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变频器在电气传动自动控制中的应用
作者：王学雷董文新
来源：《城市建设理论研究》2013年第09期
摘要：从电力半导体、控制技术和主电路拓扑结构等方面综述了变频调速技术的发展历史和现状，并总结了在变频控制中的主要控制技术。
关键词：矢量控制; 交流电动机; PWM 技术; 高压变频器
中图分类号：O183 文献标识码：A 文章编号：
国内外交流变频调速技术的现状
早在国家“八五”科技攻关计划中，交流调速技术就被列为重点科技攻关项目，但是由于我国电力电子器件总体水平很低，IGBT、GTO 器件的生产虽引进了国外技术，但一直未形成规模经济效益，几乎不具备变频器新产品的独立开发能力，这在一定程度上影响了国内变频调速技术的发展。在大功率交- 交变频技术、无换向器电机等方面，国内产品在数字化及系统可靠性方面与国外水平相比，还有相当差距。在中小功率变频技术方面，国内几乎所有的产品都采用普通V/F 控制，仅有少量样机采用矢量控制,品种与质量不能满足市场需要。而在国外，变频调速技术得到了充分的发展，并在各个方面取得了显著成就。在功率器件方面,高电压、大电流容量的SCR、GTO、IGBT、IGCT 器件的出现和并联、串联技术的应用，高压大功率变频器产品得到生产和推广应用。在微电子技术方面，16 位、32 位高速微处理器以及DSP 和ASIC(Application Specific IC) 技术的快速发展，为实现变频器高精度、多功能化提供了硬件手段。在理论方面，矢量控制、磁通控制、转矩控制、智能控制等新的控制理论都为高
性能变频器的研制提供了相关理论基础。可以看出，总体上我国交流变频调速技术水平较国际先进水平有着很大差距。
交流变频调速在控制中的主要应用
交流变频调速技术在20 世纪得到了迅速发展。这与一些关键性技术的突破性进展有关，它们是交流电动机的矢量控制技术、直接转矩控制技术、PWM 技术，以及以微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术、自整定技术等。
1.矢量控制技术
矢量变换控制技术是西门子公司于1971 年提出的一种新的控制思想和控制理论。它是以转子磁场定向，采用矢量变换的方法实现定子电流励磁分量和转矩分量之间的解耦, 达到对交流电动机的磁链和电流分别控制的目的，从而获得了优良的静、动态性能。迄今为止，矢量控制技术已经获得了长足的发展，并得到了广泛的应用。
PLC－变频器控制自动扶梯系统 摘要】 自动扶梯是带有循环运动梯路向上或向下倾斜输送乘客的固定电力驱动设备，用以在建筑物的不同高度间运载人员上下的一种连续循环输送的运输工具。自动扶梯非常适合在车站、机场、商场等客流量较大的公共场合使用，目前国内使用的自动扶梯空载时仍是额定速度运行，采用同一速度运行模式，没有根据人流量的多少来调节拖动电动机的运转速度，具有耗能大，机械磨损大，使用寿命降低等缺点。本系统根据人流量自动调节扶梯的运行速度，对节约能量和延长扶梯的使用寿命起到巨大的作用。 【关键词】自动扶梯安全保护装置可编程控制变频控制 【前言】 自动扶梯是由一台特种结构型式的输送机和两台特殊结构型式的胶带输送机组合而成的，广泛应用于商厦、超市、地铁、车站、商务中心等客流量较大的公共场所，作为一种商用载人设备，因此自动扶梯的安全性非常重要，扶梯必须设置安全保护装置，以保证自动扶梯上的乘客绝对安全。自动扶梯的整体设计应该满足特定的商业规范，它必须经济、低噪声且运行平稳。采用合理的导轨梯路系统设计，即能降低运行阻力，节约能耗，减小噪声，延长使用寿命。 继电器控制的自动扶梯过去用得比较多，这种电气控制原理比较简单、直观，线路包括主电路、安全保护电路、控制电路、制动器电路以及照明电路等。由于触点较多，造成线路比较复杂，运行故障多，故障排除困难，目前这种控制线路的自动扶梯处于淘汰阶段。 采用可编程（PLC）控制方式的自动扶梯可克服继电器控制方式的缺点，达到可靠性高、编程简单、通用性强、维修方便等。采用变压变频调速技术，可灵活调节电动机的旋转速度。 使用先进的电动机控制技术，保证电动机的运行性能。使用新型的检测材料，可以更准确地检测各种外部信号、反馈信号，实现自动扶梯的闭环控制、智能控制。 一、PLC－变频器控制自动扶梯的安全保护装置 本系统共配备多个安全保护开关，如遇到非正常状况，其能自动切断自动扶梯的控制电源，使自动扶梯迅速停止运行。配备的安全保护装置包括： （一）必备安全保护装置
流量控制的变频PID控制设计 比较温度、压力、流量和液位这4种最常见的过程变量，流量或许是其中最容易控制的过程变量。由于连续过程中物料的流动贯穿于整个生产过程，泵的主要作用是输送液体，风机的主要作用是输送气体，所以流量回路是最多的。 在流体力学上，泵与风机在许多方面的特性及数学、物理描述是一样或类似的。如出口侧压力P与流量Q的压力-流量特性（即P-Q特性曲线）是一致的。流体流过热交换器、管道、阀门、过滤器时会产生压力的损耗，人们通常将由此产生的压力损耗之和与流量的关系曲线叫流体机械阻抗曲线。因此，当压力-流量的P-Q特性曲线与阻抗曲线产生交点时，就基本确定了流体的流量。通常对流量回路的控制手段是改变压力-流量的P-Q特性曲线或者改变流体机械的阻抗曲线。 流量控制具有以下特点：风机、泵类负载一般情况下其转矩都与转速平方成正比，所以也把它们称为具有平方转矩特性的负载。流量控制中，对于启动、停止、加减速控制的定量化分析是非常重要的。因为在这些过程中，电机与机械都处在一个非稳定的运行过程，这一过程将直接影响流量控制的好坏。在暂态过程中，风机的惯量一般是传动电机的10?50倍，而泵的惯量则只有传动电机的20%-80%同时, 启动、停
