基于plc的交流電動機(jī)的調(diào)速控制設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2024-08-15 13:33 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 功率不變，在各種異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中效率較高，同時性能也最好，故是交流調(diào)速的主要發(fā)展方向。 交流調(diào)速系統(tǒng)的控制量最基本上是轉(zhuǎn)矩、速度、位置，根據(jù)不同的用途適當(dāng)組合可構(gòu)成各種閉環(huán)系統(tǒng)。對電機(jī)的調(diào)速有兩個方向的能力，線面進(jìn)行分析： 這是考慮從基頻 (電動機(jī)額定頻率 AN)向下調(diào)速的情況，為了保持電動機(jī)的負(fù)載能力， 應(yīng)保持氣隙主磁通Φ m不變， 這就要求降 低供電頻率的同時降低感應(yīng)電動勢，保持 E1/ f1 = 常數(shù)， 即保持電動勢和頻率之比為常數(shù)進(jìn)行控制。 這種控制又稱為恒磁通變頻調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。 但是， E1難于檢測和直接控制。當(dāng) El和 f1值較高時，定子的漏阻抗壓降相對比較小，如果忽略不計(jì)，則可以近似的保持定子相電壓 U1和頻率 f1的比值為常數(shù)即可。這就是恒壓頻比，是近似的恒磁通控制。當(dāng)頻率較低時， U1和 E1都變小， 定子漏阻抗壓降 (主要是定子電阻壓降 )不能再忽略 ,這種 情況下，可以適當(dāng)?shù)奶岣叨ㄗ与妷阂匝a(bǔ)償定子電阻壓降的影響 ,使氣隙磁通基本保持不變 。 2 .基頻以上的弱磁變頻調(diào)速 這是考慮由基頻開始向上調(diào)速的情況，頻率由額定值 .f1n向上增大，但電壓 8 U1受額定電 壓 U1N的限制不能再升高，只能保持 U1 =U1n不變。必然會使主磁通隨著 f1的上升而減小，相當(dāng)于直流電動機(jī)弱磁調(diào)速的情況，屬于近似的恒功率調(diào)速方式。 綜合兩種情況，異步電動機(jī)變頻調(diào)速的基本控制方式如圖 ，為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)，低頻調(diào)速時通過電壓補(bǔ)償?shù)姆绞絹肀３趾戕D(zhuǎn)矩。 圖 異步電動 機(jī)變頻調(diào)速時的控制特性 變頻器結(jié)構(gòu) 變頻器可以分為四個部分，如圖 所示。 通用變頻器由主電路和控制回路組成。給異步電動機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，稱為主電路。主電路包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)（又稱平波回路）、逆變器。 圖 變頻器簡化結(jié)構(gòu)圖 (1) 整流器。它的作用是把工頻電源變換成直流電源。 (2) 平波回路（中間直流環(huán)節(jié)）。由于逆變器的負(fù)載為異步電動機(jī)，屬于感性負(fù)載。無論電動機(jī)處于電動狀態(tài)還是發(fā)電狀態(tài)，起始功率因數(shù)總不會等于 1。因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動機(jī)之間總會 有無功功率的交換，這種無功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件 — 電容器或電感器來緩沖，所以中間直流環(huán)節(jié)實(shí)際上是中間儲能環(huán)節(jié)。 9 （ 3）逆變器。與整流器的作用相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率。逆變器的結(jié)構(gòu)形式是利用 6 個半導(dǎo)體開關(guān)器件組成的三相橋式逆變器電路。通過有規(guī)律的控制逆變器中主開關(guān)的導(dǎo)通和斷開，可以得到任意頻率的三相交流輸出波形。 （ 4）控制回路。控制回路常由運(yùn)算電路，檢測電路，控制信號的輸入、輸出電路，驅(qū)動電路和制動電路等構(gòu)成。其主要任務(wù)是完成對逆變器的開關(guān)控制，對整流器的電壓控制，以及 完成各種保護(hù)功能?？刂品绞接心M控制或數(shù)字控制 . 變頻器的控制方式 電壓 /頻率 (U/f)恒定控制：這種控制方法在低頻時定子電壓較低，定子漏抗壓降所占的份量不能忽略，因此需要人為地把電壓抬高一些，用以補(bǔ)償定子壓降，負(fù)載不同時需要補(bǔ)償?shù)亩ㄗ訅航抵狄膊灰粯樱诳刂栖浖袀溆胁煌甭实难a(bǔ)償特性，以便用戶選擇。 矢量變換控制：它的方法是模擬直流電動機(jī)的控制特點(diǎn)來進(jìn)行交流電動機(jī)的控制，通過電機(jī)統(tǒng)一理論和坐標(biāo)變換理論，把交流電動機(jī)定子電流分解成磁場定向坐標(biāo)的磁場電流分量和與之相垂直的坐標(biāo)轉(zhuǎn)矩電流分量，把固定的坐標(biāo) 系變換為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系后，交流量的控制變?yōu)橹绷髁康目刂?，于是等同于直流電動機(jī)。 