【正文】 機(jī)自動(dòng)開(kāi)閉器接點(diǎn)接觸不良 、 移位接觸器接觸不良 、 配線斷或各種端子接觸不良 。每個(gè)通訊系統(tǒng)由一個(gè)主站和最大 31個(gè)從站組成。 ProfiNET實(shí)時(shí)以太網(wǎng)總線 最近幾年，工業(yè)以太網(wǎng)正在滲透到工業(yè)控制中來(lái)，其發(fā)展趨勢(shì)表明，工業(yè)以太網(wǎng)將占據(jù)自動(dòng)控制系統(tǒng) 中層、上層的通信網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)多電機(jī)同步的發(fā)展現(xiàn)狀提出了多電機(jī)同步控制方案，介紹了模糊 PID控制理論，提出來(lái)一種基于模糊 PID補(bǔ)償器的多電機(jī)同步控制策略，研究了此種策略的設(shè)計(jì)方法。闡述說(shuō)明了本文研究的內(nèi)容、方法和要實(shí)現(xiàn)的目的。 變頻器主電路是給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類 :電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。 （ 3）逆變器：同整流 器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時(shí)間使 6個(gè)開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到 3 相交流輸出。 變頻器的基本動(dòng)作原理及特點(diǎn) 異步電動(dòng)機(jī)用 變頻器 傳動(dòng)時(shí)的框圖如圖 1 所示，整流器將交流電變?yōu)橹绷麟?，平波回路將直流電平衡，逆變器將直流電逆變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電。 下面用機(jī)械開(kāi)關(guān)來(lái)說(shuō)明其基本動(dòng)作。另外，負(fù)載電壓 u與負(fù)載電流 i的積為瞬時(shí)功率 P，它與直流電流 Id的波形相同。如果使開(kāi)關(guān) S1～ S4像圖 d那樣導(dǎo)通、關(guān)斷，則負(fù)載電流 i就變?yōu)榫匦尾ń涣麟?，大小等于直?電源 電流 Id，如圖 b 中實(shí)線所示。另外瞬時(shí)功率 P與直流電壓波形相同。對(duì)于需要快速響應(yīng)的用途則必須控制輸出電流，可采用電流控制方式。 {{分頁(yè) }} 三、 PAM 與 PWM 輸出電壓或輸出電流的控制，可以在整流器側(cè)或逆變器側(cè)進(jìn)行。另外，在 變頻器 輸出頻率不變的情況下，為了補(bǔ)償電網(wǎng)電壓和負(fù)載變化所引起的輸出電壓波動(dòng)，也應(yīng)適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)其輸出電壓。輸出波形正負(fù)半周對(duì)稱，主電路中的 6 個(gè)開(kāi)關(guān)器件以 1— 2— 3— 4— 5— 6— 1順序輪流工作，每個(gè)開(kāi)關(guān)器件都是半周工作，通、斷 6 次輸出 6個(gè)等幅、等寬、等距脈沖列，另半周總處于阻斷狀態(tài)。產(chǎn)生的調(diào)制波是一系列等幅、等距而不等寬的脈沖列，如圖 9 所示。 圖 9 只畫出單相脈寬調(diào)制波形。與此相對(duì)應(yīng)，若在調(diào)制過(guò)程中，載頻信號(hào)和參考信號(hào)的極性交替地不斷改變則稱為雙極性調(diào)制。 “Δ” 脈寬調(diào)制電路的基本工作原理：正弦波參考信號(hào)電壓 Ur加在運(yùn)算放大器 A1的同相輸入端， A1作為比較器工作。并在圖中給出了 3次諧波。 變頻器 的輸出采用輸出變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)多重化，變壓器的二次繞組對(duì)于電壓型 變頻器 為串聯(lián)連接，對(duì)于電流型為并聯(lián)連接。對(duì)于大容量 變頻器 ，則采用可逆整流器將再生功率反饋給 電源 。應(yīng)該用容量稍大的變頻器來(lái)加快啟動(dòng)，避免振蕩。在異步電動(dòng)機(jī)確定后，通常應(yīng)根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的額定電流來(lái)選擇變頻器，或者根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的電流值 (最大值 )來(lái)選擇變頻器。一般情況下，對(duì)于短時(shí)的加減速而言，變頻器允許達(dá)到額定輸出電流的 130％～ 150％ (視變頻器容 量 )，因此，在短時(shí)加減速時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩也可以增大；反之，如只需要較小的加減速轉(zhuǎn)矩時(shí)，也可降低選擇變頻器的容量。這種情況下，一般按下式計(jì)算變頻器的容量： 式中： GD2：換算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量值 (N 以上介紹的是幾種不同情況下變頻器的容量計(jì)算與選擇方法，具體選擇容量時(shí)，既要充分利用變頻器的過(guò)載能力，又要不至于在負(fù)載運(yùn)行時(shí)使裝置超溫。 