电机调速（通用11篇）
电机调速 篇1
0引言
基于触摸屏和PLC的三相异步交流电动机调速系统在生产生活中有着广泛的应用前景, 本项目主要研究内容有:通过触摸屏或PLC实现三相异步交流电动机的启动、停止、正转、反转、测速及调速。实验结果表明:以触摸屏为基础的人机友好界面, 能够方便完美地实现对电动机转速的测控。
1 系统设计总体方案
此系统包括触摸屏模块、可编程控制器模块、D/A模块、变频器模块及转速传感器模块。计算机下载程序进入触摸屏和PLC, 由触摸屏或计算机输入一定转速, 控制PLC使其通过D/A模块将电压变化的信号传递给变频器, 进行电机的无级调速。通过联轴器与轴相连的转速传感器模块将输出量反馈给PLC (图1) 。通过PID控制器构成的闭环控制系统, 极大地增强了此系统的稳定性、准确性和快速性。
2 硬件系统构建
2.1 PLC的选择
本项目选用的PLC型号为西门子CPU224XP, 其上集成了14输入/10输出共24个数字量I/O点, 满足需要, 电压调节范围为-10~10 V, 分别对应数字量-32 000~+32 000。CPU224XP自带的模拟量模块, 可以将CPU224XP的模拟量输出端子与变频器的模拟量端口相连, 通过变频器实现调速;具备PID自整定功能, 构成闭环系统;此外, CPU224XP有两个通信口, 执行程序时分别与PC和触摸屏建立通信, 带来了诸多便利。
2.2 触摸屏的选择
本项目选用的触摸屏型号为Smart700IE, 此触摸屏具有800×480dpi宽屏显示设计, 分辨率较高;具备强大通信能力, 通信速率甚至可高达187.5kb/s;其上LED背光, 节能降耗, 帮助延长触摸屏的使用寿命;集成有高性能处理器、高速外部总线及64M DDR内存, 处理数据快, 画面切换速度快;质量高, 且价格在可承受范围之内;工业设计理念较先进;内部电源设计可靠。此外, Smart700IE除有一个PORT插口外, 还有一个以太网接口, 这样就可用PORT口与PLC通信, 用以太网口和PC通信, 且以太网口的传输与通信速度比较快。
2.3 变频器的选择
变频器SINAMICS V20非常适合小型的实验平台, 是连接PLC与交流电机的中间桥梁, 是实现变频调速的主要部件, 其具有以下优点: (1) 易于安装, 无需额外组件即可正常运行; (2) 易于使用, 无需调试软件; (3) 通信灵活, 调试方便, 制动高效; (4) 性能稳定可靠, 经久耐用; (5) 节能环保, 内置节能模式, 通过自动调节磁通电流实现节能。
2.4 三相交流电动机的选择
本项目所用三相异步交流电动机型号为YS6314, 额定电压220V, 额定功率0.12kW, 具有结构简单, 价格便宜, 运行可靠, 过载能力强, 使用、安装、维护方便等优点。
2.5 光电编码器的选择
选用型号为HN3806-400-AB的光电编码器, 它与轴相连, 通过光电转换将转轴上的机械几何位移量转换成脉冲量或数字量, 通过连续10次计算每50ms时间内的平均脉冲值求得电机转速。由于光电编码器自身构造的独特性, 由光码状态的变化就可以确定电机转向。
3 软件设计
3.1 测速功能
测速过程中使用到了PLC中的高速计数器功能, 高速计数器响应速度快, 计数频率高, 高速计数器以中断方式工作, 与扫描周期无关, 因而不会受到扫描速度的制约。所使用的CPU224XP含有6个高速计数器HCS0~HCS5, 共有13种模式, 我们采用的是高速计数器0即HCS0的模式0, 通过将16#FC写入到存储区SMB37, 将0写入到SMD38来设置这个模式。
用联轴器与电动机转轴相连的光电编码器通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲, 同时PLC中的高速计数器对编码器发出的脉冲信号进行计数, 采样时间采用的是定时中断1, 设定采样时间为50ms, 编码器连续反馈10次脉冲并求得平均脉冲值, 通过这个测得的脉冲数就可以计算出每分钟电机的转速。查得电机转轴每转一圈, 所用编码器会发出400个脉冲, 具体计算如下:设定在一个采样周期内平均测量得到x个脉冲, 则转速为[60×x/ (50×0.001) ]/400r/min。
3.2 闭环控制功能
在转速控制要求比较高的场合, 开环控制无法达到要求, 必须加反馈, 构建闭环系统, 如图2所示。
本系统的控制器采用的是PID控制器, PID即比例—积分—微分控制, PLC中集成了专门的PID控制指令, 能够实现转速的精确控制。
3.2.1 比例控制
以设定转速为700r/min为例, 先将Ti参数值置为无穷、Td参数值置为0, 进行纯比例调节。将比例增益Kp由0逐渐加大, 直至系统出现振荡;再反过来, 从此时的比例增益Kp逐渐减小, 直至系统振荡消失, 记录此时的比例增益Kp。为了减小误差重复试验, 最终确定Kp=1.5是系统稳态临界值。根据经验, 取0.65×Kp=0.97为该系统的比例增益。在调节过程中发现:在系统稳定的情况下, 比例系数Kp增大, 会使系统反馈速度上升加快, 有利于减小稳态误差, 提高控制精度;但随着Kp增大, 系统响应过程中的振荡次数会增多, 调节时间会加长;当Kp值过大时, 系统将发生振荡现象。
3.2.2 积分控制
将比例增益Kp降为原来的80%, 设定Ti参数值为无穷大, 再逐渐减小至0, Ti越小, 积分的控制作用越强, 使系统趋于稳定所需时间越短。例如:将Ti值设置为0.01 min和0.5 min时, 两者相差较大, Ti=0.5min时与Ti=0.01min时相比, 积分作用对系统的性能影响要小, 超调量要小, 所需调节时间要长, 不利于消除系统稳态误差, 难以获得较高的控制精度。通过多次试验, 最终取Ti=0.01min, 系统基本趋于稳定。
3.2.3 微分控制
微分的加入要比较谨慎, 加入D后系统易引入高频干扰, 但PI控制器在本系统中的动态特性不是很理想, 有时会出现小幅度的振荡, 于是加入微分作用, 当Td为0.01min时, 不管设定转速如何变化, 系统都会趋于稳定。除此之外, 还发现了一个细微的现象, PI控制下的超调量略大于PID控制下的超调量, 阶跃峰值两者相差25r/min左右, 说明了D环节的加入可以产生具有预见性的超前调节作用, 在偏差产生之前就能将其消除, 减少超调量和调节时间。PID控制效果如图3所示。
由PID参数调节得出了这样的结论:比例增益的大小与系统稳定性成正相关, 比例增益Kp过大, 虽然偏差会变小, 但会导致系统稳定性下降, 严重时会造成系统的不稳定。积分控制和惯性控制相似, 属于滞后校正, 能消除稳态误差, 但牺牲了系统的快速性。微分环节是具有预见性的超前校正, 改变的是系统的动态特性, 在比例微分控制都已经调试好的情况下仍然出现振荡, 可加入微分D构成比例—积分—微分控制, 以更加完美地实现系统稳定性、准确性和快速性的有机统一。
4 触摸屏人机界面设计
触摸屏部分初步分为三个界面, 第一个界面为开机欢迎界面;第二个界面为系统的主要控制界面, 用以实现整个系统的启动/停止、电机正反转的选择、预期速度的设定等功能;最后一个界面如图4所示, 实现的是PID参数的调节, 画面中有趋势图, 可直观地看出电机速度的变化, 以便调节P、I、D这三个参数。
5 结语
综上所述, 基于PLC和触摸屏的三相异步交流电动机的变频调速系统是一个涉及多种器件并运用综合知识体系完成的一个项目, 采用触摸屏人机界面的良好交互性, 使得操作员能更加方便快捷地进行操作;利用了PLC的各项强大功能, 实现了对电机参数的测量和控制。除触摸屏的直接调控外, 也可通过PC对PLC的控制实现调控, 具有极强的纠错功能, 为操作员的及时监控和参数修改提供了快捷途径。
参考文献
[1]潘波.变频调速三相异步电动机的设计[D].哈尔滨:哈尔滨理工大学, 2004.
