2022年基于PLC的交流电动机的调速控制设计课程设计.docx
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1、精品学习资源系部:机 电 工 程 系同学姓名:专业班级:机 电 10C3 班学号:101011312指导老师:年月 日声 明本人所呈交的 基于 PLC 的沟通电动机的调速掌握设计 ,是我在指导老师的指导和查阅相关著作下独立进行分析讨论所取得的成果;除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的讨论成果;对本文的讨论做出重要奉献的个人和集体,均已在文中作了明确说明并表示谢意;作者签名:欢迎下载精品学习资源日期:欢迎下载精品学习资源【摘要】本设计将运用先进的PLC 掌握技术,协作变频调速装置,设计电机运行工艺,考虑到电机的启动、运行、调速和制动的特性,系统中从而达到最终精的确现
2、对电机调速的控制;解决整套电机系统的电力拖动方面的一系列问题;本文第一,讨论沟通电动机的工作原理及变频调速掌握的原理,对设计方案进行讨论、提出设计方法和手段;然后,依据对设计方案的分析,完成设计由PLC 为核心掌握变频调速的系统,由PLC完成电机速度的数据采集,达到对变频器的掌握,最终实现对电机进行变频转速调剂,实现能源充分利用,达到生产的要求;关键词: PLC,沟通电动机,变频器欢迎下载精品学习资源目录目录4引言5课题背景5第一章 绪论51.1 三相沟通异步电动机的结构和工作原理51.2 三相异步电动机的调速方式61.2.1 变极调速61.2.2 变频调速61.2.3 变转差率调速6其次章
3、硬件设计72.1 变频调速原理72.2 变频器结构82.3 变频器的掌握方式82.4 变频器的挑选9第三章 软件设计93.1 可编程掌握器( PLC)简介93.1.1 PLC 的基本特点93.1.2 可编程掌握器的分类103.2 可编程掌握器基础123.2.1 可编程掌握器的结构123.2.2 可编程掌握器的工作原理13第四章 程序设计164.1 变频器参数设置164.2 程序17结 论20谢辞22欢迎下载精品学习资源引言课题背景沟通异步电机由于结构简洁、修理简洁等优点,被广泛应用于工农业及其他生产当中;然而国内沟通电动机绝大多数仍是转子回路串电阻分段掌握的沟通绕线式电机继电器接触器系统,设备
4、陈旧、技术落后;而且这种掌握方式存在着很多的问题 :l 转子回路串接电阻,消耗电能,造成能源铺张;2) 继电器、接触器频繁动作,电弧烧蚀触点,影响接触器使用寿命,修理成本较高;3) 沟通绕线异步电动机的滑环存在接触不良问题,简洁引起设备事故;4) 电动机依靠转子电阻获得的低速,其运行特性较软;上述问题使电机运行的牢靠性和安全性不能得到有效的保证;因此,需研制更加安全牢靠的掌握系统;另外,变频技术是近年来国际家电领域全面开发和应用的一项高新技术,能够将 50Hz 的固定供电频率转换为30-130Hz 的变化频率,实现电动机运转频率的自动调剂,达到节能和提高效率的目的;本设计将在 PLC 电控系统
5、的基础上协作变频调速装置,运用现在先进的PLC 掌握技术,不但适合电机运行工艺的要求,仍将解决整套电机系统的电力拖动方面的一系列问题;第一章 绪论1.1 三相沟通异步电动机的结构和工作原理三相沟通异步电动机是把电能转换成机械能的设备;一般电动机主要由两部分组成:固定部分称为定子,旋转部分称为转子;三相沟通异步电动机的工作原理是建立在电磁感应定律、全电流定律、电路定律和电磁力定律等基础上的;当磁极沿顺时针方向旋转,磁极的磁力线切割转子导条,导条中就感应出电动势;电动势的方向由右手定就来确定;由于运动是相对的,假如磁极不动,转子导条沿逆时针方向旋转,就导条中同样也能感应出电动势来;在电动势的作用下
6、,闭合的导条中就产生电流;该电流与旋转磁极的磁场相互作用,而使转子导条受到电磁力,电磁力的方向可用左手定就确定;由电磁力进而产生电磁转矩,转子就转动起来;欢迎下载精品学习资源1.2 三相异步电动机的调速方式可以从沟通异步电机的公式欢迎下载精品学习资源n060f 1( 1s ) p( 1-1)欢迎下载精品学习资源看出(其中 p 是异步电机的极对数,s 是转差率(异步才有转差,同步没有),f 是频率, 所以可以知道调速的方法就是调频-f ,调极对数 -p,仍有调转差率 -s;变转差率可以通过定子调压,转子串电阻,串级调速等实现);异步电动机调速可以分为三大类:变极调速、变频调速和变转差率调速;1.
