关键词： 自动扶梯
全变频调速技术（精选十篇）
全变频调速技术 篇1
在社会经济技术发展的过程中, 城市建设也不断加快, 电梯已成为人们生活和工作的重要工具之一。自动扶梯这种用于向上或向下倾斜连续运载乘客的固定电力驱动设备, 则广泛应用于车站、码头、超市、商务楼、机场和地下铁道等场所。而目前国内安装的自动扶梯大多是采用直接启动的工作方式, 从其启动运转至关闭, 不管有无乘客均以额定速度运行, 这就导致自动扶梯能耗大、机械磨损严重、使用寿命低等问题[1]。因此, 实施自动扶梯的全变频和母线技术节能改造成为未来节能发展的主要方向之一。
1 普通自动扶梯的缺陷[2]
1.1 能耗较大
普通自动扶梯以直接启动的方式, 每天运行达14 h以上, 但在额定负载下运行的情况却很短。有关统计表明, 即便在人流量很大的地铁站内, 其持续运行率也仅为25%～30%, 一般都存在长时间低载甚至空载运行的情况, 严重消耗电力资源, 耗费大量电能。结果, 地铁站、车站、商场、宾馆等公共场所普遍应用的自动扶梯有20%～40%的能量均以热量的形式散失掉, 致使电力资源严重浪费。
1.2 机械磨损快, 寿命短
由于每天以额定速率持续运行十几个小时, 自动扶梯的部件 (如电机、减速箱、扶手带等) 产生了不必要的磨损及疲劳损伤, 导致部件使用寿命下降, 从而降低了自动扶梯的使用寿命。
1.3 故障发生频率高, 增加成本
当自动扶梯的部件磨损严重时, 故障发生的频率增高, 需要更换新的部件使其正常运转, 这就导致自动扶梯的成本增加。
2 全变频改造设计方案
2.1 主回路的设计方案
变频器主要是用来调整扶梯转速, 启动、运行平稳。当没有乘客经过的时候, 系统经过延时处理进入爬行运行状态, 减少电能的消耗, 从而达到节能的目的。当有乘客经过时, 安装在扶梯入口处的光电装置发出信号, 变频器根据信号调整速度进入额定速度运行状态;当乘客离开扶梯后, 变频器根据信号又转入低速运行状态。
全变频控制主要是指系统在运行过程中始终都是由变频器来拖动。该系统不仅具有旁路变频的功能, 还具有分时段运行的功能, 也即是系统可以通过不同的用户要求, 根据在不同的时间段里不同数量的乘客, 设定不同的扶梯运行速度。当乘客数量多的时候, 扶梯运行速度升高;反之, 当乘客数量减少的时间段里, 扶梯的运行速度下降。因此, 该系统设定了几个速度段, 满足不同时间段里的运行需求, 从而使自动扶梯达到更加节能的效果。
2.2 全变频控制系统的设计技术
控制系统组成如图1所示。其核心组成部分为PLC控制器, PLC控制器主要是对各种输入信号进行不同的运行模式设定, 以及乘客光电检测和安全检测等信号进行处理, 从而得到输出信号来进一步控制扶梯的运行、停止及故障诊断与显示、润滑注油、安全保护等。控制系统里的变频器主要作用是根据PLC控制器输出的控制信号来改变扶梯驱动电机的电源频率, 使扶梯以一定的加速度进行软启动或者进入低速节能状态运行[4]。当变频器接收到PLC控制器的额定速度运行信号时, 变频器控制电机以额定速度运转;当变频器接收到PLC控制器的低速运行信号时, 变频器则控制电机以低速运转, 从而实现自动扶梯额定速度运行与低速运行的切换[2]。
控制系统中的光电式感应设备, 能够精确检测出是否有乘客经过。没有乘客时, 自动扶梯自主进入低速节能运行状态;一旦传感器感应到乘客, 只需2 s自动扶梯便能从节能状态进入到额定速度运行状态, 同时启动变频器;当乘客离开后, 扶梯在很短的时间内便处于节能状态。同时, 用户通过变频器调整电机的运行速度和功率, 以达到分时段控制扶梯运行的目的[5]。全变频控制系统调节下主机由变频器控制, 且始终和变频器相连。当自动扶梯处于自动运行模式, 空载及加速均由变频器供电, 从而提供相对稳定的加速度;当PLC控制器感应输出额定运行信号后自动扶梯感应到乘客, 变频器加速使自动扶梯处于高速运行状态。自动扶梯上下部接线箱装有安全检测装置, 可以方便检测安全信息, 并传输到控制器, 以便于进行故障判断及检测。
2.3 全变频技术改造后扶梯的优势
全变频技术改造后自动扶梯保持原有的各安全开关功能, 不影响安全性能, 并且产生了更大的优势, 其优点如下[6]:
1) 无人乘梯时, 扶梯自动平稳过渡到节能运行, 以1/5额定速度运行, 其电流仅为空载时额定电流的1/3, 从而节约了能源;同时, 也可以设定无人乘梯时扶梯停止运行, 使得机械部分的磨损大大降低, 相对延长了扶梯的使用寿命。
2) 有人乘梯时, 扶梯自动以节能速度进入额定速度运行, 保证正常地运行。
3) 检修运行时, 扶梯以1/2额定速度运行, 利于检测扶梯设备的运动状态, 以免出现额定速度点停止不及时的状况。
4) 技术成熟, 便于实施和推广。PLC控制器采用继电器型, 易于编程, 且便于工程技术人员修改。控制系统中采用的变频器功能齐全, 且操作简单;从外观上看装置体积小, 便于安装, 可直接装于自动扶梯的上下平台内, 而不造成不便的影响。
5) 变频技术的采用, 大大降低了扶梯启动时对电网的冲击, 采用变频器可有效改善电网的功率因数, 降低无功损耗。
3 母线技术的应用改造后扶梯的优势
母线控制系统的基本结构主要包括直流母线、逆变器单元以及整流/回馈单元。其中供电系统包括整流变压器、整流回馈单元、逆变器、进线电抗器等。 公共直流母线技术应用改造后扶梯有以下优势[7]:
1) 采用了集中整流技术, 扶梯系统将比原来的系统再节能8%～15%左右。
2) 集中整流技术的采用后母线容量大, 使得电压比单台变频器的母线电压更加稳定, 从而提高了逆变器系统的抗干扰性能以及控制精度, 有效控制了该系统的谐波。
3) 公共直流母线中采用变频逆变器, 整流部分变为公共整流单元, 使得结构紧凑, 设备的可靠性增强。
4) 公共直流母线技术应用在自动扶梯上, 可以使电机回馈的能量先传输到母线上, 带动其他电机运转, 系统只有回馈能量大于其他电机运转需求的能量时, 才回馈到电网。因此, 母线技术的应用能够避免因部分母线电压过高而掉闸、停机, 可以减少试机和停机的时间, 保证自动扶梯的正常运行。
5) 母线系统设备工作稳定、功能齐全, 其中的整流/回馈单元的应用省去大量的外围设备如制动单元和制动电阻等, 设备结构紧凑, 节省了占地面积和设备维护量, 最终提高了自动扶梯设备的整体控制水平。
4 结语
自动扶梯的负载率很低, 设备轻载或空载的时间占绝大多数, 而满载运行的时间相对来说是很少的。自动扶梯采用全变频和母线技术改造后, 电机通过变频拖动, 实现了更人性化的多段速度运行, 节能效果明显, 具有显著的经济效益, 符合国家节能减排的政策方针;并且可减少设备的机械磨损, 延长其使用寿命, 从而使设备更加安全可靠。相信在未来的节能技术的发展中, 全变频和母线技术改造后的自动扶梯的经济社会效益前景会更加广阔。
参考文献
[1]张文蔚, 夏骄勇, 张蕊.PLC在自动扶梯节能运的应用[J].机电一体化, 2008 (9) :80-81.
[2]何绍明.浅谈全变频和母线技术在扶梯节能改造中的应用[J].科技与企业, 2012 (11) .
[3]张瑜亮.浅谈自动扶梯的节能技术[J].能源及环境, 2009 (14) :33-34.
[4]刘旭明.基于变频器的自动扶梯节能系统设计[J].制造业自动化, 2011, 33 (9) :145.
[5]朱士祥.地铁站变频自动扶梯节能原理及效果分析[J].科技资讯, 2010 (22) :37.
[6]李澄, 张广明, 饶斐, 等.一种自动扶梯节能方式的设计[J].控制系统2007, 23 (4) :113-114.