變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系： n =60 f（ 1s）／ p，（式中 n、 f、 s、 p 分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率、電機(jī)磁極對(duì)數(shù)）；通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。為此，要在降頻的同時(shí)還要降壓，這就要求頻率與電壓協(xié)調(diào)控制。 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)： 對(duì)于鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的變壓變頻調(diào)速，必須同時(shí)改變供電電源的電壓和頻率。 矢量控制（ Vector Control，簡(jiǎn)稱 VC）又稱磁場(chǎng)定向控制（ Field Oriented Control），是在 20世紀(jì) 70 年代初由美國(guó)學(xué)者和德國(guó)學(xué)者各自提出的。 三、對(duì)比 ① V/f 恒定、速度開(kāi)環(huán)控制的通用變頻調(diào)速系統(tǒng)和滑差頻率速度閉環(huán)控制系統(tǒng)，基本上解決了異步電機(jī)平滑調(diào)速的問(wèn)題。 基頻向下調(diào)速，希望保持磁通不變。 變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展 , 主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面 ? 主電路的拓?fù)?、主電路中采用的電力、電子器件控制方法等。其輸出最高頻率僅為電源頻率的 1/31/2， 而且其控 ,制比較復(fù)雜 , 輸人電流中的諧波問(wèn)題也比較突出。 理想的變頻電路應(yīng)具有輸出電壓、輸出電流為正弦 ,功率因數(shù)為 1, 能量損耗小 ,可實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)等特點(diǎn)。 在電壓型 PWM變頻電路中 , 其直流側(cè)通常筍并聯(lián)一個(gè)較大容量的濾波電容 , 起濾波和無(wú)功功率交換的作用。 此外 , 目前在小功率家電設(shè)備中 , 尤其是具有雙向節(jié)能潛力的暖風(fēng)、空調(diào)等系統(tǒng)中 ,變頻調(diào)速也逐漸引起重視。另外 , 出于開(kāi)關(guān)損耗的考慮 , 大功率變頻器中器件的開(kāi)關(guān)頻率極為有限 , 往往不超過(guò)幾百赫茲。在傳統(tǒng)的自然采樣法、規(guī)則采樣法、低次諧波消去法等方法的基礎(chǔ)上 ,人們不斷引人新概念 , 開(kāi)發(fā)出新方法 , 同時(shí)新判據(jù)和新準(zhǔn)則也不斷出現(xiàn) , 因而內(nèi)容繁多 ,文獻(xiàn)數(shù)量也很多。在三相無(wú)中線系統(tǒng)中 , 由于三次諧波電流無(wú)通路 , 三個(gè)線電壓和線電流中均不含三次諧波。隨機(jī)載波 PWM正是基于此種考慮提出來(lái)的。此時(shí)開(kāi)關(guān)頻率一定 , 且因電機(jī)反電勢(shì)只相當(dāng)于閉環(huán)中的一個(gè)擾動(dòng) , 能夠被 PI調(diào)節(jié)器中的積分部分克服 , 因而這種方式能夠克服上一種方式中開(kāi)關(guān)頻率不固定、電流誤差可能失控的缺點(diǎn)。同步調(diào)制波形對(duì)稱度好 , 無(wú)低次諧波分量。為此 , 在高性能的交流傳動(dòng)系統(tǒng)中 , 需要對(duì)死區(qū)時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)償 , 且已提出了一些補(bǔ)償方案。電動(dòng)汽車 采用這項(xiàng)技術(shù)對(duì)我國(guó)能源資源的合理利用 , 對(duì)于環(huán)境保護(hù)都有十分重大的意義。這些變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展很大程度上依賴于大功率半導(dǎo)體器件的制造水平?？删幊绦蚩刂破髟谖覈?guó)的發(fā)展與應(yīng)用已有 30 多年的歷史，現(xiàn)在它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，成為提高傳統(tǒng)工業(yè)裝備水平和技術(shù)能力的重要設(shè)備和強(qiáng)大支柱。 80 年代后期到 90 年代中期，隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及應(yīng)用，超大規(guī)模集成電路、門陣列以及專用集成電路的迅 速發(fā)展，可編程序控制器的 CPU 已發(fā)展為由 16 位或 32 位微處理器構(gòu)成，處理速度得到很大提高，高速計(jì)數(shù)、中斷、 PID 、運(yùn)動(dòng)控制等功能引入了可編程序控制器。 進(jìn)入 70 年代，隨著中小規(guī)模集成電路的工業(yè)化生產(chǎn)，可編程序控制器技術(shù)得到了較大的發(fā)展。