【正文】 多，對直流驅(qū)動來講 60 年代采用發(fā)電機—電機系統(tǒng)。如果說以第一個晶閘管的出現(xiàn)作為交流電動機變頻調(diào)速的起點，可以認為它的發(fā)展歷史己 40 多年了。4) 高壓變頻器的研究變頻器的主要作用之一是節(jié)能。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，集成模塊出現(xiàn)，計算機、微處理器應(yīng)用，因此控制從分立組成模擬量控制發(fā)展至今天的數(shù)字量控制。這些控制方法都得到了不同程度的應(yīng)用，但其控制性能有一定的差異。可控硅串級調(diào)速雖克服了上述缺點，實現(xiàn)了額定速度以下的無級調(diào)速，提高了功率因數(shù)，減少了起制動沖擊，價格較低，但目前串級調(diào)速產(chǎn)品的控制技術(shù)仍停留在模擬階段，尚未實現(xiàn)控制系統(tǒng)具有很好的調(diào)速性能和起制動性能，很好的保護功能及系統(tǒng)監(jiān)控功能，所以有時采用直流電動機，而直流電動機制造工藝復(fù)雜，使用維護要求高，故障率高。機械特性的硬度的定義為 (24)nTd????越大，轉(zhuǎn)矩變化時， 變化的程度就越小，機械特性就越硬，靜差率就越小，?n穩(wěn)定性就越好。在交流異步電機中，磁通是定子和轉(zhuǎn)子合成產(chǎn)生的。11/60pfn?1fn?1n最大轉(zhuǎn)矩點：由 c=常數(shù)， =常數(shù)，而臨界轉(zhuǎn)差率mT2/U，臨界轉(zhuǎn)速降 常222///fLfRxSm?? ????121/60/pfLfRSm?數(shù)。根據(jù)直流環(huán)節(jié)的儲能方式不同，交—直—交變頻器又分為電壓型和電流型兩種。由于逆變器的負載為異步電動機，屬感性負載，無論電動機處于拖動狀態(tài)還是發(fā)電制動狀態(tài)，變頻器功率因素總不會為 1。?)/(21t???因此，可以說輸出電壓的平均值與占空比成正比，調(diào)節(jié)電壓輸出就可以演化為調(diào)節(jié)脈沖的寬度，所以稱為脈寬調(diào)制。V V 2的導(dǎo)通、關(guān)斷條件可用表 35表示( 以 A 相為例) 。 c 逆變橋在工作時，同一橋臂的兩只管子不停地交替導(dǎo)通、關(guān)斷而流過負載電流是按現(xiàn)電壓規(guī)律的交變電流。在構(gòu)成不同的 PLC 的控制系統(tǒng)時，只需在 PLC 的輸入輸出端子上接上不同的相應(yīng)的輸入輸出信號，PLC 就能接收輸入信號和輸出控制信號。按結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC 可分為整體式和組合式。簡易型的編程器只能聯(lián)機編程，且往往需要將體形圖轉(zhuǎn)化為機器語言助記符后，才能輸入。 PLC 控制系統(tǒng)的抗干擾是一個系統(tǒng)工程，要求制造單位設(shè)計生產(chǎn)出具有較強抗干擾能力的產(chǎn)品，且有賴于使用部門在工程設(shè)計、安裝施工和運行維護中予以全面考慮，并結(jié)合具有情況進行綜合設(shè)計，才能保證系統(tǒng)的電磁兼容性和運行可靠性。1) 空鉤 (包括極輕負載 )運行 由于吊鉤的機械系統(tǒng)采用了蝸輪蝸桿減速，具有自鎖功能，故空鉤時的負載轉(zhuǎn)矩主要由摩擦阻力構(gòu)成。電動機的旋轉(zhuǎn)方向是反轉(zhuǎn)(下降)的，但其轉(zhuǎn)矩的方向卻與旋轉(zhuǎn)方向相反，是正方向的，其作用是防止重物不斷下降，故重量相同的重物在下降時構(gòu)成的負載轉(zhuǎn)矩比上升時小。b 制動電磁鐵的壽命可大大延長原拖動系統(tǒng)是在運動的狀態(tài)下進行抱閘的，采用變頻調(diào)速后，可以在基本停住的狀下進行抱閘，閘皮的磨損情況將大為改善；c 操作手柄不再易損 原系統(tǒng)的操作手柄因受力較大，屬于易損件。b 電磁負荷設(shè)計考慮了一定的裕度，既能保證電機在高頻時的過載能力，又能在低頻時有恒轉(zhuǎn)矩的輸出。變頻器可以實現(xiàn)無測速調(diào)速并預(yù)置為恒矢量控制方式。協(xié)議支持的波特率為 9600KB/s 到12MB/s。除此之外，另一個任務(wù)就是接受上位機的控制命令，以進行自動采樣。 協(xié)議Profibus 協(xié)議通常用于實現(xiàn)分布式 I/0 設(shè)備(遠程式 I/0)的高速通信。? ?綜合上述，選定各傳動機構(gòu)的配置見表 46。3) 起升機構(gòu)在不同負載下，各檔轉(zhuǎn)速在切換時無沖擊現(xiàn)象；額定載荷時各檔次切換時的溜鉤距離不得超過額定上升速度的 1/65。這一功能保證了吊鉤由升降狀態(tài)降速為 0 時，電動機能夠使重物在空中停止，直到電磁制動器將軸抱住為止，從而防止了溜鉤。Bb 下降運行 工作點右移至第 4 象限，如圖 53 中的 點(高速)與 點(低速)所39。M3 ~1K234M1R2345R圖 52 原拖動系統(tǒng)的主電路 采用變頻調(diào)速的基本考慮 主拖動系統(tǒng)1) 電動機選型a 大車與小車變頻調(diào)速 專用電機b 吊鉤用電動機由于要求較高，應(yīng)選用變頻專用的籠型轉(zhuǎn)子異步電動機；2) 制動方法采用再生制動、直流制動和電磁機械制動相結(jié)合的方法。