交流变频调速技术复习考试总结 篇2
2、转差率：同步转速n0与定子转速n之差称为转速差，转速差与同步转速的比值称为转差率S。额定状态下运行时，异步电动机的转差率sn在0.01~0.06之间；空载时，sn在0.05以下。
3、三相异步电动机的调速方法：调频调速、改变磁极对数、改变转差率。
4、三相异步电动机的机械特性：三个主要特征点理想空载点（N0）：负载转矩T为零，异步电动机的转速n最大，达到同步转速n0。启动点（S）：异步电动机接通电源瞬间，电动机的转速n为零，此时的和转矩为启动转矩Ts，称为堵转转矩。临界点（K）：异步电动机的机械特性有一个拐点K，此时对应的转速为临界转速nk。
5、异步电动机负载的机械特性主要是指负载的阻转矩与转速的关系。常见的有恒转矩负载、恒功率负载和二次方率负载。恒转矩负载（负载功率与转速成正比）、恒功率负载（转速和转矩成反比）、二次方率负载（负载的阻转矩与转速的二次方成正比）。
6、变频器的分类：⑴按变换环节：①(间接变频)交-直-交变频器②(直接变频)交-交变频器 ⑵按电压的调制方式：①PAM(脉幅调制)②PWM(脉宽调制)⑶按滤波方式：①电压型变频器②电流型变频器 ⑷按输入电源的相数：①三进三出变频器②单进三出变频器⑸按控制方式：①v/f控制变频器②转差频率控制变频器③矢量控制变频器④直接转矩控制变频器⑹按用途：①通用变频器②高性能专用变频器③高频变频器⑺按变频器的供电电压的高低分类：①低压变频器②高压变频器
7、直流电动机的工作原理。为什么直流电动机有优越的调速特性！
答：直流电动机有两个独立的绕组：定子和转子。定子绕组通入直流电，产生稳定磁场；转子绕组通入直流电，产生稳恒电流；定子的稳恒磁场和转子的电流相互作用，产生机械转矩，拖动转子旋转。并且，此机械转矩分别为和定子的稳恒磁场和转子电流成正比。
因为直流电动机的定子电路和转子电路彼此独立，互不干扰；可以分别调节定子磁场的强弱和转子电流的大小。二者相互作用产生的机械转矩分别和定子的稳恒磁场和转子电流成正比。所以，直流电动机有优越的调速性能。
8、三相异步交流电动机的工作原理和机械特性，画出异步电动机的机械特性曲线！答：三相异步交流电动机的工作原理是：定子绕组通过相位差为120°的三相对称的交流电，产生大小不变的旋转磁场。此旋转磁场切割笼型转子导体，在转子中感应出电流；旋转磁场又和感生电流相互作用，产生机械转矩，拖动转子旋转。其特性：一只有定子回路从外界供电，电枢电路中的电流是由转子导体切割定子电流产生的旋转磁场感应而来的，两者并不相互独立。二两个磁场值相差很小的度数，也不相互独立，电枢感应磁场不能单独存在，很难从外部进行控制。
9、功率晶体管（GTR）的结构及其特点：其结构分为二级或三级达林管模块化结构。其工作特点是电流控制型器件，其优点：控制方便，大大简化了控制电路，提高了工作的可靠性；能较好地实现正弦脉宽调制技术；具有自关断能力。主要用于高电压、大电流的场合。GTR有三种工作状态：放大状态、饱和状态、截止状态。GTR的主要参数：开路阻断电压UCEO集电极最大持续电流ICM电流增益hFE④开关频率。
10、功率场效应晶体管（MOSFET）的结构、工作特点：结构由场效应晶体管组成的模块，是单极性的。工作特点：其是电压控制型器件，优点：控制方便，驱动电路简单；自关断能力强，开关频率高（≦20MHz）；输入阻抗极高。
11、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的结构与特点：其结构由场效应晶体管和功率晶体管模块组合而成。工作特点：其是电压控制型器件，优点：输入阻抗高，开关速度快；电流波形比较平滑，电动机基本无电磁噪声，电动机的转矩增大；驱动电路简单，已经集成化；通态电压低，能承受高电压；能耗小；增强了对故障的自处理能力，故障率大为减小。
12、MOS控制晶闸管的结构与工作特点：其结构是由MOSFET和晶闸管复合而成的器件。工作特点：其是电压型器件，优点：其具有高电压、大电流、高电流密度、低导通压降；可以承受极高的电流、电压的变化率；开关速度高，损耗小。
13、智能电力模块（IPM）的结构与工作特点：结构由逆变的半导体器件和其配套的驱动、保护、检测、以及接口电路集成在一起的模块。其优点：具有过电流、短路、欠压和过热等保护电路。
14、变频调速的基本原理：只要平滑地调节三相交流电的频率，就能实现异步电动机的无级调速，就有可能使三相异步电动机的调速性能赶超直流电动机。变频调速最大的特点：电动机从高速到低速，其转差率始终保持最小的数值，因此变频调速时，异步电动机的功率因数都很高。但其需要由特殊的变频装置供电，以实现电压和频率的协调控制。
15、变频调速系统的控制方式：在基频以下调速(属于恒转矩调速)和在基频以上调速（属于恒功率调速）。
16、通用变频器五部分组成：整流、逆变单元、驱动控制单元、中央处理单元、保护与报警单元、参数设定和监视单元。
17、滤波电路中的电容除了具有滤波外，还具有在整流与后面的逆变电路之间起去耦作用，消除两电路之间的互相干扰；为整个电路的感性负载提供容性无功补偿；电容还具有储能的作用。
18、交频器主回路的外置硬配件：断路器、主接触器、交流电抗器、进线与电机侧滤波器、直流电抗器、外接制动单元与外接电阻。
19、V/F控制型通用变频器的优缺点：优点：转速开环控制，无需速度传感器，控制电路比较简单；电动机选择通用标准异步电动机，因此通用性比较强，性价比比较高。缺点：不能恰当地调整电动机转矩，不能补偿适应转矩的变化。无法准确地控制电动机的实际转速。转速极低时，由于转矩不足而无法克服较大的静摩擦力。
20、转差频率控制系统的控制思想：当转差频率fs较小时，如果E1/f1为常数，则电动机的转矩基本上与转差频率fs成正比，即在进行E1/f1控制的基础上，只要对电动机的转差频率fs进行控制，就可以达到控制电动机输出转矩的目的。
21、转差频率控制系统的控制原理：在电动机转子上安装测速发电机等测速检测装置，转速检测器可以测出fn,并根据希望得到的转矩的调节变频器的输出转矩f1，就可以输出电动机具有设定的转差频率fs0，即使电动机具有的输出转矩，就是转差频率控制的基本原理。优点控制电机的转差频率还可以达到控制和限制电动机转子电流的目的，从而起到保护电动机的作用。而且过电流的限制效果也更好。
22、矢量控制的基本思想：仿照直流电动机的调速特点，使异步交流电动机的转速也能通过控制两个相互独立的直流磁场进行调节。矢量控制的核心：是等效变换，变换分别为坐标变换矢量旋转变换。
23、试述异步电动机直接转矩控制的基本思路：直接转矩控制是继矢量控制变频调速技术之后的一种新型的交流变频调速技术。他用空间矢量的调速方法，直接在定子坐标系下计算与控制转矩，采用定子磁场定向，借助于离散的两点式调节产生PWM信号，把转矩的检测值和转矩给定值做比较，使转矩波动限制在一定的容差范围内，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获取转矩的高动态性能。
24、直流转矩控制系统的结构：电动机的定子电流、母线电压由电压、电流检测单元测出后，经坐标变换器变换到模型所用的d、q坐标系下，计算出模型磁通和转矩。它与转速信号n一起作为电动机模型的参数，同给定的磁通、转速、转矩值等输入量比较后送入各自的调节器，经过两点式调节，输出相应的磁通和转矩开关量。这个量作为开关信号选择单元的输入，以选择适当开关状态来完成直接转矩控制。
25、简答：变频技术的发展方向：①、高水平的控制。②、开发清洁电能的变流器。③、缩小装置的尺寸。④、高速度的数字控制。⑤、模拟器与计算机辅助设计技术
26、交-直-交变频器的主电路包括哪些组成部分：整流电路、中间直流电路、逆变器。
27、高压变频为什么不采用双电平控制方式？简述其工作原理：在高电压、大电容、交-直-交电压源型变频调速系统中，为了减少开关损耗和每个开关承受的电压，不采用双电平控制方式，人们提出了三电平或五电平逆变器。进而还可以改善输出电压波形，减少转矩脉动。1变频器的额定数据和性能指标有哪些？额定数据有：输入侧的额定值：电压、频率、相数；输出侧的额定值；输出电压的最大值Un;输出电流的最大值In；输出功率容量Sn=(√3Un*In)；配用电动机功率Pn；超载能力；性能指标有：频率指标；在0.5HZ时能输出多大的启动转矩；速度调节范围的控制精度；转矩控制精度；低转速时的转速脉动；噪声及谐波干扰；发热量
2变频器的选择主要考虑哪些方面？负载情况；工作环境；选择变频器的特性和根据需要选择附件
3变频器所带负载的主要类型有哪些？各个负载的机械特性及功率特性是什么？恒转矩类负载；其机械特性为转矩恒定；其功率特性为功率正比于转速N。恒功率负载；其机械特性为功率恒定；其功率特性为转矩反比于转速N。风机、泵类负载；其机械特性为转矩TL正比于转速n的平方；其功率特性为功率正比于转速n的三次方。
4变频器的容量用所配备的电动机功率（KW)、输出功率容量（KV*A）、额定输出电流（A）表示。额定输出电流是指变频器连续运行时输出的最大交流电流的有效值。输出容量决定于额定输出电流与额定输出电压下的三相视在输出功率。
5根据控制功能变频器分：普通功能型V/F控制变频器；具有转矩控制功能的高功能型V/F控制变频器；矢量控制高性能型变频器
6电网与变频器的切换？一旦断开工频电网，必须等电动机完全停止以后，再切换到变频器侧启动；即使不使电动机完全停止就能切换到变频器侧，一般是先断开电网后，再使自由运行中的电动机与变频器同步，然后再使变频器输出功率。
6变频器的外围设备：1电源变压器2避雷器3电源侧断路器4电源侧交流接触器5电动机侧电磁接触器和工频电网切换用接触器6热接触器
7外围设备的目的？1保证变频器驱动系统能够正常工作2提供对变频器和电动机的保护3减少对其他设备的影响
8构建变频调速系统的基本要求：1负载的机械特性，要确定异步电动机在实施了变频调速之后，能在整个频率范围内都能带动负载长时间的运行2电动机在变频调速后的有效转矩线 9构建变频调速系统在机械特性方面的要求：1对调速范围的要求2对机械特性硬度的要求3对升、降速过程及动态响应的要求4负载对动态响应的要求
10构建变频调速系统在运行可靠性方面的要求：1对于过载能力的要求2对于机械震动和寿命的要求
什么是有效转矩线？它对变频调速有什么作用？1电动机在某一频率下允许连续运行的最大转矩称为有效转矩。电动机在某一频率下工作时，对应的机械特性曲线只有一条，而有效转矩只有一个点，将所有频率下的有效转矩点连接起来，即可得到电动机在变频调速范围内的有效转矩线。2要使拖动系统在全调速过程中都能正常运行，必须使有效转矩线把负载的机械特性曲线包围在内。如果负载的机械特性曲线超越了电动机的有效转矩线，则超越的部分不能正常工作