止、加减速中，加减速时间也是一个重要指标。 对于流量控制的变频器必须考虑到以下几个方面。 (1)瞬停的处理环节 如果出现电源侧的瞬时停电并瞬间又恢复供电，使变频器保护跳闸，电机负载进入惯性运转阶段，如果上电再启动时，因风机类负载会仍处于转动状态，为此必须设置变频器为转速跟踪启动功能，以先辨识电机的运转方向后再启动。 同时，对于有些负载，还可以设置瞬停不停功能，以保证生产的连续性。 (2)无流量保护 对有实际扬程的供水系统，当电动机的转速下降时，泵的出口压比实际扬程低，就进入无流量状态(无供水状态)，水泵在此状态下工作，温度会持续上升导致泵体损坏。因此，要选择无流量状态的检测和保护环节，并设置变频器最低运行频率。 (3)启动连锁环节
电气传动及控制 ( A卷 ) 一、单项选择题（本大题共40分，共 20 小题，每小题 2 分） 1. 某单闭环直流调速系统的开环放大系数为19时，额定负载下电动机转速降落为8r/min，如果开环速降不变，要使闭环速降降为4r/min，则开环放大系数应为（）。 A. 19 B. 29 C. 39 2. 调速系统的稳态性能指标包括调速范围和（）。 A. 超调量 B. 静差率 C. 恢复时间 3. 恒Eg/ω1调速系统，最大电磁转矩（）。 A. 与ω1无关 B. 随ω1增大而增大 C. 随ω1增大而减小 4. 转速、电流双闭环系统，采用PI调节器，稳态运行时， ASR的输出量取决于（）。 A. 负载电压 B. 电源频率 C. 负载电流 5. 正弦波脉宽调制的英文缩写是（） A. PID B. PWM C. SPWM D. PD 6. 静差率和机械特性的硬度有关，当理想空载转速一定时，特性越硬，则静差率( ) A. 越小 B. 越大 C. 不变 D. 不确定 7. 在典型I型系统中，当时间常数T已知时，随着放大系数K减小，超调量（）。 A. 减小 B. 增大 C. 不变 8. 转速、电流双闭环调速系统中的两个调速器通常采用的控制方式是 ( ) A. PID B. PI C. P 9. 双闭环无静差V-M调速系统中，增加反馈系数β，系统稳定后转速反馈电压（）。 A. 增加 B. 不变 C. 减小 10. 在转速负反馈单闭环有静差直流调速系统中，突增负载后又进入稳定运行状态，此时晶闸管整流装置的输出电压Ud较负载变化前是（）了。 A. 增加 B. 不变 C. 减小 11. SPWM技术中，调制波是频率和期望波相同的（） A. 正弦波 B. 方波 C. 等腰三角波
变频器中PLC自动控制技术的运用林堃 发表时间：2019-06-11T11:20:34.960Z 来源：《中国电气工程学报》2019年第3期作者：林堃 [导读] 随着科学技术的发展，现代化建设的发展也日新月异。PLC自动控制技术具有功能强大、稳定性高和可靠性强等优点，且综合使用价值很高。与传统控制技术相比，将PLC自动控制技术引进变频器中，能够对传统直流调速方式进行升级，提升继电器中各个触点准确性，促进变频器系统运行速率，进而强化变频器使用功能。所以将PLC自动控制系统与变频器有效结合，对我国社会经济的发展具有积极作用。本文首先分析了PLC自动控制技术应用 引言 变频器中PLC自动控制技术的应用，深刻影响着我国工业生产的发展。PLC自动控制系统实质上是可编程的逻辑控制器在工业生产上对计算机进行控制的技术方式，功能性强大，目前在电气控制行业内的应用最为广泛。变频器技术作为变频技术中不可或缺的技术组成部分，是技术人员一直研究如何代替直流调速技术的重点。变频器中使用的变频技术，在传统上人工操作是其主要的方法，但这一方法在实际操作的使用中太过繁杂，在PLC自动控制技术应用于变频器中后，变频器数据分析能力加强，设备的应用需求得到满足，变频器的应用范围也被扩大，这个问题就被很好的加以解决了。 1PLC自动控制技术应用概述 ProgrammableLogicController叫做PLC控制系统，简称PLC,又叫做“可编程逻辑控制”器,PLC控制系统主要为工业生产发展而设计的一种关于电脑数字运算操作的电子装备，主要发展设备内部存储程序，按顺序进行控制的逻辑运算。PLC自动控制技术是一种微型计算机控制技术，PLC自动控制技术，广泛应用于工业生产中。应用生产中可以有效提高企业生产的效率，提高产品的销量和质量，PLC自动控制技术的编程简单、操作方便。从事PLC自动控制技术的相关编程人员，不需要具备丰富的计算机知识，根据简单的学习就可以进行PLC编程操作。在经济发展领域中，PLC自动控制系统具有实用性高，稳定性高，使用寿命长等特点，PLC自动控制系统在实际应用中，可与其他相关设备进行相互结合，PLC自动控制系统发出信号，对其他相关设备进行有效控制，使PLC自动控制的发展前景更加广阔，在实际工作中具有更多的优势。 2PLC模块选择 目前，变频器产品在市场上的种类有很多，价格也参差不齐，在给工业生产企业宽松选择空间的同时，也造成了一定的选择难度。在实际运行中，变频器产品不同，带有的负荷也就有了差异，因此，工业生产企业要以产品工艺特点和实际情况为基准去配备合适的变频器，不该盲目选择。变频器中PLC自动控制技术的应用，变频器的性能参数只是设计人员需要注意的一点内容，具体的选择还要参考实际的应用，同时，不同模块要尽量保证规格相同，以期在之后的PLC自动控制上方便于管理。选择PLC型号时，变频器特性必须要考虑进去，信号格式也要与变频器相匹配。