PLC 控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟運行，系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵。PLC 通過這些通信接口可以與監(jiān)視器、打印機和其他的 PLC 或計算機相連。我國研制與應(yīng)用 PLC 起步較晚，1973 年開始研制，1977 年開始應(yīng)用，20 世紀 80 年代初期以前發(fā)展較慢，20 世紀 80 年代隨著成套設(shè)備或?qū)Ｓ迷O(shè)備引進了不少 PLC。2) 可靠性高 PLC 是專門為工業(yè)控制而設(shè)計的，在設(shè)計與制造過程中均采用了諸如屏蔽、濾波、隔離、無觸點、精選元器件等多層次有效的抗干擾措施?，F(xiàn)仍rabrc t以 A 相為例，說明雙極性脈寬調(diào)制原理。在變頻器中，V V 2 的導(dǎo)通、截止是由調(diào)制波和載波的交點來決定的。M3 ~整流器 逆變器P W MC fU/調(diào)調(diào)f圖 31 PWM 逆變器組成2) 脈寬調(diào)制器的基本工作原理 脈寬調(diào)制是將輸出電壓分解成很多的脈沖，調(diào)頻時控制脈沖的寬度和脈沖間的間隔時間就可控制輸出電壓的幅值，如圖 32 所示。直流中間電路的作用是對整流電路的輸出進行平滑，以保證逆變電路和控制電源能夠得到質(zhì)量較高的直流電源。 變頻器的分類按變頻的原理有交—交變頻器和交—直—交變頻器。如果電動機在不同的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化。由上式可1U2R知，如果改變輸入電機的電源頻率 ，則可相應(yīng)改變電機的輸出轉(zhuǎn)速。無級調(diào)速時 =1，平滑性最好。因此，除了機械上改進設(shè)計外，改善交流電氣傳動，減少起制動沖擊，也是一個很重要的方面。在橋式起重機實現(xiàn)了抓斗的自動控制和故障診斷、檢測顯示等，達到了新的技術(shù)高度。近 10 的研究論文。有的針對功率因數(shù)，有的強調(diào)輸出波形。其中，具有代表性的交流變頻調(diào)速裝置和可編程控制器獲得了廣泛的應(yīng)用，為 PLC 控制的變頻調(diào)速技術(shù)在橋式起重機系統(tǒng)提供了有利條件。本次設(shè)計采用 PLC 和變頻器技術(shù)，以 PLC 控制變頻器，即以程序控制取代繼電—接觸器控制，控制變頻器實現(xiàn)變頻調(diào)速，設(shè)計出 PLC 控制的橋式起重機的變頻調(diào)速系統(tǒng)，進而實現(xiàn)了起重機的半自動化控制。1) 高性能的智能控制變頻器380V 系統(tǒng)的低壓變頻器是國內(nèi)的主要研究對象，應(yīng)用交流調(diào)速的基本理論，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、魯棒控制、模糊控制，或其他智能控制等手段，實現(xiàn)電機運行參數(shù)的自動辨識，以期達到自適應(yīng)、自調(diào)整的最優(yōu)控制。從某種意義上講，由于目前國內(nèi)還不能完全生產(chǎn)高質(zhì)量的合格電力電子器件，而且，國外低壓變頻器的性能價格比也比國內(nèi)自己研究的變頻器高得多。2) 交流調(diào)速控制系統(tǒng)：對于起重機械來講，交流驅(qū)動仍是國內(nèi)普遍采用的方案而且多數(shù)停留在繞線式電機轉(zhuǎn)子串電阻來調(diào)速。而矢量控制是從根本上解決了這個問題，使交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用范圍迅速擴大。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)。5) 調(diào)速時的允許負載 電動機在各種不同轉(zhuǎn)速下滿載運行時，如果允許輸出的功率相同，則這種調(diào)速方法稱為恒功率調(diào)速；如果允許輸出的轉(zhuǎn)矩相同，則這種調(diào)速的方法稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。可見，電動機額基頻以下的調(diào)?NfUf139。所以起動1212212 //)(/ fxfRCUxRfCUTst ????轉(zhuǎn)矩隨頻率下降而增加。這種調(diào)壓方式很少使用。控制電路的優(yōu)劣決定了變頻器性能的優(yōu)劣。2tDNXTa )b )a) 調(diào)制前的波形 b) 調(diào)制后的波形圖 32 脈寬調(diào)制的輸出電壓由于變頻器的輸出是正弦交流電，即輸出電壓的幅值是按正弦波規(guī)律變化，因此在一個周期內(nèi)的占空比也必須是變化的，也就是說在正弦波的幅值部分，取大一些，在正弦波到達零處， 取小一些，如圖 33 所示。b 每半個周期內(nèi)逆變橋同一橋臂的兩個逆變管中，只有一個按規(guī)律時通時斷地工作，另一個則完全截止。當時人們把第一臺可編程控制器叫做可編程序邏輯控制器 PLC，只是用來取代繼電接觸控制，僅有執(zhí)行繼電器邏輯、定時、記數(shù)等較少的功能。PLC 自診斷能力強，能判斷和顯示出自身故障，使操作人員檢查判斷故障方便迅速，而且接線少，維修時只需更換插入式模塊，維護方便。