[2]孙晓明, 吴震, 宋宝宁.PLC电机转速测量系统设计与实现[J].工业仪表与自动化装置, 2015 (1) :25-26.
[3]高玉芹.电机转速的高精度快速测量[J].自动化与仪表, 2000, 15 (6) :41-44.
[4]张燕宾.变频器应用教程[M].北京:机械工业出版社, 2007.
电机调速 篇2
三相绕组接通三相电源产生的磁场在空间旋转,称为旋转磁场.其转速n1的大小由调速电机马达极数2p和电源频率f而定,即n1=120f/2p.这种旋转磁场肉眼看不到,如果在定子铁芯内放一个空易拉罐,罐的两端用尖端支上,则易拉罐就会旋转.为了说明调速电机马达的工作原理,我们模拟两个磁极（N、S极）在旋转、转子用铜条做成笼型的.调速电机马达定子两极按逆时针方向旋转,转子静止,可以看成定子精子（n1=0）,转子按顺时针方向旋转,由于转子铜条切割磁场,铜条内有感应电动势,由于铜条是短路的,所以有感应电流产生的,它的方向用右手定则可以判断,上边铜条电流方向进入纸内,下边铜条的电流方向从纸内出来.调速电机马达转子铜条有电流,又处在磁场当中,导体要受到力的作用,此力方向可用左手定则判出.上下的力F构成力矩,转子会旋转起来.通过以上分析可以看出：
1、转子要转动必须有旋转磁场；
2、转子转动方向与旋转磁场方向相同；
变频调速电机节能应用分析 篇3
【关键词】变频调速；电机；节能；应用
1、引言
根据研究得知，电机运行所消耗的能量能占到世界用电总量的一半以上。处于对电机安全性能的角度考虑，许多高效能的电机经常在低功率的状态下进行运作和生产，这样做不仅造成了电能的大量浪费，还会在一定程度上降低工业生产的效率。通过建立完善的实时监测系统来全面监测电机的运行参数，从而采用变频调速功能来适时地调整电机的输入功率，使电机按照需要进行输出和输入，灵活机动地调节，从而减少功率的消耗，减少电能的浪费与消耗。
2、变频调速电机节能改造实践
我公司两套化肥装置1987年和1999年投产，为国家重点鼓励和支持的项目，也获得了自治区政府的重点帮扶。凭借其先进的技术和安全环保等性能在该地区获得了长足的发展。公司变频设备的配制早期，仅仅限于部分的低压电机，采用西门子、富士、ABB、爱默生、东芝等品牌变频器，大多数的低压电机和全部的高压电机并未安装变频调速装置，低压电机也未使用软启动装置。随着技术的发展与进步，公司电气设备的使用也在不断的改革当中，许多设备也及其精良，紧跟国际化的发展脚步，不断满足节能降耗及工艺操作的要求。自2002年以来，经过生产运行人员、设备维护及机动处管理人员的共同研究和现场确认，选择工艺需求调速的4#炉引风机（1050kW），对其进行变频改造，作为6kV高压变频器的试验，再扩大其它风机、泵类的改造。改造之后的结果显而易见，符合预期的设想。后期对二化气化炉引风机（710kW）及锅炉给水泵（1600kW）、一化联醇压缩机（450kW）及两台天然气压缩机（每台2002kW）等高压电机进行了变频改造，采用西门子、罗宾康、ABB等品牌高压变频器。同时，对大负荷的低压电动机采用ABB软启动装置，避免其启动影响低压电网的运行。在我公司成功的应用高低压变频器装置，不仅大大提高了生产效率，最主要的是节约了大量的电能，这是变频调速电机节能改造的一个成功典型。
3、变频调速电机的节能分析
根据电机的运行速率原理可知，电机的转速和工作电源的输入频率成正比关系，因此，改变电机的工作频率即可改变电机的转速。变频调速的工作原理基本上就是依据这个原理。变频器通过改变供电电源的速率来平滑连续地调节电动机的转速，自动控制的方法来达到节能的目的。变频调速设备能够根据负载量来改变交变电流频率的电气设施。在变频调速电机的运行过程中，能把电源转变为各种频率的交变电源，从而达到电机运行频率和速率的变动。变频调速的技术发展是非常迅速的，在工业生产中有着广泛的应用，该技术手段的引入能够在很大幅度上提高生产产量，改善产品质量。由于电机转速的变化，会使工业生产中的电机具有调速跨度大、精度高以及反应速度快等诸多优点。在普通电机的功能无法满足工业生产需要时变频调速电机就会弥补这种缺陷，其自动化程度较高，能轻易地实现无人操作，即便是在环境恶劣的场合依然可以创造出可观的经济效益和价值。
4、变频调速电机的应用分析
4.1软起动场合
电机的起动方式分为直接起动和降压启动。在电机起动的随后阶段会出现瞬时的较大电流，能达到额定电流的好几倍，对于质量较差的电机瞬时电流甚至能达到额定电流的十倍。这种电流的强度是十分巨大的，因此，如果不加以防护必定会引起电机的烧毁甚至造成电网冲击，进而影响其他相关电气设备的正常运行。除此之外，高强度的超负荷电流会使电机产生强大的电磁应力和机械应力，大大缩短电气设备的使用寿命。变频调速电机的应用，能够缓解瞬时电流的冲击，利用变频器对电机进行软起动，使电流从弱到强，避免瞬时强电流的通过，使最大电流值也在额定电流范围内。这种装置不仅保护了电机本身，提高了电气设备的使用寿命，而且减弱了对电网的冲击和供电电能的要求，达到节约电能的根本目的，也为电气设备的维修和保养节省了大量的费用，有利于为企业创造出更高的经济效益，带来了更加可观的利润。
4.2家电的应用
家电的浪费电能情况甚至比工业用电还要严重，这主要是因为家电的普及率相当高，耗电总量大。因此，通过改革传统的技术减少家电的耗能情况可以大幅度地减少电能的消耗，节约电能。普通的家用电器所采用的电动机的耗电情况并不乐观，经常处于重复工作的状态，电机启动频繁，耗电量极大，且电机运行的过程中会产生极大的噪音，导致电机的使用寿命大幅度缩短，散热性能较差，温度变化范围大，不稳定。将变频调速电机应用于家用电器中，有助于改变以上的这些缺陷，促进家用电器的变频化，使更多的家用电器具有省电节能高效的特点，并且能够在一定程度上降低噪音的困扰，增长电器的使用寿命。目前，该类型的变频调速电机主要在空调、冰箱以及洗衣机中获得广泛使用，达到了节能降噪、保护环境的目的。
4.3风机、水泵中的应用
