【文章內(nèi)容簡介】 比控制、轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)由于是從控制電動機的平均轉(zhuǎn)矩的角度出發(fā)來控制電動機的轉(zhuǎn)速，因而難以獲得較理想的動態(tài)性能，異步電動機在高精度調(diào)速系統(tǒng)和 伺服系統(tǒng)中的應用受到限制。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)的應用范圍迅速擴大。 適用于通用的鼠籠式電動機，無速度傳感器的矢量控制變頻調(diào)速技術(shù)的應用，該技術(shù)使變頻控制裝置不再配套專用電機，而且可通過軟件對一般的鼠籠式電機 — 矢量控制裝置實施參數(shù)調(diào)整，進一步降低電氣電機的投資而且維護保養(yǎng)方便。 變頻器使用 PWM 技術(shù)可嚴格地使輸入電流正弦 1cos ??? ，即在下降過程各機械減速制動中，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。同時隨著 PLC 系統(tǒng)的不斷成熟與完善，以及大容量變頻器在位能負載上的成功應用，變頻調(diào)速系統(tǒng)必將成為未來調(diào)速市場的主流。 湖南機電職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 PLC 控制橋式起重機改造的優(yōu)缺點 在現(xiàn)代工業(yè)控制中， PLC 由于具有可靠性高，抗干擾能力強，適應性強，應用靈活，編程方便，易于使用，控制系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試、維修方便，維修工作量少等一系列的優(yōu)點而得到了廣泛的應用，由于本系統(tǒng)主要是一些邏輯控制，所以以 PLC 作為控制核心，整個系統(tǒng)的輸入 26 點，輸出點 27 點，可選用三菱 FX2N64MR，該型號是 PX系列中功能最強速度最快的 PLC，它有 32 個輸入點， 32 個輸出點，內(nèi)置用戶存儲器為8K 步，系統(tǒng)的組成原理圖對于橋式吊車抓斗的開合、提升、大車、小車電機分別用四臺 FRNIC5000G7 型變頻器拖動；對抓斗的開合電機、提升電機由原來 45KW 的繞線式電機改為 30KW 鼠籠型電機，大車小車的配用電機不變，但將轉(zhuǎn)達子繞組引出線短路，去掉碳刷和滑環(huán)；為使工作安全和可靠，防止因停電、變頻器跳閘或制動單元失靈而導致起吊物下砸出現(xiàn)危險，原有機械抱閘制動裝置仍保留。 橋吊中電機所帶負 載都為恒轉(zhuǎn)矩負載，抓斗開合、大車、小車電機都運行在 3象限，均為電動狀態(tài)，抓斗提升電機可運行在 4 象限，采用變頻調(diào)速，機械特變硬，當負載轉(zhuǎn)矩變化時，電機轉(zhuǎn)速基本不變。 橋式吊車的速度調(diào)節(jié)可利用變頻器的多級頻率選擇功能，將 9 FWD、 CM 接通則正轉(zhuǎn)， REV、 CM 接通則反轉(zhuǎn)，將 X CM， X CM， X CM 三對端子分別接通，或其中兩對或三對同時接通，可得 7 種頻率，從而可方便地得到橋吊所要求的正反兩個方向各 6 種速度。 應現(xiàn)場工作人員的要求，為照顧操作習慣，橋吊的轉(zhuǎn)速控制仍采用原來的主令控制器和凸輪控制器。利用主令控制器的五對觸頭，來得到變頻器輸出的 6 種轉(zhuǎn)速。電加減速的時間可以通過變頻器的設(shè)定來進行改變。 從改造后運行來看，取得的效果非常明顯。主要表現(xiàn)為： 、制動、加速、減速等過程更加平穩(wěn)快速，定位更加準確，減少了負載波動，安全性大幅提高。 ，具有半永久性的壽命。 電流限制得較小，頻繁啟動和停止時電動機熱耗減少，壽命延長。 時動作 ,其閘皮 的磨損很小，使用壽命延長。 。 起重機主要零件部 吊鉤組：是取物裝置。注意：吊鉤表面不得有裂紋；鉤口部位的磨損和滑輪輪湖南機電職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 緣的破碎。 滑輪組：分為動滑輪組和定滑輪組。