【正文】 知道最低頻率下變頻器能夠輸出的電流是多少就可以了，頻率越低，輸出電流越大越 好。如果考慮加上反饋和電機及負載的特性在內，調速范圍的概念也還要和系統(tǒng)所要求的穩(wěn)速指標相聯(lián)系。而是從轉矩的產(chǎn)生到控制的角度，通過對電壓矢量的實時控制而實現(xiàn)對轉矩的直接控制。它省掉了矢量旋轉交換等復雜的變換與計算。因此直接轉矩控制大大減少了矢量控制性能能易受參數(shù)變化影響的問題。因此它非極力獲得理想的正弦波波形，也不是專門強調磁鏈的原型軌跡，相反，從控制轉矩的角度出發(fā)，它強陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書） 16 調的是轉矩的直接控制效果，因而它采用離散的電壓狀態(tài)和六邊形磁鏈軌跡或近似圓形磁鏈軌跡的概念。 對轉矩的這種直接控制方式也稱為直接控制，其基本的原理是在維持定子磁鏈恒定的條件下控制定子磁鏈的旋轉速度，從而控制異步電動機的轉矩。 直接轉矩控制的實現(xiàn)和系統(tǒng)結構 直接轉矩控制實際上控制的是定子磁鏈的幅值和瞬時速 度，而電壓矢量控制方式的結果也是控制定子磁鏈。 2 = M m i 3 / L 1U 1L 1 Pi 1基于 S7200PLC 文化紙機傳動控制系統(tǒng)硬件設計 17 轉矩直接控制和電壓矢量控制的控制過程和思路完全一樣，只不過在電壓矢量控制的系統(tǒng)中加入了轉矩反饋和速度調節(jié)的控制。所以在變頻的同時必須變壓才能保證電機的正常運行。本著這一理論可以解決變頻調速中的調壓問題。 PWM 控制利用了采樣控制理論中的結論，可以用一系列等幅而不等寬的脈沖來近似正弦波，且脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化，這種方法稱為 SPWM(Sinusoidal PWM)。通常采用等腰三角波作為載波，因為等腰三角波上下寬度與高度線性關系，且左右對稱，當它與正弦波調制信號相交時，如在交點時刻陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書） 18 控制電路中開關器件的通斷，就可以得到寬度正比于正弦波幅值的脈沖，這正好符合SPWM 控制的要求。三角載波的幅值為恒定，因而改變正弦調制波的幅值就改變了矩形脈沖的面積，由此實現(xiàn)輸出電壓幅值的改變。 1） 幅值可調 PWM 這是一種變頻器輸出電壓和頻率分別進行調節(jié)的一種控制方式，其基本電路如圖36 所示，該電路由可 控整流器、中間環(huán)節(jié)與可控硅（或其他電力開關元件）逆變組成，中間環(huán)節(jié)是濾波電容器，可控硅整流器用來調壓。這是目前采用較普遍的一種變頻系統(tǒng)。 基于 S7200PLC 文化紙機傳動控制系統(tǒng)硬件設計 19 4 系統(tǒng)設計 系統(tǒng) 設計要求 硬件設計的依據(jù) (1)紙機介紹 生產(chǎn)紙種：文化紙 紙張定量： 90120 g 設計車速： 350 米 /分 工作車速： 280 米 /分 左右手機：右手機 主要根據(jù)：文化紙機工藝要求，設備狀況，控制功能， I/O 點數(shù)，據(jù)此構成的比較先進的控制系統(tǒng)。 (5) 控制功能根據(jù)工藝要求和設備狀況就可提出控制系統(tǒng)應實現(xiàn)的控制功能，只有掌握了要實現(xiàn)的控制功能，才能據(jù)此設計系統(tǒng)的類型、規(guī)模、機型、模塊、軟件等內容。 操作說明 操作系統(tǒng)配有操作 屏，分別設立在控制現(xiàn)場。 單獨設置緊急停車，按照需要安裝在紙機上，當紙機運行過程中出現(xiàn)意外事故，威脅到設備安全及人身安全時才可使用。 