【正文】 換問題上存在的情況，試圖從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)實(shí)用的角度出發(fā)，對變頻器的同步切換問題進(jìn)行了分析和探討。關(guān)鍵詞： 可編程序控制器（PLC）； 電動(dòng)機(jī) ； 軟起動(dòng)； 變頻器； 同步切換An electric motor is soft to startthe research and the design of control the systemAbstract: This text introduced an electric motor of big and mediumsized difference soft the concept and the movement principles that start, elaborated the programmable preface controller( PLC) technique in an electric motor of big and mediumsized difference softly start automatic control of application and its superiority, and give concrete implement the PLC namely to turn in an electrical engineering of cage by establish the electric voltage in the sub back track regulate type can the electric leakage, A/ D, the D/ A conversion mold piece, the electric power electronics equip, the PID regulates etc. to constitute together a set of to start the system to carry out the control to carry on soft start, thus attain the purpose of protect the electric principle namely the electrical engineering start because of establishing the adjustable electricity, starting the electric current to regulate to equip to regulate the control electric voltage of the adjustable electricity anti through a PLC in the process, the electricity anti that make lets up to zeroth gradually, electrical engineering from start the appearance steady transfer the normal movement appearance to retreat the adjustable electricity bypass again a movement, the electrical engineering starts the process to addition, this text aim at currently existent circumstance in changing the frequency machine to output to cut over the problem, try from the technique and economies the practical angle set out, cutting over the problem to carry on the analysis and studies towards changing the frequency machine synchronously.Keyword: The programmable preface controller(PLC) ； Motor； Softstarting； Changing frequency machine ； Inverter Output switching I湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第1章 異步電動(dòng)機(jī)及其起動(dòng)方式一、異步電動(dòng)機(jī)是如何轉(zhuǎn)動(dòng)起來的異步電動(dòng)機(jī)定子上有三相對稱的交流繞組，三相對稱交流繞組通入三相對稱交流電流時(shí)，將在電機(jī)氣隙空間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場； 轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)體處于旋轉(zhuǎn)磁場中；轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線，并產(chǎn)生感應(yīng)電勢，判斷感應(yīng)電勢方向。 轉(zhuǎn)差率： 轉(zhuǎn)差率是異步電動(dòng)機(jī)的一個(gè)基本變量，在分析異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)有著重要的地位。 定子電勢平衡方程式： 轉(zhuǎn)子繞組的電勢及電流 公式： 167。 大小（有效值） 空載運(yùn)行時(shí)，激磁磁勢全部由定子磁勢提供，即：= 三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，變壓器提供較大的起動(dòng)電流，會(huì)使變壓器輸出電壓下降。從上面分析看出，不同的電源和不同的負(fù)載情況，對電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的要求不一樣的。(3) 電動(dòng)機(jī)直接全壓起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩約為額定轉(zhuǎn)矩的2倍，對于齒輪傳動(dòng)設(shè)備來說，很大的沖擊力會(huì)使齒輪磨損加快甚至破碎；對于皮帶傳動(dòng)設(shè)備來說，加大了皮帶磨損甚至拉斷皮帶。許多電機(jī)的自身故障都是由于絕緣受到傷害而引起的。