhuǎn)矩的啟動轉(zhuǎn)矩。e 能承受 160%額定轉(zhuǎn)矩、歷時 1min 的過載；堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大于額定轉(zhuǎn)矩的 倍。 系統(tǒng)配置及選型1) 電動機(jī)的選型 提升機(jī)構(gòu)則選用 YTP 系列變頻調(diào)速專用電機(jī)，其主要特點(diǎn)如下：a 對定、轉(zhuǎn)子槽形和定子繞組的分布作了特殊考慮可抑制高次諧波的影響。各機(jī)構(gòu)正、反向工作的轉(zhuǎn)換時間應(yīng)小于 2s 。4) 可簡化傳動鏈 由于可以進(jìn)行無級調(diào)速，從而在機(jī)械上省去了非標(biāo)設(shè)計的減速箱，使傳動鏈結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化。2) 節(jié)能效果十分可觀 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)在低速運(yùn)行時，轉(zhuǎn)子回路的外接電阻內(nèi)將消耗大量電能。 橋式起重機(jī)采用變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)1) 工作可靠性顯著提高 主要有以下幾個方面：a 消除了電動機(jī)的薄弱環(huán)節(jié)由于用籠型轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)取代了繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)，從而消除了電刷和滑環(huán)等薄弱環(huán)節(jié)。 上述過程如圖 55 所示：RDfXfCtONOF正轉(zhuǎn)輸出電流制動釋放要求制動釋放開始制動釋放完成圖 55 重物升降的控制過程3) 變頻器的零速全轉(zhuǎn)矩功能和直流強(qiáng)勵磁功能為了有效地防止溜鉤，某些新型變頻器設(shè)置了一些獨(dú)特的制動功能，如：a 零速全轉(zhuǎn)矩功能變頻器可以在速度為 0 的狀態(tài)下，保持電動機(jī)有足夠大的轉(zhuǎn)矩，且不需要速度反饋裝置。為此，具體控制方法如下：1) 重物停住的控制過程如圖 54 所示： XfBSftONOF正轉(zhuǎn)制動抱閘要求制動抱閘開始制動抱閘完成圖 54 重物停住的控制過程 a 設(shè)定一個“停止起始頻率” ，當(dāng)變頻器的工作頻率下降到 時，變BSf BSf頻器將輸出一個“頻率到達(dá)信號” 。橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)中需要引起注意的是關(guān)于防止溜鉤的控制。這時，由于重力加速度的原因，電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度將超過同步轉(zhuǎn)速而進(jìn)入再生制動狀態(tài)。A39。CDT39。b 下降運(yùn)行由于蝸輪蝸桿自鎖的原因，空鉤及輕載時是無法靠自重放鉤的，故下降運(yùn)行只能通過反接電源來實(shí)現(xiàn)。 對電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的分析大車與小車拖動系統(tǒng)的運(yùn)行狀況與普通負(fù)載無異，本節(jié)只分析吊鉤拖動系統(tǒng)的各種運(yùn)行狀態(tài)。 原拖動系統(tǒng)的主電路原拖動系統(tǒng)的主電路如圖 5—2 所示，其主要特點(diǎn)是：1) 選用電動機(jī) 大多采用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)；2) 調(diào)速方法 在電動機(jī)的轉(zhuǎn)子回路內(nèi)串入五段外接電阻 R1~R5(也有七段或更多)，由接觸器 KM1 ~KM4 的狀態(tài)來決定串入電阻的多少，從而調(diào)整電動機(jī)的轉(zhuǎn)速高低；3) 制動方法 采用電磁制動器進(jìn)行機(jī)械制動。LT2) 對拖動系統(tǒng)的要求 大車和小車對拖動系統(tǒng)的要求較為一般，這里重點(diǎn)介紹對吊鉤拖動系統(tǒng)的要求。2) 小車拖動系統(tǒng) 拖動吊鉤及重物順著橋架作“縱向”運(yùn)動。這三點(diǎn)就是抑制電磁干擾的基本原則。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PLC 在工業(yè)控制中的應(yīng)用越來越廣泛。 PLC 的工作原理、抗干擾分析及設(shè)計 PLC 的 CPU 采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，PLC 采用的是不同于一般微型計算機(jī)的運(yùn)行方式一掃描技術(shù)，PLC 掃描用戶程序的時間一般均小于100ｍｓ。還可以利用 PC 作為編程器，PLC 生產(chǎn)廠家配有相應(yīng)的編程軟件，使用編程軟件可以在屏幕上直接生成和編輯梯形圖、語句表、功能塊圖和順序功能圖程序，井可以 實(shí)現(xiàn)不同編程語言的互相轉(zhuǎn)換。