全变频控制系统

全变频控制系统（精选7篇）

全变频控制系统 篇1

近年来, 随着电力电子技术、自动控制技术、计算机技术的发展, PLC (Programmable Logic Controller) 可编程控制器和变频器在起重机行业中得到了广泛应用。笔者以糯扎渡水电站800T桥式起重机为例来介绍一种基于PLC控制的、全变频、全通信起重机控制系统。

1 起重机的整体配置概况

桥式起重机共设有主起升、副起升、大车运行、小车运行4个机构, 各机构均采用能耗型西门子变频调速系统控制。变频器选用西门子公司6SE70系列产品, 外配制动单元和制动电阻;电机选用西门子公司1LG4或1LA8系列变频电机;PLC选用西门子S7-300系列PLC。

2 基于PLC的电气控制系统

该桥式起重机由“PLC+变频传动+人机界面”组成电气控制系统。PLC实现整车运行的时序、逻辑控制;变频传动驱动各机构协调动作, 实现可控运行;人机界面显示起重机的工作状态和故障报警。三者之间通过PROFIBUS DP、MPI总线通信及开关量输入输出来实现数据交换[1]。

该通信控制系统的控制核心为西门子S7-300系列PLC。由开关量输入、输出模块和CPU组成。输入模块接受司机室的控制命令及各机构监控信号。输出模块是由CPU对输入信号运算处理, 再生成控制命令去控制各机构的动作等。CPU通过PROFIBUS DP总线与各机构的变频器相连接, 实现CPU与变频器之间的通信连接, CPU即可以获取变频器的运行状态及故障信息。

3 变频调速系统

1) 控制部分。变频器通过CBP2通信板挂在PROFIBUS DP总线网上, 接受PLC统一的控制与管理。该桥式起重机选用西门子公司SIMOVERT MASTERDRIVES VC全数字式矢量变频调速装置。

2) 动力部分。供电交流母线上分别挂接有起升机构、大车运行机构、小车运行机构的变频器, 再由各机构的变频器驱动其电动机, 实现机构调速控制。各机构的调速范围均为1∶10, 各机构的制动能量通过外接制动斩波器、制动电阻器将制动能量消耗在电阻器上。这种结构及传动方式具有技术先进、结构独立的特点。

变频器的全数字式参数设定保证了装置间参数设定的绝对一致性, 能够对电机参数自动辩识。起升机构由脉冲编码器作为速度检测构成闭环速度控制[2] (见第86页图1) 。

4 PLC系统

4.1 硬件部分

1) PS307电源模块。采用PS307系列电源, 容量为5 A。电源模块为CPU及背板总线提供24 V的DC电源。

2) CPU中央处理模块。采用CPU315-2DP, 具有两个通信接口, 一个是MPI接口, 另一个为PROFIBUS DP接口。

3) Digital Input模块为16位数字量输入模块, 24 V的DC电源, 光电隔离, 共使用11个DI模块。

4) Digital Output模块。为16位数字量输出模块, 24 V的DC电源, 光电隔离, 共使用5个DO模块。

5) IM153模块。远程通信接口模块, 将中央机架与远程扩展机架连接起来, 共使用2个IM153模块。

6) 各机构变频器通信板及导轨、通信电缆、总线连接器等。

4.2 软件部分

该桥式起重机的PLC程序, 采用西门子SIMATIC STEP7-5.4软件进行编程。软件设计的硬件部分充分考虑到PLC主站与各变频器装置从站之间的通信问题, 应用了PROFIBUS DP的现场总线通信来实现。各模块与装置的硬件组态见图2。

综上所述, 运用PLC对整个起重机系统进行监视和控制, 可充分发挥PLC可靠性高、故障容易查找的优点。而电力拖动系统采用变频器进行调速, 可使电动机运行更平稳、调速范围更广。有了PLC和变频器的支持, 桥式起重机在可靠性、调速性能、节能和运行效率等方面都有了很大提高, 这种应用方式值得推广借鉴。

参考文献

[1]顾绳谷.电机与拖动基础[M].北京:机械工业出版社, 2003.

[2]柴瑞娟.西门子PLC高级培训教程[M].北京:人民邮电出版社, 2009.