由于 PLC與 變頻器之間沒(méi)有采用喇行轉(zhuǎn)換，而是采用了 ABB可升級(jí)的 PLC AC500的 CS31總線、 Profibus DP總線、和 ProfiNET實(shí)時(shí)以太網(wǎng)總線等通訊方式 行數(shù)字通信，有效地提高了系 統(tǒng)的抗干擾能力。由于變頻調(diào)速在調(diào)速性能、節(jié)能等方面的巨大優(yōu)越性 , 這一技術(shù)必將在我國(guó)石油化工、治金、 機(jī)械、交通運(yùn)輸、家用電器等各行業(yè)獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在我國(guó)電能的使用中 , 僅風(fēng)機(jī) 、水泵所用的電能就達(dá)總電能的 30%以上。水泵 因此隨著 IGBT等高速器件的應(yīng)用 , 異步調(diào)制顯示出越來(lái)越明顯的優(yōu)點(diǎn)。 (2)PWM技術(shù)中的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題 ① 提高直流電壓利用率的新技術(shù) 為提高直流電壓的利用率 , 采用了一些提高直流電壓利用率的新技術(shù)。這種 PWM方法實(shí)現(xiàn)方便 , 動(dòng)態(tài) 性能好。該方法也稱為磁通軌跡法。其調(diào)制準(zhǔn)則是 : 調(diào)制后的信號(hào)頻率除含有調(diào)制信號(hào)頻率、頻率很高的載波及其倍頻附近的諧波分量外 , 幾乎不含其它的諧波 , 特別是接近基波的低次諧波 。電機(jī)磁鏈圓形軌跡可以用更多數(shù)量的電壓矢量更準(zhǔn)確地逼近 , 這樣得到的電流諧波分量無(wú)疑會(huì)減少 , 尤其是在調(diào)制度 (調(diào)制信號(hào)的幅值與載波的幅值之比 )較大的時(shí)候。當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率提高到接近兆赫 級(jí)時(shí) , 傳統(tǒng)的硬開(kāi)關(guān)方式已無(wú)法應(yīng)用。如：整流部分采用 PWM開(kāi)關(guān)頻率足夠高時(shí)大幅度減小電容量的方法 , 引人有源濾波器或無(wú)源濾波器的方法等。盡管這樣構(gòu)成的變頻器由于多采用一組自關(guān)斷器件 , 而使成本提高 , 而且控制也復(fù)雜一些 , 但這是一種無(wú)公害、接近理想的變頻電路。這種變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在理論上具有很大的優(yōu)越性和很好的發(fā)展前景 ,但在具 體實(shí)現(xiàn)時(shí)由于需用過(guò)多的雙向全控制器件 , 而且電路及控制較為復(fù)雜 , 到達(dá)實(shí)用化還有一段距離。大容量的變頻器中 , 主要采用GTO和 SCR,也有采用 IGBT的報(bào)道。但是，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè)，以及矢量變換的復(fù)雜性，使得實(shí)際控制效果往往難以達(dá)到理論分析的效果，這是矢量控制技術(shù)在實(shí)踐上的不足。這都可能引起變頻器過(guò)電流跳閘。 優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩可以連續(xù)平滑調(diào)節(jié)，調(diào)速范圍寬。如果電壓一定而只是降低頻率，那么磁通就會(huì)過(guò)大，磁路飽和，嚴(yán)重時(shí)將燒毀電機(jī)，反之則磁通達(dá)不到額定值。只要設(shè)法改變?nèi)嘟涣麟妱?dòng)機(jī)的供電頻率 f, 就可以十分方便地改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n, 比改變極對(duì)數(shù) p 和轉(zhuǎn)差率 s 兩個(gè)參數(shù)簡(jiǎn)單得多。變頻調(diào)速是通過(guò)改變定子電源頻率來(lái)改變同步頻率實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速的。根據(jù)上式，即異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n=60fo(1一 s)／ p，當(dāng)極對(duì)數(shù) P不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n與定子電源頻率 f1成正比，因此連續(xù)地改變供電電源的頻率，就可以連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這種調(diào)速方法稱為變頻調(diào)速。 2) 起動(dòng)時(shí)流過(guò)的起動(dòng)電流與電動(dòng)機(jī)施加的電壓、頻率相對(duì)應(yīng)，而與負(fù)載轉(zhuǎn)矩?zé)o關(guān)，如果變頻器容量小，此電流超過(guò)過(guò)流容量，則往往不能起動(dòng)。