編程器有簡易型和智能型兩類。6) 通信接口 為了實(shí)現(xiàn)“人一機(jī)”或“機(jī)一機(jī)”之間的對話，PLC 配有多種通信接口。運(yùn)行時 CPU 從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進(jìn)行處理，將處理結(jié)果放到輸出映像寄存器。2) 存儲器 根據(jù)存儲器在系統(tǒng)中的作用，可以把它們分為以下 3 種： a 系統(tǒng)程序存儲器 b 用戶程序存儲器 c 工作數(shù)據(jù)存儲器 3) I/O 單元 I/O 單元也稱為 I/O 模塊。 PLC 是一種通用的工業(yè)控制裝置，其組成與一般的微機(jī)系統(tǒng)基本相同。 PLC 的應(yīng)用與發(fā)展和系統(tǒng)組成 目前 PLC 廣泛應(yīng)用于汽車制造、石油、化工、冶金、輕工、機(jī)械、電力等各行各業(yè)，實(shí)現(xiàn)邏輯、步進(jìn)、數(shù)字、機(jī)器人、模擬量等的自動控制。6) 設(shè)計、施工和調(diào)試周期短 PLC 在許多方面是以軟件編程來取代硬件接線，用 PLC 構(gòu)成的控制系統(tǒng)比較簡單，編程容易，安裝使用方便，目前的 PLC 已商品化，硬件軟件較齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，不需要很多配套的外圍設(shè)備和大量的復(fù)雜的接線，程序調(diào)試修改也很方便。5) 使用方便 PLC 體積小，重量輕，便于安裝。同一臺 PLC 只能改變軟件則可實(shí)現(xiàn)控制不同對象或不同的控制要求。 PLC 的主要優(yōu)點(diǎn)1) 編程簡單 PLC 的基本指令不多；編程器的使用簡便；對程序進(jìn)行增減、修改和運(yùn)行監(jiān)視很方便。1980 年美國電氣制造協(xié)會簡稱 NEMA)把這種新的控制設(shè)備正式命名為可編程程序控制器(Programmable Controller 簡稱 PC)。一年后美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)根據(jù) GM 公司的招標(biāo)要求，研制成功世界上第一臺可編程序控制器，型號 PDP14，并在 GM 公司汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功。由于線電壓 = ，所以線電壓的脈沖是單ABuO極性的，如圖 37e 所示。在雙極性 SPWM 方法中，所用的調(diào)制信號 未可變頻變幅的三相ru對稱普通正弦波 、 、 ，其載波信號為雙極性三角波 ，如圖 37a 所示。由此可見，單極性 SPWM 逆變器的輸出交流電壓和頻率均可由調(diào)制波電壓來控制。wtrau1dau等效正弦波dau wta )b )OO圖 36 單極性 SPWM 調(diào)制若降低調(diào)制波的幅值，見圖 36 中的 ，各段脈沖的寬度將變窄，從而使輸rau39。0調(diào)制電路raubc/dd圖 34 PWM 逆變器簡單原理圖3) 單極性 SPWM在單極性的調(diào)制方式中，調(diào)制波為正弦波 載波為單極性的等三角形 ，即調(diào)rau1u制波為正半周時，載波為正極性的三角波，調(diào)制波為負(fù)半周時，載波為負(fù)極性的三角波，如圖 35 所示(僅畫出了正半周)。同時，其他管子的導(dǎo)通亦可得到三相交流電的 B 相和 C 相。 u t0T圖 33 正弦波脈寬調(diào)制的輸出電壓SPWM 的脈沖系統(tǒng)中，各脈沖的寬度 t1 和脈沖的間隔 t2 都是變化的。 uu1t2DNU0T tt039。所謂占空比是指脈沖寬度與一個脈沖周期比值，用 表示，即 。這樣，首先使主電路只有一個可控的功率環(huán)節(jié)，簡化了結(jié)構(gòu)；第二使用了不可控整流器，使電網(wǎng)功率因數(shù)與逆變器輸出電壓的大小無關(guān)而接近 1；第三逆變器在調(diào)節(jié)的同時實(shí)現(xiàn)調(diào)壓，而與中間直流環(huán)節(jié)的元件參數(shù)無關(guān)，加快了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)；第四可獲得比常規(guī)六拍階梯波更好的輸出電壓波形，能抑制或消除低次諧波，使負(fù)載電動機(jī)可在近似正弦波的交變電壓下運(yùn)行，轉(zhuǎn)矩脈沖小，大大擴(kuò)展了拖動系統(tǒng)的調(diào)速范圍，提高了系統(tǒng)性能。 脈寬調(diào)制型(PWM)變頻器1) 在一般的交直交變頻器供電的變壓、變頻調(diào)速中，為獲得變頻調(diào)速所要求的變頻與變壓的協(xié)調(diào)控制，整流器必須是可控整流，這樣在變頻調(diào)速時要同時控制整流器和逆變器，這就帶來一系列的問題。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，它被用來實(shí)現(xiàn)對異步電動機(jī)的調(diào)速控制。