全变频控制系统 篇2

基于轴功率再生能量反馈的双电动机结构全数字交流调速实验系统原理结构如图1所示。

它在系统结构上有重大改进,将常规的同轴电动机-发电机组结构改成了同轴电动机组结构[1],驱动电源由并联逆变器及其频差控制模块组成。主电路采用了两逆变器直流母线并联工作方式,各自的变频输出电压分别驱动两台电动机。通过控制系统实施对并联逆变器的频差控制来决定两台电动机的工作状态。调速系统在任一时刻都能使得一台电动机工作在电动状态,而另一台电动机则工作在发电状态。这样就在电动机轴上建立了一种基于再生能量反馈作用的电磁转矩方式的负载形式。作为交流调速实验系统,它不仅仅简化了调速系统结构,更重要的是能实现几乎无功耗负载下交流调速的各项性能指标,达到了高效节能的效果。

2 系统工作原理

2.1 系统的负载形式及特性

图1系统的工作是通过频差(Δf=∣f1-f2∣)控制并联逆变器输出不同频率的交流电压来分别控制驱动两台电动机运行,f1和f2分别对应电机M1和M2的输入电压频率。由于两台电机在机械上同轴连接,决定了任意时刻两电机的机械转速都相等,即n1=n2。异步电机变频调速的转速公式为:

$n=\frac{60f(1-s)}{p{}_n}‚n{}_0=\frac{60f}{p{}_n}(1)$

式中:n——实际转速;n0——理想空载转速;f——电源的频率;pn——电动机的极对数;s——转差率。

根据式(1),若f1>f2,则同轴转速必然决定于电动机M1的转速n1,也就是说同轴电动机组由M1拖动M2运行,即M1工作在电动机状态,M2工作在发电机状态,两台电动机在轴上产生相反的电磁转矩,即在轴上建立了一种基于电磁转矩方式的负载形式。图2表示了这种结构下的两台电动机分别在电动和发电工作状态下各自的机械特性线性[2]工作段,图中直线为异步电机机械特性曲线的线性段。

若f1≠f2(设f1>f2),则n01>n02,即两台电机的空载转速不相等。如图2(a)中A、A′所示,这时M1工作在电动状态(A点),M2工作在发电状态(A′点)。M2的电磁转矩即M1的负载转矩。若降低M2的控制频率f2,而M1的控制频率f1不变,即频差增大,则M2的空载转速将降至n02′。由于转速不能突变,使M2转换到n02′对应的机械特性曲线工作点K(TK,n1)。这时,|Te1|<|TK|,即M1的电磁转矩小于负载转矩,根据电力拖动系统的运动方程:

${\rm T}{}_{\text{e}}-{\rm T}{}_{\text{L}}=J\frac{\text{d}\Omega }{\text{d}t}(2)$

式中:Te——电磁转矩;TL——负载转矩;J——机电常数,;Ω——角速度。

M1、M2转速将下降,直至到达新的平衡点B、B′点,此时|Te1′|=|Te2′|,n1′=n2′。与A、A′点相比,Te1′>Te1,|Te2′|>|Te2|,即M1的电磁转矩和负载转矩都增大了。

同理,若提高M2的控制频率f2,f1不变,即减少频差,则M2的空载转速升至n02″,如图2(b)所示。同样,由于转速不能突变,M2转换到n02″对应的机械特性曲线的工作点K′(TK′,n1),这时|Te1|>|TK′|,即M1的电磁转矩大于负载转矩,使M1、M2的转速上升,直到新的平衡点B′,此时,|Te1′|=|Te2′|,n1″=n2″,与A、A′点相比,Te1′<Te1,|Te2′|<|Te2|,即M1的电磁转矩和负载转矩都减少。由此可见,改变频差的大小,即可改变M1电磁、负载转矩的大小。

若设定f1<f2,即n01<n02,则M1工作在发电状态,M2工作在电动状态,M1为M2的负载,同样可通过改变频差来改变负载转矩的大小,道理同上。

通过图2系统特性分析表明,图1的同轴电动机组拖动系统通过改变逆变器输出电压频率能实现拖动系统的调速;调节并联逆变器频差Δf的大小则可控制同轴负载转矩的大小,即调整电动机负载的大小变化;还可通过改变Δf的正负来调整拖动系统的工作状态,方便地实现电动机的四象限运行。由此可见同轴电动机组拖动系统通过频差控制实现了一种再生功率作用负载形式的交流调速的目的。