此時(shí)變頻器的額定輸出電流可按下式計(jì)算： 式中： IICN：變頻器額定輸出電流 (A) IMN：電動(dòng)機(jī)額定輸入電流 (A) IMQ：最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流 (A) K：安全系數(shù)，一般取 ～ J：余下的電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù) 電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)所需變頻器容量的計(jì)算 通常，三相異步電動(dòng)機(jī)直接用工頻起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流為其額定電流的 5～ 7倍，對(duì)于電動(dòng)機(jī)功率小于 10kW 的電機(jī)直接起動(dòng)時(shí)，可按下式選取變頻器。 連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所需的變頻器容量的計(jì)算 由于變頻器傳給電動(dòng)機(jī)的是脈沖電流，其脈動(dòng)值比工頻供電時(shí)電流要大，因此須將變頻器的容量留有適當(dāng)?shù)挠嗔俊? 變頻器的選型 正確選用變頻器的類型，首先要分析生產(chǎn)機(jī)械的類型、調(diào)速范圍、靜態(tài)速度精度、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求，然后決定選用哪種控制方式的變頻器最合適。 B: 起重機(jī)類負(fù)載：這類負(fù)載的特點(diǎn)是啟動(dòng)時(shí)沖擊很大，因此要求變頻器有一定余量。因此，想使異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)，顯然使 變頻器 頻率從與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相應(yīng)的頻率下降即可。在輸出中被互相抵消。 四、 多重化 變頻器 表 1 中項(xiàng) 5的 PAM 方式 變頻器 ，其輸出波形為矩形波。 圖 10 三相正弦波脈寬調(diào)制波形 這種正弦波脈寬調(diào)制方式，當(dāng)然也可以采用同步式和非同步式的調(diào)制方式。 若三角波和正弦波的頻率成比例地改變，不論輸出頻率高低，每半周的輸出脈波數(shù)不變，即為同步調(diào)制式。 輸出電壓的大小和頻率均由正弦參考電壓 Ur來(lái)控制。 上述調(diào)制方式是在改變輸出頻率的同時(shí)改變?nèi)遣ǖ念l率，使每半周包含的三角波數(shù)和相位不變，正、負(fù)半周波形始終保持完全對(duì)稱。 1)單極性直流參考電壓調(diào)制方法，以圖 7所示電壓型三相橋式 變頻器 的原理電路為例，大功率晶體管 變頻器 的基極驅(qū)動(dòng)信號(hào)在控制電路中一般常采用載頻信號(hào) Uc與參考信號(hào) Ur相比較產(chǎn)生，這里 Uc采用單極性等腰三角形鋸齒波電壓，而Ur采用直流電壓。采用 PAM 調(diào)節(jié)電壓時(shí)，高電壓及低電壓時(shí)的輸出電壓波形如圖 6所示。表 1中項(xiàng) 2及 4的晶閘管 變頻器 ，是在整流器側(cè)控制輸出電壓，在逆變器側(cè)控制頻率。 電流型逆變器的主電路構(gòu)成見(jiàn)表 1 中的項(xiàng) 4及 5所列，變流器部分采用晶閘管，同時(shí)采用變流器與平波電抗器使它具有電流源作用。在吸收此能量期間，負(fù)載兩端將產(chǎn)生 di/dt 的尖峰電壓。 圖 4 滯后角 與瞬時(shí)功率 P、有功功率 當(dāng)開(kāi)關(guān)采用單方向?qū)ǖ陌雽?dǎo)體開(kāi)關(guān)器件時(shí)，以晶體管為例，為了向 電源 反饋（路線②），要同晶體管反并聯(lián)續(xù)流二極管。這里假定負(fù)載電流 i 由于負(fù)載電感的 平滑作用為正弦波交流電流，如圖 b中虛線所示。 表 1 逆變器的種類 作為 變頻器 ，通常采用三相逆變器。 （ 2）電壓、電流檢測(cè)電路：與主回路電位隔離檢測(cè)電壓、電流等。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成。 第六章是監(jiān)控界面設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容。簡(jiǎn)單介紹了課題研究的背景以及方案的選擇和相關(guān)技術(shù)的介紹。這種精簡(jiǎn)的結(jié)構(gòu)確保高速數(shù)據(jù)傳輸。通過(guò)這個(gè)總線，把前后多套系統(tǒng)有機(jī)的聯(lián)系在一起。 PLC 的無(wú)故障時(shí)間平均可達(dá)幾十萬(wàn)小時(shí) 。變頻器自 1964 年問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)歷 40 多年的發(fā)展，在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛應(yīng)用，目前在中國(guó)的空調(diào)、電梯、冶金、機(jī)械、電子、石化、造紙、紡織等行業(yè)有十分廣闊的應(yīng)用空間。變頻調(diào)速技術(shù)涉及到電機(jī)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息與控制等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，變頻調(diào)速理論已經(jīng)形成較為完善科學(xué)體系，成為一門相對(duì)獨(dú) 立的學(xué)科。 變頻調(diào)速技術(shù)已深入我們生活的