在实际的工业生产中，不同的机械运行，匹配的变频器也是不同的，而且要保证变频器的质量，不然企业的经济利益必然会受到影响。PLC模块选择中，机型、I/O模功能模块的对照应该放在首位，PLC系统只有和变频器相匹配，才能发挥最大的效率，此外，信号类型、输入接线连接、电压等级也要作为参考内容，这样才能让PLC系统与变频器形成最优配合，最大化的体现其使用价值。 3PLC自动控制技术在变频器中的应用 3.1通信协议的实现 我国的企业如今可以通过通信协议实现变频器对plc自动控制技术进行控制，专用协议和统一通信协议是我国的主要应用的通信协议，在运行过程中，PLC自动控制系统主要是运用专用通信协议对变频器进行控制。根据通信协议的自身条件，通信协议可以划分为modbus通信协议与自由口通信协议，采用自由口通信协议对变频器多自动控制系统进行控制，变频器和PLC自动控制系统通过自由口通信协议进行控制的，可以有效地实现对程序的自由控制，可以实现不同型号的变频器输入信号的相互转换。采用自由口通信协议有许多优点，所以工业生产企业一般完成程序编写完成后，再用自由口通信模式，这样可以进一步提高变频器在实际工作过程中的自由性、可靠性及安全性。modbus通信协议本质上属于串行通信行应用中的一种，所以PLC自动控制系统与变频器使用modbus通信协议的工作中，可以支持各种形式的检验。PLC自动控制系统采取合理的通信协议规划，有效进行通信协议系统规划，这些细节关乎了电器的使用质量，及时有效的对机器进行的监督和控制，提升变频器的使用质量，降低变频器在运行过程中的风险，提高工作效率。提高了PLC自动控制系统在运行过程中，对变频器的效率，满足工业企业发展的各种需求。 3.2通信协议实现方法 通信协议主要分为通用协议、专用协议两种。根据不同情况，划分自由口通信协议以及MODBUS通信协议。在变频器中应用的专用通信协议，是变频器与PLC之间制定的通信协议，利用这种专用通信，实现对变频器的自动化控制。利用自由口通信协议，能够确保PLC系统有效控制系统中各项自由程序，同时变频器各个信号之间也能进行有效通信。基于这些内容，在编写程序之后，相关工作人员必须对相关通讯程序进行及时的调试，确保PLC自动控制系统在变频器中的稳定性，发挥其应有的价值。MODBUS通信协议长期属于通信行业核心标准，相关人员必须这一通信特点进行分析，考虑到其作为串行通信协议的一种，在实践运用中，为LPC、CRC校验提供支持。 3.3实现变频器自动化控制的主要方式 将PLC自动控制技术运用到变频器当中，自动化控制的实现主要通过I/O端子。PLC控制系统与I/O端子正是PLC自动化控制技术主要内容，将两个方面内容有机结合起来，并合理利用，才能发挥PLC的作用。在具体实现过程中，主要包括两个方向，其一是将数字输入端与PLC进行连接，这种方式需要满足PLC自动化控制系统中携带I/O端子，利用导线加以控制；其二是模拟量端子和PLC系统相连接，这种实现方式下，PLC自身并不携带模拟量端子，将PLC系统后台控制拓展模块和变频器模拟量端子进行连接，从而实现自动化控制效果。这两种实现方式，都可以对变频器进行有效设置，若变频器输入的数字量较多，则能获得较多固定频率。通过上文介绍，我们知道通信协议是变频器现场总线控制的核心，DP通信协议是一种关键手段，其主要由协议层、网络数据以及电报头组成。并通过有效的定义方式，实现系统上下层结构之间的良好传输，且避免两者之间相互干扰，提升变频器运行的可靠性，确保各项工作都能够顺利完成，让变频器能够通过上级自动化系统指令进行工作。 结语 在变频器中PLC自动控制技术的实际运用中，变频器应用中出现的一些常见影响变频器整体运行效率的问题，通过PLC自动控制系统就
第2次作业 一、单项选择题（本大题共100分，共 40 小题，每小题 2.5 分） 1. 双闭环调速系统在稳定运行时，控制电压Uct的大小取决于（）。 A. Idl B. n C. n和Idl D. α和β 2. 在交—直—交变频装置中，若采用不控整流，则PWM逆变器的作用是 （）。 A. 调压 B. 调频 C. 调压调频 D. 调频与逆变 3. 转速、电流双闭环调速系统在稳态工作点上时，给定电压决定的是（） A. 负载电流 B. 转速 C. 电枢电流 D. 控制电压 4. 异步电动机变压变频调速时，采用（）控制方式，可获得一线性机械特性。 A. U1／f1=常值 B. Eg/f1=常值 C. Es/f1=常值 D. Er/f1=常值 5. 普通串级调速系统中，逆变角，则（）。 A. 转速上升，功率因数下降 B. 转速下降，功率因数上升 C. 转速上升，功率因数上升 D. 转速下降，功率因数下降 6. 在单闭环反馈控制系统中，不能被抑制变化是（） A. 放大器输出电压漂移 B. 测速反馈系数变化 C. 电动机励磁变化 D. 主电路电阻增大 7. 速度单闭环系统中，不能抑制（）的扰动。 A. 调节器放大倍数 B. 电网电压波动 C. 负载 D. 测速机励磁电流 8. 某闭环调速系统的调速范围是1500～150r/min，要求系统的静差率s 2%，那么系统允许的静态速降是（）。 A. 3.06r/min B. 4.13r/min C. 4r/min 9. 不属于双闭环直流调速系统的起动过程中阶段为（） A. 电流上升 B. 恒流升速 C. 转速调节 D. 全压起动 10. 在转速开环的交-直-交电流源变频调速系统中,GFC的作用是( ) A. 加快 频率环节的变化 B. 加快电压环节的变化 C. 减慢频率环节的变化 D. 