2.2 系统无功耗轴负载的实现

由以上讨论分析可知,如果设定频差Δf≠0,则两电动机必定有一台工作在电动状态,另一台工作在再生发电状态,必须实现再生能量的回馈,才能在轴上建立基于电磁转矩形式的负载关系。由于电源侧双逆变器公用三相不控整流桥,发电机再生能量不能回馈电网,然而电路中的电压型逆变器桥臂二极管组成的反向不控三相桥路却提供了再生交流能量的回馈路径。也就是说,以发电状态运行的那台电动机交流供电回路中,其逆变器的作用已转换为整流器作用,即与逆变桥并联的反向二极管桥路完成了将再生发电状态下电动机发出的交流电压整流成直流电压作用在公用直流母线上,此刻逆变器直流侧的电流方向与其运行在逆变工作状态时正好相反,如图1电路所示的直流电流方向。在此期间逆变器1输入的功率为电源和逆变器2分别提供的两个直流分量之和,即发电机的再生能量通过直流母线完全被电动机吸收,从而减少了电动机吸收来自电网的电能。由此可以看出,调速系统在这种工作模式下,处于发电状态运行的电动机M2的再生能量得到了全部的回馈利用。在理论上该调速系统消耗的电源功率仅仅用于系统中电动机组的激磁、损耗和逆变器开关损耗等,因此可以认为该系统是一个几乎没有轴功耗负载消耗的高效节能调速实验系统。图1所示系统不但通过调节频差的大小来控制电机转矩负载的大小,还可通过改变正负来调整拖动系统的工作状态,实现调速系统四象限运行控制。应用Simulink软件[3]建立的方框图系统模型仿真分析也验证了前面的分析结论,证明了在电动机组拖动系统中确实建立了无功耗的轴负载联系。

3 基于DSP控制的节能变频调速系统实现

3.1 系统硬件电路组成及功能

系统的变频调速及差频控制是以TMS320LF2407A DSP芯片为核心设计的控制模块[4]。该芯片提供低成本、低功耗、高性能的电机控制处理能力,芯片内部集成了许多有效的片内外设,为实现本文设计的实验系统提供了方便。

根据节能交流调速实验系统的结构建立系统的硬件电路,如图3所示。系统主电路以IPM功率模块、公共不控整流模块、电动机及转速测量装置组成。由两套DSP控制模块分别控制直流侧并联连接的两个交-直-交电压源逆变电路功率模块,实施同轴连接交流电动机系统变频调速控制。通过上位PC机串行通信接口输出系统频差控制信号及系统操作控制等命令参数。

DSP控制模块主要功能简介:

(1)PWM输出和功率驱动。TMS320LF2407A的最大特点是有两个事件管理模块EVA和EVB,每个模块包括:2个16位的通用定时器,8个16位的脉宽调制通道。它们能够同时生成两组六路脉冲,可编程的PWM死区控制以防止上下桥臂同时输出触发脉冲,片内光电编码器接口电路接收系统转速测量信号。

系统工作时控制模块经SVPWM算法产生6路具有可编程死区和可变输出极性的PWM信号,经隔离驱动单元后,输出控制,如图4所示的逆变器功率模块[5]。

(2)速度反馈信号检测。采用增量式光电编码器作为速度检测器件,它输出2个相差90°的方波脉冲,经整形后,两路脉冲信号直接送入正交编码脉冲接口单元(QEP),经译码逻辑单元产生内部4倍频后的脉冲信号和转向信号,从而获得电机的转速信息CLK和转向信息DIR。

(3)串行通信。TMS320LF2407A的异步串行通信模块(SCI)[6]可以方便地实现与计算机之间的串行通信。系统设计同时兼顾了单机调试和双机运行时的需求,PC机通过串行口RS232或RS485标准通信完成系统频差及操作控制参数给定,接收DSP模块上传转速等数据信息显示。

3.2 系统软件算法及实现

本系统的控制软件可分为两大部分:①上位机的监控显示程序;②DSP端的控制程序。上位机软件功能只对PC机的串口实现读写操作就可以满足系统要求。DSP端程序是系统运行的核心,它由主程序和三个中断服务程序组成。主程序如图5所示,主要完成DSP的系统初始化;实施频差控制,能够在线选择频差控制方式和在线给定控制参数;实现上位机与DSP端的串行数据传递;完成电动机转速的实时显示及故障保护等功能。然后便进入循环,等待中断。三个中断服务子程序包括:通信中断服务子程序、PWM中断服务子程序和故障保护中断服务子程序。

图6所示的PWM中断服务程序模块是实验系统变频调速控制的核心程序,该模块主要包括三部分:①电动机转速采样,根据脉冲编码器传递的信息计算当前的转速值;②数字PI调节器,根据上位机传递的频率值与电机转速采样值计算转速控制参数输出传递给SVPWM模块;③结合典型的恒压频比控制方式和空间电压矢量(SVPWM)算法产生PWM波形,输出驱动IPM模块。

4 结 论

基于再生功率循环的全数字节能交流调速实验系统是一种新型交流调速实验系统,理论和实验结果表明它不仅能够完成常规交流调速的有关特性、参数实验测量,更具有优良的节能特性,而且对提升交流变频调速教学的综合数字化实验手段及电气传动节能控制理论研究有着重要意义。