1）速度鏈結構設計 速度鏈 [5]結構采用二叉樹數(shù)據(jù)結構算法用于完成傳遞功能。如圖 41 所示。然后根據(jù)二叉樹數(shù)據(jù)結構，確定各結點的上下、左或右編號。 速度鏈控制 我們依據(jù)紙機傳動系統(tǒng)的工藝特點，速度鏈的設計采用了調節(jié)變比的控制方法實現(xiàn)速度鏈功能?？刂破辽显O有功能鍵，可以自由地組態(tài)畫面，設置多個畫面，可以通過畫面的切換動態(tài)地運用文字、數(shù)字、示波器、棒圖等來顯示各分部傳動點的工作狀態(tài)（如啟動 /停止、運行 /爬行、故障、報警、開環(huán) /閉環(huán)等）和運行參數(shù)（如電機的電流、轉矩、分部線速度等），可以對各傳動點實現(xiàn)全部控制功能，具體控制功能如下： a）起動 /停止：用于控制本分部電機的起?？刂疲? b）爬行 /運行：用于低速調試檢修、正常抄紙切換； c）單動 /聯(lián)動：對于要求負荷分配各傳動點的單動 /聯(lián)動控制； 基于 S7200PLC 文化紙機傳動控制系統(tǒng)硬件設計 21 d）速度微增：用于本傳動點的速度微調； e）速度微減：用于本傳動點的速度微調； f）緊紙：用于本傳動點的緊紙調節(jié)； g）松紙：用于本傳動點的松紙調節(jié)； h）負荷分配功能：負荷分配點自動實現(xiàn)分配； i）張力設定：用于張力控制點的張力設定。 (7) 系統(tǒng)的先進性在設計 PLC 組成的控制系統(tǒng)時，要考慮到控制方案的先進性。 10% 三相 電源頻率： 4863Hz 輸出頻率： 050Hz 輸出電壓： AC0380V 三相 爬行車速： 30 米 /分 起動轉矩： 200%額 定轉矩 穩(wěn)速精度： 1? 頻率分辨： (3) 工藝要求是系統(tǒng)設計的主要依據(jù)，也是控制系統(tǒng)所需實現(xiàn)的最終目的。由于這種 PWM型變頻器輸出交流電壓的大小和頻率直接由逆變器決定，所以調節(jié)速度快，系統(tǒng)的動態(tài)性能好，若逆變器中的開關采用高速電子元件進行高頻脈沖調制，并在由中大規(guī)模集成件組成的高性能控制電路的配合下，可以極大地提高變頻調速系統(tǒng)的性能，縮小裝置的體積，提高效率，降低成本。逆變器只作輸出頻率控制，它一般也是由 6 個開關元件組成，按脈沖調制方法工作。從諧波分析可知，用一系列脈沖波代替方波后，其基波和高次諧波的幅值比例發(fā)生變化。用生成 SPWM 波控制逆變器開關器件的通斷，可得到等幅且脈沖寬度按正弦規(guī)律變化的矩形脈沖列輸出電壓。但這種計算很繁瑣。在前述可控硅方波輸出的變頻器中只能采用直流電壓調整的方法。沖量即指脈沖的面積，這里所說的效果基本相同是指該環(huán)節(jié)的輸出相應波形相同。用它去控制逆變器的開關，使所需要的電壓矢量加到異步電動機的端子的直接控制。 根據(jù)前面講的電壓矢量控制方法，控制定子矢量磁鏈軌跡實際上就是控制主回路開關的 6 個非零電壓矢量狀態(tài)和 2 個零矢量狀態(tài)的作用時間長短和作用時刻。和電機學中等效電路不同的是該電路代表的是空間電壓綜合矢量方程，而不是一相電壓的電路方程。因此它的控制效果不僅取決于電動機的數(shù)學模型是否能夠簡化，而是取決于轉矩的實際狀況。 d) 直接轉矩控制強調得是轉矩的直接控制與效果，它包括兩層意思，即直接控制轉 矩和對轉矩的控制效果。 b) 直接轉矩控制磁場定向所用的定子磁鏈，只要知道定子電阻就可以把它觀測出來。 其主要特點為 a) 直接轉矩控制直接在定子坐標系下分析交流電動機的數(shù)學模型、控制電動機與直流電動機的磁鏈和轉矩。 