减慢电压环节的变化 11. 下列关于转速反馈闭环调速系统反馈控制基本规律的叙述中，错误的是（） A. 只用比例放大器的反馈控制系统，其被调量仍是有静差的 B. 反馈控制系统可以抑制不被反馈环节包围的前向通道上的扰动 C. 反馈控制系统的作用是：抵抗扰动、服从给定 D. 系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度 12. 在转速电流双闭环调速系统中，选用了典型Ⅱ型系统，因为转速环性能是以（） A. 跟随为主 B. 抗扰为主 C. 静态为主 D. 稳态为主 13. 闭环系统的静特性表示闭环系统电动机的稳态关系是（）。 A. 转速与电枢回路总电阻间的 B. 转速与给定电压间的 C. 转速与负载电流间的 D. 转速与开环放大系数间的 14. 一个设计较好的双闭环调速系统在稳态工作时（）。 A. 两个调节器都饱和 B. 两个调节器都不饱和 C. ST饱和，LT不饱和 D. ST不饱和，LT饱和15. 中频段越宽，则系统的（） A. 稳定性越好 B. 快速性越好 C. 稳态精度越高 D. 抗干扰能力越强 16. 异步电动机VVVF调速系统中低频电压补偿的目的是（） A. 补偿定子电
电气传动与调速系统课程总复习2011.7 一、教材信息： 《机电传动控制》，邓星钟主编，华中科技大学出版社 二、考试题型 客观题（单项选择、判断题） 主观题（填空、简答、分析和计算） 三、总的复习题 一、选择题 1、电动机所产生的转矩在任何情况下，总是由轴上的负载转矩和_________之和所平衡。 （ D ）A．静态转矩B．加速转矩C．减速转矩D．动态转矩 2、机电传动系统稳定工作时中如果T M>T L，电动机旋转方向与T M相同，转速将产生的变化是。（ B ）A．减速B．加速 C．匀速D．停止 3、机电传动系统中如果T M 在工业自动化控制系统中，最为常见的是PLC和变频器的组合应用，并且产生了多种多样的PLC控制变频器的方法，其中采用RS-485通讯方式实施控制的方案得到广泛的应用：因为它抗干扰能力强、传输速率高、传输距离远且造价低廉。但是，RS-485的通讯必须解决数据编码、求取校验和、成帧、发送数据、接收数据的奇偶校验、超时处理和出错重发等一系列技术问题，一条简单的变频器操作指令，有时要编写数十条PLC梯形图指令才能实现，编程工作量大而且繁琐，令设计者望而生畏。? 本文介绍一种非常简便的三菱FX系列PLC通讯方式控制变频器的方法：它只需在PLC主机上安装一块RS-485通讯板或挂接一块RS-485通讯模块；在PLC的面板下嵌入一块造价仅仅数百元的“功能扩展存储盒”，编写4条极其简单的PLC梯形图指令，即可实现8台变频器参数的读取、写入、各种运行的监视和控制，通讯距离可达50m或500m。这种方法非常简捷便利，极易掌握。本文以三菱产品为范例，将这种“采用扩展存储器通讯控制变频器”的简便方法作一简单介绍。 2、三菱PLC采用扩展存储器通讯控制变频器的系统配置 2.1 系统硬件组成 FX2N系列PLC(产品版本V 3.00以上)1台(软件采用FX-PCS/WIN-C V 3.00版)； FX2N-485-BD通讯模板1块(最长通讯距离50m)； 或FX0N-485ADP通讯模块1块+FX2N-CNV-BD板1块(最长通讯距离500m)； FX2N-ROM-E1功能扩展存储盒1块(安装在PLC本体内)； 带RS485通讯口的三菱变频器8台(S500系列、E500系列、F500系列、F700系列、A500系列、V500系列等，可以相互混用，总数量不超过8台；三菱所有系列变频器的通讯参数编号、命令代码和数据代码相同。)； RJ45电缆(5芯带屏蔽)； 终端阻抗器(终端电阻)100Ω； 选件：人机界面(如F930GOT等小型触摸屏)1台。 2.2 硬件安装方法 (1) 用网线专用压接钳将电缆的一头和RJ45水晶头进行压接；另一头则按图1～图3的方法连接FX2N-485-BD通讯模板，未使用的2个P5S端头不接。 (2) 揭开PLC主机左边的面板盖, 将FX2N-485-BD通讯模板和FX2N-ROM-E1功能扩展存储器安装后盖上面板。 (3) 将RJ45电缆分别连接变频器的PU口，网络末端变频器的接受信号端RDA、RDB之间连接一只100Ω终端电阻，以消除由于信号传送速度、传递距离等原因，有可能受到反射的影响而造成的通讯障碍。 2.3 变频器通讯参数设置 为了正确地建立通讯，必须在变频器设置与通讯有关的参数如“站号”、“通讯速率”、“停止位长/字长”、“奇偶校验”等等。变频器内的Pr.117~Pr.124参数用于设置通讯参数。参数设定采用操作面板或变频器设置软件FR-SW1-SETUP-WE在PU口进行。 2.4 变频器设定项目和指令代码举例 2013年4月考试电气传动及控制第三次作业 一、作图题（本大题共8分，共 2 小题，每小题 4 分） 1. 采用比例调节器控制的有静差单闭环直流调速系统，当负载转矩由TL1突增到TL2时，有静差调速系统的转速n的变化过程如下图所示，试画出偏差电压 Un和控制电压Uc的变化过程示意图。 2. 采用积分调节器控制的无静差单闭环直流调速系统，当负载转矩由TL1突增到TL2时，无静差调速系统的转速n的变化过程如下图所示，试画出偏差电压ΔUn和控制电压Uc的变化过程示意图。 二、计算题（本大题共36分，共 9 小题，每小题 4 分） 1. 2. 3. 4. 系统的开环传递函数为：试画出开环对数幅频特性的渐进线（伯德图），要求标出截止频率、转折频率和斜率。 5. 