电动机调速

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1、电路课程设计1） 电机调速的作用： 通过一个交流异步电机和一个转差离合器组合 在一起，通过调整离合器励磁线圈的电压，来调 节电机的输出转速。 用于调速不需很精确的地方。2） 调速的种类三相交流电机有很多种。1. 普通三相鼠笼式。这种电机只能通过变频器改变电 源频率和电压调速（ F/U） 。2. 三相绕线式电机，可以通过改变串接在转子线圈上 的电阻改变电机的机械特性达到调速的目的。这种方 式常 用在吊车上。 长时间工作大功率的绕线式电机调 速不用电阻串接，因为电阻会消耗大量的电能。通常 是串可控硅，通过控制可控硅的导通角控制电流。相 当于改变回路中的电阻达到同上效果 。转子的电能经 可控硅组整流

2、后，再逆变送回电网。这种方式称为串 级调速。配上好的调速控制柜，据说可以和直流电机 调速相比美。3. 多极电机。这种电机有一组或多组绕组。通过改变 接在接线合中的绕组引线接法，改变电机极数调速。 最常见的 4/2 极电机用（角 / 双 Y） 接。4. 三相整流子电机。这是一种很老式的调速电机，现 在很用了。这种电机结构复杂，它的转子和直流电机 转子差不多，也有换向器，和电刷。通过机械机构改 变电刷相对位置，改变转子组绕组的电动势改变电流 而调速。这种电机用的是三相流电，但是，严格上来 说，其实它是直流机。原理是有点象串砺直流机。5. 滑差调速器。这种方式其实不是改变电机转速。而 是改变和是电机

3、轴相连的滑差离合器的离合度，改变 离合器输出轴的转速来调速的。 还有如， 硅油离合器 磁粉离合器，等等，一此离合机械装置和三相电机配套，用来调速的方式。严格上来说不算是三相电机的 调还方式。但是很多教材常常把它们算作调速方式和 一种 。3) 主要调速方法的原理解析和比较：变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频 电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使 用的变频器主要采用交直交方式 ( VVVF 变频或 矢量控制变频)，先把工频交流电源通过整流器转 换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电 压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电 路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制 4 个部

4、 分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为 IGBT 三相桥式逆变器，且输出为 PWM 波形， 中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。变频器选型： 变频器选型时要确定以下几点：1) 采用变频的目的；恒压控制或恒流控制等。2) 变频器的负载类型；如叶片泵或容积泵等， 特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时 的方式方法。3) 变频器与负载的匹配问题；I. 电压匹配；变频器的额定电压与负载的额定 电压相符。II. 电流匹配；普通的离心泵，变频器的额定 电流与电机的额定电流相符。对于特殊的负载如深 水泵等则需要参考电机性能参数，以最大电流确定 变频器电流和过载能力。III. 转矩

5、匹配；这种情况在恒转矩负载或有减 速装置时有可能发生。4) 在使用变频器驱动高速电机时， 由于高速电 机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流值增大。 因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍大 于普通电机的选型。5) 变频器如果要长电缆运行时， 此时要采取措 施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出 力不足，所以在这样情况下，变频器容量要放大一 档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。6) 对于一些特殊的应用场合， 如高温， 高海拔， 此时会引起变频器的降容， 变频器容量要放大一挡。 变频器控制原理图设计：1) 首先确认变频器的安装环境；I. 工作温度。 变频器内部是大功率的电子元件，极易受

6、到工作温度的影响，产品一般要求为 0 55 C,但为了保证工作安全、可靠，使用时应考虑留有余地，最好控制在40 C以下。在控制箱中，变频器一般应安装在箱体上部，并严格遵守产品说明 书中的安装要求，绝对不允许把发热元件或易发热 的元件紧靠变频器的底部安装。II. 环境温度。温度太高且温度变化较大时， 变频器内部易出现结露现象，其绝缘性能就会大大 降低，甚至可能引发短路事故。必要时，必须在箱 中增加干燥剂和加热器。在水处理间，一般水汽都 比较重，如果温度变化大的话，这个问题会比较突 出。III. 腐蚀性气体。使用环境如果腐蚀性气体浓 度大，不仅会腐蚀元器件的引线、印刷电路板等， 而且还会加速塑料器

