【正文】 （ ） 式中 : gE — 氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動勢有效值，單位為 V。 1N — 定子每線繞組串聯(lián)匝數(shù) 。 m? — 美極氣隙磁通量，單位為 Wb。 1． 基頻以下調(diào)速 即采用恒定的電動勢 。低頻時(shí)， U1和 gE 讀數(shù)較小，定子阻抗壓降所占的份量都比較顯著，不能在忽略。帶定子壓降補(bǔ)償?shù)暮愎β时瓤刂铺匦詾?b 線 (1fEb g? )，無補(bǔ)償?shù)臑?a 線(11fUa?)。 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(jī)的變頻調(diào)速控制特性，如圖 。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”。變頻器具備對電機(jī)和變頻器本身的完善保護(hù)功能 ,如過熱、過載、過流、過壓、缺相、接地等 ,從而避免備在不正常狀態(tài)下長時(shí)間運(yùn)行 ,保護(hù)設(shè)備不至于損壞。從晶閘管發(fā)展到 PID, PIC 通過門極或柵極控制脈沖可實(shí)現(xiàn)器件導(dǎo)通與關(guān)斷的全控器件。在器件結(jié)構(gòu)上，從分立器件發(fā)展到由分立器件組合成功率變換電路的初級模塊，繼而將功率變換電路與觸發(fā)控制電路、緩沖電路、檢測電路等組合在一起的復(fù)雜模塊。它的主要作用是對工頻的外部電源進(jìn)行整流，并給逆變電路和控制電路提供所需要的直流電源。 逆變電路 逆變電路是利用六個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件組成的三相橋式逆變電路，有規(guī)律的控制逆變器中的主開關(guān)元器件的通與斷，得到任意頻率的三相交流電輸出。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，它被用來實(shí)現(xiàn)對異步電動機(jī)的調(diào)速控制?？刂齐娐返膬?yōu)劣決定了變頻器性能的優(yōu)劣。 隨著電力半導(dǎo)體器件和微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，促進(jìn)了電力變頻技術(shù)新的突破性發(fā)展， 70 年代后期發(fā)展起來的脈寬調(diào)制 (Pulse Width Modulation, PWM)技術(shù)成了現(xiàn)在最常用的變頻器功率開關(guān)器件的控制策略。其通常 是采用調(diào) 制的方法，即把正弦波作為調(diào)制信號，把接受調(diào)制的信號作為載被，通過對載波的調(diào)制即可得到SAM波形。三角載波的頻率 fc,和正弦調(diào)制波的頻率 fr,之比即 fc / fr =Nc稱為8 載波比。正弦調(diào)制波的頻率 fr,即是逆變器的輸出頻率 f1改變 fr,便可改變 f1三角載波的幅值為恒定，因而改變正弦調(diào)制彼的幅值就改變了矩形脈沖的面積，由此實(shí)現(xiàn)輸出電壓幅值的改變。 由電動機(jī)原理可知，異步電動機(jī)三相定子繞組電流在空間產(chǎn)生一個(gè)角速度為ω 1的旋轉(zhuǎn)磁場。又令 M 繞組的軸線與三相合成旋轉(zhuǎn)磁場方向平行，則 iM相當(dāng)于電動機(jī)的勵磁電流分量 iT，相當(dāng)于電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流分量，調(diào)節(jié) iM 的大小可以在磁場一定時(shí)改變轉(zhuǎn)矩。 在實(shí)際的等效變換中，先將異步電動機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系下的定子電流 iA、iB、 ic 通過三相 /兩相變換，等效變換，等效為兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流 iα、 iβ再通過磁場定向的旋轉(zhuǎn)變換，等效為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流 iM 、 iT。 β T C ω 1 F ω 1 F ω 1 F Bi ?i Ti Ci Ai A ?i α Mi M B (a)三相交流繞組 (b)兩相交流繞組 (c)旋轉(zhuǎn)的直流繞組 圖 9 通過控制 iM 、 iT大小也就是電流矢量 i的幅值和去向去等效的控制三相電流 Ai 、 Bi 、 Ci 瞬時(shí)值，從而調(diào)節(jié)電動機(jī)的磁場與轉(zhuǎn)矩達(dá)到調(diào)速的目的。坐標(biāo)變換電路通常有三類 :即三相 /兩相變換，直角坐標(biāo) /極坐標(biāo)變換和同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo) /靜止兩相左標(biāo)變換。為了保證三相電動機(jī)變換成兩相電動機(jī)后所產(chǎn)生的磁勢不變，需要考慮這兩種坐標(biāo)變換的折算因子 2/3，根據(jù)圖 , ? B ? A C 圖 /兩相坐標(biāo)變換 以電流的變換為何可以得出如式 ()的變換矩陣表達(dá)式。 