除了家用电器中的应用，目前应用最广泛的其实是高压电动机驱动的风机、水泵和压缩机。当其他情况相同的条件下，装机容量越大绝对的节电量也就越大。变频调速器的应用和普及，还使电机实现了软起动和软停止，避免了瞬时强大电流的通过，极大程度地减少了电机的故障率，延长了电机的使用寿命，不再出现对电网的冲击和电能损耗。因此，变频调速装置的推广和使用已成为目前节约电能工作的重点和首要工作。
5、结语
随着电子电力技术的飞速发展和工业生产对电气设备性能的要求越来越高，变频调速设备的适用范围和普及率也越来越高。但是，变频调速装置也有其调速和控制范围。根据平方转矩的特性分析可知，只有明显的调速才能实现电能的节约，不明显的调速或是调速不在设备的工作频率之内节能效果是无法实现的。因此，只有在适合使用变频调速装置的情况下，积极地引进先进的技术手段，对设备进行适当的更新换代，才能达到节约电能的目的。虽然短期看来更换设备资金消耗和投入较大，但站在长远的角度来看，是符合企业的根本利益的明智之选，能够为企业带来长期的利益，促进企业的可持续发展。在当前国家实行节能减排的大政策面前，变频调速电机的使用符合我国的基本国情，是适应国情发展的必然选择，也是为企业谋求经济效益提高的根本途径，企业必须认识到这个发展的大趋势，积极地革新技术手段，引进新技术新方法，更换陈旧的设备，站在长远的角度对待目前公司的发展，实现变频调速电机的应用最大化。
参考文献
[1]李涛，徐士杰.变频调速电机节能与应用分析.《中国科技投资》，2013年27期
[2]王恩娜.分布式控制系统对设备搅拌器变频调速的应用.《电机与控制应用》，2011年6期
[3]林道远.高压变频调速节能控制技术在水电厂水泵系统中的应用.《科技创新导报》，2013年9期
单相调速电机的应用 篇4
单相电机一般是指用单相交流电源 (AC220V) 供电的小功率单线异步电机。转子是普通鼠笼型的。两相绕组在定子上的分布以及供电情况的不同, 可以产生不同的起动特性和运行特性。结构示意图如图1 (a) 所示。单相异步电动机通常在定子上有两相绕组, 一为主绕组m, 一为起动绕组n。转子为鼠笼式绕组。当单相正弦电流通过定子绕组时, 电机就会产生一个交变磁场, 这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化, 但在空间方位上是固定的, 所以又称这个磁场是交变脉动磁场。这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场, 当转子静止时, 这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩, 使得合成转矩为零, 所以电机无法旋转。当我们用外力使电动机向某一方向旋转时 (如:顺时针方向旋转) , 这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小;转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大。这样平衡就打破了, 转子所产生的总的电磁转矩将不再是零, 转子将顺着推动方向旋转起来。在实际应用时通常的方法是在起动绕组串联一移相元件C, 然后再与主绕组并联接到单相电源, 如图1 (b) 所示。从使用角度看, 因可采用单相电源, 故命名为单相电机。从运行角度看, 由于移相元件C的作用, 使m与n不同相位, 实质上是两相运行。
(a) 结构示意图 (b) 基本接线图
2 控制方法
单相电机控制方式大概分为以下几种。
第一种, 分相起动方式:如图2所示, 由起动绕组来辅助启动, 其起动转矩不大。运转速率大致保持定值。主要应用于电风扇, 空调风扇电动机, 洗衣机等电机。第二种, 电容启动方式:电机不通电离心开关是接通的, 通电后起动电容充电, 当转子转速达到额定值的70%~80%时离心开关自动跳开, 起动电容断开。起动绕组不参与运行工作, 而电动机以运行绕组线圈继续动作, (如图3) 。
第三种, 电容启动运转方式:通电后, 启动电容和运转电容同时工作, 当转子转速达到额定值的70%~80%时离心开关自动跳开, 起动电容断开, 起动绕组和运行绕组同时参与电动机运行参与运行工作。 (如图4) 。带有离心开关的电机, 如果电机不能在很短时间内启动成功, 那么绕组线圈将会很快烧毁。电容值:双值电容电机, 起动电容容量大, 运行电容容量小, 耐压一般大于400V正反转控制。
(图5) 是带正反转开关的接线图, 通常这种电机的起动绕组与运行绕组的电阻值是一样的, 就是说电机的起动绕组与运行绕组是线径与线圈数完全一致的。一般洗衣机用得到这种电机。这种正反转控制方法简单, 不用复杂的转换开关。
在 (图2、3、4) 进行反转的时候, 只需要将1~2线或者3~4线进行对调的话, 就可以完成反转动作。
而对单相电机起动与运行绕组进行判断, 一般的情况是起动绕组要比运行绕组的直流电阻上要大很多, 同时运用万用表可以测出来。通常情况下, 起动绕组的直流电阻是十几欧姆到几十欧姆, 而运行绕组的直流电阻为几欧姆。
3 使用注意事项及故障分析
单相电动在使用中易受电网波动影响, 故障率较高, 主要表现为电机严重发热、转动无力、启动困难、烧保险丝等, 单相电容启动异步电机常见故障及原因主要有。
故障1:220V电源正常, 但电机不启动。其主要原因为定子绕组断路、离心开关触点不良、转子卡住、过载时, 单相电机将无法启动。故障2:电机能启动, 但转速不稳或借助外力启动并且启动慢转向不稳定。原因是绕组线间短路、启动电容损坏。故障3:电机发热严重。其原因是主绕组匝间短路或接地、离心开关断不开、主副绕组接反、定子和转子摩擦。
4 结语
此类单相调速电机使用方便, 成本低、精巧轻薄、高效率、低噪音、长寿命、安装简单、保养容易, 经过我们近年来的大量使用, 收到了良好的效果。
摘要：本文介绍了单相电机的原理, 控制方法, 以及使用过程中应注意的问题。
关键词：单相电机,启动控制,电路
参考文献
[1]周鹗.电机学[M].北京:中国电力出版社, 1995.