7、件的老化，降低绝缘性能。IV. 振动和冲击。装有变频器的控制柜受到机 械振动和冲击时，会引起电气接触不良。淮安热电 就出现这样的问题。这时除了提高控制柜的机械强 度、远离振动源和冲击源外，还应使用抗震橡皮垫 固定控制柜外和内电磁开关之类产生振动的元器件。 设备运行一段时间后，应对其进行检查和维护。V. 电磁波干扰。 变频器在工作中由于整流和变 频，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁 波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。因此，柜内 仪表和电子系统，应该选用金属外壳，屏蔽变频器 对仪表的干扰。所有的元器件均应可靠接地，除此 之外，各电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用 屏蔽控制电缆，且屏蔽层应

8、接地。如果处理不好电 磁干扰，往往会使整个系统无法工作，导致控制单 元失灵或损坏。2) 变频器和电机的距离确定电缆和布线方法；I. 变频器和电机的距离应该尽量的短。这样减 小了电缆的对地电容，减少干扰的发射源。II. 控制电缆选用屏蔽电缆，动力电缆选用屏 蔽电缆或者从变频器到电机全部用穿线管屏蔽。III. 电机电缆应独立于其它电缆走线，其最小 距离为 500mm 。同时应避免电机电缆与其它电缆长 距离平行走线，这样才能减少变频器输出电压快速 变化而产生的电磁干扰。如果控制电缆和电源电缆交叉， 应尽可能使它们按90 度角交叉。 与变频器有关的模拟量信号线与主回路线分开走线，即使在控 制柜中也要如

9、此。IV. 与变频器有关的模拟信号线最好选用屏蔽 双绞线，动力电缆选用屏蔽的三芯电缆(其规格要比普通电机的电缆大档) 或遵从变频器的用户手册。3) 变频器控制原理图；I. 主回路：电抗器的作用是防止变频器产生的 高次谐波通过电源的输入回路返回到电网从而影响 其他的受电设备，需要根据变频器的容量大小来决 定是否需要加电抗器；滤波器是安装在变频器的输 出端，减少变频器输出的高次谐波，当变频器到电 机的距离较远时，应该安装滤波器。虽然变频器本 身有各种保护功能，但缺相保护却并不完美，断路 器在主回路中起到过载，缺相等保护，选型时可按 照变频器的容量进行选择。可以用变频器本身的过 载保护代替热继电器。

10、II. 控制回路：具有工频变频的手动切换，以 便在变频出现故障时可以手动切工频运行，因输出 端不能加电压，固工频和变频要有互锁。4) 变频器的接地； 变频器正确接地是提高系统稳定性，抑制噪声 能力的重要手段。变频器的接地端子的接地电阻越 小越好，接地导线的截面不小于 4mm ，长度不超过 5m 。变频器的接地应和动力设备的接地点分开，不 能共地。 信号线的屏蔽层一端接到变频器的接地端， 另一端浮空。变频器与控制柜之间电气相通。变频器控制柜设计： 变频器应该安装在控制柜内部，控制柜在设计 时要注意以下问题1) 散热问题： 变频器的发热是由内部的损耗产 生的。 在变频器中各部分损耗中主要以主电路为

11、主， 约占 98% ，控制电路占 2% 。为了保证变频器正常可 靠运行，必须对变频器进行散热我们通常采用风扇 散热；变频器的内装风扇可将变频器的箱体内部散 热带走，若风扇不能正常工作，应立即停止变频器 运行；大功率的变频器还需要在控制柜上加风扇， 控制柜的风道要设计合理，所有进风口要设置防尘 网，排风通畅，避免在柜中形成涡流，在固定的位 置形成灰尘堆积；根据变频器说明书的通风量来选 择匹配的风扇，风扇安装要注意防震问题。2) 电磁干扰问题：I. 变频器在工作中由于整流和变频，周围产生 了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪 表、仪器有一定的干扰，而且会产生高次谐波，这 种高次谐波会通过供

12、电回路进入整个供电网络，从 而影响其他仪表。如果变频器的功率很大占整个系 统 25% 以上，需要考虑控制电源的抗干扰措施。II. 当系统中有高频冲击负载如电焊机、 电镀电 源时，变频器本身会因为干扰而出现保护，则考虑 整个系统的电源质量问题。3）防护问题需要注意以下几点：I. 防水防结露：如果变频器放在现场，需要注 意变频器柜上方不的有管道法兰或其他漏点，在变 频器附近不能有喷溅水流，总之现场柜体防护等级 要在 IP43 以上。II. 防尘：所有进风口要设置防尘网阻隔絮状 杂物进入，防尘网应该设计为可拆卸式，以方便清 理， 维护。 防尘网的网格根据现场的具体情况确定， 防尘网四周与控制柜的结合