恒转矩负载，在构成变频调速系统时电动机和变频器的选择要点？对恒转矩负载在构成变频调速系统时，必须注意工作频率范围、调速范围和负载转矩的变化范围能否满足要求，以及电动机和变频器的选择
恒功率负载，在构成变频调速系统时电动机和变频器的选择要点？恒功率负载在构成变频调速系统时，必须注意的主要问题是如何减小拖动系统的容量
风机和水泵负载，在构成变频调速系统时电动机和变频器的选择要点？电机：绝大多说的风机水泵在出厂时都已经不配上了电动机，采用变频器调速后没有必要另配。变频器：1风机和水泵一般不容易过载，所以，这类变频器的过载能力较低，最高工作频率不得超过额定频率2配置了进行多台控制的切换功能3 配置了一些其他专用于能耗控制的功能，如睡眠与唤醒功能，PID调节功能等
当Fx≦Fn时，电动机的散热效果将因转速下降而变差。长时间运行在额定转矩下运行，会导致电动机过热而损坏，能够长时间运行的实际有效转矩下降。若能充分改善散热条件，如外加强迫通风或拖动短时负载，电动机有效转矩线可以是恒转矩
当Fx≧Fn时有效转矩线的特点：1当Fx≧Fn时，Ux=Un.因此随着f的上升主磁通Φm将减小2电动机的额定电流是由电动机的允许温升决定的，所以不管在多大的频率下工作，电动机的允许工作电流是不变的
当Fx≧Fn时有效转矩线有哪几类？1功率不变的有效转矩线2过载能力不变的有效转矩线3全频率范围内的有效转矩线
平方律负载的特点：负载的阻转矩与与转速的二次方成正比，负载的功率与转速的三次方成正比
平方律负载实现变频调速后的主要问题是如何得到最佳节能效果
混合特殊性负载是金属切削机床中的低速段是恒转矩负载；而在高速段，将保持切削功率不变，属于恒功率性质
电力拖动系统中应用变频器有哪些优点？电机交流变频调速技术以其优异的调速和启动、制动性能，高效率、高功率因数，显著的节能效果，进而可以改善工艺流程，提高产品质量，改善工作环境，推动技术进步，还有广泛的使用范围的优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方法
构建恒压供水变频调速系统时，变频器的选用和功能设置？1变频器的选用：一般情况下直接选用“风机水泵专用型”的变频器；但对于杂质或泥沙较多的场合，应根据水泵对过载能力的要求选用通用型变频器；如果是齿轮泵，它属于恒转矩负载，应选用V/F控制方式的通用型变频器；对于具有恒转矩特性的齿轮泵以及应用在特殊场合的水泵，应以带的动的原则，根据具体工况进行设定。2功能设置：最高频率；上线频率；下线频率；启动频率；加速与减速时间；睡眠与苏醒功能
机床的变频调速系统变频器的选用和功能设置？变频器的容量应比正常的配用电动机容量加大一档。功能设置：1控制方式①V/F控制方式，能满足切削精度，但节能效果不理想②无反馈矢量控制方式，能够克服V/F控制方式的缺点，故是一种最佳选择③有反馈矢量控制，需要增加编码器等反馈控制环节，不但增加费用而且安装麻烦2频率给定：无级调速频率给定；分段调速频率给定；配合PLC的分段调速频率给定
溜钩问题？由于制动器从抱紧到松开以及从松开到抱紧的动作过程需要时间，而电动机转矩的产生与消失是在通电或断电的瞬间完成的，因此两者在动作的配合上极易出现问题，使电动机处于未通电且制动器尚未抱紧的状态，则重物必将下滑，即出现溜钩现象。溜钩现象降低了重物在空中定位的准确性，有时还会产生严重的安全问题。
金属切削机床的基本运动是切削运动。切削运动由主运动和进给运动组成。在切削运动中承受主要切削功率的运动称为主运动。
变频器运行时需要设置基本功能参数和选用功能参数。基本功能参数是指变频器运行所必须具有的参数，包括：转矩补偿、上下限频率、基本频率、加减速时间、电子热保护等。选用功能参数是指根据选用的功能而需要预置的参数，如PID调节的功能参数等如果不需要预置参数，则变频器参数自动按出厂时的设定选取。
选用功能参数设置大致步骤：1查功能码表，找出需要预置参数的功能码2在参数设定模式下，读出该功能码中原有的数据3修改数据，送入新数据
基本频率给定是指在给定信号Ug或Ig从0增加到最大值的过程中给定频率的范围从fmin线性的增加到最大频率fmax。用什么方式频率给定？数字量给定的方式；模拟量给定的方式
与生产机械所要求的最高（低）转速相对应的频率称为上（下）限频率。用fh(fl)表示。上（下）限频率不是最大（小）频率。上限频率必小于最高频率
1、直流电动机调速好的原因是什么？
（1）、定子励磁电路和电枢供电电路基本上是相互独立的，可以分别进行调节。
（2）、两个磁场（由定子励磁电路产生的主磁场和电枢供电电路产生的电枢磁场）互相垂直。
2、三相交流异步电动机工作原理？
在定子内由永久磁铁形成的固定磁场内放置绕有n闸线圈的转子，线圈在感应电流和电磁力的作用下与定子形成旋转磁场。转子跟随旋转磁场转动。
3、同步转速n0与转子转速n之差称为转速差，转速差与同步转速的比值称为转差率S=(n0-n)/n0
1、直流电动机调速好的原因是什么？
（1）、定子励磁电路和电枢供电电路基本上是相互独立的，可以分别进行调节。
（2）、两个磁场（由定子励磁电路产生的主磁场和电枢供电电路产生的电枢磁场）互相垂直。
2、三相交流异步电动机工作原理？
在定子内由永久磁铁形成的固定磁场内放置绕有n闸线圈的转子，线圈在感应电流和电磁力的作用下与定子形成旋转磁场。转子跟随旋转磁场转动。
3、同步转速n0与转子转速n之差称为转速差，转速差与同步转速的比值称为转差率S=(n0-n)/n0
4、分析题P38图基频以下与基频以上：
一、在基频以下调速1：在此通量最大值不变前提条件下2：控制过程中必须U1/f1等于常量3：它具有恒转矩特点励磁电流I1不变，电动机的转矩不变所以在基频以下调速时电动机调速机械特性具有恒转矩特性。
二、在基频以上调速 1：E1/f1不能是常量2：U1小于等于Un 3：变大所以基频以上调速属于弱磁恒功率调速。
5、P45电源型交-直-交变频电路结构图；各元件作用，工作情况
滤波电路 本电路滤波元件是电容器Cf,受到电解电容器的容量和耐压能力的限制，滤波电容器通常是由若干个电容器并联成一组在由Cf1和Cf2串联而成，在电容器组Cf1和Cf2旁各并联一个R1和R2两者其阻值相等 起均压作用。
电容器组Cf1和Cf2作用：滤波、在整流与后面的逆变电路之间起去耦作用，消除两电路之间的相互干扰、为整个电路的感性负载提供容性无功补偿、Cf1和Cf2还有储能作用。限流电阻Rl作用：在变频器接通电源瞬间滤波电容的充电电流很大，此冲击电流可能损坏整流桥。当电路中串入限流电阻Rl后，就限制了电容的充电电流对整流桥起保护作用。晶闸管Kl作用:当电容器组Cf1和Cf2充电到一定程度时，限流电阻Rl就起反作用，妨碍电容器组Cf1和Cf2进一步充电。所以在RL旁并联一个短路开关Kl，当电容器组Cf1和Cf2充电到一定程度时让Kl接通Rl短路，变频器中Kl可用晶闸管代替。电阻R01和二极管D01的作用：R01不起作用或者限流作用。
6、续流电路是由续流二极管D7到D12构成。主要功能1：为电动机的感性无功电流返回直流电源提供”通道”2：当频率下降同步转速也下降电动机处于回馈制动状态，再生电流将通过续流二极管返回直流电源3：逆变过程中同一桥壁的两个逆变管以很高的频率交替“导通”和“截止”，在其换向过程中也需要续流二极管提供通道。
7、变频器外围设备选择：1电源变压器2避雷器3电源侧断路器4电源侧交流接触器5电动机侧电磁接触器和工频电网切换用接触器6热继电器
8、电抗器的作用：输入交流电抗器的作用1实现变频器和电源的匹配，限制因电网电压突变和操作过电压所引起的冲击电流，保护变频器2改善功率因数3减少高次谐波的不良影响。输出交流电抗器的作用1降低电动机噪声，降低输出高次谐波的不良影响2限制与电动机相连的电缆的容性充电电流，使电动机在引线较长时也能正常工作3限制电动机绕组上的电压上升率。
9、滤波器作用，其目的在于允许特定频率的信号通过，阻止干扰信号沿电源线传输并进行阻抗变换，使干扰信号不能通过地线传播而被反射回干扰源。
10、制动电阻的作用：当电动机制动运行时，储存在电动机中的功能经过PWM变频器回馈到直流侧，从而引起滤波电容电压升高每当电容电压超过设定值后，就经过制动电阻消耗回馈的能量。
11、抑制谐波干扰常用的方法具体常用方法：
(1)变频系统的供电电源与其他设备的供电电源相互独立，或在变频器和其他用电设备的输 入侧安装隔离变压器，切断谐波电流。
(2)在变频器输入侧与输出侧串接合适的电抗器，或安装谐波滤波器，滤波器的组成必须是LC型，吸收谐波和增大电源或负载的阻抗，达到抑制谐波的目的。
(3)电动机和变频器之间电缆应穿钢管敷设或用铠装电缆，并与其他弱电信号在不同的电缆沟分别敷设，避免辐射干扰。
(4)信号线采用屏蔽线，且布线时与变频器主回路控制线错开一定距离(至少20cm以上)，切断辐射干扰。
(5)变频器使用专用接地线，且用粗短线接地，邻近其他电器设备的地线必须与变频器配线分开，使用短线。这样能有效抑制电流谐波对邻近设备的辐射干扰。
12、变频调速的基本原理
答：交流电动机的同步转速No=60f1/p，异步电动机的转速n=60f1(1-s)/p，由此可见，若能连续地改变异步电动机的供电频率
f1，就可以平滑地改变电动机的同步转速和相应的电动机转速，从而实现异步电动机的无级调速，这就是变频调速的基本原理。
13、电动机拖动系统的工作点指的是电动机的机械特性与负载机械特性的交点Q。
14、变频调速的优点主要有：
（1）调速范围宽，可以使普通异步电动机实现无级调速；（2）启动电流小，而启动转矩大；
（3）启动平滑，消除机械的冲击力，保护机械设备；（4）对电机具有保护功能，降低电机的维修费用；（5）具有显著的节电效果；
（6）通过调节电压和频率的关系方便的实现恒转矩或者恒功率调速
15、试简述风机和水泵类负载，在构成变频调速系统时电动机和变频器的选择要点。答：1 电动机的选择：绝大多数风机水泵在出厂时都已经配上电动机，采用变频调速后没有必要另配。2变频器的选择：大多数生产变频器的工厂都提供了风机和水泵用变频器可供选用。他们的主要特点有：①风机和水泵一般不容易过载，所以，这类变频器的过载能力较低，为120%/1min。因此，在进行功能预置时必须主要，由于负载的转矩与转速的平方成正比，当工作频率高于额定频率时，负载的转矩有可能大大的超过额定转矩，使电动机过载。所以，其最高过载频率不得超过额定频率。②配置了进行多台控制的切换功能。如上述，在水泵的控制系统中，常常需要有1台变频器控制多台水泵的情况。为此，大多数变频器都配置了能够自动切换的功能。③配置了一些其他专用于能耗控制的功能，如睡眠和唤醒功能，PID调节功能等。
