【正文】 和三相交流電源，其電壓和頻率均按各國的規(guī)定有一定的標(biāo)準(zhǔn)，如我國大陸規(guī)定，直接用戶單相交流電為 220V，三相交流電線電壓為 380V，頻率為 50Hz，其它國家的電源電壓和頻率可能于我國的電壓和頻率不同，如有單相 100V/60Hz，三相 200V/60Hz 等等，標(biāo)準(zhǔn)的電壓和頻率的交流供電電源叫工頻交流電。 我們使用的電源分為交流電源和直流電源，一般的直流電源大多是由交流電源通過變壓器變壓，整流濾波后得到的。 變頻器基礎(chǔ)原理知識 1: VVVF 是 Variable Voltage and Variable Frequency 的縮寫，意為改變電壓和改變頻率，也就是人們所說的變壓變頻。 矢量控制 可以通過對電機(jī)端的電壓降的響應(yīng)，進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)償，在不增加電流的情況下，允許電機(jī)產(chǎn)出大的轉(zhuǎn)矩。 因?yàn)殡姍C(jī)電流包含電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩分量和其它分量（如勵磁分量）。 轉(zhuǎn)矩提升功能是提高變頻器的輸出電壓。為了補(bǔ)償這個不足，變頻器中需要通過提高電壓，來補(bǔ)償電機(jī)速度降低而引起的電壓降。 $ 改善電機(jī)低速輸出轉(zhuǎn)矩不足的技術(shù) 使用 矢量控制 ，可以使電機(jī)在低速 ,如 (無速度傳感器時 )1Hz（對 4 極電機(jī)，其轉(zhuǎn)速大約為 30r/min）時的輸出轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到電機(jī)在 50Hz 供電輸出的轉(zhuǎn)矩（最大約為額定轉(zhuǎn)矩的 150％）。但元器件的發(fā)熱會減小。 因此在額定頻率之上的調(diào)速稱為恒功率調(diào)速 . (P=Ue*Ie) （ 六） 變 頻器 50Hz 以上的應(yīng)用情況 大家知道 , 對一個特定的電機(jī)來說 , 其額定電壓和額定電流是不變的 . 如變頻器和電機(jī)額定值都是 : 15kW/380V/30A, 電機(jī)可以工作在 50Hz 以上 當(dāng)轉(zhuǎn)速為 50Hz時 , 變頻器的輸出電壓為 380V, 電流為 30A. 這時如果增大輸出頻率到 60Hz, 變頻器的最大輸出電壓電流還只能為 380V/30A. 很顯然輸出功率不變 . 所以我們稱之為恒功率調(diào)速 . 這時的轉(zhuǎn)矩情況怎樣呢 ? 因?yàn)?P=wT (w:角速度 , T:轉(zhuǎn)矩 ). 因?yàn)?P 不變 , w 增加了 , 所以轉(zhuǎn)矩會相應(yīng)減小 . 20 我們還可以再換一個角度來看 : 電機(jī)的定子電壓 U = E + I*R (I 為電流 , R 為電子電阻 , E 為感應(yīng)電勢 ) 可以看出 , U,I 不變時 , E 也不變 . 而 E = k*f*X, (k:常數(shù) , f: 頻率 , X:磁通 ), 所以當(dāng) f 由 5060Hz 時 , X 會相應(yīng)減小 對于電機(jī)來說 , T=K*I*X, (K:常數(shù) , I:電流 , X:磁通 ), 因此轉(zhuǎn)矩 T 會跟著磁通 X 減小而減小 . 同時 , 小于 50Hz 時 , 由于 I*R 很小 , 所以 U/f=E/f 不變時 , 磁通 (X)為常數(shù) . 轉(zhuǎn)矩 T和電流成正比 . 這也就是為什么通常用變頻器的過流能力來描述其過載 (轉(zhuǎn)矩 )能力 . 并稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 (額定電流不變 最大轉(zhuǎn)矩不變 ) 結(jié)論 : 當(dāng)變頻器輸出頻率從 50Hz 以上增加時 , 電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩會減小 . （ 七） 其他和輸出轉(zhuǎn)矩有關(guān)的因素 發(fā)熱和散熱能力決定變頻器的輸出電流能力，從而影響變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩能力。 當(dāng)電機(jī)以大于 50Hz 頻率速度運(yùn)行時，電機(jī)負(fù)載的大小必須要給予考慮，以防止電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的不足。 （ 五） 當(dāng)變頻器調(diào)速到大于 50Hz 頻率時，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩將降低 通常的電機(jī)是按 50Hz 電壓設(shè) 計(jì)制造的，其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個電壓范圍內(nèi)給出的。減小的實(shí)際數(shù)據(jù)在有的變頻器手冊中會給出說明。而當(dāng)使用變頻器時，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機(jī)上的，所以電機(jī)起動電流和沖擊要小些。 