【正文】 旋轉(zhuǎn)，繞組中分別通以 直流電流 iM 和 iT，產(chǎn)生的磁動(dòng)勢可以與三相合成磁動(dòng)勢等效且炳個(gè)磁動(dòng)勢有相同的幅值、轉(zhuǎn)速和方向。 變頻調(diào)速的控制方式 — 矢量控制方式 矢量控制的基本思想 矢量控制的基本思想是 :將異步電動(dòng)機(jī)的物理模型等效變換成類似直流電動(dòng)機(jī)的模型，再仿照直流電動(dòng)機(jī)去控制它，等效的原則是在不同坐標(biāo)中產(chǎn)生的磁動(dòng)勢相同。用生成的 SPWM 波控制逆變器開關(guān)器件的通斷，可得到等幅且脈沖寬度按正弦規(guī)律變化的矩形脈沖列輸出電壓。通常采用等腰三角波作為載波，因?yàn)榈妊遣ㄉ舷聦挾扰c高度線性關(guān)系，且左右對稱，當(dāng)它與正弦波調(diào)制信號相交時(shí)，如在交點(diǎn)時(shí)刻控制電路中開關(guān)器件的通斷，就可以得到寬度正比于正弦波幅值的脈沖，這正好符合 SPWM 控制的要求。SPWM(Sinusoidal PWM)則是 較為常用的 技術(shù)?？刂齐娐返闹饕饔檬峭瓿蓪δ孀兤鏖_關(guān)控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能。 變頻器的控制電路構(gòu)成 包括主控制 電路、信號檢測電路、門極驅(qū)動(dòng)電路、外部接口電路以及保護(hù)電路等幾個(gè)部分，是變頻器的核心部分。它的主要作用是在控制電路的控制下，將平滑電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都任意可調(diào)的交流電源。整流電路按其控制方式，可以是直流電壓源，也可以是直流電流源。 整流電路 一般的三相變頻器的整流電路由三 相全波整流橋組成。在器件的控制模式上，從電流7 型控制模式及發(fā)展到電壓型控制模式，不僅大大降低了門極 (柵極 )的控制功率，而且大大提高了器件導(dǎo)通與關(guān)斷的轉(zhuǎn)換速度，從而使器件的工作頻率不斷提高。 變頻器的主電路 電力電子開關(guān)器件 電力半導(dǎo)體器件己經(jīng)歷了以晶閘管為代表的分立器件，以可關(guān)斷晶閘管(GTO)，巨型晶體管 (GTR)，功率 MOSFET、絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)為代表的功率集成器件 (PID),以智能化功率集成電路 (SPIC)，高 壓功率集成電路 (HVIC)為代表的功率集成電路 (PIC)等三個(gè)發(fā)展時(shí)期。 6 UN ( 定 子 相 電 壓 )U1恒 轉(zhuǎn) 矩 調(diào) 速 恒 功 率 調(diào) 速f1fN( 頻 率 ) 0 圖 變頻器的基本結(jié)構(gòu)和功能 變頻器的基本結(jié)構(gòu)見圖 整流器 整流器 控制電路 A CD CA C控 制 電 路運(yùn) 行 指 令 圖 變頻器的功能是為電動(dòng)機(jī)提供可變頻率的電源 ,實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無極調(diào)速。如果電動(dòng)機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，則電動(dòng)機(jī)都能在溫升容許的條件下長期運(yùn)行，這時(shí)轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化。如圖 : U1UN0fNf1ba頻 率 圖 2． 基頻以上調(diào)速 在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率 f可以從往上增高，但電壓 u磁通與頻率成反比的降低，相當(dāng)于 與直流電機(jī)弱磁升速的情況。這時(shí)，可以人為的把電壓 U抬高一些，以便近似的不補(bǔ)償定子壓降。由 上式可知，要保持 m? 不變，單頻率 1f 從額定值 inf 向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須同時(shí)降低 gE 然而繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢是難以控制的，但電動(dòng)勢較高時(shí)，可以忽略電子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓 U1 ≈ E，則得U1 /f1=常值。 由公式可知，只要控制好 gE 和 1f 便可以控制磁通 m? 不變，需要考慮基頻 (額定頻率 ) 5 以下和基頻以上兩種情況 。 1Nk — 基波繞組系數(shù) 。 1f — 定子頻率，單位為 Hz。在交流異步電機(jī)中，磁通是定子和轉(zhuǎn)子合成產(chǎn)生的。磁通太弱，沒有充分利用電機(jī)的磁心，是一種浪費(fèi) :若要增大磁通，又會(huì)使磁通飽和，從而導(dǎo)致過大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因?yàn)槔@組過熱而損壞電機(jī)。 由上式 ()可知，如果改變輸入電機(jī)的電源頻率 f ，則可相應(yīng)改變電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速。 s — 電機(jī)的轉(zhuǎn)速滑差率 。 4 第二章 矢量控制變頻調(diào)速 變頻調(diào)速的基本原理 異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為 : n = pf60（ 1－ s ） () 其中 : n — 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為 r/min。 本論文研究了變頻調(diào)速技術(shù)在 20/5t * 通用橋式起重機(jī)中的應(yīng)用，并且根據(jù)原有的控制結(jié)構(gòu)，結(jié)合組態(tài)軟件和 PLC 技術(shù)，提出了一個(gè)改進(jìn)的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)， 并且采用此體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了橋式起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。