輸入單元接收用戶設(shè)備的各種控制信號，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)以及其他一些傳感器的信號。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡(luò)，還可以實現(xiàn)遠程編程和傳送。 橋式起重機的負荷特點和對拖動系統(tǒng)的要求1) 負荷特點 各拖動系統(tǒng)負荷轉(zhuǎn)矩 都與 “阻力” 和回轉(zhuǎn)半徑 的乘積成正比：LTLFLR = (51)R在大車和小車拖動系統(tǒng)中， 是摩擦力，而在吊鉤拖動系統(tǒng)中， 是被吊LF物和吊鉤的重力。nBA39。防止溜鉤的控制需要注意的關(guān)鍵問題是：1) 電磁制動器在通電到松開(或從斷電到抱閘)之間是需要時間的，約 (視型號和大小而定) 。3) 調(diào)速質(zhì)量明顯提高 采用了變頻調(diào)速系統(tǒng)后，調(diào)速比可達 1：50 以上，調(diào)速精度達 1%。2) 變頻器的選型某些公司已有針對起重機的專用變頻器，但價格昂貴。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。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 S7200 主站發(fā)信息給從站，從站才進行響應(yīng)。 STEP 7micro/win32 軟件的一個特點是調(diào)試功能很強大，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。 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。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。4) 可簡化傳動鏈 由于可以進行無級調(diào)速，從而在機械上省去了非標設(shè)計的減速箱，使傳動鏈結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計標準化。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“頻率到達信號” 。CDT39。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，這里重點介紹對吊鉤拖動系統(tǒng)的要求。 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行方式，PLC 采用的是不同于一般微型計算機的運行方式一掃描技術(shù)，PLC 掃描用戶程序的時間一般均小于100ｍｓ。運行時 CPU 從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進行處理，將處理結(jié)果放到輸出映像寄存器。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。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)。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。 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。 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。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。最大轉(zhuǎn)矩11/60pfn1fn?f1n點：由 ，當 調(diào)高時， 減小。 //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。例如切削機床，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。級數(shù)越多，相鄰兩轉(zhuǎn)速的差值越小，平滑性越好。變頻器使用 PWM 技術(shù)可嚴格地使輸入電流正弦 ，即在下降過程各機1cos???械減速制動中，將動能和位能轉(zhuǎn)化為電能反饋電網(wǎng)，達到理想的節(jié)能指標，同時確保工況正常運行，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)濟上與其他驅(qū)動裝置競爭將有明顯的優(yōu)勢。目前，該技術(shù)已進入了成熟穩(wěn)定的發(fā)展應(yīng)用階段。5) 無換向器同步電機的變頻調(diào)速無換向器電動機也是在 20 世紀 70 年代發(fā)展起來的新型調(diào)速系統(tǒng)。在實際使用中，由于變頻設(shè)備和被控電動機有一定的距離，而高精度的轉(zhuǎn)速傳感器都要使用專門的電源，被控電動機有的是在戶外，運行工況非常惡劣，要保證速度反饋的準確性，有時不得不采取特別措施，因此也會增加額外費用，運行的可靠性和控制精度也會因此受到影響。s digital volume control. From the ac drive speaking: conventional is often