它是利用六個半導(dǎo)體開關(guān)器件組成的三相橋式逆變電路，有規(guī)律的控制逆變器中的主開關(guān)元器件的通與斷，得到任意頻率的三相交流電輸出。整流電路按其控制方式，可以是直流電壓源，也可以是直流電流源。目前使用最多的占空比按正弦規(guī)律變化的正弦脈寬調(diào)制，即 SPWM 方式。根據(jù)調(diào)壓方式不同，交—直—交變頻器又分成脈幅調(diào)制型和脈寬調(diào)制型兩種。由于把直流電逆變成交流電較易控制，因此在頻率的調(diào)節(jié)范圍、變頻后電動機(jī)特性的改善等方面都具有明顯的優(yōu)勢，目前使用最多的變頻器均為交—直—交變頻器。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，靜止式變頻器已完全取代了早期的旋轉(zhuǎn)變頻機(jī)組。最大轉(zhuǎn)矩11/60pfn1fn?f1n點(diǎn)：由 ，當(dāng) 調(diào)高時， 減小。但當(dāng) 下調(diào)過低時，因 也很低，此時定1f1U子電阻 上的壓降 已不能再忽略，而使 、 下降更嚴(yán)重，電動機(jī)的 將11I Em?mT變小。同步點(diǎn)：由 ，則 ， 下調(diào)， 隨之下降。 把基頻以下和基頻以上兩種情況合起來，可得到異步電動機(jī)的變頻調(diào)速控制特性，如圖 27 所示。 //速為恒磁通調(diào)速，由于 不變，調(diào)速過程中電磁轉(zhuǎn)矩 不變，m 22cos?NmTIC??屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。為此，電動機(jī)在基頻以下調(diào)速時，應(yīng)使 恒定不變。對于直流電機(jī)來說，勵磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，所以只要對電樞反應(yīng)的補(bǔ)償合適，保持 不變m是很容易做到的。p 三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法可分為兩大類：一類是通過改變同步轉(zhuǎn)速 來改0n變轉(zhuǎn)速 ，具體方法有變極調(diào)速(改變 )和變頻調(diào)速(改變 )；另一類是通過改變npf轉(zhuǎn)差率 來實(shí)現(xiàn)調(diào)速，這就需要讓電動機(jī)從固有特性上運(yùn)行改為人為特性上運(yùn)行，s具體方法有變壓調(diào)速(改變 )，轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速(改變 )，等等。例如切削機(jī)床，要求精加工小切削量時，工件轉(zhuǎn)速高，粗加工大切削時，工件轉(zhuǎn)速低。0n生產(chǎn)機(jī)械在調(diào)速時，為保持一定的穩(wěn)定性會對靜差率提出一定的要求。 靜差率與機(jī)械特性的硬度有關(guān)。 平滑的程度可用相鄰兩轉(zhuǎn)速之比來衡量，稱為平滑系數(shù)，即 (22)1??in?越接近于 1，平滑性越好。級數(shù)越多，相鄰兩轉(zhuǎn)速的差值越小，平滑性越好。調(diào)速性能的好壞往往影響到生產(chǎn)機(jī)械的工作效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。前四種方案均屬有級調(diào)速，調(diào)速范圍小，無法高速運(yùn)行，只能在額定速度以下調(diào)速：起動電流大，對電網(wǎng)沖擊大；常在額定速度下進(jìn)行機(jī)械制動，對起重機(jī)的機(jī)構(gòu)沖擊大，制動閘瓦磨損嚴(yán)重；功率因數(shù)低，在空載或輕載時低于 ~，即使?jié)M載也低于 ，線路損耗大。究其原因是頻繁的超負(fù)荷作業(yè)及過大的機(jī)械振動沖擊所引起的機(jī)械疲勞。變頻器使用 PWM 技術(shù)可嚴(yán)格地使輸入電流正弦 ，即在下降過程各機(jī)1cos???械減速制動中，將動能和位能轉(zhuǎn)化為電能反饋電網(wǎng)，達(dá)到理想的節(jié)能指標(biāo)，同時確保工況正常運(yùn)行，上述發(fā)展己完成了產(chǎn)品系列化上市，對 “變頻”裝置在技術(shù)上以及經(jīng)濟(jì)上與其他驅(qū)動裝置競爭將有明顯的優(yōu)勢。因此要控制異步電動機(jī)的瞬時轉(zhuǎn)矩十分困難。目前，變頻調(diào)速的控制方法有恒壓頻比控制，轉(zhuǎn)差頻率控制，矢量控制，直接轉(zhuǎn)矩控制等。可編程序控制器 PLC 引入到交流電氣傳動系統(tǒng)后，使傳動系統(tǒng)性能發(fā)生了質(zhì)的變化。目前，該技術(shù)已進(jìn)入了成熟穩(wěn)定的發(fā)展應(yīng)用階段。 該驅(qū)動系統(tǒng)實(shí)施主回路 SCR 整流，其控制是給定模擬量通過數(shù)模轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過速度環(huán)、電流環(huán)到 SCR 移現(xiàn)觸發(fā)的邏輯無環(huán)流的調(diào)速系統(tǒng)。從控制電阻分級控制