有一V-M调速系统。电动机参数为：P N ＝2.2kW，U N =220V，I N ＝12.5A， n N =1500r/min，电枢电阻Ra=1.2Ω，整流装置内阻Rrec=1.5Ω，触发整流环节的放大倍数Ks=35。要求系统满足调速范围D=20，静差率s≤10%。（1）当 Un*=15V时，I d =I N ，n=n N ，则转速负反馈系数α应该是多少？（2）计算放大器 所需的放大倍数。 6. 7. 有一个闭环系统，其控制对象的传递函数为 ，要求校正为典型II型系统，在阶跃输入下 系统超调量σ≤30%（按线性系统考虑）。试决定调节器结构，并选择其参数。 8. 系统的开环传递函数为：试画出开环对数幅频特 性的渐进线（伯德图），要求标出截止频率、转折频率和斜率。 9. 有一个系统，其控制对象的传递函数为 ，要求设计一个无静差系统，在阶跃输入下系统超调量σ≤5%（按线性系统考虑）。试对该系统进行动态校正，决定调节器结构，并选择其参数。 三、简答题（本大题共56分，共 14 小题，每小题 4 分） 1. 常见的交流调速方法有：降电压调速、转差离合器调速、转子串电阻调速、绕线电机串级调速或双馈电机调速、变极对数调速、变压变频调速，哪些属于转差功率不变型调速系统？ 2. 采用PI调节器的双闭环直流调速系统起动过程中，为何会出现饱和非线性控制？ 3. 晶闸管触发与整流装置可以看成是一个什么环节？怎样确定其时间常数？ 4. 常见的交流调速方法有：降电压调速、转差离合器调速、转子串电阻调速、绕线电机串级调速或双馈电机调速、变极对数调速、变压变频调速，哪些属于转差功率馈送型调速系统？ 5. 笼型异步电机变压变频调速系统，为什么要进行电压和频率协调控制？ 6. 常见的交流调速方法有：降电压调速、转差离合器调速、转子串电阻调速、绕线电机串级调速或双馈电机调速、变极对数调速、变压变频调速，哪些属于转差功率消耗型调速系统？ 7. 直流调速有哪些调速方法？最常用的方法是什么？为什么？ 8. 在转速负反馈有差调速系统中，当电网电压、负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻、测速发电机励磁各量发生变化时，都会引起转速的变化，问系统对上述各量中哪些量无调节功能，为什么？ 9. PI调节器不同于P调节器的特点是什么？ 10. 在正弦波供电时，不同规律实现电压－频率协调控制，不同类型的机械特性有何特点？ 11. 为什么说异步电机是一个强耦合的多变量系统？ 12. 笼型异步电机采用恒压频比控制时，为何要进行低频定子压降补偿？ 13. 采用PI调节器的双闭环直流调速系统起动过程中，为何会出现转速超调？ 14. 为什么说异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性系统？ 答案： 一、作图题（8分，共 2 题，每小题 4 分） 1. 参考答案： 课程设计报告书 题目：电气传动自动控制系统 报告人：王宗禹 学号：1043031325 班级：2010级34班 指导教师：肖勇 完成时间：2013年7月日 同组人：王大松 秦缘 龚剑 电气信息学院专业实验中心 一．设计任务 1．设计目标： （1）系统基本功能：该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机不可逆运行，系统在工作范围内能稳定工作 （2）已知条件： （3）稳态/动态指标:静态：s% ≤ 5% D = 3 动态：σi% ≤ 5% σn% ≤ 10% (4)期望调速性能示意说明:静差率小于5%，调速范围D=3. （5）系统电路结构示意图： 2.客观条件： （1）使用设备列表清单及主要设备功能描述： 二．系统建模（系统固有参数测定实验内容） 1.实验原理 （1）变流电源内阻Rn的测定： a.电路示意图如下： 可以等效如下： b.利用伏安法可以测出内阻R n的大小，方法是在电机静止，电枢回路外串限流电阻，固定控制信号 Uct 大小，0.5A≤Id ≤1A的条件下用伏安法测量Ud1，Id1和Ud2，Id2；利用公式可以求得Rn。 （2）电枢内阻 Ra、平波电感内阻 Rd的测定： a.电路示意图如下： b.实验方法步骤： ◆电机静止，电枢回路外串限流电阻 ◆固定控制信号Uct 大小，Id ≈1A(额定负载热效点) ◆使电枢处于三个不同位置（如上图约120o对称）进行三次测量(Ura，Urd，Id)，求 Ra ， Rd 的平均值. (3)电动机电势转速系数 Ce的测定： a.实验原理： 由公式 可以推导出Ce的测定公式： b.实验方法步骤： ◆空载启动电机并稳定运行（I d0大小基本恒定） ◆给定两个大小不同的控制信号Uct ，测量两组稳定运行时的Ud、n数据 (4)整流电源放大系数 Ks的测定： a.实验原理： Ks可以根据公式Ud0=Ks*Uct可知Ks就是以Uct为横坐标Ud0为纵坐标的如下图曲线中线性段的斜率。故可以通过公式测定Ks. 本科生课程设计 题目：变频流量自动控制系统的设计 课程：电力拖动自动控制系统 专业：电气工程及其自动化 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 完成日期： 扬州大学能源与动力工程学院 电力拖动自动控制系统设计任务书 1．题 目 变频流量自动控制系统的设计 2．原始资料 汽提塔废水处理流量自动控制系统用涡街流量计、PLC 与变频器构成反馈的闭环流量控制系统。用调节5.5KW 化工泵转速，保证废水流量稳定、满足汽提塔的工艺要求、并可根据现场处理情况自动切换流量（两挡），满足工业现场废水处理要求。