例如：為了使電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度減半，把變頻器的輸出頻率從 50Hz 改變到 25Hz，這時變頻器的輸出電壓就需要從 400V 改變到約 200V 2. 當(dāng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度（頻率）改變時，其輸出轉(zhuǎn)矩會怎樣？ *1: 工頻電源 由電網(wǎng)提供的動力電源（商用電源） （ 四） 起動電流 當(dāng)電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)時，變頻器的輸出電流 變頻器驅(qū)動時的起動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩要小于直接用工頻電源驅(qū)動 電機(jī)在工頻電源供電時起動和加速沖擊很大，而當(dāng)使用變頻器供電時，這些沖擊就要弱一些。因此變頻器在改變頻率 的同時必須要同時改變電壓。 因此，以控制頻率為目的的變頻器，是做為電機(jī)調(diào)速設(shè)備的優(yōu)選設(shè)備。由于該極數(shù)值不是一個連續(xù)的數(shù)值（為 2 的倍數(shù)，例如極數(shù)為 2， 4， 6），所以一般不適和通過改變該值 來調(diào)整電機(jī)的速度。 感應(yīng)式交流電機(jī)（以后簡稱為電機(jī)）的旋轉(zhuǎn)速度近似地確決于電機(jī)的極數(shù)和頻率。 驅(qū)動板：主要是將 CPU 生成的 PWM 脈沖經(jīng)驅(qū)動電路產(chǎn)生符合要求的驅(qū)動信號激勵I(lǐng)GBT 輸出電壓。 15V 、177。 （ 3）控制部分 :電源板、驅(qū)動板、控制板（ CPU 板） 電源板：開關(guān)電源電路向操作面板、主控板、驅(qū)動電路、檢測電路及風(fēng)扇等提供低壓電源， 開關(guān)電源提供的低壓電源有：177。把直流電逆變頻率，幅值都可調(diào)的交流電。 吸收電容 ,主要作用為吸收 IGBT 的過流與過壓能量。 容量選擇≥ 60uf/A 均壓電阻：防止由于儲能電容電壓的不均燒壞儲能電容；因?yàn)?二個電解電容不可能做成完全一致，這樣每個電容上所承受的電壓就可能不同，承受電壓高的發(fā)熱嚴(yán)重（電容里面有等效串聯(lián)電阻）或超過耐壓值而損壞 。 儲能電容： 又叫電解電容，在 充電電路中主要作用為儲能和濾波。一般而言變頻器的功率越大，充電電阻越小。 充電電阻： 作用是防止開機(jī)上電瞬間電容對地短路，燒壞儲能電容開機(jī)前電容二端的電壓為 0V；所以在上電（開機(jī)）的瞬間電容對地為短路狀態(tài)。 壓敏電阻 ： 有三個作用 ,一過電壓保護(hù) ,二耐雷擊要求 ,三安規(guī)測試需要 . 熱 敏電阻 ：過熱保護(hù) 霍爾 : 安裝在 UVW 的其中二相 ,用于檢測輸出電流值。對于 380V 的額定電源，一般二極管反向耐壓值應(yīng)選 1200V，二極管的正向電流為電機(jī)額定電流的 倍。 變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、 制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成的。 12 參考 文獻(xiàn) [1] 孫洪程 .過程控制工程設(shè)計(jì) [M].北京 ： 化學(xué)工業(yè)出版社， . [2] 鐘肇新 .可編程控制器原理及應(yīng)用 [M].廣州：華南理工大學(xué)出版社， . [3] 廖常初 . PLC 基礎(chǔ)及應(yīng)用 [M].北京：北京機(jī)械工業(yè)出版社， . [4] 齊占慶 .機(jī)床電氣控制技術(shù) .機(jī)械工業(yè)出版社 ,. [5]陶濤 ,趙國豪 , 喬渠 . 步進(jìn)電機(jī)精確控制問題探討 [J].科技信息 ， . [6]高鄧波 . 電路分析的程序設(shè)計(jì) [J].中國科技信息 ,， . [7]王雯 . 利用 PLC提升平網(wǎng)印花控制單元可靠性 [J].中國紡織報(bào) ， . 13 附錄 14 15 16 交流異步電動機(jī)變頻調(diào)速原理： 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用把電壓、頻率固定不變的交流電變成電壓、頻率都可調(diào)的交流電源。 由于設(shè)計(jì)的計(jì)劃沒有安排好，設(shè)計(jì)的時間極為倉促，尤其是在硬件調(diào)試的過程中出現(xiàn)了很大的問題?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)，讓我很好的運(yùn)用了 PLC 的知識，對課本的知識進(jìn)一步的消化和鞏固 。設(shè)計(jì)過程中，通過針對性地查找資料，了解有關(guān)電子方面的資料，既增長了自己的知識面，補(bǔ)充最新的專業(yè)知識，又提高了自己的應(yīng)用能力和實(shí)踐能力。 