16、简述构建恒压供水变频调速系统时，变频器的选用和功能设置？
答：变频器的选型：一般情况下可直接选用“风机，水泵专用型”的变频器系列，但对于杂质或泥沙较多的场合，应根据水泵对过载能力的要求，选用通用型变频器，如果是齿轮泵，它属于恒转矩负载，应选用V/F控制方式的通用型变频器。大部分变频器都给出两条“负补偿”的V/F线，对于具有恒转矩特性的齿轮泵以及应用在特殊场合的水泵，则应以带得动为原则，根据具体工况进行设定。变频器的功能预设：（1）最高频率：变频器的工作频率是不允许超过额定频率的，其最高频率只能与额定频率相等。
（2）上限频率：是与生产机械所要求的最高转速相对的频率，它不是最高频率，一般比额定频率略低一些，所以上线频率设为49.5Hz最宜。
（3）下线频率：转速过低会 出现水泵的全杨程小于基本杨程，形成水泵“空转”现象，所以一般下线频率设为30--35Hz。
（4）启动频率：水泵在启动前，其叶轮全部是静止的，启动时存在着一定的阻力，在从0Hz开始启动的一段频率内，实际上转不起来，因此应适当预置启动频率，使其在启动瞬间有一点冲力。
（5）加速和减速时间:减速时间只需和加速时间相等即可。
全变频调速技术 篇3
2013年3月6日，德意电器在上海环球金融中心召开新闻发布会，隆重推出电器行业创举之作——全球首款全直流变频烟机——德意新天弧1898。
二十年来，德意一直坚持“高端定位 原创设计 卓越品质 精诚服务”的品牌理念，广受千万家庭信赖，成就了“中国近吸式油烟机领导者”的行业地位。2012年，德意对品牌进行全方位升级，推出了全新的品牌理念和品牌LOGO，聘请国际巨星吴彦祖为形象代言人，提出“创享非凡”的品牌理念。本着为顾客带来非凡厨房生活享受的价值观念，德意在卓越进取、不断创新的道路上砥砺前行，也由此创造性地开发了德意新天弧1898——全球首款全直流变频烟机。
随着高速发展的城市化进程，中国高层住宅越来越密集，公共烟道阻力愈加明显。受限于中国人煎、炸、烹、煮的饮食习惯，公共烟道拥挤、堵塞、油烟倒灌的问题已经成为影响消费者健康生活的重要因素。如何才能有效解决这些问题，而又同时兼顾国人对设计的需求？经过德意技术人员精心研究，新天弧1898应运而生，为国人的厨房电器带来划时代的变革！
全球首创全直流变频技术
德意新天弧1898全球首创性地将全直流变频技术运用到油烟机核心控制系统中，自动检测公共烟道压力变化，通过随时调节输出功率，实现风量无级调节，保证排烟压力差恒定，确保排烟效果，并彻底解决高层住宅存在的油烟倒灌问题。直流变频技术突破性实现节能40%，并使烟机吸排效率提升67%。此外，德意新天弧1898，首创“双翼涡轮增压”系统，以流线型离心式风道设计，配合252mm直径的双层叶轮，切割空气能力增强，实现压差最大化，达到超大风压420Pa，畅排油烟，不回流。
全屏触“滑”无级调节
喜欢 iphone的触滑感觉吗？羡慕ipad的时尚奢华吗？不可思议的是，在油烟机上，你也能愉快享受这一切。德意将智能手机中的核心滑触科技创造性地运用于吸油烟机，采用先进电阻式触摸滑屏技术，手指轻触滑动操控，风量无级调节，滑触新感觉“一触即发”！此外，该产品运用高科技“智能IQ?”技术，引领吸油烟机向“智能”发展方向的全面升级，为你创造一个真正“洁净的厨房环境”！
里程碑式的行业影响力
作为全球首款全直流变频烟机，德意新天弧1898对未来的发展具有巨大的影响。德意新天弧1898创造性地将变频技术应用于油烟机领域，开启了德意电器油烟机技术领先全球的时代，促使行业从第四代的顶吸式迈入第五代的近吸式，推动了中国乃至世界油烟机行业技术的新一轮革命，是中国油烟机行业技术跳跃性发展的里程碑。
一直以来，德意致力于产品的原创设计与改革创新。德意新天弧1898变频烟机的上市更是德意卓越创新能力的最好佐证。德意将持续创新，不断研究消费需求，不断推出更为广大消费者所喜爱的优质产品，为广大消费者带来更好的厨房享受。
全变频调速恒压供水控制系统及应用 篇4
变频调速恒压供水系统原理如图1所示, 它主要是由PLC、变频器、PID调节器、压力变送器、液位传感器、动力控制线路以及水泵等组成。
安装在出水管网上的压力变送器, 把出口压力信号变成 (4-20m A或0-10V) 标准电信号送入PID调节器, 与设定压力参数进行比较, 运算后得出一调节参数, 送给变频器, 由变频器控制水泵的转速, 从而调节系统供水量, 使供水系统管网中的压力保持在设定压力上;当用水量超过一台泵的供水量时, 通过PLC控制器加泵。根据用水量的大小由PLC控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速, 实现恒压供水。当供水负载变化时, 输入电机的电压和频率也随之变化, 这样就构成了以设定压力为基准的闭环控制系统。
通常在同一路供水系统中, 常设置多台泵, 供水量大时多台泵全开, 供水量小时开一台或两台泵。在采用变频调速进行恒压供水时, 有两种控制方式, 其一是所有水泵配用一台变频器, 即所谓“一拖N”控制方式;其二是每台水泵配用一台变频器, 即所谓“全变频”控制方式。
“一拖N”控制方式
这是目前应用得较为普遍的方案, 其控制过程是:用水量少时由变频器控制1号泵, 进行恒压供水控制.当用水量逐渐增加1号泵的工作频率达到接近50HZ时, 将其电动机切换成工频电源供电.同时将变频器切换到2号泵上, 由2号泵进行补充供水;反之, 当用水量逐渐减少, 且2号泵的工作频率已降为下限频率, 而供水压力仍偏大时, 则关掉1号泵, 同时迅速升高2号泵的工作频率.并进行恒压控制.此方案的主要特点是只用一台变频器, 故设备投资少, 但如果供水系统的用水量恰巧在一台泵全速运行时的供水量附近上下变动时, 将会出现供水系统来回切换的状态, 即系统存在切换死区。因此系统的压力稳定性相对较差, 动态偏差较大。另外系统的整体节能效果亦不及全变频方式。
“全变频”控制方式
相对于“一拖N”方式, “全变频”控制方式由于需要为每台水泵配置一台变频器, 亦即“一拖一”方式, 故系统的初投资较高。但由于其控制精度高, 动态偏差小, 无切换死区问题, 对用水量大范围变化的适应性更好。且由于系统中的每台水泵工作时均由变频器驱动, 因此系统的功率因数高, 无功损耗小, 节能效果也更好。因此适用于对供水系统的供水质量要求较高的高端用户选用。
本文将重点介绍一种由本人设计的已应用于某工程实际的全变频控制方式的变频恒压供水系统。主电路如图2所示。
1 系统共有三台水泵, 1号泵为7.5KW, 2号、3号泵均为11KW。
三台水泵均配备变频器, 变频器选用西门子MM430系列, PLC选用西门子S7-200系列。系统配备压力传感器1只, PID智能调节器1台, 300升隔膜罐1个, 电接点压力表1块 (安装于隔膜罐上) , 电接点压力表主要用于控制系统的节能“睡眠”状态。具体控制电路如图3所示。
2 系统控制逻辑与功能:
2.1压力传感器检测管网压力, 产生4~20m A的电流信号送入PID智能调节器, 与设定值比较后产生控制信号控制变频器, 进而控制水泵的转速。达到恒压供水的目的。
2.2一般情况下, 系统由一台水泵工作, 并处于变频调速状态, 稳定系统压力。假设系统1号泵工作, 当1号泵运行频率达到50HZ, 系统压力仍达不到设定压力时, 延时T1时间后, 启动2号泵变频运行, 同时1号泵进入50HZ恒速运行状态。当2号泵运行频率达到50HZ, 系统压力还达不到设定值时, 延时T1时间后, 启动3号泵进入变频运行, 同时2号泵也进入50HZ恒速运行状态。
2.3当3号泵运行频率降至25HZ, 系统压力仍高于设定值时, 延时T1时间后, 3号泵减速停机, 2号泵进入变频运行。当2号泵运行频率降至25HZ, 系统压力仍高于设定值时, 延时T1时间后, 2号泵减速停机, 1号泵恢复变频运行。当1号泵运行频率降至30HZ, 系统压力仍无变化, 则延时T2时间后, 1号泵减速停机进入睡眠模式。当系统压力低于隔膜罐电接点压力表低限时, 1号泵恢复运行。
2.4系统设水池干水保护功能, 由一只液位浮球开关担当, 当水位低于下限时, 浮球开关动作, 进而控制系统水泵停止运行。当水位恢复正常时, 系统自动恢复运行。
2.5系统具有断电后, 上电自动恢复功能。
2.6故障切除和保护功能。当系统中任意一台水泵或其变频器故障时, 均可自动从系统中切除。当正在运行或启动中的水泵或其变频器发生故障时, 自动启动下一台泵。故障信号分别来自于变频器和热继电器。故障解除后则自动切入系统。
2.7系统设手动/自动切换功能。手动状态可通过按钮指令控制变频器, 使每台泵以50HZ工频运行。
2.8系统设定时轮换功能。PLC对每台泵的运行时间进行计时, 定期轮换, 使每台泵的运行时间相等。
2.9每台泵的变频和工频接触器均有机械和电气双重联锁。
2.10系统设昼夜分时切换功能。通过PLC编程, 可使系统在白天用水高峰和夜间用水低峰时间段, 分别工作于不同的设定压力状态下, 即在用水高峰时供水压力自动设置在高压状态, 夜间用水低峰时则自动切换设置到低压小水量状态, 以利充分节能。
3 系统设计时, 考虑用户使用维护的方便性, 因而加强了硬件部分的功能, 而简化了软件部分的设计。
如智能PID调节部分, 本可以通过PLC软件编程或变频器解决, 但考虑用户使用过程中, 方便监视、调节和维护, 因此选用了成品的智能PID调节器, 使用户的调节使用更加方便, 普通的工作人员即可, 而无须专业人员协助。
系统经安装调试运行, 并应用于工程实践 (某大酒店含洗浴中心) , 运行状况良好。无论用水量如何变化, 系统输出压力始终稳定, 且水泵切换平稳, 不再有切换死区问题, 达到了预想的设计效果。为高端用户理想的变频调速恒压供水解决方案。
本方案特别适合于大型酒店宾馆、高档洗浴中心等瞬时用水量或阶段用水量变化较大的用户。上述用户对供水质量要求较高, 对系统投资不是很敏感, 因此采用全变频调速恒压供水控制系统能更好地满足这一要求, 避免了用水高峰时, 水量急剧变化带来的系统压力波动, 进而引起的热水系统、淋浴系统等水温不稳而导致的顾客投诉乃至追偿等问题。提高了服务质量。而且系统的节能效果相对于“一拖N”系统而言更优异, 长期运行的经济性更好。
参考文献
[1]曾毅, 王效良, 吴皓, 张朝平.变频调速控制系统的设计与维护[M].济南:山东科学技术出版社.