交流电机变频调速器的应用分析 篇5
【关键词】容量选择；传动系统；最高频率；传动比；制动电阻
随着电力技术的迅速发展，交流电机变频调速技术取得了突破性的进步，进入了普及应用阶段。在我国，变频调速器也正越来越广泛地被采用，与此同是地，如何正确地选好、用好已成为广大用户十分突出的问题了。
1.关于容量选择
在变频调速器的说明书中，为了帮助用户选择容量，都有"配用电动机容量"一栏，然而，这一栏的含义却不够确切，常导致变频器的误选。
各种生产机械中，电动机的容量主是根据发热原则来选定的。就是说，在电动机带得动的前提下，只要其温升在允许范围内，短时间的过载是允许的。电动机的过载能力一般定为额定转矩的1.8-2.2倍。电动机的温升，所谓"短时间"至少也在十几分钟以上。而变频调速器的过载能力为：150%，l分钟。这个指标，对电动机来说，只有在起动过程才有意义，在运行过程中，实际上是不允许载。
因此，"配用电动机容量"一栏的准确含义是"配用电动机的实际最大容量"。实际选择变频器时，可按电动机在工作过程中的最大电流来进行选择，对于鼓风机和泵类负载，因属于长期恒定负载，可直接按"配用电动机容量"来选择。
2.传动系统进行优化设计
交流异步电动机经变频调速后，其有效转矩和有效功率的范围。配用变频调速器时，必须根据生产机械的机械特性以及对调速范围的要求等因素，对传动系统进行优级化设计，优化设计的主要内容和大致方法如下：
2.1确定电动机的最高运行频率
（1）鼓风机和泵类负载，这类负载的阻转矩TL与转速n的平方成正比TL=KTn2，输出功率PL与转速的在次方成正比PL=KPn3，（KT和KP为常数），由此可知，如转速超过额定转速，负载的转矩和功率将分别按平方律和立方律增加，因此，在一般情况下，不允许在额定频率以上运行。
（2）一般情况下，各种机械的强度、振动以及耐磨性能等，都是以电动机转速不超过3000r/min为前提设计的。因此，在没有对机械重新进行设计的情况下，2级电机的最高运行频率不要超过额定频率太多。
（3）当异步电机在额定频率以上运行时，由于电源电压是恒定的，其在调到fx时电磁转矩Tx近乎和频率调节比Kf的平方成反比，即T≈TN/Kf2（而TN为额定频率fN时的转矩）。因此，最高运行频率不宜超过额定频率。
（4）异步电机在低频下运行时，为了获得足够的转矩，常需进行转矩补偿。而转矩补偿将使电机的磁路趋于饱和，从而增加附加损失，降低了效率，因此，只要情况许可，应尺可能地提高运行频率的上限。
2.2确定传动系统的传动比并校核电动机的容量
（1）鼓风机和泵类负载，一般均为直接驱动，不必考虑传动比的问题。
（2）恒转矩负载，首先，根据有效转矩线以及所要求的频率调节范围，确定电机运行的最高频率和最低频率。
假设已经确定的电动机最高运行频率为fmax最低运行频率为fmin与此对应的转矩相对值为tTL，则电动机的额定转矩Tn=TL/qTL（TL负载转矩）。如果原选电机并未留有余量的话，则配用变频调速器后，电动机的容量应扩大1/tTL倍。传动系统的传动比入等于电动机在最高运行频率下的转速nDmax负载所需求的最高转速nLmax之比。
（3）恒功率负载：和恒转矩负载类似，首先根据有效功率线和频率调节范围，求出电动机运行频率的上、下限。
同样，在求出最高和最低运行频率的同时，得到对应的功率相对值tPL，而电动机的额定功率PN≥PL/tPL（PL为负载要求功率）。
在设计恒功率负载时，应注意两点：（1）尽量多利用额定频率以上的部分；（2）当调整范围较大时，尽量采用两档传动比。因为当传动比分成两栏时，频率范围αf与αn转速范围之间的关系为 。可见，在转速范围相同的情况下，频率范围将大为减小，从而可减小电动机的容量。
负载的机械特性，因是恒功率负载，故曲线上任一点的横坐标与纵坐标的乘积均相等，且与负载功率成正比，即PL=KPTLnL=KPTLmaxLmin。全部转速都在额定频率以下调节时的有效转矩线，在这种情况下，所需电动机的容量PN=KPTNnLmax>KPTLmaxLmax=αnPL。这说明，所需电动机的容量比负载功率的On倍还要大，是很不经济的。
（1）当最高运行频率为额定频率的2倍，传动比只有一档时的情形。在这种情况下，所需电机的容量PN=KPTN1/2nLmax 1/2αnPL。可见，所需用容量只要大于负载功率的On/2倍就可以了。
（2）当最高运行频率为额定频率的2倍，传动比为两档时的情形。这时，所需电机的容量PN1/2 PL。可见，对于恒功率负载，当αn>4时，这种方案是比较理想的。
3.自配外接制动电阻
各种变频调速器都允许外接制动电阻，加快制动速度，外接电阻。但配套的制动电阻价格昂贵，不易买到，自动配置时，其阻值与功率可如下决定：
直流电路的电压值UP=×380=53V；制动电流Is一般以不超过电机的额定电流IDN为原则，即Is≤IDN，故制动电阻Rs≥UD/Is。
因Rs内通过电流的时间只有几秒钟，故其功率PR可按工其工作时的（1/10-1/8）选择，即PR=（0.1-0.125）UD2/Rs。
因Rs接入电路时，应注意将变频调速器内部的制动电阻切除，如不能切除，则应适当加大Rs的值，以免出现制动电流过大的情形。
在外接制动电路时，为了避免烧毁变频器内部的放电用大功率晶体管（GTR）有时也可以外接整个制动电器（即包括制动电阻和放电晶体管，这时，GTR应选取其VCEX≥700伏；ICN≥（1.2-1.5）IDN安。
【参考文献】
[1]马新民.矿山机械.徐州：中国矿业大学出版社，2002.
[2]李纪等.煤矿机电事故分析与预防.北京：煤炭工业出版社，1997.
[3]柴常等.机电安全技术.北京：化学工业出版社，2006，1.
煤矿电机应急调速系统综述 篇6
根据煤矿电机应急调速系统所使用的环境及工作特点, 系统的功能要求如下:
1. 此套系统作为煤矿应急系统使用,
因符合煤矿安全生产的要求, 布局合理、结构紧凑、电气隔离等;符合煤矿生产环境的要求, 现场温度和湿度, 电磁辐射等级;防爆等级等。
2. 此系统的调速功能应满足煤矿中多数电机运转的要求:
软启动、多功能、高精度、大转矩、电源故障保护、多种上位机通讯功能、完全、锁相功能, 具有电机保护的功能 (符合国家煤矿电动机保护的标准) ;
3. 系统应具有两层网络结构, 现场控
制器 (变频器) 控制电机运行并采集相关信息, 用于主控制器的分析与处理, 上位机在中央控制室将电机及变频器的工作反映在显示器上, 工作人员监控系统自动运行, 并在必要时作出决策。
4. 此系统作为其他变频器出现故障的情况下的应急使用, 应具有投入运行快的特点。
5. 系统具有快速切换变频器的功能。
自动切换、人工切换和手动切换两种功能。当系统发出报警或正在使用的变频器异常运转, 但依然在运行时, 应急变频器与发生故障的变频器进行切换, 为自动切换。在故障变频器停止运行或电机停止运转时, 由人工设定电机参数启动应急变频器为人工切换。人工手动打开变频器与电机连接开关, 然后启动变频器的为手动切换。