摘要：广泛应用的传统电动机-发电机组结构的交流电动机负载性能及调速试验方法是一种纯能耗过程的试验运行方式,本文介绍了一种应用DSP控制实现的电动机-电动机组结构的全数字节能交流变频调速试验系统。系统控制同轴电动机组差频运行,实现了基于电动机组再生功率回馈的几乎无负载功耗特点的电动机负载性能及调速试验。并结合空间矢量PWM技术,实现了基于TMS320LF2407A DSP的变频调速实验系统全数字控制。

关键词：频差控制,节能,交流调速,数字信号处理器

参考文献

[1]CHEN Zheng-shi,BECK HP,LUZhen.A High Efficiency andEconomical Energy AC Speed-governing Experiment Systemwith Analogue Load[C]//Proceedings IPEMC2000 Third In-ternational Power Electronecs and Motion Conference.Beijing,2000:1386-1389.

[2]陈政石.基于再生功率循环的节能交流调速试验系统仿真研究[J].机电工程技术,2005,34(11):20-23.

[3]黄道平.MATLAB与控制系统数字仿真及CAD[M].北京:化学工业出版社,2004:155-159.

[4]王晓明,王玲.电动机的DSP控制——TI公司DSP应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004:166-168.

[5]BOSE B K.Moden Power Electronics and AC Drives[M].北京:机械工业出版社,2003:519-524.

全数字接收机中的下变频技术研究 篇3

在目前多模式全数字化接收机的最新实现技术中,多采用基于软件无线电的中频采样结构,即中频模拟信号经过模拟电路放大,增益控制、抗混迭滤波后,由A/D转换器变换成数字信号。随着现代通信速率越来越高,受硬件发展水平的限制,信号的实时处理会产生一定困难,所以必须将信号从中频搬移到基带,并在较低采样率条件下完成后续数据解调,而这些功能统一由称为数字下变频(DDC)的模块来实现。实践证明,DDC技术的应用可大大提高接收机实时解调的效率。

1 DDC工作原理

数字混频和抽取滤波是DDC的关键技术模块。设中频模拟信号为S'(t),经过A/D高速采样得到数字信号S'(nTs),再送入数字下变频器(DDC),其组成的系统框图如图1所示,包括数字振荡器(NCO)、数字乘法器、数字抽取滤波器等部分。数字振荡器通常采用基于DDS(直接数字频率合成)技术合成正交两路载波。

从图中可见,混频部分采用正交解调结构,即正交两路载波分别与中频数字信号相乘,通过低通滤波器滤除高频分量,得到同相、正交两路基带信号。而抽取滤波则包括两方面功能:一是滤除带外无用信号;二是对输出信号进行抽取以降低采样率。因为在数字中频接收机中,需要将信号从带通搬移到基带采样率,通常抽取率(D)很大,这里将选择多级抽取滤波技术来抑制频谱混叠和提高计算效率。

2 数字混频算法分析

数字混频与模拟混频的基本原理一样,将输入的中频信号与本地正交载波相乘,产生同相和正交分量信号。参考数字下变频原理框图1,令A/D变换器输出的信号为s’(n),如下式所示:

式中ωC=2πfc,fC是由NCO产生的正交载波频率。则混频器输出I(n)、Q(n)为:

由上式可知,混频输出信号可通过低通滤波器来滤除二倍载频分量,得到两路正交基带信号I(n)、Q(n),再通过变采样模块送入后端进行载波恢复、基带解调和码元判决等处理。

3 多级抽取滤波器设计

在中频全数字化接收机中,往往对信号进行过采样处理,为了减少基带处理的样点数,必须加入抽取滤波模块。与单级结构相比较,采用多级结构可大幅度减少对数据计算量和存储量的需求,而多级抽取滤波器设计中的关键问题是要确定最优的级数和各级抽取因子。实际应用中,一般级数设定为3～4级,第一级采用级联积分梳状滤波器(CIC),其余各级可使用半带滤波器,各级的通带截止频率和阻带截止频率可根据下式来确定:

其中fpass和f stop分别为通带上边频和阻带下边频,Fi和Fi 1分别是第i级滤波器的输出和输入采样率。各级滤波器的设计不仅要求带内混叠小于规定值,并且满足整个通带和阻带容限。以K级抽取系统为例,若级数r=K,抽取率D=D1·D2·…Dk,第一级采用Q个CIC滤波器级联,则CIC滤波器阶数M=D1,通带和阻带容限要满足:

同时,各级滤波器的线性通带波纹δpk,阻带波纹δsk应该符合以下条件:

其中δp为系统通带波纹,ωpl为第一级滤波器通带截止频率。

采用级联积分器梳状(cascade integrator comb,CIC)滤波器和半带(halfband filter,HB)滤波器相结合,可以实现大动态范围、高倍数的信道抽取。其中CIC滤波器是一种整系数线性相位低通FIR滤波器,它在与输入信号进行卷积时只有加法和延时运算,结构简单而不需要复杂的控制,可实现很高的抽取率。而半带滤波器特别适合实现2的整数幂倍的抽取,有较高的计算率,便于实时处理。仿真中以三级抽取滤波器为例,实现结构如图3所示:

设抽取率D=2(0,各级抽取率D1=5,D2=2,D3=2,系统通带波纹Rp=0.O1dB,阻带衰减As=60dB。下面给出CIC、HB抽取滤波器的MATLAB设计结果:

4 仿真结果

采用MATLAB构建BPSK中频全数字接收机模型,设码速率2.5MHz,中频40MHz,输入采样率200MHz,基带采样率10MHz,图5给出数字混频器I、Q两路输出时域波形(虚线为Q路信号),抽取滤波器I路输出信号频谱如图6所示。仿真表明:当输入信噪比为12dB时,BPSK解调输出误码率<10-5,可见数字下变频模块的设计完全满足系统要求。

5 结束语

实践证明,数字化下变频技术很容易实现线性相位,能够克服模拟下变频中非线性和相位噪声等因素的影响;模块化设计使得系统更加灵活可靠,并支持多种调制模式,有利于全数字接收机的软件化;此外,利用MATLAB可针对不同系统要求进行快速的参数设计,十分方便在可编程器件(如FPGA等)中实现。

参考文献

[1]张公礼．全数字接收机理论与技术．北京科学出版社，2005

[2][美]Jeffrey H．Reed．软件无线电．人民邮电出版社，2004

全变频控制系统 篇4

将全变频调速技术运用到门式起重机中, 具体是指结合客户的需求和货场实际情况, 在起重机的电力控制系统构建过程中, 同时融合变频调速技术和可编程控制技术, 使门式起重机在实际运行中, 实现全自动变频调速, 提高工作效率的手段。

起重机全变频调速控制系统主要可以分成三大部分:

1.1 主配电回路。

该回路主要包括三个部分, 即主回路、照明回路以及保护控制回路。其中, 保护控制回路与主回路的主要作用在于控制系统的起动与停止, 同时还能够对失压进行保护。而照明回路则能够控制整车的照明线路, 同时为检修系统和空调器的正常运行提供电力支持。

1.2 起升变频调速控制系统。

该系统主要包括四个部分, 即变频器、可编程控制器、起升重量测控仪以及旋转编码器。其中, 变频器是起升变频调速控制系统中的主要组成部分, 现有的变频器技术主要包括恒功率调速和恒转矩调速两种。

恒功率调速技术的主要工作方式为:起升重量测控仪详细的测量出重量信号, 然后大致确定范围 (1.2t以内) , 将重量信号以编码信息的形式传达给可编程控制器, 再由可编程控制器根据编码信息详细数据, 设定并调整恒功率工作方式。同时, 设置变频器的过程中, 将其工作状态设为空钩, 从而将变频器的输出频率调节范围严格控制在0到100Hz之间, 兼顾轻载、高速, 提高工作效率。

恒转矩调速技术的主要工作方式为:当起升重量测控仪测量出的重量信号范围大于1.2t, 小于50t时, 在编码式重量信号传送到可编程控制器以后, 可编程控制器根据详细信息, 将工作方式转变为转矩模式, 从而将变频器的输出频率调节范围严格控制在0到50Hz之间, 进一步保证在重载工作环境下, 变频器能够在额定范围内提供起升转矩。

在0速时, 全转矩控制的实现, 主要结合旋转编码器和PG矢量控制两种方式, 此方法可以最大程度避免电动机因欠缺起动力矩导致的重型货物滑落事故, 提高安全性。

1.3 大、小车变频控制系统。

这一系统主要包括了三个部分, 即大、小车变频器部分、可编程控制器部分和控制电路。大、小车变频控制系统的优点在于起重机在不同档走行速度之间的切换能够无级调速、实现限位控制保护以及平滑变速运行等诸多要求。

2 解析全变频调速技术的实际应用效果

全变频调速控制系统, 结合了变频调速技术和可编程控制技术两个方面, 对门式起重机进行了全面控制, 在保障起重机安全稳定运行的前提上, 极大的提高了起重机工作效率, 有效减少了各方面的资金损耗, 同时也为操作人员减轻了工作压力, 全面适应了大型笨重货物的装运工作。主要具有安全稳定、工作效率高、减少资源损耗、调速性能好及方便维护等五个方面的明显优点, 具体内容分为以下几点详细说明:

2.1 安全稳定。

全变频调速技术在门式起重机中的全面应用, 可以有效减少启动运行和制动运行过程中, 门式起重机的冲击力, 促进起重机稳定安全运行。

2.2 工作效率高。

由于起重机的起升速度, 完全依据货物的重量, 在预设的数据范围内, 能够全面实现轻载时高速起升、重载时缓慢起升的合理变化。当起重重量大于16t时, 保持10.4m/min的起升速度, 从而对应双起升机构主速度;当起重重量大于1.2t, 小于16t时, 保持15m/min的起升速度, 从而对应起升机构副钩速度;当起重重量不足1.2t时, 则采用20m/min的标准, 通过预设数据的范围和实际重量, 有效调整起升速度, 保证使空钩轻钩快速起升, 重钩平稳提升, 提高工作效率。

2.3 减少资源损耗。

在全变频调速技术的运用中, 根据相关数据统计, 与采用传统的调速系统相比, 全变频调速系统有效节省了门式起重机20%以上的能源损耗。在其他各方面条件相同的情况下, 同一起重吨位的全变频式起重机损耗的电能与传统的调速起重机相比少了30%以上, 一方面有效减少了用户需要投入的成本资金, 另一方面又达到了环保节能的社会效益。

2.4 调速性能优异。

与传统的门式起重机起重系统相比, 变频调速式系统能够根据起重货物的重量来自动进行切换工作, 从而使起重机主钩、副钩和空钩三个不同挡位时的工作速度根据起重需要合理切换, 有效节省了在切换交替时因进行辅助工作所消耗的时间, 也极大程度上减轻了起重机操纵员的工作压力, 将起重机的作业效率最大化。另外, 变频调速技术中运用到的启制动模式均为软性模式, 能够有效缓解货物对起重机钢结构带来的压力, 减少起重机制动轮和刹车片的摩擦, 减轻起重机磨损, 延长起重机使用寿命。

2.5 方便维护。

在实际使用中, 全变频调速式的门式起重机发生故障的几率较低, 有效减轻了日常维护过程中的工作量, 产生的噪音也较小, 极大优化了工作人员的操作环境。

3 结语

变频调速技术经过长久的实践和研究, 已经拥有了较为丰厚的成果。变频调速技术在门式起重机中的应用, 体现了整个起重机行业的技术进步, 有利于优化起重机行业的发展结构。在实际应用工作中, 相关人员还应当根据起重机调速系统的使用情况, 调整全变频调速技术的应用模式, 从而有效促进起重机行业的长远发展。

摘要：在起重机中融合变频调速技术能够有效提高工作效率并节约能源, 本文通过对门式起重机中全变频调速技术的应用探究, 希望能够解决起重机变频调速系统中的疑难问题, 为起重机控制系统的构建提供参考。

关键词：全变频调速技术,门式起重机,可编程控制技术

参考文献

[1]王小明, 卢志强.起重机变频调速控制技术[J].机械工程与自动化, 2009 (05) .

全变频控制系统 篇5

硬件升级

压缩机, 新一代大容量高压腔直流变频压缩机;风机, 全直流变频风机, 最高出风静压可达85 Pa;换热器G型7小管经换热器, 360度换热, 换热效率13%;系统保护, 新增管路过滤模块, 机组运行更安全。

驱动升级

全新自主研发全直流变频驱动, 气候适应性更强, 机组出功更精确, 效率23%。

结构升级

电控冷却, 独有冷媒冷却控制技术, 电控运行温度降低20℃以上可靠性更高;风道优化, 机内静音导风设计, 主动干涉出风紊流产生, 机组运行噪音更低;机体结构, 整体式顶盖设计, 结构加强, 整体强度提升27%;摇臂结构, 独创电控箱体摇臂结构, 检修更便捷。

控制升级

控制方式升级, 智能云端控制, 主机运行状态随时掌握;过冷控制升级, 最高可实现32℃过冷度, 满足超远配管传输需要;噪音控制升级, 40~61 d B超静音运行;室温控制升级, 最高可实现实现室温±0.3℃以内;VIP控制升级, 超级VIP控制, 一键切换房间控制优先级。

物联网平台数据采集

空气环境是建筑环境最重要的组成部分:温度、湿度、洁净度、含氧量等等参数, 决定了建筑环境的空气品质。作为控制室内空气品质控制的核心, 中央空调系统承担着改善室内空气环境的首要职能。通过温湿度, 含氧量、PM2.5检测一些列传感器, 能够收集大量建筑环境数据, 为对空气品质的改善提供依据。