[2]张燕宾.变频调速应用实践.机械工业出版社.
[3]廖常初.PLC编程及应用.机械工业出版社.
[4]张万忠.可编程控制器入门及应用实例 (西门子S7-200系列) [M].北京:中国电力出版社.
[5]蔡行健深入浅出西门子S7-200PLC[M].北京:北京航空航天大学出版社.
变频调速技术在起重机上的应用 篇5
关键词:起重机 起升机构 电气系统 变频调速 PLC
0 引言
起重机的主要机构有:主起升机构、副起升机构、大车运行机构和小车运行机构。对小吨位起重机(10t及以下)一般不设副起升机构。主、副起升机构和小车运行机构各由一台YZR系列绕线型电动机驱动，大车运行机构一般采用2台YZR系列绕线型电动机分别驱动。起重机对电气传动的要求有:调速、平稳或快速启制动、大车运行纠偏和电气同步、吊重止摆等，首当其冲的是调速要求，且以起升机构对调速要求最高，因为起升机构经常满载启制动、换向又要求准确停车。传统调速方案一般采用转子串多级电阻方式，另外还有变极调速，改变定子电压调速，电磁滑差离合器调速，串级调速等，但最先进的调速方案是PLC控制的变频器调速技术。
1转子串多级电阻调速方案
转子串多级电阻方式靠调节主回路参数实现调速，采用继电器、接触器逻辑电控系统，是有级调速。该方案有如下特点：①是有级调速，而且级数不能太多；②随转子电阻增大，机械特性变软，调速比很小(大约1：3)；③效率低；④是恒转矩调速；⑤冲击电流较大，当操纵手柄回到零位时，主接触器瞬时断开，机械制动器在高速情况下立即抱闸，机械冲击力大，结构危害严重。但这种方法简单实用，初投资少，因此常用于起重机类负载中。在设计电气线路总体方案时，根据各机构电动机的容量、电动机类型、接电持续率、通断次数期望的控制器工作寿命、机械特性的特殊要求等因素，分别确定其控制方案，再加上安全保护、照明讯号等进行综合考虑后，即可绘出整台起重机的电路图。
2变频调速
随着电力电子技术、计算机技术及自动控制技术的迅速发展，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和启制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其他许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。变频调速系统主要由电动机、变频器和控制器组成。
2.1电动机变频调速并没有改变电机的硬特性，而是通过改变电机的旋转磁场的角速度来进行调速的，因此可采用结构坚固、维护简单的鼠笼型异步电机来取代原来的绕线型电机。普通三相异步电动机的转速是固定的，电机厂是根据电机的转速设计风扇，普通电机如果用变频器降速驱动，风扇的转速也会降低，风扇的风量就会下降，电机温度升高。另外，普通电机用于变频调速系统时，会引起较大的噪声，用于高频段还会产生附加发热，能耗高，必须降载使用，调速范围也因为特性较差而受到限制。在高频段，与转子同轴的风扇会产生较大的噪声，振动产生的附加载荷还会降低轴承和润滑脂的寿命。基于上述原理，起重机采用变频调速系统一般选用专用变频电机比较合理，改造时最好更换电机。变频电机是专门配合变频器使用的特殊电机，是用另外加配的电风扇散热，风扇不受电机的转速限制，变频电机可在保证力矩的情况下长期低速运行。国内推出的变频电动机是由普通电动机加独立风扇组成，国外生产的变频电机有奥托变频电机、先马变频电机。选择变频电机的基本原则如下:①所选电机的最小转矩能满足额定载荷下稳定运行的需要；②最大转矩能保证启、制动过程中加速、减速的需要；③温升不超过允许值。
2.2变频器变频技术在短短的10年间，已经从U/F比控制、电压空间矢量控制发展到无速度传感器的直接转矩控制(DTC)，功率开关器件从GTO，GTR，IGBT，IPM到IGCT。德国西门子公司、德国ABB公司、日本三菱公司的变频器在中国应用较多，其中西门子的ACC600型变频器为起重机专用变频器，其上装有专为起重机设计的应用软件CraneDrive。其优点是:首先提供了起重机常规操作所必需的控制端口，如零位端口、制动器应答信号端口、制动器打开命令端口、提升钢丝绳松弛检测端口、快速停车端口以及看门狗的保护端口等；其次对控制提供了操纵杆、电动机电位器控制、无线电遥控、总线控制等多种方式。因此专用变频器通常不需要加装PLC就可完成所有的操作。
变频器容量选择的前提条件是变频器的额定电流大于电动机的额定电流。起重机的起升机构最好选用专用变频器，其他机构可选通用变频器。调试时，变频器功能参数的设置非常重要，是关系到变频器与设备运行工况是否配合恰当的重要环节，需要在使用过程中结合设备运行情况不断摸索修正。另外，根据用户要求借助变频器编程软件进行恰当的编程，可使变频器功能超常发挥。
2.3PLCPLC的选用包括:①确定足够的输入/输出点数，选择合适规模的PLC；②根据被控对象的性质、系统的控制功能和要求，选择PLC的结构和型号；③根据控制系统中输入/输出信号的种类和要求，选择PLC输入/输出形式及负载能力。
PLC的主要生产国在美国、德国、日本，尤以美国A-B公司、德国西门子公司、日本三菱公司的产品在中国应用最多。
PLC为变频调速系统的中枢控制系统，一个PLC可控制多台变频器。变频器接受PLC运行指令，返回运行参数、集中处理操作信号和保护信号。
2.4主起升机构的PLC和变频器控制原理图
主起升机构PLC和变频器控制原理图如图1所示。
司机在联动台发出信号，操作手柄打到上升或下降某一个档位，通过中间继电器，PLC接受信号，执行程序，把上升或下降信号送给变频器，同时把档位速度信息送给变频器，变频器接收指令后开始工作。首先通过整流电路将交流整流为直流，然后再通过控制回路有规则地控制逆变电路的导通与截止，即令带有脉宽调制功能的逆变电路中的6个晶体管开关元件有规则地交替轮流切换导通，则在变频器输出端得到交流电压。通过改变晶体管开关元件的通断周期，使得变频器输出端交流电压频率得以改变，从而改变电机转速。电机加减速时间可以通过改变变频器的设定参数来调整。
电机主回路无触点，快速熔断器F02用于保护输入整流桥不因内部短路故障而损坏，电抗器L0可以抑制电网峰值电流，同时降低电机噪音。在位能负载控制回路中加入制动元件和制动电阻。
3 结语
全变频调速技术 篇6
辊道是冶金工业生产过程中应用非常普遍的传动工艺。冶金辊道由机架、辊齿轮箱、联轴器、电机、减速机等分组成。辊道主要功能是将要加工的工件通过辊道输送从上一工序进入下一工序进行相应的工艺加工再进入下一工序的输送设备。
工艺过程:上游辊道将待处理钢胚输送至本辊道, 本辊道将钢胚向下输送经过去毛刺机, 并进行去毛刺处理, 处理完毕后再将钢胚输送至下一工序段的辊道。
控制工艺:辊道的启动条件为上游滚到已启动、去毛刺机已启动、下游辊道已启动三个常开信号的与后结果, 即只要当三个条件同时满足时, 本辊道系统才开机, 任一条件不满足, 本辊道则停机。辊道无论手动还是自动运行速度要求恒速与上下游辊道同步。
系统控制:系统传动采用西门子Masterdrive变频器实现变频调速;控制由西门子S7-300PLC以及触摸屏人机界面实现;系统设西门子Wincc上位机系统实现远程监控。工艺传动采用“一拖多”模式, 即一台变频器同时拖动多台辊道电机。
本文着重叙述变频器的应用调试。
2、功能
脉冲计数:旋转编码器与电机连接, 当电机轴承旋转时产生2048/rad精度的脉冲输出。
变频调速:Masterdrive变频器通过来自PLC或电位计的给定值经自身的PID整定输出变频电源至电机, 达到控制电机转速的目的。
转速计算:旋转编码器输出的脉冲信号输入至Masterdrive变频器通过内部换算得出电机实时转速。
手自动切换:系统控制分手动和自动模式。手动控制模式下, 系统由人工判断启停辊道, 变频器采集编码器脉冲信号, 换算成实时转速, 结合电位计的速度给定, 变频器进行内部PID整定, 实现辊道闭环恒速运行;自动控制模式下, PLC根据上下游辊道以及去毛刺机的启动信号自动启停辊道, 变频器采集编码器脉冲信号, 换算成实时转速, 结合通过DP通讯的方式从PLC传输来的速度给定值, 进行内部PID整定, 实现辊道闭环恒速运行。同时PLC通过DP通讯方式修改变频器内部的P、I参数对闭环控制效果进行实时整定。手自动切换通过切换变频器BICO参数组实现。
3、调试
(1) 使用DriveMonitor参数调试软件, 连接至变频器。首先进行初始化快速调试参数设置, 设置参数包括:电机铭牌参数、闭环控制类型、总线地址等, 参数设置如图1:
(2) 速度主给定、控制命令源参数设置:速度速度主给定、控制控制命令源参数可设两组BICO设定值, 将BICO1组设定成手动模式, BICO2组设定成自动模式。其中速度速度主给定P443 BICO DS1设定值为K11, 代表速度速度主给定来自第1通道的模拟量输入 (电位计给定) , P443 BICO DS2设定值为K3002, 代表速度主给定来自DP通讯的第2个字;控制命令源P554 BICO DS1设定值为B18代表控制命令源来自开关量输入的第5个通道, P554 BICO DS2设定值为B3100代表控制命令源来自DP通讯的第1个字的第0位。
(3) 手自动模式切换:将P590 (控制字第30位) BICO参数组选择切换参数设置为B20, 代表BICO参数组的切换通过开关量输入的第6个通道实现, 当通道为低电平时选择B ICO参数组1, 当通道为高电平时选择BICO参数组2。当前BICO参数组在R012中显示。
(4) 脉冲编码器参数设置:由于系统无论手动还是自动模式, 速度闭环控制都在变频器内部整定实现, 所以在快速调试过程中将P100控制模式设置为4, 即带测速的速度闭环控制。将编码器的航空插头母头接入面板与变频器编码器接线端子对接的公头, 将P130参数设置为11, 代表测速机的连接方式为编码器, 同时将P151编码器的脉冲数设定为2048。