6. 系统应具有完备的报警能力。
以便实现对变频器真实状态的提前预判, 及时作出是否切换、选择哪种方式切换的决定;
7. 系统具有在线及现场监控功能。
使用触摸屏在现场进行实时监控, 在上位机上设计监控系统, 实现在线实时监控。
二、煤矿电机应急调速系统的控制方案
根据上一节所介绍的系统功能要求, 设计系统控制方案如下:
由上图可以看到, 整个控制系统由总线将主控制器PLC、变频器、切换装置连接起来, 应急调速系统中应急变频器是这样工作的。变频器1、变频器2等的输出信号 (电压、频率、转速) 输入到PLC, 由PLC内部的A/D转换模块再把它转换为数字信号并记录。一旦变频器1或2出现故障报警, PLC启动将应急变频器, 并把已保存的故障变频器中设定的参数 (如电机参数、频率上下限等) 设定为应急变频器的参数。如果此时故障变频器仍在运行, 待到两变频器同频同相时, 切换变频器。如故障变频器停止运行, 则使用应急变频器重新启动电机。应急变频器的运行是由PLC控制的, 其输出转速信号输入到PLC, 经转换运算处理后, 与系统设定的值进行对比, 得到信号的偏差值, 再通过模糊-PID控制算法得到应急变频器新的运行参数, 转换为模拟信号后去控制变频器的输出频率, 进而控制电机的转速。主控制器通过计算偏差信号值的正负, 决定电机的转速是提高还是降低。系统整体结构如图:
三、煤矿电机应急调速系统的组成
为了实现以上功能, 系统的结构由PLC、变频装置、人机界面、切换装置、通讯接口和报警装置等组成。其中人机界面采用触摸式显示屏。图2是其完整的电机应急调速系统框图:
1. PLC
PLC是应急调速控制系统的核心, 它通过采集系统中各变频器记录的相应电机信号, 故障报警信号, 并对采集到的数据进行分析, 实施相应的控制算法处理, 然后对变频器、切换装置做相应的控制动作, 以实现对系统的控制。
2. 变频装置
变频器是实现对电机转速的控制, PLC将控制信号输入到变频器, 进而改变变频器的输出频率, 实现对电机的运行频率的控制。系统运行时, PLC控制系统检测变频器1的反馈的信号, 如果变频器1发生故障发出报警, 判断其故障类型, 如仍在运行, PLC将电机1的参数导入应急变频器并变频运行, 待同频同相时, 先将故障变频器1从先前投入运行的电机中脱出, 并将该电机切换到应急变频器下运行。如变频器1由于故障停止运行, 在延时一段时间后, 由应急变频器重新启动电机1。
3. 人机界面
操作人员通过人机界面修改系统的初值参数的设定, 如管网压力初值, 变频器、PID控制器等初值参数。获取供水系统的相关信息, 系统的运行状况及设备是否故障, 监视供水系统的整个运行过程。
4. 切换装置
切换装置:当变频器需要定期检查维护、变频器出现故障征兆或变频器故障是, 在PLC的控制下实现变频器与应急变频器之间的切换工作, 由转换开关, 锁相环同步控制器, 继电器, 交流接触器等组成。
5. 串行通讯接口
通讯接口是数据进行交换的桥梁, 是每个控制系统的不可缺少的组成部分。用于同上位PC机或工业监控系统之间进行交换。
6. 报警装置
报警环节是每个控制系统应具有的一个环节, 为了防止控制过程中因电机过载, 变频器出现异常, 以及出现故障的变频器波及其他设备, 导致整个系统的运行出现故障, 系统必须对各种可能出现的故障信号进行实时监测, 并由PLC判别其故障原因, 进一步采取相应的保护行动, 避免损失。
四、结论
本文综述了煤矿电机应急调速的功能要求、控制方案及其组成, 对煤矿电机的应急调速有很好的启示。
参考文献
[1]张楠, 赵嘉博.我国煤矿机电设备变频技术的应用现状[J].沈阳工程学院学报 (自然科学版) , 2009 (1) ;64-66.
[2]白志明.变频调速技术在煤矿给煤机中的应用[J].河北煤炭, 2006 (5) ;16-17.
开关磁阻电机调速系统的应用 篇7
1. 开关磁阻电动机调速系统原理
SRD10系列开关磁阻电机调速系统由控制器及开关磁阻电动机两大部分组成。电动机内安装有位置传感器, 控制器由功率电路和控制电路等单元组成。
电动机为定子、转子双凸极可变磁阻电动机, 定子、转子均由普通硅钢片叠压而成, 转子既无绕组也无永磁体;定子极上绕有集中绕组, 当定子相绕组通电时, 电动机内建立起磁场, 当两凸极位置不对齐时, 磁力线是弯曲的。转子受到弯曲磁力线的磁拉力, 产生转矩, 使转子转动, 转子凸极向定子凸极位置对齐时, 转子达到平衡位置。
位置传感器安装于电动机内部 (非出力端) , 向控制器提供转子相对位置信号, 使控制器能正确判断和决定电动机定子绕组的导通和关断时刻, 确保电动机的正常工作。
功率电路向电动机提供运转所需要的能量。如果系统采用三相交流电源供电时, 由三相整流器和可控功率器件IGBT及其他相关器件组成功率开关电路 (图1) 。当S1、S2导通时, 电动机定子绕组一相通电, S1、S2关断时, 绕组通过D1、D2续流向电容回馈能量。因此开关磁阻电动机调速系统具有节能的优势。
由于开关磁阻电动机定子绕组的电流是单向的, 功率开关元件IGBT与电动机绕组相串联, 使得功率电路设计简单化, 且不会出现类似变频器的上下桥臂因控制错误而造成直通短路的严重事故, 故而开关磁阻电动机调速系统的主电路具有很高的工作可靠性。
控制器 (图2) 由嵌入式微处理器、大规模集成电路、电力电子功率器件及软件组成。由微处理器组成的数字控制电路是系统的中枢, 中枢的控制核心是控制软件, 它综合处理操作指令、速度指令、速度及电流反馈信号、转子位置等反馈信息, 控制功率电路中主功率元件的如相导通、关断角, 电流幅值和绕组电压等工作参数, 以实现对开关磁阻电动机的调速、稳速运行、停止、正反转、制动等状态的控制。
由于单片机的软件改动简便, 所以可以方便地修改控制程序来改变电动机的性能和功能, 以满足不同用户、不同驱动方式的特殊需求。
2. 开关磁阻电机SRD10系统特点
(1) 系统效率高。整体效率比传统调速高出至少10%, 在低转速及非额定负载下高效率则更加明显。
(2) 调速范围宽, 低速下可长期运转。开关磁阻电机调速系统在0～3 000 r/min的转速范围内均可带负荷长期运转, 电机及控制器的温升均低于工作在额定负载时的温升。
(3) 高启动转矩。低启动电流开关磁阻电动机调速系统启动转矩达到额定转矩的150%时, 启动电流仅为额定电流的30%。
(4) 可频繁启停, 及正反转切换。开关磁阻电机可频繁启动和停止, 频繁正反转切换。在有制动单元及制动功率满足时间要求的情况下, 启停及正反转切换可达每小时1 000次以上。
(5) 可靠性高, 缺相仍可工作, 不烧控制器和电机。开关磁阻电机输入即使缺相, 仍可欠功率运行, 或者有可能导致电动机无法启动, 不会烧毁电机和控制器。
(6) 过载能力强。开关磁阻电动机过载能力强, 当负载短时远大于额定负载时, 转速会下降, 保持最大输出功率, 不会出现过流现象。当负载恢复正常时, 转速恢复到设定转速。