直接轉矩控制變頻器原理 直接轉矩控制的主要特點 直接轉矩控制 [3]變頻調速技術，是繼矢量控制方法提出后于 80 年代由德國Depenbrock 教授等人提出的一種新的變頻調速控制技術。還有調速范圍也不是變頻器自身所能決定的，很大程度上和電機及負載有關。而單獨對變頻器而言，僅存在電流的大小和波形的質量問題，嚴格講和轉矩是無關的。有些宣傳變頻器的廣告把本應在系統(tǒng)中存在的指標也納入到變頻器的性能中去，這是不正確的。 概括起來變頻調速的特點如下 a)調速時平滑性好，效率高； b)調速范圍較大，精度高； c)起動電流低，對系統(tǒng)及電網(wǎng)無沖擊，節(jié)電效果明顯； d)于實現(xiàn)過程自動化； e)變頻器體積小，便于安裝、調試、維修簡便； f)必須有專門的變頻電源，目前造價較 高； g)在恒轉矩調速時，低速段電動機的過載能力大為降低； h)內設功能多，可滿足不同工藝要求。 直流傳動采用的是直流電動機，而直流電動機的主回路功率流入的是轉子，所以散熱比較困難，再加上直流電動機的換向器、減速箱等均為易損件，這就使直流電動機的故障大大高于交流電動機，從而使直流傳動方式的維護工作大大增加，從而影響了紙機的長時間可靠運行。 對造紙機而言，在一定的工藝條件下，最主要的是保證速度的穩(wěn)定 性。直流傳動由于電機是電壓控制裝置，所以不論產(chǎn)生電壓的控制信號是否為數(shù)字量，到電機端電壓上的只能陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書） 14 是模擬量，這就導致輸出轉速受到電網(wǎng)電壓或任何引起電壓波動的因素干擾。如果電動機在不同的轉速下都具有額定電流，則電動機都能在溫升容許的條件下長期運行，這時轉矩基本上隨磁通變化。帶定子壓降補償?shù)暮銐侯l比控制特性為 b 線，無補償?shù)臑?a 線。由上式可知，要保持Φ m 不變，但頻率f 從額定值 fm 向下調節(jié)時，必須同時降低 E1。 三 相異步電機定子每相電動勢為 mrfwfE ?11 ? (33) 式中 E1氣隙磁通在定子每相中感應電動勢有效值； f—— 定子頻率； w—— 定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)； fr1—— 基波繞組因數(shù)； Φ m—— 每相氣隙磁通量。在電動機調速時，一個重要的因素是希望保持每極磁通量Φ m，為額定值不變。 異步電動機的轉速總是小于其同步轉速，異步電動機的實際轉速可由下式給出： n=n0(1s)=60f(1s)/p （ 32） 式中 n— 電機實際速度； s— 轉差率（同步電動機時， s=0）。當磁場旋轉時，位 于該磁場中的轉子繞組將切割磁力線，并在轉子繞組中產(chǎn)生相應的感應電動勢和感應電流，而此感應電流又將受到旋轉磁場的作用而產(chǎn)生電磁力，即轉矩，使轉子跟隨旋轉磁場旋轉。只不 過人們習慣上把交流到直流的變換稱為整流，把直流到交流的變換稱為逆變。 變頻調速系統(tǒng)的組成及原理 變頻器是變頻調速的核心，也是構成大型復雜傳動系統(tǒng)的基本單元，變頻器實際上就是把固定電壓，固定頻率的交流變換成可調電壓和頻率的交流電的變換器。 基于 S7200PLC 文化紙機傳動控制系統(tǒng)硬件設計 11 3 變頻調速和直接轉矩控制 變頻調速 變頻傳動系統(tǒng)的發(fā)展 紙機變頻傳動技術 [4]水平是和變頻器的技術發(fā)展水平緊密相關的，由 80 年代中期變頻調速技術進入實用化階段以來，變頻調速紙機系統(tǒng)也在不斷發(fā)展變化，在 90 年代初期，由于變頻器自身及應用水平的局限。利用這些應用宏用戶可以快速完成對變頻器的直動。 . 