(5) PLC DP通讯读取变频器PZD过程值的参数设置:PLC与变频器的DP通讯分读和写两个部分, 其中写默认包括两个字分别是控制字第一个字和速度主给定;读依据硬件组态中DP通讯组态的数据包的长度包括其他PZD过程值, 这些PZD过程值可以通过参数设置连接到想要的过程值, 本系统P LC需采集状态字第一个字、当前速度反馈值、控制字第二字 (取其中的第30位) , 对应参数设置如下:P734.W01设定值K32, 代表状态字第一个字;P734.W02设定值KK091代表编码器速度值高字;P734.W03设定值K31代表控制字第二字。
故障复位参数设置:将故障复位的第一个连接点P565 BICO DS1、BICO DS2都设定为B22, 代表无论手动还是自动模式变频器故障复位都通过开关量输入的第7个通道实现。
速度闭环控制P、I参数调节:P235、P240变频器速度闭环控制内部P、I整定值通过PL C DP通讯方式修改。
除快速调试外的其他参数设置如表1:
4、结语
全变频调速技术 篇7
本文充分利用DDS与PLL的优点，提出了一种利用FPGA控制DDS产生LFMCW信号，由倍频器、滤波器、混频器和PLL分别产生第一、第二本振信号的二次变频方案，并采用该方案完成了一种新的S波段全相参雷达捷变频收发中频部件设计工作。
1 系统设计与实现
通过分析宽带锁相频率合成器的性能指标和系统功能要求可知，工作频段、带宽及相噪杂散指标是确定方案框架的关键，所以由此入手选择方案。根据上述要求，设计的总体系统方案框图如图1。
系统中由单一晶振提供时钟信号，其他模块包括信号处理机的输入时钟信号均由同源信号经直接倍频或者锁相得到，所以整个系统是相参的。首先，由双工器提取出梳状谱发生器产生的f1和f2点频信号，f1经倍频滤波给毫米波部件上行本振信号，f2为接收机和发射上行信号提供第一本振信号。在产生上行信号中，由DDS产生50 MHz定频或者中心频率为50 MHz、带宽为△MHz低频率的脉冲调制线性调频连续波，经与f2第一次混频滤波，再与PLL提供第二次本振信号上变频到发射上行信号。在接收机中，中频本振信号由PLL与f2上变频提供。其中PLL的跳频步进为20 MHz。
该方案混频第一本振和第二本振均采用了点频本振参与上变频。第一本振直接用倍频链倍频可以得到，而第二本振通过PLL调频得到26个频点。所以，本方案实现的关键技术是变频方案设计、PLL捷变频的低相噪低杂散输出信号和DDS输出信号。
1.1 变频方案设计
工程上认为：若参与变频的本振相位噪声优于射频信号相位噪声7个dB以上，则不会使变频输出信号的相位噪声恶化。参与倍频的本振信号出自倍频器和PLL，晶振相噪可以达到-150 dBc/Hz@1 kHz，则f2信号相噪理论上可以优于-130 dBc/Hz@1 kHz。变频方案主要考虑杂散的抑制，杂散设计很重要的一个方面就是新增杂散。对于本系统来讲主要是变频交调杂散的交调很容易造成阻塞现象，故在各级抑制好混频杂散尤为重要。适当地选择变频频率关系、设计好相应的变频滤波器可以达到本系统杂散指标要求。
频综的变频采用了低边本振，这样混频后的组合频率落到输出频带内的频点很少。由于本系统为频带达到500 MHz的宽带系统，故利用双工器取出梳状谱中大于500 MHz的f1和f2信号，但也不可避免有些谐波落入通带内。并且混频器1和3中有一些交调杂散落入通带内，但只有四阶以上的杂散落入通带内。考虑到不同信号的杂散较难出现叠加(位置的重合)，故各点信号的杂散通过信道后不会发生恶化。因此，理论上只需做到各个信号-50 dBc的杂散即可;实际设计时可考虑留3 dB～5 dB的裕量。这个指标在实际工程上是可以达到的。对于带外交调杂散只要滤波器带外抑制足够就可以将其降到系统要求的指标。
根据对系统方案中3个混频器交调分析可以得出需要设计的带通滤波器带外抑制指标均要优于60 dBc，工程上S波段带通滤波器要做到带外抑制达到60 dBc很困难，但可以采用2个相同指标的带通滤波器级联，为保证信号输出功率，可以在中间加个放大器。
1.2 S波段捷变频本振源设计
本系统要求在500 MHz带宽内以20 MHz为频率间隔，作转换时间≤3μs的捷变频，这个技术指标较高，因此成为课题的又一关键技术难点。考虑到本课题小体积与26个频点的要求，无法采用直接方式(DS)的频率合成方案，只能采用间接方式(PLL)的频率合成方式。
PLL由恒温控制晶体振荡器(OCXO)作参考源，这个源输入PLL进行预分频,可以得到20 MHz的参考信号到鉴相器。这样可以保证足够大的环路带宽来满足捷变频的要求。环路分频比N的大小和变化相对都很小，所以不会因为VCO的压控增益非线性的问题，导致PLL的环路带宽在整个频段范围内的急剧变化，而使部分频点失锁[4]。可以保证PLL输出信号的近端相噪理论上优于-105 dBc/Hz@1 kHz。
为保证PLL在各个频点能够锁定，取环路带宽K为5 MHz，阻尼系数为ξ为0.6，这样可以得到自然谐振频率ωn为4 MHz，理论上分析锁定时间[5]可以达到1.5μs，而工程实测达到2.1μs。
在实际调试过程中发现，原来采用的二阶环路PLL输出在左右偏离中心频率20 MHz，有比较大的鉴相纹波，原因是环路滤波器在20 MHz的衰减不够，通过在环路中级联一个截止频率为6 MHz的无源低通滤波器，可以有效地将鉴相纹波压制在系统要求下。
1.3 控制电路及软件设计
在本系统中，控制电路主要产生时序控制脉冲、方波相参时钟、PLL和DDS控制信号。
DDS要产生脉冲调制的LFMCW，也就是在脉冲电平为1时，DDS输出LFMCW信号，在脉冲电平为0时，要求DDS没有输出信号。结合系统指标和系统体积的要求,采用的DDS芯片是AD公司的AD9958。根据AD9958技术手册，AD9958信号快速关断主要有3种方式：(1)利用外部开关关断;(2)在需要关断时给DDS送为零的频率控制字;(3)通过AD9958的PWR_DWN_CTL(4脚)和功能寄存器1设置DDS在不需要输出信号时处于休眠状态。
由于开关关断的隔离度一般只有几十dB，在系统处于接收时可能会有窜扰干扰接收本振，影响本振接收频谱纯度，而且开关电路需要占用一定的体积，并且信号相参性也难以控制，所以考虑到本系统尺寸要求利用外部开关关断DDS信号不太适合。而第二和第三种关断方法均需要在关断前和关断后送一个DDS寄存器控制字，这样至少分别需要送80 bit和64 bit的控制字到DDS。AD9958的参数设置为串行方式，其串行时钟最大为200 MHz，所以要做到100 ns的脉冲调制信号也是不可能的。基于此，充分利用DDS复位功能，选用XILINX公司的XC3S200作为控制芯片。并且XC3S200内部支持软件PLL的IP核，可以产生任意频率的方波相参时钟。
利用DDS复位管脚关断DDS输出信号软件设计流程如图2所示。首先FPGA根据扫频模式计算出线性扫频上升频率增量RDW，由公式(1)可知，如果扫频带宽和扫频时间固定，RDW与线性扫频斜率RSRR存在一一对应关系。其中t为扫频时间步进，△f为扫频频率步进。
根据AD9958的内部结构，其相位截断位为17位，为降低相位截断杂散，可以合理选择RSRR以使RDW尽量接近217，但通过扫频线性度η公式(2)可知△f越大扫描线性度越差。所以在设置LSRR和RDW时，还必须综合考虑足扫描线性度的要求。
FPGA在配置DDS控制字时，必须把CFTW0最后送出，并且将其对应的I/O_UPDATE上升沿信号恰好在扫频触发上升沿送出，一旦CFTW0和对应I/O_UPDATE信号送出给DDS后，DDS才有输出信号。这样有利于扫频时间的控制。设置DDS为自动和同步于I/O_UPDATE信号清零相位累加器，保障DDS的输出信号与系统时钟的相参性。
PLL芯片采用Peregrine Semicoductor公司的整数分频PE3336芯片。考虑到捷变频问题，采用了PE3336直接接口送数模式。参考信号预分频比恒为常数，环路分频比的高位也是固定的，所以可以直接将对应管脚连接到高电平或者低电平以节约PCB版面积。这样FPGA只需要给PE3336送M2～M0、A3～A0的数据。FPGA根据信号处理机送来的调频控制码来产生不同的环路分频比，实际上是译码过程，译码器是纯组合逻辑电路，很容易产生竞争冒险问题，造成整个频综系统的不稳定。解决办法就是引入时序电路，通过对调频控制码锁存后再输出PLL控制码。这样还可以提高系统的抗干扰能力。
2 系统实测结果及分析
根据上述系统方案，设计出S波段全相参雷达收发中频部件系统，图3～图6分别为测试的数据图。经过工程实测，得出的测试结果有：接收本振信号相噪优于-94 dBc/Hz@10 kHz，近端杂散优于-80 dBc，远端杂散优于-57 dBc，接收机增益达到78.5 dB，总衰减范围为90 dB，和差通道隔离度大于60 dBc，噪声系数为11.3 d B，上行本振信号相噪优于-111 dBc/Hz@10 kHz，点频上行工作信号相噪优于-90 dBc/Hz@10 kHz，上行扫频工作信号远端杂散优于-55 dBc。收发隔离度为-90 dB，整个工作频段内信号功率平坦度达到±2 dB。系统跳频时间仅2.1μs。
从测试数据可以看出，本系统设计相噪数据均比较理想，但由于频带比较宽，混频器的杂散交调和PLL的鉴相纹波比较大，通过宽带滤波器难以全部压制在-55 dBc以下，所以如可以扩充系统体积，则可以考虑使用开关进行分段滤波，使得杂散指标更加优化。
根据本文提出的二次变频方案设计的S波段雷达收发中频部件具有全相参性、低相噪、低杂散、捷变频、宽频带以及体积小等特点，其充分利用了DDS扫频时间快、频率分辨率高、输出相位可调和工作模式多等特点[6]，通过软件灵活控制DDS和开关，使得其杂散输出最小。考虑到杂散倍频的恶化，采用上变频的方式，通过PLL提供高质量的S波段捷变频本振，得到了宽频带的S波段具有高线性度、低杂散的LFMCW信号，其性能指标完全可以满足现代多普勒雷达的要求。该方案的变频方案和利用DDS与PLL的组合设计思想对于设计其他宽频带捷变频频率合成系统具有一定的参考价值。