直接轉(zhuǎn)矩控制：也叫直接自控，它避開了矢量控制中的兩次坐標(biāo)變換及求矢量模與相角的復(fù)雜計(jì)算工作，直接在定子坐標(biāo)系上計(jì)算電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與磁通，使轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時間控制在一拍以內(nèi)，且無超調(diào)，控制性能更好。 變頻器的選擇 隨著變頻器性能價格比的提高，交流變頻調(diào)速己應(yīng)用到許多領(lǐng)域，由于變頻調(diào)速的諸多優(yōu)點(diǎn)，使得交流變頻調(diào)速得到廣泛應(yīng)用。其功能較強(qiáng)，使用靈活，但其價格相對較貴。所以我選用了通用變頻器，通過合理的配置、設(shè)計(jì)和編程，同樣可以達(dá)到專用變頻 器的控制效果。 本設(shè)計(jì)采用的變頻器是西門子公司面向世界推出的 21 世紀(jì)通用型變頻器MM420。它可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)操作和精確控制，使電動機(jī)達(dá)到理想輸出，這種變頻器不僅考慮了 V/f 控制，而且還實(shí)現(xiàn)了矢量控制，通過其本身的自動調(diào)諧功能與無速度傳感器電流矢量控制，很容易得到高起動轉(zhuǎn)矩與較高的調(diào)速范圍。 MM420 變頻器的特點(diǎn)如下： ⑴ 包括電流矢量控制在內(nèi)的四種控制方式均實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。 ⑵ 有豐富的內(nèi)藏與選擇功能。 ⑶ 由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、體積小。 ⑷ 保護(hù)功能完善、維修性能好。 ⑸ 通過 LCD 操作裝置，可提高操作性能。 10 第三章 軟件設(shè)計(jì) 可編程控制器（ PLC）簡介 可編程控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。它面向控制過程、面向用戶、適應(yīng)工業(yè)環(huán)境、操作方便、可靠性高，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（ PLC、機(jī)器人和 CAD/CAM）之一。 PLC 控制技術(shù)代表著當(dāng)前程序控制的先進(jìn)水平， PLC 裝置已成為自動化系統(tǒng)的基本裝置。 PLC 的基本特點(diǎn) PLC 的誕生給工業(yè)控制帶來革命性的飛躍 ,與傳統(tǒng)的繼電器控制相比有著突出的特點(diǎn)。 第一 ,靈活性、通用性強(qiáng)。繼電器控制系統(tǒng)如果工藝要求稍有 變化 ,控制電路必須隨之作相應(yīng)的變動 ,所有布線和控制柜極有可能重新設(shè)計(jì) ,耗時且費(fèi)力然而是利用存儲在機(jī)內(nèi)的程序?qū)崿F(xiàn)各種控制功能的。因此當(dāng)工藝過程改變時 ,只需修改程序即可 ,外部接線改動極小 ,甚至可以不必改動 ,其靈活性和通用性是繼電器控制電路無法比擬的。 第二 ,可靠性高 ,抗干擾能力強(qiáng) 繼電器控制系統(tǒng)中 ,由于器件的老化、脫焊、觸點(diǎn)的抖動以及觸點(diǎn)電弧等現(xiàn)象是不可避免的 ,大大降低了系統(tǒng)的可靠性。而在控制系統(tǒng)中 ,大量的開關(guān)動作是由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成的 ,加之在硬件和軟件方面都采取了強(qiáng)有力的措施 ,使產(chǎn)品具有極高的可靠性和 抗干擾能力可以直接安裝在工業(yè)現(xiàn)場穩(wěn)定地工作。 PLC 在硬件方面采取電磁屏蔽、光電隔離、多級濾波等措施在軟件方面采取警戒時鐘、故障診斷、自動恢復(fù)等措施 ,并利用后備電池對程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù) ,因此被稱為“專為適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)”。 第三 ,編程簡單 ,使用方便。 PLC 采用面向過程 ,面向問題的“自然語言”編 程方式 ,直觀易懂 ,主要采用梯形圖和語句表編寫程序 ,使得廣大電氣技術(shù)人員更 容易接納和理解。同時設(shè)計(jì)人員也可根據(jù)自己的喜好和實(shí)際應(yīng)用的要求選擇其他編程語言。標(biāo)準(zhǔn)是編程語言的標(biāo)準(zhǔn) ,除了梯形圖 !語句表之外 ,還存在順序流程圖 !結(jié)構(gòu)化文本和功能塊圖三種編程語言的表達(dá)方式。一個程序的不同部分可用任何一種語言來描述 ,支持復(fù)雜的順序操作功能處理以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 第四 ,功能強(qiáng)大 ,可擴(kuò)展。的主要功能包括開關(guān)量的邏輯控制、模擬量控 制部分還具備控制或模糊控制功能、數(shù)字量智能控制、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控、通信、聯(lián)網(wǎng)及集散控制等功能。 PLC 的功能擴(kuò)展也極為方便 ,硬件配置相當(dāng)靈活 ,根據(jù)控制要求的
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