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(jī)系統(tǒng)提供了有利條件。所串電阻長期發(fā)熱，電能浪費(fèi)大，效率低。 ，操作復(fù)雜，故障率高。在電氣控制系統(tǒng)中 ，其供電一般是通過電纜卷筒將電源輸送到中心電器上，起重機(jī)機(jī)為低壓供電系統(tǒng)，電氣控制部分集中在操作室和電氣房內(nèi)，安全保護(hù)裝置裝在在適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀? 我們所研究的橋式起重機(jī)是電動(dòng)雙梁橋式起重機(jī)，該起重機(jī)由起重小車、橋架金屬結(jié)構(gòu)、橋架運(yùn)行機(jī)構(gòu)以及電氣控制設(shè)備等四個(gè)部分組成。功率因數(shù)低，在空載或輕載時(shí)低于 ，即使?jié)M載也低于 ，線路損耗大。起動(dòng)電流大，對電網(wǎng)沖擊大 。(6)直流調(diào)速。(4)渦流制動(dòng)器調(diào)速 。(2)改變電動(dòng)機(jī)極對數(shù)調(diào)速 。因此，除了機(jī)械上改進(jìn)設(shè)計(jì)外，改善交流電氣傳動(dòng)，減少起制動(dòng)沖擊，也是一個(gè)很重要的方面。但在實(shí)際使用中，結(jié)構(gòu)開裂仍時(shí)有發(fā)生。 它 能否正常工作直接影響到生產(chǎn)效率提高和工作任務(wù)的完成 ,甚至關(guān)系到人身、設(shè)備的安全。綜合保護(hù)功能完善，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)、查找、處理故障；并且節(jié)約了能源。傳統(tǒng)的橋式起重控制系統(tǒng)主要采用繼電器接觸器進(jìn)行控制，采用交流繞線串電阻的方法進(jìn)行啟動(dòng)和調(diào)速，這種控制系統(tǒng)存在可靠性差，故障率高，電能浪費(fèi)大，效率低等缺點(diǎn)。1234 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 摘 要 隨著現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，微處理器和微電子技術(shù)的發(fā)展，使變頻調(diào)速控制系統(tǒng)日趨成熟。而橋式起重機(jī)作為物料搬運(yùn)系統(tǒng)中一種典型設(shè)備，在企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中應(yīng)用廣泛作用顯著，故對于提高其運(yùn)行效率，確保運(yùn)行安全，降低物料搬運(yùn)成本是十分重要。因此 根據(jù)橋式起重機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，將可編程序控制器與變頻器結(jié)合應(yīng)用于橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)，其中 PLC系統(tǒng)則采用 SIEMENS公司產(chǎn)品 ，大大 提高了操作精度和穩(wěn)定度 。 關(guān)鍵詞 :可編程序控制器；橋式起重機(jī)；變頻調(diào)速； 變頻器 目 錄 摘 要 .............................................................. I 第一章 緒 論 ........................................................ 1 ............................................... 1 本課題設(shè)計(jì)的意義、主要內(nèi)容及基本參數(shù) ........................ 1 第二章 矢量控制變頻調(diào)速 ............................................. 4 變頻調(diào)速的基本原理 .......................................... 4 ....................................... 6 ......................................... 6 ................................... 7 — 矢量控制方式 ............................. 8 ..................................... 8 換規(guī)律 ........................................... 9 ........................ 12 ............................................ 13 第三章 橋式起重機(jī)變頻控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ............................ 15 ................................................ 15 PLC技術(shù)簡介 ................................................ 16 PLC概述 .............................................. 16 Siemens S7200結(jié)構(gòu)及工作原理 ......................... 17 .................................................. 18 ............................................ 18 .......................................... 20 PLC的選用 ............................................ 