注意：表面是否有裂紋；工作滑輪是否轉(zhuǎn)動靈活，滑輪輪緣是否破碎。滑輪破損后，用戶常采用硬釬焊（黃銅水焊）或電焊修補，以繼續(xù)使用。由于不均勻加熱，使滑輪變形，且硬度不均勻，會造成鋼絲繩不正常磨損，焊接質(zhì)量也不易保證，故不允許焊補。 鋼絲繩：注意：斷絲、斷股、打結(jié)、生銹、點蝕。在卷筒上涂抹鋰基潤滑脂潤滑。 卷筒組 ：是起升機構(gòu)中用以纏繞鋼絲繩的部件。齒輪聯(lián)接盤式卷筒組為封閉式傳動，分組性好。 減速器：是把電動機的高轉(zhuǎn)速，降低到各機構(gòu)所需要的工作轉(zhuǎn)速。常用臥式減速器 ZQ、立式減速器 ZSC。注意 :檢查油位；減速器運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，不應有跳動、撞擊和劇烈或斷續(xù)的噪聲，聲音均勻；在緊固處和聯(lián)接處不得松動。 聯(lián)軸器：用來聯(lián)接兩根同軸線布置或基本平行的轉(zhuǎn)軸，傳遞扭矩同時補償少許角度和徑向偏移。常用有 CL 型齒輪聯(lián)軸器、 CLZ 型齒輪聯(lián)軸器、制動輪齒輪聯(lián)軸器。注意：潤滑、齒的磨損。 制動器：一般裝在機構(gòu)的高速軸上，以減少制動力矩。電 力液壓塊式制動器型號是 YWZ。注意：潤滑轉(zhuǎn)動的軸銷部位；觀察制動襯墊有無燒焦現(xiàn)象或有無焦糊味；制動輪摩擦面是否有油污。 車輪組：車輪與角軸承箱裝配在一起，組成車輪組成車輪按輪緣分：雙輪緣車輪、單輪緣車輪；注意：輪緣的磨損。輪緣少于 10 毫米時要及時匯報，并密切觀察。 緩沖器：用來吸收起重機（或小車）與擋架（或碰頭）或同一跨度上相鄰起重機相碰撞時所產(chǎn)生的能量。分為：橡膠緩沖器和彈簧式緩沖器。注意：檢查其是否完好。 電阻器：用來限制電動機電流的電器。機構(gòu)起動平穩(wěn)，減少沖擊。 1導電裝置：電源導 電裝置和小車導電裝置。安全滑觸線集電器電纜滑車 1行程開關(guān)：按用途可分為終點開關(guān)（限位開關(guān)）和安全開關(guān)（保護開關(guān)）。終點開關(guān)用來限制工作機構(gòu)的運行范圍，安裝在行程的終點，常用型號： LX101 LX71；安全開關(guān)用來保護人身安全，常用型號： LX19A111。 主要技術(shù)參數(shù) 起重量、起升高度、下放深度、跨度、機構(gòu)工作速度、工作級別、及起重機總重或輪壓。 起重量：起重機正常工作時允許最大起吊重量。 湖南機電職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 起升高度：吊具的上極限位置與下極限位置之間的距離。 跨度：起重機兩端車輪垂直中心線間的距離 機構(gòu)工作速度（第 5 檔速度） （ 1）起升速度：是指起升機構(gòu)電動機在額定轉(zhuǎn)速時，取物裝置滿載起升的速度。 （ 2）大車運行速度：是指大車運行機構(gòu)電動機在額定轉(zhuǎn)速時，起重機的運行速度。 （ 3）小車運行速度：是指小車運行機構(gòu)電動機在額定轉(zhuǎn)速時，起重小車的運行速度。 工作級別：表示起重機起吊載荷的滿載程度和起吊工作次數(shù)多少的繁忙程度的整機工作狀況指標，起重機的工作級別分為 A1A8 共 8 個級別，輕級（ A1A3）、中級（ A A5）、重級（ A A7）特重級（ A8）。 輪壓：橋架自重和小車處在極限位置時小車自重和額定起重量作用在大車車輪上的最大垂直壓力。 湖南機電職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 第二章 調(diào)速系統(tǒng)介紹 電動機的調(diào)速指標 調(diào)速就是在一定的負載下，根據(jù)生產(chǎn)的需要 人 為地改變電動機的轉(zhuǎn)速。這是生產(chǎn)機械經(jīng)常向電動機提出的要求。調(diào)速性能的好壞往往影響到生產(chǎn)機械的工作效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。 