11 總結(jié)與思考及致謝 課程設(shè)計(jì)結(jié) 束了， 這次的課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)會了很多，在老師和同學(xué)的指導(dǎo)學(xué)習(xí)下，終于完成了這一份課程設(shè)計(jì)。在循環(huán)旋轉(zhuǎn) 3圈后停止。輸入隔位檢測程序，主機(jī)向驅(qū)動器輸入脈沖信號，直流電機(jī)正轉(zhuǎn)，進(jìn)行隔位檢測，位置傳感器檢測到目標(biāo)，信號燈 L1,L3,L5依次亮起。在循環(huán)旋轉(zhuǎn) 3圈后停止。輸入逐位檢測程序，主機(jī)向驅(qū)動器輸入脈沖信號，直流電機(jī)正轉(zhuǎn)，進(jìn)行逐位檢測，位置傳感器檢測到目標(biāo)，信號燈 L1～ L6依次亮起。 [6] 由 Y2 表示 L1 燈 ,Y3 表示 L2 燈 ,Y4 表示 L3 燈 ,Y5 表示 L4 燈， Y6 表示 L5 燈， Y7 10 表示 L6 燈。 7 控制程序流程圖設(shè)計(jì) 啟 動正 轉(zhuǎn) = 1 ？逐 位 = 1 ？停 止逐 位 = 1 ？旋 轉(zhuǎn) 一 圈旋 轉(zhuǎn) 二 圈旋 轉(zhuǎn) 三 圈NYNYYN 圖 43 控制程序流程圖 依據(jù)設(shè)計(jì)要求，把 整個過程分為十步。按隨機(jī)提供的資料結(jié)合實(shí)際需求，同時考慮軟件編程的情況進(jìn)行外電路的設(shè)計(jì)，繪 制電氣控制系統(tǒng)原理接線圖。 系統(tǒng)軟件組成 I/O分配 本次 設(shè)計(jì)共有 11 個輸入端， 8 個輸出端，其中包括啟動停止按鈕，正 /反轉(zhuǎn)逐位按鈕，正 /反隔位按鈕，包括 6 個位置傳感器輸入端， 2 個接觸器， 6 個指示燈輸出端。 直流額定工作電壓 10V30V， 當(dāng)外界的金屬性導(dǎo)電物體接近這一磁場，并達(dá)到感應(yīng)區(qū)時，在金屬無題內(nèi)產(chǎn)生渦流，從而導(dǎo)致振蕩衰減停振。 本設(shè)計(jì)應(yīng)用 自感式 電感式傳感器 IGC225。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。 電磁式 電壓 繼電器一般由鐵心、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。 本設(shè)計(jì)應(yīng)用電磁式電壓 繼電器。其結(jié)構(gòu)圖如 21所示。在任何時候按下停止按鈕，整個系統(tǒng)停止運(yùn)行。 隔位自動 旋轉(zhuǎn)檢測技術(shù)： 電機(jī)啟動并 正轉(zhuǎn)運(yùn)行，位置檢測傳感器隔位檢測，相應(yīng)指示燈點(diǎn)亮，并循環(huán)運(yùn)行下去。電機(jī)反轉(zhuǎn)運(yùn)行，反向逐位旋轉(zhuǎn)檢測，并循環(huán)運(yùn)行下去。 逐位自動旋轉(zhuǎn)檢測技術(shù)： K1～ K6 為位置檢測傳感器， L1～ L6 為位置指示燈。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要 依據(jù)。在該檢測系統(tǒng)中，傳感器限位開關(guān)是 PLC 的輸入信號控制開關(guān)，通過它的控制 PLC 得到給定信號，從而操作電機(jī)運(yùn)行，使得電磁閥通電，控制汽缸伸縮，繼電器得電，最終讓電機(jī)轉(zhuǎn)動?？刂葡到y(tǒng)提供電源的主要作用是把工頻 AC220V 轉(zhuǎn)換為 DC24V，給主控單元和 DP 從站供電。 [5] 控制方法分析 檢測控制系統(tǒng)有主控 PLC 和紅外傳感器、光傳感器、色彩傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器：分揀控制系統(tǒng)由主控 PLC 和舌簧式行程開關(guān)、電感式傳感器、電容式傳感器、繼電器、閥島等組成。然后電機(jī)反轉(zhuǎn)運(yùn)行，反向隔位旋轉(zhuǎn)檢測。當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時，按下停止按鈕，整個旋轉(zhuǎn)檢測系統(tǒng)停止，避免造成傷害。 自動旋轉(zhuǎn)檢測的控制過程分析 自動旋轉(zhuǎn)檢測控制分為逐位檢測和隔位檢測。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，這類檢測技術(shù)系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到故障自診斷系統(tǒng)。為此，通常設(shè)置故障檢測系統(tǒng)以對溫度、壓力、流量、轉(zhuǎn)速、振動和噪 聲等多種參數(shù)進(jìn)行長期的動態(tài)監(jiān)測， 3 以遍及時發(fā)揮異常情況，加強(qiáng)故障防御，達(dá)到早期診斷的目的。借助于檢測工具對產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量評價(jià)是人們十分熟悉的，這是檢測技術(shù)的重要領(lǐng)域。人們在自然科學(xué)的