10 ??????????CBAiii = ?????????????????????????????ii2323021211 （ ） 對于三相星型不帶零線的接法，有 Ci =Ai ~Bi 則上面兩式簡化為 。 (VR變換 ) 兩相的 ? ～ ? 靜止直角坐標(biāo)系和同步旋轉(zhuǎn)直角坐標(biāo)系軸系之間的變換屬于同步旋轉(zhuǎn)變換，如圖 ? ～ ? 是一個(gè)靜止的直角坐標(biāo)系，而 MT則是一 β T I1 M w α 圖 個(gè)同步角速度ω旋轉(zhuǎn)的直角坐標(biāo)系。 ??????TMii = ?????? ?? ???? cossinsincos ????????ii （ ） 3/2 11 ????????ii = ?????? ? ???? cossinsincos ??????TMii （ ） 式中 ? 為 ? 軸的夾角， ? =? dt1? （ ） 同步旋轉(zhuǎn)變換符號為： ?i Mi ?i Ti 注意 :對于異步電動機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系中的分量 ?i 、 ?i 是隨時(shí)間變化的交流量，而經(jīng)過同步旋轉(zhuǎn)變化到 MT 坐標(biāo)系后得到的分量 Mi 和 Ti 則是直流量。例如由 ?i 和 ?i 幾求出 1I 和 ? 就屬于 K/P變換。因此常作以下假設(shè) :忽略空間諧波 。忽略鐵芯損耗 。 在上述假設(shè)下，通過坐標(biāo)變換的方法，就可以建立交流電動機(jī)的電路數(shù)學(xué)模型。為交軸繞組。qq為交軸繞組。兩種電機(jī)的參數(shù)有如下對應(yīng)關(guān)系 : DR = QR =1r dR = qR =/2r DDL = L = 1L DdL = QqL = ML ddL = qqL = /2L 其中 1r , 1L 為定子繞組電阻和電感 : r2/、 L2/為轉(zhuǎn)子繞組電阻和電感的折和值 。由于轉(zhuǎn)子繞組是短路的，所以“ 2?u 、 2?u 均為零。通過這種設(shè)定，就得到轉(zhuǎn)子磁通定向的異步電動機(jī)電壓方程式（ ），也就是矢量控制所依據(jù)的異步電動機(jī)數(shù)學(xué)模型。 由式 ()矩陣的第三行得 0= ? ? 239。21 MMM iPLriPL ?? = ? ?239。2 MMMM iPLiPLir ?? () 上式括號部分： 239。2Mir + P 2M? 2Mi = P 2M? /39。21 MMM iLiL ? = 39。21 rPLiL MMM ?? () 1Mi =? ?MML rPL 239。2 /1 ?? = 221 MMLPT ?? () 14 式中， 2239。22 // rLrLT ?? 為轉(zhuǎn)子回路時(shí)間常數(shù)。2239。2239。223 Tir??? () ∴ 39。21 ?? TTM iLiL ，則將式 ()代入得 223139。 1/P LM/1+T2P 15 第三章 橋式起 重機(jī)變頻控制系統(tǒng) 的 硬件設(shè)計(jì) 總體 設(shè)計(jì) 方法 控制系統(tǒng)由 PLC 控制，四大機(jī)構(gòu)調(diào)速 均采用變頻調(diào)速。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 1 PG卡 旋轉(zhuǎn)編碼器 變頻器 主鉤電機(jī) 制動器 PG卡 旋轉(zhuǎn)編碼 變頻器 副鉤電機(jī) 制動器 變頻器 小車電機(jī) 制動器 變頻器 大車兩臺電機(jī) 兩臺制動器 工業(yè)觸摸屏 P L C 圖 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 下面分別對各 主要 機(jī)構(gòu)調(diào)速控制進(jìn)行說明。主起升和副起升兩臺電機(jī)各使用一個(gè)變頻器。 16 控制方式選用帶 PG 的矢量控制方式。 運(yùn)行機(jī)構(gòu) 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu) 中 兩臺電機(jī)用一個(gè)變頻器 。變頻器的選擇，一般以電動機(jī)的額定功率作為選擇的依據(jù)。 控制方式選用無 PG v/f的變頻控制方式。 其 采用計(jì)算 機(jī)結(jié)構(gòu)，主要包括 CPU,存儲器、輸入、輸出接口及模塊、通訊接口及模塊、編程器和電源六個(gè)部分。外部的各種開關(guān)信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為 PLC 的輸入變量，他們經(jīng) PLC外部輸入端子輸入到內(nèi)部寄存器，經(jīng) PLC內(nèi)部邏輯運(yùn)算或其他各種運(yùn)算處理后送到輸出端子，作為 PLC的輸出變量，對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行各種控制。 它 的強(qiáng)大 功能使其無論是在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。并可以將這些模塊安裝在同一機(jī)架上。 