二、应用
招金矿业股份有限公司大部分电机使用的是Y系列普通三相异步电动机。风机、水泵、空压机、破碎机等变负荷的电机效率低下, 启动电流大, 电机易烧毁。针对这种现状, 在大部分变负荷的工艺条件下, 安装变频器进行调速, 实现节能。但是在普通三相异步电动机上大量应用变频器, 电机发热, 寿命短, 电网产生大量的谐波, 谐波的产生造成电容器和用电设备及变频器烧毁。
为此, 于2008年7月开始应用开关磁阻电机调速系统。同样功率的电机, 安装尺寸完全相同, 投资比一台Y系列普通三相交流异步电动机配套变频器价格略高, 但是应用开关磁阻电机调速系统能实现最大节能, 且不必进行谐波治理。
三、节能效果测试
1. 空压机改造节能效果测试
改造前存在如下问题, 空压机长期采用降压启动, 以工频恒转速运行模式进行工作, 因为选择空压机时是根据压缩空气最大需要量来确定的, 故选择的电动机容量较大。在实际运行中, 由于井下钻机工作的台数不固定, 轻载运行的时间占的比例较高, 造成能源的极大浪费, 同时产生如下问题:管路空气压力波动大;空压机频繁加载卸载造成电网波动大;空压机总处于高速运转状态, 造成机械故障增多和机体温升高;空压机运转噪声大;电动机运转效率低, 能耗高。
改造后空压机电机用同样功率、安装尺寸完全相同的开关磁阻电机调速系统。电机型号为SRM315L2-10。控制方式采用通过外部反馈能量进行闭环控制 (图3) 。选用量程压力变送器采集储气罐的压力, 并把压力信号转变为标准的电流信号, 将信号连接SRD控制器的模拟量输入接口;压力的设定值通过键盘输入。当压力变化时, 控制器自动调节开关磁阻电动机的转速;当压力值小于或大于设定值时, 控制器控制电动机启动和停止, 达到控制压力的目的。
改造后系统发生了以下转变, 一是达到了高效节能的目的, 节电率达到31.12%。二是使用开关磁阻电机后, 压力维持在恒定值, 可根据用气量的大小自动调整转速。三是降低了设备运转的噪声和设备故障。四是减轻了工人的劳动强度。五是启动平稳, 对电网的冲击大大降低。
2. 水泵改造节能效果测试
改造前由于供水时间及用量极不稳定, 压力波动大。改造后渣浆泵用开关磁阻电机实测节电率26.20%, 解决了渣浆泵动力系统存在的问题, 提升了渣浆泵的性能, 达到了在保障正常生产的同时又节能的目的。
3. 风机节能效果测试
目前一般风机为了满足生产要求或达到节能的效果, 采取挡风板调节风量的方式, 此种方式操作不便且浪费大量的电能, 风机效率低。经过对不同规格的风机运行考核对比, 用开关磁阻电机作风机电机, 操作简单方便, 运行稳定可靠, 调速范围宽, 电机效率高, 损耗小, 节能效果极佳, 功率因数大于0.98, 对电网无干扰, 低速下可长期运行, 是非常适合风机调速的电动机。
四、结语
异步电机矢量控制调速系统设计 篇8
关键词：异步电机,矢量控制,模糊PI调节
1 变频调速发展现况
变频技术在现代社会中对于节约电力的使用、保护生态环境、改善工业生产的过程、增强生产的效率和拓宽产品的使用环境以及突破技术瓶颈, 产生技术的飞跃式发展有着至关重要的作用。20 世纪70 年代以后, 大规模集成电路有了快速的发展, 使用计算机作为上位机来控制系统的运行也登上了技术发展的舞台, 加之现代控制理论技术的广泛应用, 使得交流电力拖动系统的运行条件有了很大的拓宽。
使用矢量控制的方式, 可以加快变频器的动态响应速度, 做到频率和电压的随动性。同时, 矢量控制系统响应快, 调速范围广, 对转矩进行精确控制。在对转矩控制要求高的场合, 以其优越的控制性能受到用户的赞赏[1], 因此文章将采用矢量控制调速。
2 模糊自适应PI调节器
交流调速系统的根本还是归结于电机的速度控制, 目前的控制方式中, 大量采用的仍然是传统的PI控制。为了解决PI控制调节器过分依赖于被控对象参数的缺点, 在电机的速度控制中引入模糊控制理论。模糊控制具有不依赖于被控对象精确数学模型, 便于利用专家经验, 适应性、鲁棒性强等特点, 能够很好的克服交流调速系统中模型和环境参数的变化[2]。
2.1 模糊自适应PI调节器的工作原理
模糊自适应PI控制器系统由PI控制器和模糊推理系统两部分构成, PI控制器实现对系统的控制, 模糊推理系统以误差e和误差变化ec作为输入, 根据PI控制器的两个参数 ΔKp、ΔKi与偏差e和偏差的变化ec之间的模糊关系, 在运行时不断检测偏差e及偏差变化ec, 通过事先确定的关系, 利用模糊推理的方法, 在线修改PI控制器的两个参数, 实现自适应控制。
2.2 模糊自适应PI调节器的控制方法
模糊自适应PI调节器通过不断的检测偏差e和偏差变化ec, 对Kp和Ki进行调整, 从而使被控对象具有良好的动、静态性能。为了进一步提高系统的调速性能, 在常规PI调节器的基础上应用模糊控制原理构建了模糊自适应PI调节器。在这里选择PI控制器参数的增量 ΔKp、ΔKi作为模糊控制器的输出。
3 异步电动机矢量控制系统建模与仿真
为了尽可能的使仿真模型简化, 文章采用了电流和转速负反馈的控制方式。同时为了使仿真时间尽可能的短且达到一定精度, 选用了离散控制系统。
3.1 矢量控制器
模糊自适应PI速度调节器的参数整定为:
其中Kp' 和Ki' 为常规PI调节器的整定参数, Kp、Ki为模糊自适应PI调节器直接作用于被控对象的参数。
3.2 转速改变的仿真结果
分别采用常规PI速度调节器和模糊自适应PI速度调节器对异步电机矢量控制系统进行仿真比较, 下面给出了相应速度仿真曲线, 如图2。
仿真结果表明, 模糊自适应PI速度控制器增强了系统速度调节的自适应能力, 无论是在较高还是较低转速, 系统都具有超调量小, 响应速度快等优点。
3.3 转速和负载均改变的仿真结果
现实情况下电机往往有负载转矩, 而且负载转矩会发生突然变化。因此我们就需要考虑转速和负载都改变情况下的系统响应。这样依然使用上一小节的方法, 把原来系统中的负载输入也换成step模块。速度初始值为120, 在1.5 秒时增加为160rad/s。转矩初始为0, 在2.2 秒增加为200N*m。仿真结果如图3 所示。
4 结束语
文章将模糊自适应PI速度调节器引入异步电机矢量控制系统, 改善传统PI控制系统的响应速度和稳态精度。仿真结果表明, 模糊自适应PI速度调节器超调量小, 响应速度快, 大大的改善了系统的动静态性能, 增强了系统速度调节的自适应能力, 具有较高的实用价值。
参考文献
[1]吴茂刚.矢量控制永磁同步电动机交流伺服系统的研究[D].浙江大学, 2006.
[2]李士勇.模糊控制、神经控制和智能控制论[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 1998.
[3]薛定宇.控制系统计算机辅助设计-MATLAB语言[M].北京:清华大学出版社, 1998.
[4]吴安顺.最新实用交流调速系统[M].北京:机械工业出版社, 1999.