調(diào) 速范圍 電動機在 額定負載 (電流為額定值 )情況下所能得到的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比稱為調(diào)速范圍，用 D表示，即 調(diào)速方向 調(diào)速方向指調(diào)速后的轉(zhuǎn)速比原來的額定轉(zhuǎn)速 (基本轉(zhuǎn)速 )高還是低。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)。 調(diào)速的平滑性 調(diào)速的平滑性由一定范圍內(nèi)能得到的轉(zhuǎn)速級數(shù)來說明。級數(shù)越多，相鄰兩轉(zhuǎn)速的差值越小，平滑性越好。如果轉(zhuǎn)速只能跳躍式的調(diào)節(jié)，例如只能從 3000r/min 一下調(diào)節(jié)到1500r/min，在又調(diào)節(jié)到 1000 r/min 等，兩者之間的轉(zhuǎn)速無法得到，這種調(diào)速稱為有級調(diào)速。如果在一定的調(diào)速范圍內(nèi)的任何轉(zhuǎn)速都可以得到則稱為無級調(diào)速。無級調(diào)速的平滑性當然就比有級調(diào)速好。 平滑的程度可用相鄰兩轉(zhuǎn)速之 比來衡量，稱為平滑系數(shù) ， 即 ? 越接近于 1，平滑性越好。無級調(diào)速時 ? =1，平滑性最好。 調(diào)速的穩(wěn)定性 調(diào)速的穩(wěn)定性是用來說明電動機在新的轉(zhuǎn)速下運行時，負載變化而引起轉(zhuǎn)速變化的程度，通常用靜差率來表示。其定義為： 當系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運行時 ， 負載由理想空載增加到額定值時所對應的轉(zhuǎn) 速降 0n n 與理想空載轉(zhuǎn)速 0n 之比 ，即 湖南機電職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 靜差率與機械特性的硬度有關(guān)。機械特性的硬度的定義為 ? 越大，轉(zhuǎn)矩變化時， n 變化的程度就越小，機械特性就越硬，靜差率就越小，穩(wěn)定性就越好。靜差率還與理想空載轉(zhuǎn)速 0n 的大小有關(guān)。例如兩條平行的機械特性硬度相同，在靜差率公式中的 0n n 相同，由于 0n 不同，他們的 s 就不同， 0n 大的， s 小， 0n 小的， s就大。 生產(chǎn)機械在調(diào)速時，為保持一定的穩(wěn)定性會對靜差率提出一定的要求。靜差率還會對調(diào)速范圍起到制約的作用，因為如果調(diào)速時所得到的最低轉(zhuǎn)速下的 s太大，則該轉(zhuǎn)速性太差，便難以滿足生產(chǎn)機械的要求。 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。 不同的生產(chǎn)機械對此的要求往往不同。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。因此，它希望電動機能具有恒功率調(diào)速的性能。另一類生產(chǎn)機械，例如起重機、卷揚機等則要求電動機在各種轉(zhuǎn)速下都能輸出同樣的轉(zhuǎn)矩，因此，它希望電動機具有恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速的性能 。 變頻 調(diào)速的基本原理 根據(jù)異步電機的知識，異步電機的轉(zhuǎn)速公式為： 其中： n — 異步電動機的轉(zhuǎn)速，單位為 r/min； f — 定子的電源頻率，單位為 Hz； s — 電機的轉(zhuǎn)速滑差率； p — 電機的極對數(shù)。 湖南機電職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 三相異步電動機的調(diào)速方法可分為兩大類：一類是通過改變同步轉(zhuǎn)速 0n 來改變轉(zhuǎn)速n ，具體方法有變極調(diào)速 (改變 p )和變頻調(diào)速 (改變 f )；另一類是通過改變轉(zhuǎn)差率 s 來實現(xiàn)調(diào)速，這就需要讓電動機從固有特性上運行改為人為特性上運行，具體方法有變壓調(diào)速 (改變 1U )，轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速 (改變 2R )，等等。