两台变频器、两台化工泵一用一备（互为备用）保证系统运行可靠。 涡积流量计1#水泵 PLC Pc 工控机 1#变频器2#变频器 阀门 止回阀 污水罐 汽提塔 热交换器 压力表 隔离开关 SF 1断路器 SF 2断路器 KM1KM2 M2 M1 2#水泵 处理后废水 蒸汽电动调节器 电磁阀 隔离变压器 SF3断路器 回收废气 安全阀 液位 传感器图1 汽提塔流量控制系统的工作原理 (1)由流量传感器测量污水管的进水口流量，流量变化信号变换成标准4～20mA 电流信号(便于远距离传送信号)、液位传感器将缓冲罐液位开关信号传送PLC 实时控制。 (2)把信号传到有相关软件的PLC 、根据汽提塔工艺要求、现场污水排放量进行智能型PI 调节控制。 2.系统控制要求： 本系统恒压变量供水系统是在2台5.5ｋＷ电机拖动的水泵机组能够满足废水总量设计要求的前提下,达到全自动闭环液位控制系统, 1) 污水流量进行智能型PI调节控制。 2)具有短路、欠压、过载、过流等诸多保护功能。 3．具体任务及技术要求 1)分析控制要求、控制原理设计控制方案；画出流量自动控制系统结构框图； 2) PLC、变频器、选择； 3) 画出该控制系统的原理图。(主电路、plc控制电路、变频器控制电路) 4)流量自动控制系统变频器的节能控制分析； 5)PID原理分析与选用；PID在PLC中实现。 4．实物内容及要求 课程设计报告文本内容包括：1.封面；2.任务书；3.目录；4.正文；5.参考文献 6.附录（课程设计有关程序）。 5．完成期限 任务书写于2011年2月16日，完成期限为2011年2月25日 6．指导教师 王永华吴远网 PWM 变频控制技术 变频调速原理 变频器工作原理：变频器是利用电力半导体器件的通断作用把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。在诸多交流异步电动机调速技术中，如调压调速、变极调速、串级调速、滑差调速、变频调速等，其中由于变频调速具有的优点： （1）调速时平滑性好，效率高； （2）调速范围较大，精度高； （3）起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显； （4）易于实现过程自动化； 因此，变频调速技术是当前应用最广泛的一种调速技术。在中小功率的变频调速系统中使用最多的变压变频调速，简称U/F 控制，相应的变频调速控制器为电压源型变频调速器（VSI ）。由电机学知识可知异步电动机的转速与电源频率有以下关系： )1(60s p f n -= （2-1） 式中：n —电机的转速（r/min ）； p —磁极对数； s —转差率（％）； f —电源频率（Hz ）。 从式（2-1）可以看出，改变电源频率就可以改变电机转速。另外，根据的电势公式知道，外加电压近似地与频率和磁通的乘积成正比。即 φf C E U 1≈∝ （2-2） 式中C 1为常数。因此有： f U f E =∝φ （2-3） 若外加电压不变，则磁通随频率而改变，如频率下降，磁通会增加，造成磁路饱和，励磁电流增加，功率因数下降，铁心和线圈过热，显然这是不允许的。为此，要在降频的同时还要降压，这就要求频率与电压协调控制。此外，在很多场合为了保持在调速时，电动机产生最大转矩不变，也需要维持磁通不变，这亦由频率和电压协调控制来实现。通过改变异步电动机的供电频率，从而可以任意调节电机转速,实现平滑的无级调速。 SPWM 模式下交直交变频器工作原理 SPWM 波形就是在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。当正弦值为最大值时，脉冲的宽度一也最大，而脉冲间的间隔则最小。反之，当正弦值较小时，脉冲的宽度也小，而脉冲间的间隔则较大，如图所示。这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的谐波成分大为减小， 复习思考题1（最新版） 1、什么叫制动状态? 什么叫电动状态? 2、电气传动系统稳定运行时电磁转矩的值由什么决定？ 3、如何判断电气传动系统是否能稳定运行？ 4、电气传动系统的动态特性由哪三要素决定？写出动态方程式，写出制动过程转速随时间变化的动态特性方程式。 5、它励直流电动机的额定参数为220V 、40A 、1000r/min ，电枢电阻Ra=0.5Ω。电动机带反抗性恒转矩负载，负载为额定负载。电动机原来以1000r/min 运行，现在要求在300r/min 的速度稳定运行，分别求出不同实现方法及其机械特性的表达式。 如果负载为50%额定负载，分别求出不同实现方法及其机械特性的表达式。 如果要求在500r/min 的速度稳定运行，分别求出不同实现方法及其机械特性的表达式。 如果要求在500r/min 的速度稳速下降运行，分别求出不同实现方法及其机械特性的表达式。 复习思考题2 1、设计带电流截止负反馈的转速闭环系统（图2.45）的调节器参数和电流截止环节的稳压管参数。 已知参数：电动机：10KW 、220V 、55A 、1000r/min 、0.5Ω， 变流器：，V-M 系统电枢回路总电阻 测速发电机：23.1W 、110V 、0.21A 、1900r/min 要求：D = 10 、S ≤ 5% 2、分别分析单闭环有静差调速系统（图2.36）电网扰动（电压增大）时和励磁电流扰动（励磁电流减小）时系统的自动调节过程。 3、比例调节器构成的转速闭环系统为什么有静差？ 