交流电机变频调速研究 篇9
首先通过下式 (1) 求得三相异步电动机的转速n:
其中, “n”表示“电机转速”;“n1”表示“电机的同步转速”;“p”表示“磁极对数”;“s”表示“转差率”;“f”表示“频率”。根据公式 (1) 得知:改变极对数、转差率和频率后, 就能实现异步电机调速。前两种方法转差效率有一定的损耗, 在一定程度上限制了电机的工作效率。变频调速是基于对子电源频率的调整来改变同步频率, 进而实现电机转速的调整。
2 变频变压的实现———SPWM调制波
如图1所示每个脉冲宽度为t1, 相邻脉冲间隔为t2, t1+t2=T (脉冲周期) , 则等宽脉冲占空比为
调节占空比α, 就能将输出的平均电压调节到符合设计要求, 若要调速, 就必须通过调整PWM波的频率1/T改变电源频率, 进而实现调速。另外, 要改变频率和占空比, 就必须借助专用控制电路进行调节。
虽然上述方法能够满足变频与变压控制要求, 但逆变电路输出的电压波形仍夹杂着高次谐波成分, 需要对其进行优化设计。目前比较有效的优化方法是将等宽的脉冲波转为宽度按照正弦化规律渐变的脉冲波 (详见图2) 。这种SPWM波大大减少了谐波分量, 可以得到基本满意的驱动效果。为了提高基波含量, 还可以三次谐波注入法, 已有集成芯片问世。
产生正弦脉宽调制波SPWM的方法是:用一组等腰三角形波进行比较, 如图3所示, 其相等的时刻 (即交点) 作为开关管“开”或“关”的时刻。
将这组等腰三角形波称为载波, 而正弦波则称为调制波。正弦波的频率和幅值具有可控性, 要调整电机转速, 首先要按设计要求调整正弦波的频率, 使输出电源随之变动, 进而实现对电动机转速的调整。而对输出电压的调整, 则需要调整正弦波幅值实现对正弦波与载波交点的调整, 通过输出脉冲序列宽度的调整来改变输出电压。
一般来说, 可以通过极性控制来实现对三相逆变开关管生成SPWM的控制。极性控制包括两种控制模式, 一是单极性控制, 另一种是双极性控制。在单极性控制模式下, 每半个周期内逆变桥安装在同一桥臂上的两只逆变管中, 能够反复导通的开关管只有一只, 另一只开关管则始终处于断开状态。而另外半个周期内, 反复导通的那只开关管将会始终是断开的状态, 而原来断开的开关管会反复导通, 两只逆变开关管正好呈现出相反的状态。在双极性控制模式下, 全周期内, 逆变桥同一臂的上下两开交替开通与关断恰好互补。
图4 (a) 是三相调制波与等腰三角形载波的关系。三相调制波由3条正弦波组成, 其频率与幅值一致, 但是存在120度相位差, 同一桥臂 (即同一相) 的逆变开关管的开通与关断时间主要取决于正弦波与等腰三角形的焦点位置。从线电压Ury, 输出波形来看 (见图4 (b) ) , 它是由相电压合成的 (Ury=Ur-Uy, 同理, 也可以得到Uyb和Ubr) 。
3 系统控制结构 (图5)
4 单片机程序流程图简介 (图6)
5 总结
本篇论文阐述了交流电机综合控制装置的设计理论以及发展趋势, 对异步电机的变频调速闭环控制系统做了一定设计。异步电机的调速控制系统的主电路和控制电路的理论设计, 并给出了单片机的部分流程图。系统理论上应该能够完成电机的启动、调速、停止控制, 以及电机运行过程中出现过流、过压、缺相等异常情况时的综合保护功能。
参考文献
[1]林立, 李晓静, 蒋云峰.基于DSP的SVPWM矢量控制数字化变频调速系统[J].中小型电机, 2004 (05) .
[2]叶成平.交流感应电机的参数辨识及数字控制技术研究[D].南京工业大学, 2004.
电机调速 篇10
关键词：PLC；变频器；组态软件技术；设计
1 概述
随着电子技术和自动化控制技术应用范围的不断扩大，交流变频调速在工业电机领域得到了迅猛发展。可编程控制器（PLC）作为继电器的替代装置，具有操作便捷、性能可靠、通用灵活、人机交互、寿命长等多项优势，已经被广泛应用于现场数据的采集和设备控制环节；组态软件技术可用于定制满足用户需求的功能工具，显示电机转速或对其进行调速控制；利用PLC控制器，组态软件技术和变频器，可对电动机进行变频调速试验。本文将对PLC控制电机变频调速试验系统的设计与实现展开分析。
2 关键技术分析
2.1 变频器调速原理
变频器是通过改变电机的供电电压和供电频率而进行的一项节能措施，同时还能达到提高生产效率，产品质量以及实现生产自动化的目的。变频器主要包括主电路和控制电路两部分，其中主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，主要由交-直变换电路、能耗电路、直-交变换电路和缓冲电路构成；而控制电缆则是给主电路提供控制信号的回路部分，包括运算电路、检测电缆、驱动电路、输入/输出电路、速度检测电路以及保护电路。
2.2 组态软件技术
组态软件是随着计算机技术的发展而逐渐被研发并应用起来，该技术通过提供良好的人机界面，使技术人员用最简单的方法按照自己的需求组装控制系统。组态的涵义是利用计算机软件工具对各项资源进行配置，使其能够按照预先设置的目标自动完成任务，所配置的资源既可以是计算机，也可以是各类软件，配置后的组态软件就成为具有监控和数据采集功能的软件平台工具，功能也由早期的人机图形界面扩展至实时数据库、实时控制、监控、数据采集、通信、开放数据接口、对I/O设备的支持等，可执行多种任务，运行可靠，应用范围极广。
2.3 PLC技术
PLC技术设计的目的是取代继电器盘，在继电器操作简单、成本低廉等优点上，进一步提高反应时间、控制精度、工艺可更改性、功能扩展性等，以适应现代化生产线的工艺要求。随着电子技术的不断进步，大规模集成电路的研发和应用使8位微处理器和位片处理器相继问世，进一步推动了PLC技术的发展，使该项技术增加了数值运算，扩大了输入输出规模，部分PLC已经可以取代某些模拟控制装置和小型机的DDC系统。
3 系统软件设计与功能实现
本文以提升机为例，对其电机改进设计进行分析：
3.1 系统软件设计
首先，PLC控制软件的设计。PLC控制软件的主要功能是对提升机的启动、停止、加速、减速、匀速等过程进行控制，同时采集信号，用于后期的逻辑处理；设计时应包括主程序、故障处理子程序和中断子程序，共计三个模块；PLC具有多种功能，因此其涉及的参数较多，主要有变频器复位、电机正反转、安全报警、故障、多段频率、启动、停止、上升、下降、松绳、复位、过卷等。其次，变频器参数设置。变频器与PLC的连接方式如下：变频器的DI1和DI2分别接PLC的Q0.0以及Q0.1，而变频器的AI1则与PLC的DA连接。变频器运转控制通过外给定方式实现，然后借助自动补偿方式对转矩进行补偿，电机的控制模式则可选择速度传感器矢量进行控制。编程时，变频器的10Hz与DA的给定值6400对应，其余频率则可按照正比进行适当的增加或减少，一般频率浮动范围控制在0.2-50Hz内。
最后，触摸屏监控系统设计。根据生产实际需求选择对应的触摸型，本次试验所选用的为威纶通公司的产品，型号为MT6100iv3，该产品性能可靠、操作简单，使用寿命长；利用EB8000对触摸屏界面进行编译和设计，然后下载到触摸屏即可。
3.2 PLC组成及其功能实现
第一，微处理器（CPU）。CPU是计算机系统的核心部件，同时也是PLC控制系统的核心组成部分，对整个系统的运转起着指挥和调节作用。一般CPU处理器有单片机、位片式处理器和通用处理器等，CPU位数越多，PLC档次越高，对电机进行变频调节效率也越高。单片机或8位微处理器一般用在小型PLC控制器中；而单片机或16位微处理器则用于中型PLC控制器中；位片式微处理器用于大型PLC控制器中。
第二，存储器。PLC使用的存储器一般分为系统类和用户类，系统类用于存储系统程序，而用户类则用于存储用户所编制的控制代码。CMOSRAM是一种随机存储器，能耗低，价格合理，使用寿命可长达5-8年左右。
第三，编程器。编程器是PLC的重要外围设备，能为用户提供程序写入功能，还能对程序进行检查和调试。编程器一般分为图形编辑器和简易编程器两大类，可实现指令编程、梯形图编程、脱机和联机编程等；而简易编程器的功能较少，用于小型PLC较为合适。
第四，I/O扩展单元。I/O扩展单元用于输入或者输出点数的扩展，若扩扎点数超过了PLC限制，就需要扩展单元进行扩展，确保输入/输出点数在PLC规定范围内。
4 结束语
PLC控制电机变频调速试验系统具有节能、高效、适应性强等多项优点，该系统是利用变频技术、PLC技术以及组态软件技术将传感设备、控制设备与电机结合在一起，实现了对电机设备的合理控制，保障电机运行的稳定性；除此之外，PLC控制系统还能对电机的故障检修与修复提供便利，当设备出现故障后，系统可自动对故障的位置及原因进行分析，并将分析结果提供给维修人员，帮助维修人员尽快排除故障，确保电力系统运行的安全性。
参考文献：
[1]王建伟.基于PLC的电机变频调速试验系统开发[D].中北大学，2010.