目前的軟啟動(dòng)器有以下五種起動(dòng)方式（圖12）：圖12 軟起動(dòng)器的五種起動(dòng)方式限流起動(dòng)顧名思義是限制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，它主要是用在輕載起動(dòng)的負(fù)載降低起動(dòng)壓降，在起動(dòng)時(shí)難以知道起動(dòng)壓降，不能充分利用壓降空間，損失起動(dòng)力矩，對電動(dòng)機(jī)不利。 （2）起動(dòng)電壓上升斜率可調(diào)，保證了起動(dòng)電壓的平滑性，起動(dòng)電壓可依據(jù)不同的負(fù)載在30%～70%Ue(Ue為額定電壓)范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。高壓變頻器隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體電力電子器件在高壓領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛、技術(shù)日趨成熟。而且最容易實(shí)現(xiàn)工況適宜性調(diào)整。當(dāng)然，采用6倍脈沖整流電路（如18脈沖，24脈沖），則諧波電流大大降低，但電路結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，一般采用較少。4）、 一次投資與收益一般地，高壓變頻器用于電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制，具有很高的優(yōu)越性（如調(diào)速性能、降流節(jié)能等），其一次投資具有明顯的收益。高壓熱變電阻起動(dòng)器（一）工作原理：在電機(jī)定子回路串接液體電阻達(dá)到降壓起動(dòng)的目的。在實(shí)際應(yīng)用中，由于電機(jī)參數(shù)、工況、負(fù)載等參數(shù)與計(jì)算有一定偏差或需要調(diào)整時(shí)，這就需對阻值進(jìn)行調(diào)整和在起動(dòng)過程中對阻值變化進(jìn)行靈活控制。起動(dòng)性能差，因?yàn)闊嶙冸娮柰耆繙囟日{(diào)節(jié)阻值，溫度是人為無法控制的，二次起動(dòng)時(shí)與第一次起動(dòng)相比其溫度發(fā)生很大變化，起動(dòng)特性隨之發(fā)生變化，起動(dòng)電流、起動(dòng)時(shí)間也相應(yīng)出現(xiàn)偏差。1985年1月，國際電工委員會(huì)（IEC）的可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第2稿對可編程序控制器作了如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。 可編程序控制器的推廣在我國得到了迅猛的發(fā)展，可編程序控制器已經(jīng)大量應(yīng)用在引進(jìn)設(shè)備和國產(chǎn)設(shè)備中，我國不少廠家引進(jìn)或研制了一批可編程序控制器，各行各業(yè)也涌現(xiàn)出大批應(yīng)用可編程序控制器改造設(shè)備的成果，機(jī)械行業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備越來越多地采用可編程序控制器作控制裝置。一臺(tái)可編程序控制器可以同時(shí)控制幾臺(tái)設(shè)備，也可以通過聯(lián)網(wǎng)通信，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。 7)運(yùn)行速度快 隨著微處理器的應(yīng)用，PLC的運(yùn)行速度增快，使它更符合處理高速度復(fù)雜的控制任務(wù)。 3)高可靠性 由于控制系統(tǒng)的可靠性日益受到人們的重視，一些公司已將自診斷技術(shù)、冗余技術(shù)、容錯(cuò)技術(shù)廣泛應(yīng)用到現(xiàn)有產(chǎn)品中，推出了高可靠性的冗余系統(tǒng)，并采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式。這個(gè)工作過程分為內(nèi)部處理、外設(shè)端口服務(wù)、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個(gè)階段。自此輸入映像寄存器就與外界隔離，即使輸入信號發(fā)生變化其映像寄存器的內(nèi)容也不發(fā)生變化，只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息，也就是說，各輸入映像寄存器的狀態(tài)要保持一個(gè)掃描周期不變。 可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)可編程序控制器主要是由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成。從外部引入的尖峰電壓和干擾噪聲可能損壞CPU模塊中的元器件，或使可編程序控制器不能正常工作。由此可以看出，全部輸入輸出狀態(tài)的改變需要一個(gè)掃描周期。 可編程序控制器編程語言的國際標(biāo)準(zhǔn) 現(xiàn)代的可編程序控制器一般備有多種編程語言，供擁護(hù)選擇，不同廠家的可編程序控制器的編程語言有較大的區(qū)別，用戶不得不學(xué)習(xí)多種編程語言。有時(shí)把梯形圖稱為電路或者程序，把梯形圖的設(shè)計(jì)叫做編程。根據(jù)梯形圖中各觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對應(yīng)的編程元件的ON/OFF狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。模擬量首先被傳感器和變送器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電流或電壓，可編程序控制器用A/D轉(zhuǎn)換器將它們轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。PID控制器綜合了關(guān)于系統(tǒng)過去、現(xiàn)在和未來三方面的信息，對動(dòng)態(tài)過程無需太多的預(yù)先知識(shí)，控制效果能夠滿足要求[12]。計(jì)算機(jī)對來自A/D轉(zhuǎn)換器的信號進(jìn)行比例、積分和微分變換處理，既能消除靜差，改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性，又能加快過渡過程和提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性[23]。