4、试列写带电流正反馈的电压负反馈调速系统的静特性方程式。什么情况下可以实现电流正反馈的全补偿? 晶闸管相控电源在电流连续和电流断续时的传递函数有什么区别？为什么？ 复习思考题3 1、试分析比较有环流可逆调速系统、可控环流可逆调速系统、逻辑无环流可逆调速系统的优缺点。 2、有环流可逆调速系统是如何实现 α= β 配合控制的？该系统的制动过程有哪几个阶段？ 3、可控环流可逆调速系统是如何实现环流可控的？ 4、逻辑无环流可逆调速系统中无环流逻辑切换的条件是什么？ 无环流逻辑控制器的四个环节分别起什么作用？ 复习思考题4 1、采用工程设计法作动态设计时，如何确定校正后开环传函是典型I 型还是典型II 型? 2、小惯性环节和大惯性环节近似处理的条件和方法是什么？ 1.0R =Ω 44S K = 变频水泵的意思：使用变频器控制普通水泵电机，或者水泵电机是变频电机。但无论是哪种电机，必须要加装变频器控制系统，才可以达到省电目的。 【变频供水工作原理】 根据用户要求，先设定给水压力，然后通电运行，压力传感器监测管网压力，并变为电信号反馈至变频器，经过对反馈值和设定值的分析处理，由变频器来控制水泵的运行，最终达到反馈值和设定值的一致。当用水量增加时，系统压力降低，反馈值小于设定值，变频器输出电压和频率升高，水泵转速升高，出水量增加；当用水量减小时，水泵转速降低，减少出水量，使管网压力维持设定压力值。在多台水泵并联运行时，自动完成水泵的加减，实现水泵的自动恒压供水。 变频水泵是用普通电机，变频水泵不用时电机是低速运行，也可以增加气压罐，副泵，让主泵电机不转动。【节能分析】 以80DL50-20X3泵为例 额定参数：扬程H=60m，流量Q=50m3/h，功率N=15KW，电机转速n=1450r/min 实际需要的参数往往要小于额定参数，假如实际需要压力为H1=45米，那么实际消耗功率计算如下： 实际转速：n1= √H1/H ×n=1256转/分 实际电机功率：P1=（n1/n）3×P=9.7KW 如电机不采用变频控制，电机将以额定功率进行运转，其消耗功率为15KW；如电机采用变频控制时，电机功率仅为9.7KW。 其节能为：(15-9.7)/15=35% 由此分析可知，水泵采用变频调速控制，节能效果越明显，而且根据实际需要任意设定供水压力。 【变频水泵控制柜】 1、变频水泵控制柜的结构及原理 变频水泵控制柜系统通过测到的管道压力，经变频器系统内置的PID 调节器运算，调节输出频率，然后实现管网的恒压供水。变频器的频率超限信号（一般可作为管网压力极限信号）可适时通知PLC的进行变频泵切 换。为防止水锤现象的产生，泵的开关将联动其出口阀门。水锤是在突然 停电或者在阀门关闭太快时,由于压力水流的惯性,产生水流冲击波,就象锤 子敲打一样,所以叫水锤。水流冲击波来回产生的力，有时会很大，从而破坏阀门和水泵。水锤现象解决办法：①采用变频控制，适当的控制降速时间，应当是控制电机停车时间，也就是让电机软停车！②水泵出口加装缓闭止回阀 变频水泵控制柜工作原理如下: 智能变频恒压供水节能控制柜,变频供水节能控制柜假设整个系统由四台水泵，一台变频器，一台PLC的和的PID（PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于 PLC与变频器控制的自动恒压供水系统 1 系统简介 为改善生产环境，沱牌公司投资清洁水技改工程并建成一座日产水2.5万顿的供水系统，分别建设了抽水泵系统、加压泵系统和高位水池。根据公司用水需求特点，从抽水泵系统过来的水一部分直接供给生产用水部门，一部分则需通过加压泵输送到高位水池，而供给生产用水部门的水压与供给高位水池的水压相差较大。同时高位水池距抽水泵房较远达十多公里，高位水池的液位高低和加压泵系统的设计以及如何与抽水泵系统“联动”也是较难解决的。 鉴于以上特点，从技术可靠 和>'https://www.doczj.com/doc/3c12948909.html,/jingjilunwen/' target='_blank' class='infotextkey'>经济实用角度综合考虑，我们设计了用PLC控制与变频器控制相结合的自动恒压控制供水系统，同时通过主水管线压力传递 较>'https://www.doczj.com/doc/3c12948909.html,/jingjilunwen/' target='_blank' class='infotextkey'>经济地实现了加压泵系统与抽水泵系统“远程联动”的控制目的。 2 系统方案 系统主要由三菱公司的PLC控制器、ABB公司的变频器、施耐德公司的软启动器、电机保护器、数据采集及其辅助设备组成（见图1）。 2.1 抽水泵系统 整个抽水泵系统有150KW深井泵电机四台，90KW深井泵电机两台，采用变频器循环工作方式，六台电机均可设置在变频方式下工作。采用一台 150KW和一台90KW的软起动150KW和90KW的电机。当变频器工作在50HZ，管网压力仍然低于系统设定的下限时，软起动器便自动起动一台电机投入到工频运行，当压力达到高限时，自动停掉工频运行电机。一次主电路接线示意图见图2所示。 辽宁工业大学 电气控制与PLC技术课程设计（论文）题目：基于PLC的流量控制系统设计 院（系）：电气工程学院 专业班级：自动化112 学号： 110302032 学生姓名：王毅 指导教师：（签字） 起止时间：2014.6.30~2014.7.11 本科生课程设计（论文） 课程设计（论文）任务及评语 自动化：电气工程学院教研室： I 本科生课程设计（论文） 摘要 随着科技的飞速发展，自控系统的应用正在不断深入，同时代替传统控制检测技术日益更新。