7、2.1 变极调速这种调速方法是用转变定子绕组的接红方式来转变笼型电动机定子极对数达到调速目的;特点如下:具有较硬的机械特性,稳固性良好;无转差损耗,效率高;接线简洁、掌握便、价格低; 有级调速,级差较大,不能获得平滑调速;可以与调压调速、电磁转差离合器协作使用,获得较高效率的平滑调速特性;1.2.2 变频调速变频调速是转变电动机定子电源的频率,从而转变其同步转速的调速方法;变频调速系统主要设备是供应变频电源的变频器,变频器可分成沟通直流沟通变频器和沟通沟通变频器两大类,目前国内大都使用交直交变频器;其特点:效率高,调速过程中没有附加损耗; 应用范畴广,可用于笼型异步电动机; 调速范畴大,特性硬
8、,精度高; 技术复杂,造价高,爱护检修困难; 本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合;1.2.3 变转差率调速串级调速方法:串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调剂的附加电势来转变电动机的转差,达到调速的目的;大部分转差功率被串入的附加电势所吸取,再利用产生附加的装置,把吸取的转差功率返回电网或转换能量加以利用;依据转差功率吸取利用方 式,串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式,多采纳晶闸管串级调速;其特点为:可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上,效率较高; 装置容量与调速范畴成正比,投资省,适用于调速范畴在额定转速 70 90的生产机械上; 调速装置故障
9、时可以切换至全速运行,防止停产; 晶闸管串级调速功率因数偏低,谐波影响较大; 本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用;绕线式电动机转子串电阻调速方法:绕线式异步电动机转子串入附加电阻,使电动机的转差率加大,电动机在较低的转速下运行;串入的电阻越大,电动机的转速越低;此方法设备简洁,掌握便利,但转差功率以发热的形式消耗在电阻上;属有级调速,机械特性欢迎下载精品学习资源较软;定子调压调速方法:当转变电动机的定子电压时,可以得到一组不同的机械特性曲线,从而获得不同转速;由于电动机的转矩与电压平方成正比,因此最大转矩下降很多, 其调速范畴较小,使一般笼型电动机难以应用;为了扩大调速范
10、畴,调压调速应采纳转子电阻值大的笼型电动机,如专供调压调速用的力矩电动机,或者在绕线式电动机上串联频敏电阻;为了扩大稳固运行范畴,当调速在2: 1 以上的场合应采纳反馈掌握以达到自动调剂转速目的;调压调速的主要装置是一个能供应电压变化的电源,目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种;晶闸管调压方式为正确;调压调速的特点:调压调速线路简洁,易实现自动掌握;调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中,效率较低; 调压调速一般适用于100KW 以下的生产机械;其次章 硬件设计2.1 变频调速原理异步电机的VVVF调速系统一般简称变频调速系统;由于在变频调速时转差功率不变,
11、在各种异步电机调速系统中效率较高,同时性能也最好,故是沟通调速的主要进展方 向;沟通调速系统的掌握量最基本上是转矩、速度、位置,依据不同的用途适当组合可构成各种闭环系统;对电机的调速有两个方向的才能,线面进行分析:1.基频以下的恒磁通变频调速这是考虑从基频电动机额定频率AN 向下调速的情形,为了保持电动机的负载才能,应保持气隙主磁通 m不变, 这就要求降 低供电频率的同时降低感应电动势,保持E1/ f1 = 常数, 即保持电动势和频率之比为常数进行掌握;这种掌握又称为恒磁通变频调速,属于 恒转矩调速方式;但是, E1难于检测和直接掌握;当El和f1 值较高时,定子的漏阻抗压降相对比较小, 假如
12、忽视不计,就可以近似的保持定子相电压U1和频率 f1 的比值为常数即可;这就是恒压频比,是近似的恒磁通掌握;当频率较低时,U1和E1都变小, 定子漏阻抗压降主要是定子电阻压降 不能再忽视 ,这种情形下,可以适当的提高定子电压以补偿定子电阻压降的影响,使气隙磁通基本保持不变;2 .基频以上的弱磁变频调速这是考虑由基频开头向上调速的情形,频率由额定值 .f1n向上增大,但电压 U1 受额定电 压U1N 的限制不能再上升,只能保持 U1 =U1n 不变;必定会使主磁通随着 f1 的上升而减小,相当于直流电动机弱磁调速的情形,属于近似的恒功率调速方式;综合两种情形,异步电动机变频调速的基本掌握方式如图