增量式PID算式；增量式PID算法就是讓計(jì)算機(jī)輸出相鄰兩次調(diào)節(jié)結(jié)果的增量。 離散設(shè)計(jì)法則首先將圖31所示系統(tǒng)中的被控對象加上保持器一起構(gòu)成的廣義對象離散化，得到相應(yīng)的以脈沖傳遞函數(shù)，差分方程或離散系統(tǒng)狀態(tài)方程表示的離散系統(tǒng)模型。離散式方程如式(35)所示： （式35）其中:Mn 采樣時(shí)刻n計(jì)算出的PID回路輸出值 Kc PID回路增益 e。同樣，經(jīng)過了PID運(yùn)算以后的回路輸出值一般為控制變量，而且輸出的也是經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化了的實(shí)數(shù)，所以在回路輸出驅(qū)動(dòng)模擬輸出之前，必須把回路輸出轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的16位整數(shù)，即通過標(biāo)準(zhǔn)化過程的逆過程，將回路輸出值轉(zhuǎn)換位相應(yīng)的能驅(qū)動(dòng)模擬輸出的值。⑤指定用于計(jì)算的數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)校驗(yàn) 數(shù)字控制系統(tǒng)本質(zhì)上是一種采樣控制系統(tǒng)。 用選定的采樣周期使系統(tǒng)工作。根據(jù)選定的控制度，查表31求得參數(shù)KP , KI，和KD的值。 系統(tǒng)原理分析系統(tǒng)原理如圖42圖42 系統(tǒng)原理圖電動(dòng)機(jī)可以是同步機(jī)或異步機(jī)，開關(guān)變壓器控制部分由PLC主控模塊、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器、電流互感器、可控硅交流調(diào)壓裝置及其觸發(fā)單元構(gòu)成。以下為具體工作原理和啟動(dòng)過程。此時(shí)可調(diào)電抗的值為其最大值LO。 硬件設(shè)計(jì)根據(jù)裝置工作需要，選用性價(jià)比較高的日本三菱公司的FX2N系列的FX2N16MR001可編程控制器來構(gòu)建控制系統(tǒng)。A/D模塊上僅有AIW0(模擬量輸入)、AQW0(模擬量輸出)兩個(gè)量。軟起動(dòng)使電動(dòng)機(jī)輸入電壓從0V開始，按預(yù)先設(shè)置的方式逐步上升，直到全電壓結(jié)束。工作電流通過KMn1送至電動(dòng)機(jī)。圖48 軟件編制流程圖第5章 大中型異步電動(dòng)機(jī)變頻—工頻同步切換研究 交流異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)所產(chǎn)生的電流沖擊和轉(zhuǎn)矩沖擊會(huì)給供電系統(tǒng)和拖動(dòng)系統(tǒng)帶來不利影響，故對于容量較大的異步電動(dòng)機(jī)一般都要采用軟起動(dòng)方案。這時(shí)就要將電動(dòng)機(jī)再切換到變頻器拖動(dòng)，實(shí)現(xiàn)減速停車。冷切換是最安全、最簡單的切換方式，但它只能用于可以間斷工作的負(fù)載；對于需連續(xù)工作的負(fù)載，只能采用熱切換的方式，詳見下面的討論。時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生比起動(dòng)電流還要大的沖擊電流，會(huì)影響到電網(wǎng)及電動(dòng)機(jī)的壽命。2）、由電網(wǎng)向變頻器切換 到目前為止，還沒有人敢在變頻器運(yùn)行中將電動(dòng)機(jī)由電網(wǎng)向變頻器切換，因?yàn)橛梢陨系姆治隹芍?，這無疑是對變頻器作一次破壞性的試驗(yàn)，過大的沖擊電流將使變頻器跳閘或損壞。為了盡量減小切換過程中對變頻器的沖擊作用，在鎖定狀態(tài)變頻器合閘之前，應(yīng)稍稍調(diào)低變頻器輸出電壓的幅值，以免合閘時(shí)造成對變頻器過大的沖擊電流。相位信號取樣電路對工頻電源和變頻器輸出電壓實(shí)行取樣、隔離和整形處理。另外變頻器的逆變器部分與功率器件反并聯(lián)的快恢復(fù)二極管剛好組成了一個(gè)反向的三相整流橋，當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)時(shí)，或者當(dāng)變頻器輸出端直接接到電網(wǎng)時(shí)，則會(huì)通過這個(gè)整流橋使電流流向直流母線，使直流母線電壓“泵升”，威脅濾波電容器及功率開關(guān)器件的安全。 由以上的分析可見，變頻器一般不允許在運(yùn)行中進(jìn)行負(fù)載切換操作。同步切換控制系統(tǒng)以工頻電源的電壓相位信號 鎖相控制 圖51 鎖相環(huán)路的基本組成鎖相控制就是利用鎖相環(huán)路（PLL）通過讓變頻電源的頻率和相位自動(dòng)跟蹤工頻電源的頻率和相位，達(dá)到“鎖定”狀態(tài)，從而為同步切換創(chuàng)造條件。ABB公司的ACS1000型變頻器就有跟蹤起動(dòng)功能 同步切換（軟切換） 同步切換就是在不停電的情況下，利用鎖相環(huán)技術(shù)，使變頻器輸出電壓的頻率、幅值和相位均保持與電網(wǎng)電壓一致，然后可進(jìn)行變頻器與電網(wǎng)之間的相互平穩(wěn)切換[27]。轉(zhuǎn)子電流衰減的時(shí)間視電動(dòng)機(jī)容量的大小及其所帶負(fù)荷的大小而異，一般為1~3秒。如果開關(guān)的速度快，加上你的運(yùn)氣好的話，也許不會(huì)出現(xiàn)過大的沖擊電流，電動(dòng)機(jī)在承受較小的電流和轉(zhuǎn)矩沖擊后正常全速運(yùn)行。變頻器的輸出切換問題，目前尚未得到足夠的重視，因而在認(rèn)識(shí)上還存在著一些誤區(qū)：一種看法是將變頻器當(dāng)作一般的交流電源，或者像軟起動(dòng)器一樣，因而可以將電動(dòng)機(jī)在變頻器與供電電網(wǎng)之間任意切換；另一種看法則認(rèn)為由于變頻器自身的設(shè)計(jì)原理，是不允許變頻器在運(yùn)行中進(jìn)行切換的。即使如此，在降壓軟起動(dòng)過程中，由于沒有改變電源頻率，過大的轉(zhuǎn)差率的存在，也不可避免地會(huì)出現(xiàn)較大的過電流，對于需重載起動(dòng)的設(shè)備就更顯得無能為力了。該