摘要：提出了一种由直接数字频率合成、倍频链和锁相环构成的二次变频方案,实现了宽带捷变频多普勒雷达收发中频部件系统设计。综合考虑频率合成器和雷达收发射频前端电路的设计要求,在保证频谱纯度的条件下,利用锁相环产生捷变频宽带本振,较好地将中心频率为50MHz的低频窄带线性扫频脉冲调制信号变频到具有500MHz带宽的S波段。给出了采用该方案的实验结果。
关键词：直接数字频率合成,线性调频,锁相环,二次变频,频谱纯度
参考文献
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全变频调速技术 篇8
本文在基于误差分级选择伸缩因子方法的基础上,利用误差和误差变化率分区方法选择伸缩因子对变论域模糊PI控制器在三相异步电机矢量控制调速系统中的应用进行设计;另外为了改善变论域模糊PI控制器在临近稳态阶段由于控制规则切换造成的转速响应不平滑,在变论域模糊PI控制器中增加了一个信号调理环节。通过与传统PI、模糊PI的控制效果比较,表明所设计的变论域模糊PI控制器在异步电机全范围调速应用中抗干扰能力更强,动态品质和稳态精度更高。
1 三相异步电动机矢量控制系统
图1为三相异步电动机矢量控制系统的结构框图,控制过程包含4个环:速度环、转矩环、磁链环和电流环。给定转速 ω*与反馈转速 ω 的偏差经ASR(速度调节器),输出为期望的转矩Te*;期望的转矩Te*与电机的转矩估计量Te的偏差经ATR(转矩调节器)后,输出为定子电流的T轴分量i*st;给定的转子磁链 Ψr*与电机转子磁链的估计值 Ψ 的偏差经AΨR(磁链调节器)后,输出为定子电流的M轴分量i*sm。 i*sm,i*st经2R/3S坐标变换(Park逆变环、Clark逆变换)后,最后转换为三相静止轴系下的定子电流分量i*s - A,i*s - B,i*s - C。在电流环滞环控制的作用下,产生PWM逆变器触发信号,进而控制三相异步电机的运行。另外,为避免换流时的直通现象,滞环宽度取左右不等［4］。
2 变论域模糊PI控制器设计
2.1 模糊PI控制器设计
模糊PI控制器是将模糊控制与PI控制相结合的控制方法,控制器以误差e和误差变化率ec作为输入,利用模糊控制规则在线对PI参数进行修改［5-7］,图2为模糊PI控制器结构框图。
修正后的PI参数如下式所示:
式中:kp0,ki0为初始PI参数;Δkp,Δki为模糊控制器输出的修正值;kp,ki为修正后的PI参数。
对模糊控制器的输入e ,ec ,输出 Δkp,Δki,进行模糊化处理,模糊分割数均取7,语言变量为NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB;e ,ec的论域取[-3,3],Δkp,Δki的论域取[-0.3,0.3],则量化因子和比例因子分别如下式所示:
式中:ke,kec分别为误差e和误差变化率ec的量化因子;λp,λi分别为模糊控制器输出修正值Δkp,Δki的比例因子;[emax,emin] ,[ecmax,ecmin] ,[Δkp max,Δkp min] ,[Δki max,Δki min] 分别表示e ,ec ,Δkp,Δki的基本论域。
为方便设计,输入输出变量的基本论据都取对称的取值范围,其中emax= -emin=nN;而ec的取值与电机转子的机械角加速度相同,所以取
输入输出变量的隶属度函数均采用交叠对称分布的三角形,在误差较小的论域选择底角大的三角形;在误差较大的论域,采用底角小的三角形。模糊控制规则表作为模糊控制的核心内容,其完备性和准确性直接影响模糊控制的效果,见文献[7]。
2.2 变论域伸缩因子选择
将变论域思想运用于模糊PI控制,利用误差及其变化率的大小选择各变量论域的伸缩因子,变论域模糊PI控制器结构框图如图3所示。
图3 中 αe,αec分别为模糊控制器输入变量e ,ec的论域伸缩因子;βp,βi分别为模糊控制器输出变量 Δkp,Δki的论域伸缩因子。此时,变论域模糊控制器的量化因子和比例因子可以表示为
式中:kαe,kαec分别为论域伸缩后误差e和误差变化率ec的量化因子;λβp,λβi分别为论域变换后模糊控制器输出修正值 Δkp,Δki的比例因子。
伸缩因子的选择作为变论域模糊PI控制器的核心内容,目前相关文献中常用的方法有:基于函数形式选择伸缩因子、基于模糊推理方式选择伸缩因子、基于误差分级方法选择伸缩因子［3］。文献[3]通过直流调速系统仿真对它们的性能进行了比较分析,证明基于误差分级选择伸缩因子的方法相对更好,但没有考虑误差变换率的影响。因此,本系统在文献[3]基于误差分级方法的基础上,尝试通过基于误差及其变化率分区的方式选择伸缩因子,将输入变量e的基本论域分为3个区间,并编号Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,即Ⅰ:[0,0.2emax]U[-0.2emax,0),Ⅱ:(0.2emax,0.6emax]U[-0.6emax,-0.2emax),Ⅲ:(0.6emax,emax]U[-emax,-0.6emax);同时把ec的基本论域也分为3个基本区间,并编号A,B,C,即A:[0,0.4ecmax]U[-0.4ecmax,0),B:(0.4ecmax,0.8ecmax]U[-0.8ecmax,-0.4ecmax),C:(0.8ecmax,ecmax]U[-ecmax,-0.8ecmax)。通过仿真调试,伸缩因子选择值如表1 所示。变论域模糊PI控制器仿真模型如图4所示。
注:表格中*/*/*分别对应αe,αec,βp,βi选择值。
2.3 “模糊控制规则”不平滑切换改善方法
变论域模糊PI控制由于模糊规则、隶属度函数、量化因子、比例因子的选择以及论域的划分都是根据操作人员的经验,往往导致实际应用过程中出现系统响应不平滑,局部波动现象。
为了改善变论域模糊PI控制器在临近稳态阶段由于“模糊控制规则”切换造成的转矩响应有毛刺,致使转速响应不平滑(本系统变论域模糊PI控制用在速度环),在变论域模糊PI控制器中增加了一个信号调理环节。对控制系统进行离散化处理,则可得离散变论域模糊PI控制器的输出表达式如下:
式中:T为采样周期;k为采样序号,k = 1,2, …,error(k - 1) 和error(k) 分别为第(k - 1) 和第k时刻所得的偏差信号;kp(k) ,ki(k) 分别为第k时刻的比例系数和积分系数。
当
时,变论域模糊PI控制器经信号调理后第k(k > 3)时刻的输出如下式所示:
式中:EFZ,ECFZ分别为e ,ec的阀值,Te*(k) 为第k时刻的给定负载值;δte为临近稳态阶段u(k)围绕Te*(k) 上下波动限宽。
3 系统仿真及结果分析
3.1 系统仿真参数
对异步电动机矢量控制系统进行仿真实验,采用的鼠笼式三相异步电机参数［3］为:额定功率2.24 k W,额定电压220 V,额定频率50 Hz,额定转速1 440 r/min,电机极对数pn= 2 ,Rs= 0.435 Ω ,Rr= 0.816 Ω,L1s= 4.000 m H ,L1r= 4.000 m H ,Lm=69.00 m H 。
为了测试系统的动、静态性能和抗扰动能力,转子给定磁通为9.6 Wb,负载转矩给定初始值为0 N·m,1 s后负载转矩变为15 N·m,对给定转速分别为80 r/min,700 r/min,1 400 r/min时进行仿真,仿真过程中ATR ,AΨR均采用传统PI控制器,ASR先后采用传统PI控制、模糊PI控制、变论域模糊PI控制。通过反复调试,最后得到的各控制器仿真实验参数如下:转矩调节器,kp= 4.5 ,ki= 30 ;磁链调节器,kp= 4.8 ,ki= 100 ;速度调节器为传统PI控制器(给定转速为1 200r/min时),kp= 3 ,ki= 10 ;模糊PI控制器,kp= 4 ,ki= 10 ,kp的基本论域为[-2,2],ki的基本论域为[-3,3];变论域模糊PI控制器,kp= 4 ,ki= 10 ,kp的基本论域为[-2,2],ki的基本论域为[-3,3]。
3.2 仿真结果及分析
根据以上给定仿真参数,可得仿真结果如图5~图8 所示。
对仿真结果(图5~图7)进行比较,比较结果如表2所示。
注:*/*/*依次为传统PI控制、模糊PI控制、变论域模糊PI的仿真结果。
结合图5~图7和表2可以看出,当速度环采用传统PI控制时,系统在高、中档段有比较好的调速性能,但在低档段有较大的超调(给定转速为80 r/min时,超调达到了10.8%);当采用模糊PI控制时,系统整体调速性能有所改善,但低档段仍有较大的超调,中档段稳态误差较传统PI控制还有所增加(给定转速为700 r/min时,稳态误差增加了0.15%);当采用变论域模糊PI控制时,系统调速性能有明显的改善,超调量和稳态误差都有明显的下降(给定转速为80 r/min时,超调量降到了3.81%;给定转速为700 r/min时,稳态误差降到了-0.004%),高、中档响应速度也有所提高。另外,由图8 可以看出,变论域模糊PI控制加入信号调理环节后,转矩毛刺得到了一定的抑制,在临近稳定阶段,转速响应也较平滑(见图5),但在其它阶段不平滑现象仍然存在,这需要从模糊控制规则本身进行研究。综合以上对仿真结果的分析,表明所设计的变论域模糊PI控制器是可行的,且在三相异步电动机全范围调速中超调小、响应快、稳态精度高,具有更强的适应性。
4 结论