13、 2.1所示,为恒转矩区和恒功率区,低频调速时通过电压补偿的方式来保持恒转矩;欢迎下载精品学习资源图 2.1 异步电动机变频调速时的掌握特性2.2 变频器结构变频器可以分为四个部分,如图2.2 所示;通用变频器由主电路和掌握回路组成;给异步电动机供应调压调频电源的电力变换部分,称为主电路;主电路包括整流器、中间直流环节(又称平波回路)、逆变器;图 2.2 变频器简化结构图(1) 整流器;它的作用是把工频电源变换成直流电源;(2) 平波回路(中间直流环节);由于逆变器的负载为异步电动机,属于感性负载;无论电动机处于电动状态仍是发电状态,起始功率因数总不会等于1;因此,在中间直流环 节和电动机之间
14、总会有无功功率的交换,这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件 电容器或电感器来缓冲,所以中间直流环节实际上是中间储能环节;( 3)逆变器;与整流器的作用相反,逆变器是将直流功率变换为所要求频率的沟通功率;逆变器的结构形式是利用6 个半导体开关器件组成的三相桥式逆变器电路;通过有规律的掌握逆变器中主开关的导通和断开,可以得到任意频率的三相沟通输出波形;( 4 )掌握回路;掌握回路常由运算电路,检测电路,掌握信号的输入、输出电路,驱动电路和制动电路等构成;其主要任务是完成对逆变器的开关掌握,对整流器的电压掌握, 以及完成各种爱护功能;掌握方式有模拟掌握或数字掌握.2.3 变频器的掌握方式欢迎下载精
15、品学习资源电压 /频率 U/f 恒定掌握:这种掌握方法在低频时定子电压较低,定子漏抗压降所占的份量不能忽视,因此需要人为地把电压抬高一些,用以补偿定子压降,负载不同时需要补 偿的定子压降值也不一样,在掌握软件中备有不同斜率的补偿特性,以便用户挑选;矢量变换掌握:它的方法是模拟直流电动机的掌握特点来进行沟通电动机的掌握,通过电机统一理论和坐标变换理论,把沟通电动机定子电流分解成磁场定向坐标的磁场电流重量和与之相垂直的坐标转矩电流重量,把固定的坐标系变换为旋转坐标系后,沟通量的掌握变为直流量的掌握,于是等同于直流电动机;直接转矩掌握:也叫直接自控,它躲开了矢量掌握中的两次坐标变换及求矢量模与相角的
16、复杂运算工作,直接在定子坐标系上运算电动机的转矩与磁通,使转矩响应时间掌握在一拍以内,且无超调,掌握性能更好;2.4 变频器的挑选随着变频器性能价格比的提高,沟通变频调速己应用到很多领域,由于变频调速的诸多优点,使得沟通变频调速得到广泛应用;其功能较强,使用敏捷,但其价格相对较贵;所以我选用了通用变频器,通过合理的配置、设计和编程,同样可以达到专用变频器的掌握成效;本设计采纳的变频器是西门子公司面对世界推出的 21 世纪通用型变频器 MM420 ;它可实现平稳操作和精确掌握,使电动机达到抱负输出,这种变频器不仅考虑了 V/f 掌握, 而且仍实现了矢量掌握,通过其本身的自动调谐功能与无速度传感器
17、电流矢量掌握,很容易得到高起动转矩与较高的调速范畴;MM420 变频器的特点如下: 包括电流矢量掌握在内的四种掌握方式均实现了标准化; 有丰富的内藏与挑选功能; 由于采纳了最新式的硬件,因此,功能全、体积小; 爱护功能完善、修理性能好; 通过 LCD 操作装置,可提高操作性能;第三章 软件设计3.1 可编程掌握器( PLC)简介可编程掌握器是以微处理器为基础,综合了运算机技术、半导体集成技术、自动掌握技术、数字技术和通信网络技术进展起来的一种通用工业自动掌握装置;它面对掌握过程、面对用户、适应工业环境、操作便利、牢靠性高,成为现代工业掌握的三大支柱( PLC、机器人和 CAD/CAM )之一;
18、 PLC 掌握技术代表着当前程序掌握的先进水平, PLC 装置已成为自动化系统的基本装置;3.1.1 PLC 的基本特点欢迎下载精品学习资源PLC 的产生给工业掌握带来革命性的飞跃,与传统的继电器掌握相比有着突出的特点; 第一 ,敏捷性、通用性强;继电器掌握系统假如工艺要求稍有变化,掌握电路必需随之作相应的变动 , 全部布线和掌握柜极有可能重新设计,耗时且费劲然而是利用储备在机内的程序实现各种掌握功能的;因此当工艺过程转变时,只需修改程序即可 ,外部接线改动微小 ,甚至可以不必改动 ,其敏捷性和通用性是继电器掌握电路无法比拟的;其次 ,牢靠性高 ,抗干扰才能强 继电器掌握系统中 ,由于器件的老
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