A-link智能管理系统, 实现业内最具深度和全面的数据采集功能。将空气环境参数, 中央空调机组运行状态的数据, 事无巨细, 实时通过系统网关向楼宇控制及云服务器传输。真正做到“Link Everything”。

云计算

在云端, 针对不同使用场所和用户使用习惯, 利用后台的数学模型及算法, 制定最佳运行方案, 可在提升用户使用体验的同时, 最大限度降低能耗, 为用户创造价值, 降低碳排放。

A-link智能管理系统于2012年上线, 通过3年来不断调试升级, 目前, 用户只需通过客户端网络接入, 即可实现主机驱动在线升级、分户计费、欠费锁、远程诊断, 远程调试, 历史数据查询等一系列功能。

个性化服务和产品柔性升级

基于物联网平台的A-link系统, 有着与生俱来的交互性。中央空调系统的每个内外机运行的详细数据都会实时上传到云端。对于在安全指标范围外运行的机组, 系统能提前预警, 并通过运行参数判别可能的故障, 在无法通过软件调试自动解决的前提下, 自动下达指令给最近的服务网点, 在客户真正察觉空调系统故障前把问题解决。同时, A-link系统为空调售后服务资源的优化配置提供了有效手段。

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全变频控制系统 篇6

Sinamics G120L系列变频器功率范围目前涵盖280 k W~400 k W, 电源适用3 相交流380V~440 V, 50 Hz。均可按统一的标准化方法进行组态、参数设置、调试和运行, 采用模块化设计并提供丰富的选件以便客户根据具体应用定制具体的解决方案, 并可集成到电控柜中。

Sinamics G120L变频器具备可靠、高效、性价比高的特点。该系列变频器配有涂层电路板以提高其防潮、防尘性能从而适应更恶劣环境下的应用, 防护等级可达IP20, 同时其应用环境温度可高达50 ℃。Sinamics G120L变频器效率可达98%, 在部分带载时能够实现节能运行并自带休眠模式。该变频器可以配备中文操作面板以方便客户的调试和使用。

变频器对变频电机的驱动控制 篇7

1 系统的已知条件

风扇的最高转速:5 500r/min;

风扇功率:115k W (5 500r/min时) ;

液压泵的理论最高额定转速:2 214 r/min;

液压泵的理论最大输入扭矩:765N·m。

2 变频电机驱动控制系统的工作原理

变频器通过RS485接口接收主控系统的命令, 如风扇转速信号, 主控计算机可以通过RS485接口远程启动和停止变频器 (同时变频器要有急停接口分别放到控制间和试验间) , 变频器通过RS485接口将转速等信号反馈传输给主控计算机系统。变频器通过电缆与变频电机连接, 电机驱动液压泵, 液压泵驱动液压马达, 液压马达驱动风扇旋转, 风扇转速通过转速传感器发出脉冲信号变换后传给变频器, 变频器通过读取风扇实际转速, 对风扇的转速进行闭环控制。风扇转速在0r/min~5500r/min时, 控制精度为±5r/min, 风扇的最高转速为5500r/min, 同时, 风扇的控制精度可以根据实际情况做相应的调整。变频器和变频电机之间的闭环控制, 来辅助风扇转速与变频器之间的闭环控制。

1) 在闭环运行模式下, 可以设定并调节被控制量的期望值, 变频器将根据被控量的实际值, 自动调节变频器的输出频率, 控制电动机的转速, 使被控量的实际值自动逼近期望值;

2) 在开环运行模式下, 变频器的运行频率由PLC或主界面给定;

3) 变频器的频率输出信号为4m A~20m A.变频器的指令接受信号也为4m A~20m A。变频器的状态信号、故障信号等都可以上传到PLC;

4) 可以直接利用变频器柜门上的主界面起动、停机和调速。也可以在控制室进行起动、停机、急停、加速、减速、远方-就地转换、故障报警、故障消除、频率表 (数字表) 及引风机运行电流显示。

3 变频器工作原理

变频器主要由整流 (交流变直流) 、滤波、逆变 (直流变交流) 、制动单元、驱动单元、检测单元、微处理单元等组成的。PS7000系列变频器的整流器件采用六单元整流桥, 通过电容滤波, 逆变器件为绝缘栅双极性晶体管 (IGBT) , 驱动、检测、微处理单元都集成在电源板和主控板上。

通常的电机是按50Hz电压设计制造的, 其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。因此在额定频率之下的调速称为恒转矩调速. (T=Te, P<=Pe) , 变频器输出频率大于50Hz频率时, 电机产生的转矩要以和频率成反比的线性关系下降。当电机以大于50Hz频率速度运行时, 电机负载的大小必须要给予考虑, 以防止电机输出转矩的不足。