在传统PI控制的基础上,利用误差和误差变化率分区方法选择伸缩因子,对三相异步电动机矢量控制系统的速度环进行了变论域模糊PI控制器设计;另外,为了改善变论域模糊PI控制在临近稳态阶段由于控制规则切换造成的转矩响应毛刺较多,致使转速响应不平滑现象,在变论域模糊PI控制器中增加了一个信号调理环节。通过与传统PI、模糊PI的仿真比较,结果表明:所设计的变论域模糊PI控制器在三相异步电动机矢量控制全范围调速系统中具有更好的适应性,不仅能提高转速响应的响应速度、降低超调量,且能明显地改善稳态误差,对工程中调速范围比较宽的调速系统设计具有一定的参考价值。
参考文献
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全变频调速技术 篇9
2015年7月23日 , 全球能效管理专家施耐德电气推出了其ATV御程(ATV Process)系列变频器家族的新成员———ATV御程900系列变频 器 。 ATV御程900系列变频器传承了ATV御程系列的以服务导向的优势, 并与升级后的机械传动控制性能进行了完美结合, 它的加入使扩展后的ATV御程系列变频器家族实现了对全行业 、 全应用需求的广泛覆盖。
施耐德电气中国工业事业部控制与驱动业务部负责人韩文秀表示:“ATV御程900系列变频器是专 注于机械 传动复杂 应用的全 新利器 ,它的加入能使以服务为导向的ATV御程系列实现在行业应用范围上的极大扩展。 它也让更多拥有复杂应用的用户能够从中受益,得到性能、效率和运营管理水平的综合提升。 ”
服务导向,助力运营及工程开发
当前,用户在选择高端变频器时,不仅要考虑产品的性能,也非常重视产品在运营、能效管理及工程开发等方面带来的价值。
作为ATV御程系列 的最新成 员 ,ATV御程900系列传承 了该系列 产品以服 务为导向 的突出优势。 其内置了网页服务器等服务功能,可以实现资产管理以及工艺性能优化等功能, 还能通过提供实时在线数据和远程在线维护, 为工业用户 提供智能 化的运营 工具和更 高的附加 值。
而在用户 的工程开 发阶段 ,ATV御程900系列同样能够带来一些优势。例如,ATV御程900系列可以和施耐德电气的M580高端PLC实现无缝衔接, 在M580的编程套件中集成了ATV御程系列的各种DTM功能块, 供用户在编程的过程中实时调用, 为用户的工程开发带来了时间和成本上的便利。
性能升级,扩展全行业丰富应用
ATV御程900系列是一款专注于机械传动复杂应用 的高端变 频器 。 与施耐德 电气原有 的ATV71变频器相 比 ,ATV御程900在产品性 能上实现了全面的升级, 尤其具备了更加卓越的动态响应精度。例如,两台ATV御程900系列变频器无需与PLC连接,就可以直接进行点对点光纤通讯,并且控制精度和实时性有显著的提升。
而在灵活 性与性价 比上 ,ATV御程900系列也有了极大的改善。比如,对于ATV御程900的整流、逆变以及能量反馈四象限运行等模块,用户都可以将其作为独立的标准产品来采购, 实现了按需所供; 与此前的标准方案相比,ATV御程900成套柜体的体积也得到了大幅度的减小 。
这些改善之处, 使ATV御程900系列变频器应用于多电机传动和共直流母线方案的灵活性和性价比得到了显著提升, 这也为其在一系列高要求、 复杂的应用场合中开辟了新的应用空间。 例如,冶金行业的冷热轧及炼钢、造纸行业的主传动、石油石化行业的开采钻机、港口机械的岸吊以及广泛应用于汽车制造、 维修及研发的测功机应用等。
适应需求,提升能源与安全效率
近年来,来自能源与安全的挑战,逐渐成为工业用户迫切面临的课题, 能源与安全效率的提升也 成为了产 品与解决 方案开发 的重要导 向。 而ATV御程900系列则能够在这两个方面为用户提供强有力的助推和保障。
在能效管 理方面 ,ATV御程900系列集成 了能效控制的硬件和功能块。 用户可以对现场设备的能效数据进行实时的计量、记录和查询,还能基于 丰富的能 源数据信 息进行分 析挖掘 ,并以此为依据及时调整生产过程, 实现能效水平的持续改善。
全变频调速技术 篇10
关键词：染整机械 变频调速 同步控制
0 引言
自动化连续生产是现代生产加工工艺的主要特点，印染机械在体积、重量和长度等方面都比较大，通常是由单元机组成联合机，形成生产流水线，进行高速度、高效率及一体化的生产，因此对印染机械电气控制的可靠性、经济性、调速比与同步性能提出了较高的要求。随着现代电力电子技术的飞速发展，交流变频技术的日趋完善，国内外大量盒式变频器的生产，为分电源交流变频调速系统在多单元染整联合机的应用提供了方便。这种染整联合机的每个单元由一台电动机拖动，各台电机分别由一台变频器调速驱动，构成多单元同步传动系统，一般取整机中容量较大，或工艺核心部位为主令单元，工作时，需要多大的运行速度，由主令单元决定和调整；生产过程中，要求各单元电动机协调同步，使织物保持恒定的张力和线速度，同时根据织物及工艺的不同，调整整个联合机的速度及各单元间的转速比。为此，对于多目标的染整机械之间的同步控制，成为了影响染整机械工作质量和运行状态的关键因素之一。本研究课题正是基于此，研究了基于变频调速技术的全数字式同步控制系统。
1 同步控制方案
传统的同步方案，有模拟同步控制方案和数模结合同步控制方案。模拟同步控制方案尽管控制结构简单，但是实现起来成本较高，同时同步控制的精度不高；而数模结合同步控制方案虽然同步控制精度有所提高，但是由于数字信号与模拟信号在转换传输上的时差，因而在同步控制方面还是不尽如人意，难以实现复杂的在线算法与控制方案，即使采用反馈补偿控制算法，又间接增加了控制系统的成本，因此，在这样的情况下，全数字式变频调试同步控制方案得到了广泛的关注和研究。本研究课题所采用的同步控制方案也正是采用全数字式变频调速同步控制方案。新一代变频器内部普遍采用全数字化的控制方式，并提供一个内置RS-485串行通信接口，以便于构成全数字式的控制系统。全数字式同步控制系统框图如图1所示。人机界面(或者监控计算机)、变频器均通过RS-485接口与PLC的通信模块连接，由人机界面实现发送控制信息、设定运行参数以及读取运行状态的作用；数字测速部件采用张力传感器对染整机械的工作状态进行实时监测，通过对各同步控制单元中张力松紧状态的采集，将被测的传感物理量送至PLC的高速脉冲计数输入单元，PLC将采集到的各单元实时转速与设定运行参数综合，按既定的同步控制策略进行运算和控制，转换为各单元的电机的运行速度设定值，再通过RS-485总线写入变频器执行，最终通过变频器实现调速、达到同步控制的目的。由于PLC直接通过数字通信模式，按照一定采样周期进行信息的输入、处理和输出，简化了系统外围模块，缩短了控制周期，同时提高了在线检测、运算和驱动能力，控制精度和工作可靠性也进一步提高；另外，可以通过通信接口将变频器相关参数量如(电流、转速、频率等)读到人机界面上，供操作人员监视，并可根据实际情况做出相应的判断和调整，使机器的操作更加简便、直观，系统运行参数的设定也可以通过远程通信实现，从而降低操作故障，减少劳动力的投入，是一种值得推广的高精度同步控制方案。
2 基于变频调速的同步控制系统分析
2.1 同步控制系统工作原理及过程 基于变频调速技术的同步控制系统的工作原理及工作过程，相对传统的同步控制方案，实现起来较为简单，虽然成本较高，但是控制精度高，能够实现无人值守，后期运行维护任务简单，因此仍然具有很突出的优势。针对多台印染机械同步控制的需求，对相关参数进行状态监测，可以设置传感器进行状态监测，由传感器将运行状态参数采集并输送到下位机PLC中，在PLC控制器内部实现相关的控制算法，并生成相应的控制决策，最后在数字量输出口输出需要变频调整的印染机械的调速频率，通过RS485将该调速频率写进对应机械的控制变频器内，由变频器改变输出频率实现对电机的无极调速，进而达到对印染机械调速、实现同步控制的目的。
2.2 PID同步控制的实现 这里我们重点分析带PID回路调节器的PLC控制方式。在该方式中，变频器的作用是为电动机提供可变频率的电源，实现电动机的无级调速，传感器的任务是检测当前染整机械的线张力、松弛或张紧状态等；以张力PID控制算法为例进行分析，张力设定信号和张力反馈信号输入可编程控制器后，经可编程控制器内部PID控制程序的计算，输送给变频器一个频率控制信号；还有一种办法是将张力设定信号和张力反馈信号送入PID回路调节器，由后者进行运算后，输给变频器一个频率控制信号。一般有两种方法实现带PID回路调节器的PLC控制。由于变频器的频率控制信号是由可编程控制器或PID回路调节器给出的，所以对可编程控制器来讲，既要有模拟量输入接口，又要有模拟量输出接口，而带模拟量输入/输出接口的可编程控制器价格很高，这无形中就增加了设备的成本。若采用带有模拟量输入/数字量输出的可编程控制器，则要在可编程控制器的数字量输出端口另接一块PWM调制板，将可编程控制器输出的数字量信号转变为模拟量。从PID控制的稳定性和可靠性角度考虑，采用带模拟量输入/输出接口的可编程控制器为宜，但从控制系统的成本考虑，则采用第二种实现方式最佳，因此应当根据系统的控制精度及可靠性要求，以及可控成本，综合考虑决定采用那种实现方式。变频调速就是根据当前染整机械的张力情况、松弛或张紧状态，以及其他传感参数，由控制中心决定哪台染整机械处于不同步状态，根据该台染整机械的相关状态参数及其反馈参数，结合其他染整机械的控制状态，经过PID控制算法，给出该染整机械的调速方案，并由中心PLC输出一个控制频率到该染整机械的变频器上，通过RS-485输入该调整频率，通过变频器实现最终的同步控制调整。
3 结语
印染机械同步控制系统采用变频控制方式时，系统可根据实际设定的同步控制精度，以及结合传感器的状态监测参数，自动实现高精度的多台印染机械的同步控制，提高了生产效率，采用组态远程监控使系统处于可靠运行的状态；另一方面，采用PLC作为控制器，硬件结构简单，成本低，系统能够实现电机无级调速，依据运行速度、控制精度等参数的变化自动调节系统的运行参数，以满足同步生产的需求，该系统很适于在纺织行业部门大力推广。
参考文献：
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