[2]刘玉娥.PLC控制电机变频调速试验系统的设计与实现[J].电子技术与软件工程，2013，18：190.
[3]刘瑞杰，常宇.PLC控制电机变频调速试验系统的设计与实现[J]. 黑龙江科技信息，2015，27：35.
直流电机的调速性能研究 篇11
直流电机在使用过程中做好不同的调速控制, 其主要指对内部机械结构装置的控制。从机械行业角度看, 直流转速控制系统实际上就是两个机械结构之间的调整, 以满足实际设计控制的需要。单片机运用于直流电机控制后, 需要根据实际操控情况加以处理更新。一个简单的直流电动机它的两个磁极 (N极和S极) 在空间固定不动, 两磁极之间有一铁质的圆柱体 (称为电枢铁芯) 。电枢铁芯与磁极之间的间隙称为气隙, 两根导体ab和cd连成一个线圈, 并嵌置在电枢铁芯表面上, 通常称为电枢绕组。线圈的首、末端分别连接到两个圆弧形的铜片 (称为换向片) 上, 换向片固定在转轴上, 换向片之间以及换向片与转轴之间都是互相绝缘的。电机转动部分称为电枢, 为了把电枢绕组和外电路接通, 装置了两个在空间固定不动的电刷A和B, 当电枢转动时, 电刷A只能与转到上面的一片换向片接触, 而电刷B只能与转到下面的一片换向片接触。在电刷A、B两端接上直流电流电源U, 电刷A接至电源的负极, 电刷B接至电源的正极, 则线圈中有电流流过。我们知道, 位于磁场中的载流导体必将受到电磁力的作用, 至于电磁力的方向可用左手定则确定, 这一电磁力形成了作用于电枢铁针芯方的向电旋磁转转, 从矩而, 拖由动图与可电见机轴, 相转联矩的的负方载向机械是运逆转时, 针成的为一, 台电直动流机电的动电机。枢在此转矩的作用下, 将逆时针方向旋转, 从而拖动与电机轴相直联流的电负机载的机结械构运转, 成为一台直流电动机。
2直流电机的结构由于产品结构形式及使用性能的
由于产品结构形式及使用性能的不同, 直流电机根据用途不同和功率不同, 其结构形式也各有不同, 因此, 在生产、生活现实中使用着各种结构形式的直流电机, 但不管其结构形式如何, 从原理上讲它都是由一些基本部分组成, 图1和图2分别为直流电机的结构示意图和剖面图。结构形式也各有不同, 因此, 在生产、生活现实中使用着各种结构形式的直流机, 但不管其结构形式如何, 从原理上讲它都是由一些基本部分组成, 图1图2分别为直流电机的结构示意图和剖面图。
总体上说, 直流电机由定子 (固定部分) 和转子 (转动部分) 两大部分所组成, 定子的作用是用来产生磁场和作电机本身的机械支撑, 它包括主磁极、换向极、机座、端盖、轴承等, 静止的电刷装置也固定在定子上, 转子上用来感应电势和通过电流从而实现能量转换的部分称为电枢, 它包括电枢铁芯和电枢绕组总体上说, 直流电机由定子 (固定部分) 和转子 (转动部分) 两大部分所组成, 定子的作用是用来产生磁场和作电机本身的机械支撑, 它包括主磁极、换向极、机座、端盖、轴承等, 静止的电刷装置也固定在定子上, 转子上用来感应电势和通过电流从而实现能量转换的部分称为电枢, 它包括电枢铁芯和电枢绕组, 电枢铁芯固定在转轴上, 转轴两端分别装有换向器和风扇等, 由于习惯, 人们常将直流电机的转子称为电枢。
3直流电机的调速特
直流电机的调速特性质上是一种能量的转换控制。直流电机在运行过程中可以对内部速度进行严格操控, 保持转速系统的速度、功率等均处于一个标准的控制范围。这一方面可以保证直流电机的有效运行, 另一方面也能加强各个转速控制系统更好地受单片机系统操作, 满足了现代电机运行的实际需要。目前, 从工业企业的实际运用状况看, 我国的直流电机在使用过程中发挥出现的作用集中体现在了“转速控制”上, 对内部的机械结构实施有效的调控处理。直流电机的调速方法具体包括:
1) 改变电枢电路外串接电阻, 电阻是影响电路连接的重要装置, 在操控过程中通过改变电阻值的大小能对电机的转速控制系统严格调控。有的机电产品在转速调节上功能较多, 往往难以发挥理想的控制作用。而直流电机使用后对于速度方面的控制作用变得更加显著。但就这一方面来说, 由于直流电机对电阻的改变存在许多缺陷, 一般工业上很少用这种功能;
2) 改变电动机电枢供电电压U。电压是保证机电系统正常运行的重要基础, 在使用系统运行阶段可以通过调整控制系统电压大小实现控制设计。本次设计中尝试了采用其它装置进行电压调试, 但发现装置在使用过程中会出现不同的失稳状态, 电压供给不均衡而影响到整体操控上的效果;
3) 改变直流电机的速度。这种特点表现在多个方面, 主要包括了:可以平滑无极调速, 但只能弱磁调速, 即在额定转速以上调节;调速特性软, 且受电动机换向条件等的限制;当电源电压连续变化时, 转速可以平滑无极调节, 一般只能再额定转速以下调节;调速特性与固有特性互相平行, 机械特性硬度不变, 调速的稳定性高, 调速范围较大;调速时, 电动机转矩不变, 属于恒转矩调速, 适合于对恒转矩型负载进行调速;可以靠调节电枢电压来启动电机, 而不用其它设备;
4) 改变励磁磁通运行状态。这种控制方式同样可以达到不同的标准要求, 具体显现在:可以平滑无极调速, 但只能弱磁调速, 即在额定转速以上调节;调速特性软, 且受电动机换向条件等的限制;调速时维持电枢电压和电枢电流不变, 即功率不变, 属于恒功率调速。
经过综合分析之后, 对于此次直流电机转速控制系统的设计决定选择改变电动机电枢供电电压U的方法来控制电机的转速, 这不仅能维持电压的稳定运输, 且可以确保各项装置在使用时能发挥较好的控制作用。
参考文献
[1]张靖武.单片机系统的PROTEUS设计与仿真[J].电子工业出版社, 2007, 4.
[2]成都, 叶琛.单片机系统常用软件抗干扰措施[N].电子报.2000.
[3]江友华, 曹以龙, 龚幼民.高压大功率电机调速方案的探讨和比较[J].变频器世界, 2005 (5) .
[4]陈郁.全数字直流调速装置在轧辊磨床拖板电控系统中的运用[J].冶金标准化与质量, 2003 (5) .