CPU負(fù)責(zé)執(zhí)行程序，輸入部分從現(xiàn)場設(shè)備中采集信號，輸出部分則輸出控制信號，驅(qū)動外部負(fù)載。 這里介紹 CPU222。和 CPU 221相比，它可以進(jìn)行一定的模擬量控制和 2個(gè)模塊的擴(kuò)展，因此是應(yīng)用更廣泛的全功能控制器。典型的數(shù)字量 I/0擴(kuò)展模塊有 :輸入擴(kuò)展模塊 EM221有兩種 :8種 DC, 8點(diǎn) AC輸入 。輸入 /輸出混合擴(kuò)展模塊 EM2323有六種 :分別為 4點(diǎn) ((8點(diǎn)、 16點(diǎn) )DC輸入 /4 點(diǎn) (8點(diǎn)、 16點(diǎn) )DC輸出、 4點(diǎn) (8點(diǎn)、16點(diǎn) )DC輸入 /4點(diǎn) (8點(diǎn)、 16點(diǎn) )繼電器輸出。 EM232 模塊提供了有 2 輸出模擬量通道，具有 12 位的分辨率，且具有多輸入，輸出信號范圍。它能夠不用外部放大器而與傳感器直接相連，可根據(jù)輸出模擬量的大小，通過其外置的 D工 P開關(guān)選擇不同的檔位及分辨率，且模擬量的輸出可作為測量傳感器的恒流源使用。 Siemens S7 200PLC的工作過程 :PLC 上電后，首先進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入循環(huán)工作過程。 部件 的 選擇 電機(jī)的選用 一、變頻調(diào)速對電機(jī)的要求 采用變頻調(diào)速時(shí)，由于變頻器輸出波形中高次諧波的影響以及電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍的擴(kuò)大產(chǎn)生 了一些與在工頻電源下傳動時(shí)不同的特征。隨著高開關(guān)頻率的工 GBT等電力電子器件的使用、 PWM 調(diào)制、矢量控制、增強(qiáng)型 V/f控制方法的應(yīng)用、使變頻器輸出波形、諧波成份、功率因數(shù)及使用效率得到了很大的改善，有效地提高了變頻控制電機(jī)的低速區(qū)轉(zhuǎn)矩。 二、變頻起重機(jī)系統(tǒng)中電機(jī)的選型 起重機(jī)起升和運(yùn)行機(jī)構(gòu)的調(diào)速比一般不大于 1:20，且為斷續(xù)工作制，通常接電持續(xù)率在 60%以下，負(fù)載多為大慣量系統(tǒng)。普通電機(jī)與變頻電機(jī)在不連續(xù)工作狀態(tài)下特性基本一致 。 三、電機(jī)冷卻 西門子變頻器在調(diào)速比為 1:20 的范圍內(nèi)能確保起重機(jī)上普通電機(jī)有 150%19 的過載力矩值。但若電機(jī)要求在整個(gè)工作周期內(nèi)在大于 1:4的速比下持續(xù)運(yùn)行則必須采用他冷式電機(jī)。目前，國內(nèi)用于起重機(jī)械的 4極電機(jī)有強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻的 YZFXXX4 型電機(jī)等。一般情況下 ja PP? ,電機(jī)容量 P為 ? ? msj PaPP ?/?? 式 中 ms? 一電機(jī)平均起動起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) 起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的負(fù)荷特點(diǎn)是起動時(shí)間短 (13s)，只占等速運(yùn)動時(shí)間的較少比例 。其電機(jī)容量 P 為 ? ??1000/gvCP P? (kw) 式中 PC 一起重機(jī)額定提升負(fù)載， kg v 一額定起升速度， m/s g 一重力加速度， g=9. 81m/s ? 一機(jī)構(gòu)總效率 為使電機(jī)提升 ，能承受電壓波動的影響，其最大轉(zhuǎn)矩值必須大于 2,否則必須讓電機(jī)放容，從而降低電機(jī)在 額定運(yùn)行時(shí)的工作效率。 二、變頻器容量選擇 起升機(jī)構(gòu)平均起動轉(zhuǎn)距一般來說可為額定力矩值的 。等額變頻器僅能提供小于 150%超載力矩值，為此可通過提高變頻器容量 (Yz 型電機(jī) )或同時(shí)提高變頻器和電機(jī)容量(Y型電機(jī) )來獲得 200%力矩值。若用在電機(jī)額定功率選定的基礎(chǔ)上提高一擋的方法選擇變頻器的容量，則可能會造成不必要的放容損失。 ? ?MjMAMCN PPKtNGDTNKP ???????????????? ?? ? ???? c o s3759731973c o 22 式中 K — 電流波形補(bǔ)償系數(shù)， PWM方式 K=～ iT — 負(fù)載轉(zhuǎn)距， ? 2GD 一總轉(zhuǎn)動慣量對電機(jī)軸的折算值， At — 加速時(shí)間， s N — 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速， r/min 當(dāng)運(yùn)行電機(jī)在 300s 內(nèi)電機(jī)有大于 60s加速時(shí)間時(shí)，變頻器容量按下式取值 ：