23 ........................................ 24 ...................................... 26 ........................................ 26 1/O點(diǎn)及地址分配 ............................ 26 第四章 橋式起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .............................. 30 S7200PLC 網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議 .................................... 30 S7200PLC 網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議的種類 ........................ 30 .................................. 31 PLC程序設(shè)計(jì) ................................................ 32 PLC編程軟件概述 ...................................... 32 .............................................. 33 .............................................. 39 第五章 結(jié)束語 ...................................................... 41 致 謝 ............................................................. 42 參考文獻(xiàn) ........................................................... 43 1 第一章 緒 論 橋式起重機(jī)簡介 橋式起重機(jī)在冶金企業(yè)及其它行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用 ,其作用主要用來實(shí)現(xiàn)物體的升降和轉(zhuǎn)運(yùn) ,橋式起重機(jī)工作環(huán)境惡劣 ,工作任務(wù)重。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國橋式起重機(jī)制造廠和使用部門在設(shè)計(jì)、制造工藝、設(shè)備使用維修、管理方面，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，不斷改造，推 動(dòng)了橋式起重機(jī)的技術(shù)進(jìn)步。究其原因是頻繁的超負(fù)荷作業(yè)及過大的機(jī)械振動(dòng)沖擊所引起的機(jī)械疲勞。 傳統(tǒng)的起重機(jī)驅(qū)動(dòng)方案一般采用 :(1)直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī) 。(3)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 。(5)可控硅串級調(diào)速 。前四種方案均屬有級調(diào)速，調(diào)速范圍小，無法高速運(yùn)行，只能在額定速度以下調(diào)速 。常在額定速度下進(jìn)行機(jī)械制動(dòng)，對起重機(jī)的 機(jī)構(gòu)沖擊大，制動(dòng)閘瓦磨損嚴(yán)重 。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(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)具有很好的調(diào)速性能和起制動(dòng)性能，很好的保護(hù)功能及系統(tǒng)監(jiān)控功能，所以有時(shí)采用直流電動(dòng)機(jī)，而直流電動(dòng)機(jī)制造工藝復(fù)雜，使用維護(hù)要求高，故障率高。機(jī)構(gòu)主要指主起升機(jī)構(gòu)、副起升機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)。 本課題設(shè)計(jì)的意義 、 主要內(nèi)容 及基本參數(shù) 傳統(tǒng)橋式起重機(jī)的控制系統(tǒng)主要采用交流繞線轉(zhuǎn)子串電阻的方法進(jìn)行啟動(dòng)和調(diào)速，繼電一接觸器控制，這種控制系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)有 : 2 ，工作任務(wù)重，電動(dòng)機(jī)以及所串電阻燒損和斷裂故障時(shí)有發(fā)生。 ，機(jī)械特性軟，負(fù) 載變化時(shí)轉(zhuǎn)速也變化，調(diào)速不理想。 要從根本上解決這些問題，只有徹底改變傳統(tǒng)的控制方式。變頻調(diào)速以其可靠性好，高品質(zhì)的調(diào)速性能、節(jié)能效益顯著的特性在起重運(yùn)輸機(jī)械行業(yè)中具有廣泛的發(fā)展前景。 本課題橋式起重機(jī)基本參數(shù) : 該機(jī)的起重量為 20/5 噸，其跨度 (L)為 小車起升速度為 15m/min，大車起升速度為 ，大車運(yùn)行速度為 75m/min。 f — 定子的電源頻率，單位為 Hz。 p — 電機(jī)的極對數(shù)。 在電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，一個(gè)重要的因素時(shí)希望保持每極磁通量 m? 為額定值不變。對于直流電機(jī)來說，勵(lì)磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，所以只要對電樞反應(yīng)的補(bǔ)償合適，保持 m? 不變是很容易做到的。 三相異步電動(dòng)機(jī)每相電動(dòng)勢的有效值是 : mNg kNfE ??