自动控制技术可谓无所不能。 本文提出一种对液体流量进行实时精确控制的设计方案。该方案以PLC控制为基础，由上位机、PL C、电动调节阀组成。它不仅适用于流量控制，在改变动作设备后同样适用于对温度、液位、速度、高度等模拟量的控制。 论文采用文字叙述与图表相结合的方式，逐步做出解释，从而得出具体结论。更清晰的展示了设计的全过程与每个细节之间的处理方式。 关键词：PLC；自动控制；流量控制 II 本科生课程设计（论文） 目录 第1章绪论 (1) 第2章课程设计的方案 (2) 2.1概述 (2) 2.2系统组成总体结构 (2) 2.2.1 控制方案比较和确定 (2) 2.2.2 流量控制系统的组成及原理图 (3) 2.2.3 水流量系统控制流程 (4) 第3章硬件设计 (5) 3.1PLCS7-200介绍 (5) 3.2主机CPU224 (6) 3.3变频器的选择 (8) 3.4水泵电机的选择 (9) 3.5流量变送器的选择 (10) 第4章软件设计 (11) 4.1PLC程序设计 (11) 4.2系统流程图 (11) 4.3程序 (13) 第5章课程设计总结 (16) 参考文献 (17) III 本科生课程设计（论文） 第1章绪论 PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它 采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系 新疆工程学院继续教育学院复习资料 《电气传动与控制系统》试卷A 适用年级： 适用专业： 一、填空题： 1、某直流调速系统的额定转速n N =1430r/min ，额定速降Δn N =115r/min ，当要求静差率s ≤30%时，允许的调速范围D = ；如果要求调速范围D =10，则静差率s = 。 2、可逆V-M 系统中出现的两种不同性质的环流为 和 。αβ≡ 配合控制有环流可逆系统又称为 系统。 3、在直流调压调速系统中，常用的可控直流电源有 、 、 三种。 4、调速范围D 是 与 之比。静差率s 是 与 之比。 5、在直流调压调速系统中，常用的可控直流电源有 、 、 三种。 二、简答题 １、转速调节器在转速、电流双闭环直流调速系统中的作用是什么？ ２、电流截止负反馈的作用是什么? ３、逻辑无环流可逆系统中，什么叫开放延时？为什么必须设置开放延时？ ４、为什么在非独立控制励磁的调速系统中设置*(0.9~0.95)e dN U U ≈？ ５、在直流调压调速系统中，常用的可控直流电源有哪几种？ ６、什么叫调速范围？什么叫静差率？调速范围、静差率及额定速降之间有什么关系？ ７、在直流调速系统中，开环系统的机械特性与闭环系统的静特性有何区别？ ８、为什么PWM-电动机系统比晶闸管----电动机系统能够获得更好的动态性能？ ９、在转速负反馈调节系统中，当电网电压、负载转矩，电动机励磁电流，电枢电流、电枢电阻、测速发电机励磁各量发生变化时，都会引起转速的变化，问系统对于上述各量有无调节能力？为什么？ １０、在无静差转速单闭环调速系统中,转速的稳态精度是否还受给定电源和测速发电机精度的影响?试说明理由？ 三、计算题 １、已知控制对象的传函为 300()(0.1530)(0.0081) obj W s s s =++ 要求采用如图示PI 调节器将其校正为典型Ⅰ型系统，并 选择调节 器的参数。其中Ω=k R 600。 变频调速技术 现代工业生产过程中，各种设备的传动部件大都离不开电动机，且电动机的传动在许多场合要求能够调速。电动机的调速运行方式很多，以电动机类型分大致可分为直流调速与交流调速两种，而交流调速方式又可分为变极调速、改变转差率调速和变频调速等几种方式。 20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，深受工业行业的青睐。 1. 交流变频调速的优异特性 (1) 调速时平滑性好，效率高。低速时，特性静关率较高，相对稳定性好。 (2) 调速范围较大，精度高。 (3) 起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显。 (4) 变频器体积小，便于安装、调试、维修简便。 (5) 易于实现过程自动化。 (6) 必须有专用的变频电源，目前造价较高。 (7) 在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低。 2. 与其它调速方法的比较 这里仅就交流变频调速系统与直流调速系统做一比较。 在直流调速系统中，由于直流电动机具有电刷和整流子，因而必须对其进行检查，电机安装环境受到限制。例如：不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用。此外，也限制了电机向高转速、大容量发展。而交流电机就不存在这些问题，主要表现为以下几点： 第一，直流电机的单机容量一般为12-14MW，还常制成双电枢形式，而交流电机单机容量却可以数倍于它。第二，直流电机由于受换向限制，其电枢电压最高只能做到一千多伏，而交流电机可做到6-10kV。第三，直流电机受换向器部分机械强度的约束，其额定转速随电机额定功率而减小，一般仅为每分钟数百转PLC控制变频器的几种方法
2013年4月考试电气传动及控制第三次作业
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