由上式可知，如果改變輸入電機的電源頻率 f ，則可相應改變電機的輸出轉(zhuǎn)速。 在電動機調(diào)速時，一個重要的因素時希望保持每極磁通量 m? 為額定值不變。磁通太弱，沒有充分利用電機的磁心，是一種浪費；若要增大磁通，又會使磁通飽和，從而導致過大的勵磁電流，嚴重時會因為繞組過熱而損壞電機。對于直流電機來說，勵磁系統(tǒng)是獨立的，所以只要對電樞反應的補償合適，保持 m? 不變是很容易做到的。在交流異步電機中，磁通是定子和轉(zhuǎn)子合成產(chǎn)生的。 三相異步電動機每相電動勢的有效值是： 式中： 1E — 氣隙磁通在定子每相中感應電動勢有效值，單位為 V； 1f — 定子頻率，單位為 Hz； 1N — 定子每 相 繞組串聯(lián)匝數(shù)； 1k — 定子 基波繞組系數(shù)； m? — 每極氣隙磁通量，單位為 Wb；由公式可知，只要控制好 1E 和 1f ，便可以控制磁通中 m? 不變，需要考慮基頻 (額定頻率 )以下和基頻以上兩種情況； 基頻以下調(diào)速 當電源頻率 1f 在基頻以下調(diào)速時，電動機轉(zhuǎn)速下降，但在調(diào)節(jié)電源頻率的同時，必須同時調(diào)節(jié)電動機的定子電壓 1U ，且始終保持 ?11/fU 常數(shù)，否則電動機無法正常工作。這是因為三相異步電動機定子繞組相電壓 mNfEU ??? 1111 ，當 1f 下降時，若 1U 不變，則必使電動機每極磁通 m? 增加，在電動機設(shè)計時， m? 處于磁路磁化曲線的膝部，湖南機電職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 m? 的增加將進入磁化曲線飽和段，使磁路飽和，電動機空載電流劇增，使電動機負載能力變小，而無法正常工作。為此，電動機在基頻以下調(diào)速時，應使 m? 恒定不變。所以，在頻率下調(diào)的同時應使電動機定子相電壓隨之下調(diào)，并使 ?? NN fUfU 1139。139。1 // 常數(shù)。可見，電動機額基頻以下的調(diào)速為恒磁通調(diào)速，由于 m? 不變，調(diào)速過程中電磁轉(zhuǎn)矩22 c o s?NmT ICT ?? 不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 基頻以上調(diào)速 當電源頻率 1f 在基頻以 上 調(diào)節(jié)時，電動機的定子相電壓是不允許在額定相電壓以上調(diào)節(jié)的，否則會危及電動機的絕緣。所以，電源頻率上調(diào)時，只能維持電動機定子相電壓 nU1 不變。于是，隨著 1f 升高 m? 將下降，但 n 上升，故屬于恒功率調(diào)速。 把基頻以下和基頻以上兩種情況合起來，可得到異步電動機的變頻調(diào)速控制特性，如 圖 所示。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。在基頻以下，屬于 “ 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 ” 的調(diào)速，而在基頻以上，基本上屬于 “ 恒功率調(diào)速 ”。 恒 轉(zhuǎn) 距 調(diào) 速恒 功 率 調(diào) 速1UmnU1mn?1U m?onf1 1f 圖 異步電動機變頻調(diào)速控制特性 電動機變頻調(diào)速的機械特性 11/fU =常數(shù)時的變頻調(diào)速機械特性 下面來分析機械特性中的三個特殊點，并由此來決定機械特性。 同步點：由 111 /60 pfn ? ，則 11 fn? ， 1f 下調(diào)， 1n 隨之下降。 湖南機電職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 最 大 轉(zhuǎn) 矩 點 ： 由 c= 常 數(shù) ， mT ? 2121 /