电机的转速可以自由改变, n=60f/p (1-s) 。其中n:电机的转速;f:电源频率;p:电机磁极对数;s:电机的转差率。电机的转速=60 (s) *频率 (Hz) /电机的磁极对数-电机的转差率。电机的旋转速度同频率成比例。

4 变频柜主要参数

变频柜型号为PS7000 200G3, 额定功率200k W, 变频范围可以从0HZ到400Hz, 额定电压为三相交流380V, 额定电流380A,

采用闭环控制方式, 与主控通讯接口是RS485接口。与主控传输协议为ModBus。

变频柜的原理如下:

图1为变频器驱动变频电机的主回路原理图, L1、L2、L3为三相380V电源, SB为万能转换开关, 通过旋转手柄可以使电压表分别显示AB、AC、BC之间的电压。QF11、QF12为电动断路器, 可以通过柜门上的<送电>按钮 (SB2) 操作使断路器的接通, <断电>按钮使断路器断开。L11、L22、L33分别为输入电抗器、输出电抗器、直流电抗器。变频器和调速器在使用过程中, 经常会受到来自浪涌电流和浪涌电压的冲击, 会严重损坏变频器和调速器的性能和使用寿命, 所以要在其前面加装输入电抗器, 用以抑制浪涌电压和浪涌电流, 保护变频器和调速器, 延长其使用寿命和防止谐波干扰, 同时由于变频器和调速器是采用变频的方式调速的, 所以在调速的时候经常会产生高次谐波和产生波形畸变, 会影响设备正常使用, 为此, 须在输出端加装一个输出电抗器, 用于滤出谐波电压和谐波电流, 改善电网质量。

M1为变频电机, M2是变频电机的冷却风扇, M3为变频柜的柜内风机, 用于冷却柜内的发热器件, 如IGBT、整流器等。

图1右侧为变频器控制回路的接线, FWD、RST、COM端子, 通过设定相应的参数和继电器的控制, 可以实现对变频器启动、停止、复位等操作, SS1、SS2、SS3组合可以切换频率设定模式。

V1/DA1、V1/DA2分别输出4-20m A信号给PLC, 用于显示运行频率和运行电流。IF、V3是变频器的反馈信号输入端子, 用于实现PID控制, 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。

在积分控制中, 控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统, 如果在进入稳态后存在稳态误差, 则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差, 在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分, 随着时间的增加, 积分项会增大。这样, 即便误差很小, 积分项也会随着时间的增加而加大, 它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小, 直到等于零。因此, 比例+积分 (PI) 控制器, 可以使系统在进入稳态后无稳态误差。

在微分控制中, 控制器的输出与输入误差信号的微分 (即误差的变化率) 成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件 (环节) 或有滞后组件, 具有抑制误差的作用, 其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”, 即在误差接近零时, 抑制误差的作用就应该是零。这就是说, 在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的, 比例项的作用仅是放大误差的幅值, 而目前需要增加的是“微分项”, 它能预测误差变化的趋势, 这样, 具有比例+微分的控制器, 就能够提前使抑制误差的控制作用等于零, 甚至为负值, 从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象, 比例+微分 (PD) 控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。

图2为控制回路原理图, SB1是三位转换开关, 当选择‘本地’时, 中间继电器KA11线圈得电, KA11的常开点闭合, 常闭点断开, 通过柜门上的启动按钮SB5对变频柜进行启动操作, 停止按钮SB4。当选择‘手动’时, SS1、SS2、SS3的组合为OFF、ON、ON, 频率设定模式为键盘或RS485给定。当选择‘自动’时, SS1、SS2、SS3的组合为ON、ON、OFF, 此时为PID调节方式。TA1/TC1和TA2/TC2为变频器的继电器输出点, 通过参数设置, 变频器运行时TA1/TC1闭合, 变频器故障时TA2/TC2闭合。

5 电机主要参数

电机型号为YTSP315L-4 (IC416) , 额定功率200k W, 电机转速范围可从0r/min到3 000 r/min之间调节, 四级电机, 额定电压为三相380V交流电压, 额定电流360A, 变频范围3Hz~100Hz, 额定转速1 500 r/min (50Hz) , 最高转速可达到3000 r/min (100Hz) , 最高扭矩大于1 200N·m, 电机控制方式采用变频器闭环控制。

参考文献

[1]徐海, 施利春.变频器原理及应用[M].清华大学出版社, 2010, 9.

[2]姚福来, 孙鹤旭, 杨鹏.变频器、PLC及组态软件实用技术[M].机械工业出版社, 2010, 6.

[3]程树康, 蔡鹤皋.新型电驱动系统及相关技术[M].机械工业出版社, 2005, 6.