13、处要处理严密。III. 防腐蚀性气体：在化工行业这种情况比较 多见，此时可以将变频柜放在控制室中。变频器接线规范： 信号线与动力线必须分开走线：使用模拟量信 号进行远程控制变频器时，为了减少模拟量受来自 变频器和其它设备的干扰，请将控制变频器的信号 线与强电回路（主回路及顺控回路）分开走线。距 离应在 30cm 以上。 即使在控制柜内， 同样要保持这 样的接线规范。该信号与变频器之间的控制回路线 最长不得超过 50m 。信号线与动力线必须分别放置在不同的金属管 道或者金属软管内部：连接 PLC 和变频器的信号线 如果不放置在金属管道内，极易受到变频器和外部 设备的干扰；同时由于变频器无内置的电

14、抗器，所 以变频器的输入和输出级动力线对外部会产生极强 的干扰，因此放置信号线的金属管或金属软管一直 要延伸到变频器的控制端子处，以保证信号线与动 力线的彻底分开。1）模拟量控制信号线应使用双股绞合屏蔽线， 电线规格为 0.75mm2 。在接线时一定要注意，电缆 剥线要尽可能的短（ 5-7mm 左右），同时对剥线以 后的屏蔽层要用绝缘胶布包起来，以防止屏蔽线与 其它设备接触引入干扰。2）为了提高接线的简易性和可靠性， 推荐信号 线上使用压线棒端子。变频器的运行和相关参数的设置： 变频器的设定参数多，每个参数均有一定的选 择范围，使用中常常遇到因个别参数设置不当，导 致变频器不能正常工作的现象。

15、控制方式：即速度控制、转距控制、 PID 控制 或其他方式。采取控制方式后，一般要根据控制精 度，需要进行静态或动态辨识。最低运行频率：即电机运行的最小转速，电机在低转速下运行时，其散热性能很差，电机长时间 运行在低转速下，会导致电机烧毁。而且低速时， 其电缆中的电流也会增大，也会导致电缆发热。最高运行频率：一般的变频器最大频率到 60Hz ，有的甚至到 400 Hz ，高频率将使电机高速运 转，这对普通电机来说，其轴承不能长时间的超额 定转速运行， 电机的转子是否能承受这样的离心力。载波频率：载波频率设置的越高其高次谐波分 量越大，这和电缆的长度，电机发热，电缆发热变 频器发热等因素是密切相

16、关的。电机参数：变频器在参数中设定电机的功率、 电流、电压、转速、最大频率，这些参数可以从电 机铭牌中直接得到。跳频：在某个频率点上，有可能会发生共振现 象，特别在整个装置比较高时；在控制压缩机时， 要避免压缩机的喘振点。常见故障分析：1) 过流故障： 过流故障可分为加速、 减速、 恒 速过电流。 其可能是由于变频器的加减速时间太短、 负载发生突变、负荷分配不均，输出短路等原因引 起的。这时一般可通过延长加减速时间、减少负荷 的突变、外加能耗制动元件、进行负荷分配设计、 对线路进行检查。如果断开负载变频器还是过流故 障，说明变频器逆变电路已环，需要更换变频器。2) 过载故障： 过载故障包括变频

17、过载和电机过 载。其可能是加速时间太短，电网电压太低、负载 过重等原因引起的。一般可通过延长加速时间、延 长制动时间、检查电网电压等。负载过重，所选的 电机和变频器不能拖动该负载，也可能是由于机械 润滑不好引起。如前者则必须更换大功率的电机和 变频器；如后者则要对生产机械进行检修。3) 欠压： 说明变频器电源输入部分有问题， 需 检查后才可以运行。基于PLC原理的设计的2千瓦调速系统的说明A） 设定变频器模式在模式设置中通过改变 P08 和 P09 改变控制方式 为面板控制和面板外控。当设置为面板控制设置 fr 控制器输出频率， 设置 dr 控制器旋转方向。当设置为面板外控时，输出频率和旋转方

18、向有外 界信号控制。在这次试验中将P08 的值改为 4 ，则段子 5 控制运行和停止，端子6 控制旋转方向。将P09 的值改为 3 ，端子 2 ，3 接受 0-5v 电压信号控制 输出频率。B ）中断功能：CP1H 的 CPU 单元，通常周期性重复（公共处理-运算处理 - 扫描处理 -I/O 刷新 -外设端口服务）的处理运算处理中执行周期执行任务。与此不同，根据特定 要求的发生，可以在该周期的中途中断，使其执行特定的程序。C ）变频器接线接线制动电阻番D ）调速方式的选择：U=E+IaR电枢反电势E=Ce i-n转速特性方程n二(UTaR ) /Ce n主回蹋堆子1 | M | U | V W