6)ACS550技術數(shù)據(jù) 進線 電源：三相供電電壓： U3IN=380? 480V177。 178。電機過熱保護模式一種是基于電機溫度熱模型，另一種是基于電機溫度傳感器元件過溫指示。 3路繼電輸出， 2A/250VAC or 2A/30VDC 5）可編程的故障保護功能： 178。轉矩控制 – 用于要求對電機進行轉矩控制的場合 4） 標準 I/O 板 OMIO 包括： 178。電動電位器 – 提供了與 PLC 相連接的經(jīng)濟型接口 178。磁通優(yōu)化 – 依據(jù)實際負載的變化，改變磁通的幅值 3）應用宏 ACS550內置了八種標準應用宏： 178。顯 示故障發(fā)生的時間 178。 *維護助手 根據(jù)所選擇的維護基準：千瓦時（ Kwh） /運行時間 /電機旋轉方向，設置預維護功能 178。電機參數(shù)的設置 178。 ACS550 還預置了八種應用宏，用戶可根據(jù)實際的應用需要選擇不同的應用宏， ACS550 將自動管理輸入輸出和信號處理的配置，其靈活性提供了廣泛應用的可能性。在大多數(shù)應用中， ACS550 所具有的磁通制動功能可以滿足系統(tǒng)快速停車的應用需要；如果系統(tǒng)需要頻繁起制動或長時間制動， ACS550 也可內置制動斬波器（可選）和制動電阻以實現(xiàn)有效的制動功率。 ACS550 系列變頻器 ACS550 變 頻裝置的組成和功能 ACS550 變頻器安裝于一個拼裝柜內，門上裝有控制盤安裝組件及狀態(tài)指示燈，陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書） 8 柜體內配置了電源輸入熔斷隔離開關，含快速 ACS550 變頻器安裝于一個拼裝柜內，門上裝有控制盤安裝組件及狀態(tài)指示燈，柜體內配置了電源輸入熔斷隔離開關，含快速熔斷器，并配有操縱手柄，具有隔離和短路保護雙重功能；同時還配置進線接觸器，控制邏輯回路等所需的設備，以利于系統(tǒng)更安全、可靠的運行柄，具有隔離和短路保護雙重功能；同時還配置進線接 觸器控制邏輯回路等所需的設備 ， 以利 于 系統(tǒng)更安全、可靠的運行 。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義。但控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒有引入轉矩的調節(jié)，所以系統(tǒng)性能沒有得到根本改善。另外，其機械特性終究沒有直流電動機硬，動態(tài)轉矩能力和靜態(tài)調速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會隨負載的變化而變化，轉矩響應慢、電機轉矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區(qū)效應的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。但是，這種功能對于使用者來說需要對變頻器原理和自動控制原理方面的知識進行學習。而現(xiàn)在的變頻器則大多以轉差補償、轉矩提升等形式給出，雖然沒有原來那樣直觀但是卻增加了許多智能化的成分。對于 380V 額定電源，一般二極管反向耐壓值應選 1200V，二極管正向電流為電機額定電流 倍。 變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用把電壓、頻率固定不變的交流電變成電壓、頻率都可調的交流電源。 變頻器的分類 變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書）