基于plc的交流电动机的调速控制设计毕业论文(编辑修改稿)

基于plc的交流电动机的调速控制设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

，同时性能也最好，故是交流调速的主要发展方向。 交流调速系统的控制量最基本上是转矩、速度、位置，根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能力，线面进行分析： 这是考虑从基频 (电动机额定频率 AN)向下调速的情况，为了保持电动机的负载能力， 应保持气隙主磁通Φ 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控制。 这种控制又称为恒磁通变频调速，属于恒转矩调速方式。 但是， E1难于检测和直接控制。 当 El和 f1值较高时，定子的漏阻抗压降相对比较小，如果忽略不计，则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，是近似的恒磁通控制。 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 )不能再忽略 ,这种 情况下，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 这是考虑由基频开始向上调速的情况，频率由额定值 .f1n向上增大，但电压 8 U1受额定电 压 U1N的限制不能再升高，只能保持 U1 =U1n不变。 必然会使主磁通随着 f1的上升而减小，相当于直流电动机弱磁调速的情况，属于近似的恒功率调速方式。 综合两种情况，异步电动机变频调速的基本控制方式如图 ，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。 图 异步电动 机变频调速时的控制特性 变频器结构 变频器可以分为四个部分，如图。 通用变频器由主电路和控制回路组成。 给异步电动机提供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 (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还是发电状态，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。 9 （ 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交流功率。 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。 通过有规律的控制逆变器中主开关的导通和断开，可以得到任意频率的三相交流输出波形。 （ 4）控制回路。 控制回路常由运算电路，检测电路，控制信号的输入、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控制，对整流器的电压控制，以及 完成各种保护功能。 控制方式有模拟控制或数字控制 . 变频器的控制方式 电压 /频率 (U/f)恒定控制：这种控制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略，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，在控制软件中备有不同斜率的补偿特性，以便用户选择。 矢量变换控制：它的方法是模拟直流电动机的控制特点来进行交流电动机的控制，通过电机统一理论和坐标变换理论，把交流电动机定子电流分解成磁场定向坐标的磁场电流分量和与之相垂直的坐标转矩电流分量，把固定的坐标 系变换为旋转坐标系后，交流量的控制变为直流量的控制，于是等同于直流电动机。 直接转矩控制：也叫直接自控，它避开了矢量控制中的两次坐标变换及求矢量模与相角的复杂计算工作，直接在定子坐标系上计算电动机的转矩与磁通，使转矩响应时间控制在一拍以内，且无超调，控制性能更好。 变频器的选择 随着变频器性能价格比的提高，交流变频调速己应用到许多领域，由于变频调速的诸多优点，使得交流变频调速得到广泛应用。 其功能较强，使用灵活，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 器的控制效果。 本设计采用的变频器是西门子公司面向世界推出的 21 世纪通用型变频器MM420。 它可实现平稳操作和精确控制，使电动机达到理想输出，这种变频器不仅考虑了 V/f 控制，而且还实现了矢量控制，通过其本身的自动调谐功能与无速度传感器电流矢量控制，很容易得到高起动转矩与较高的调速范围。 MM420 变频器的特点如下： ⑴ 包括电流矢量控制在内的四种控制方式均实现了标准化。 ⑵ 有丰富的内藏与选择功能。 ⑶ 由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、体积小。 ⑷ 保护功能完善、维修性能好。 ⑸ 通过 LCD 操作装置，可提高操作性能。 10 第三章 软件设计 可编程控制器（ PLC）简介 可编程控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术和通信网络技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。 它面向控制过程、面向用户、适应工业环境、操作方便、可靠性高，成为现代工业控制的三大支柱（ PLC、机器人和 CAD/CAM）之一。 PLC 控制技术代表着当前程序控制的先进水平， PLC 装置已成为自动化系统的基本装置。 PLC 的基本特点 PLC 的诞生给工业控制带来革命性的飞跃 ,与传统的继电器控制相比有着突出的特点。 第一 ,灵活性、通用性强。 继电器控制系统如果工艺要求稍有 变化 ,控制电路必须随之作相应的变动 ,所有布线和控制柜极有可能重新设计 ,耗时且费力然而是利用存储在机内的程序实现各种控制功能的。 因此当工艺过程改变时 ,只需修改程序即可 ,外部接线改动极小 ,甚至可以不必改动 ,其灵活性和通用性是继电器控制电路无法比拟的。 第二 ,可靠性高 ,抗干扰能力强 继电器控制系统中 ,由于器件的老化、脱焊、触点的抖动以及触点电弧等现象是不可避免的 ,大大降低了系统的可靠性。 而在控制系统中 ,大量的开关动作是由无触点的半导体电路来完成的 ,加之在硬件和软件方面都采取了强有力的措施 ,使产品具有极高的可靠性和 抗干扰能力可以直接安装在工业现场稳定地工作。 PLC 在硬件方面采取电磁屏蔽、光电隔离、多级滤波等措施在软件方面采取警戒时钟、故障诊断、自动恢复等措施 ,并利用后备电池对程序和数据进行保护 ,因此被称为“专为适应恶劣的工业环境而设计的计算机”。 第三 ,编程简单 ,使用方便。 PLC 采用面向过程 ,面向问题的“自然语言”编 程方式 ,直观易懂 ,主要采用梯形图和语句表编写程序 ,使得广大电气技术人员更 容易接纳和理解。 同时设计人员也可根据自己的喜好和实际应用的要求选择其他编程语言。 标准是编程语言的标准 ,除了梯形图 !语句表之外 ,还存在顺序流程图 !结构化文本和功能块图三种编程语言的表达方式。 一个程序的不同部分可用任何一种语言来描述 ,支持复杂的顺序操作功能处理以及数据结构。 第四 ,功能强大 ,可扩展。 的主要功能包括开关量的逻辑控制、模拟量控 制部分还具备控制或模糊控制功能、数字量智能控制、数据采集和监控、通信、联网及集散控制等功能。 PLC 的功能扩展也极为方便 ,硬件配置相当灵活 ,根据控制要求的改变 ,可以随时。