19、型履器容主回路站子接地端子0.2.0.4kWMJ SM40 75 MJ镇性尺寸VFO制动电阻裔善f挨地谓子邀备地线（第3沖接地双闭环直流调速系统框图：D TAUPEASR为实现转速和电流两种负反馈为别作用，可在系统中 设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入 转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套连接。E ）硬件设计：晶闸管 - 电动机电路设计整流变压器的设计变压器副边相电压U= ( 1.15*220 ) /2.34=108.11V 副边有效电流I=0.816*12.4=10A额定视在功率S=3*U*I=3240VA晶闸管的保护： 晶闸管具有弱电控制强电输出的特点， 在变流 系统中得到

20、了广泛的使用。但晶闸管的过载能力 差，短时间的过电压和过电流都会导致器件的损 坏。特别是换相尖峰过电压，严重影响着变流装 置和器件自身的安全，它主要是由晶闸管元件本 身换相关断过程中，在电路中激发起电磁能量的 互换和传递引起的。在反向恢复时间内，阳极电 流实际上反向流通，此时晶闸管( SV )仍处于低 阻状态，并且正向压降仍然很小。在时间 t 后， SV 开始呈现反向阻断阻抗，并逐步承受反向阳极 电压。反向恢复效应有很重要的意义，处于导通 状态下的硅元件，体内有存储截流子存在，当施 加反向电压时， 原存储截流子的电荷量 Q 从 SV 中 流成反向电流。 Q 称为反向恢复电荷，在高压大 功率 S

21、V 中， Q 可达数百微库并随结温升高而增加。 反向恢复电流的迅速截断，将会在电路中流过此 电流的电感上产生幅值很高的感应电压，即所谓 换向尖峰电压。因此，必须在使用线路中给它配 备过电压保护装置。SVP 型晶闸管保护装置。本产品有保护性能好。因氧化锌压敏电阻器的伏安特性曲线平坦（如图一所示），电流在 很大范围变化时， 阀片两端的电压基本保持不变 能有效地将过电压限制在设定的范围内；低的电位梯度（3 0V/ 可供选择的范 图一 SVP 位能够承受定性好， 没有干扰。 便于增加厚度， 阀片的单体积能容大。能量密度，瞬间通流量大； 运行工况时的漏电流只有微安级， 另外还具有速度快、体积小、价格低、

22、寿命长等 优点，是 RC 保护装置的理想换代产品。围 大 ，的 V-I400J/cm3 漏电流小。正常精特性曲线以上的本身功耗极小。稳mm ）高；鉴于传统的阻容（ RC ）限压吸收装置存在 体积大，成本高，响应差以及为易产生感性负载 振荡等缺点，我公司研制出新型换代产品，这就 是以低电位梯度，高能容量的氧化锌压敏电阻器 为核心元件的 以下特点：触发电路原理图：电路适用于单相，三项全控桥KC04可控硅移相触发器 KC04式供电装置中，做可控硅的双路脉冲移相触发。器件输出两路相差180 度的移相脉冲，可以方便的构成全控桥式触发器电路。F ）软件设计PLC 外围接口图fl时範B扭！I辛.TIB乍亦=

23、|射糾B-MJ-rrT rrc a mi mi umu和/胡I出s细I _U和而i喉珀右 qITS(reYc5OC：M z AT 速度给定环节：ENA, NSRST. DUEREQ, SLFWD： REV1. T?Kft廉融觎1人站则工SMSl, 2mwBRg卵羅利匚彳-*明皿忆:一：寸角11软胖动戳字给定12软用动数&:给述稱肪閤KUN xesft I FMJWQ茫惜屈坍打TIMRAMPEWC67 fP)D|D2DJKIDOSETMWfaMACH6系统程序设计：LD0.00ORW200.00ANDNOTOUTLDANDNOT ANDNOT TIMLDOUT+(400)LD LD OR OR

24、OUT CNTLD MOV(021)LD ANDNOT LDNOT AND ORLDANDNOT OUT LD ANDNOT LDNOT AND ORLD ANDNOT OUT LD OUT MOV(021)W200.01W200.00W200.00C0000W200.020000 #10T0000W200.02 #100 210210T00000.010.020.03TR00000#20TR0#02100.02100.000.02100.00W200.01100.000.03100.010.03100.01W200.01100.010.01 W200.01 #0 2103) 课程总结：金杰：在本次课程设计的实践环节中，我更深刻的理解和掌握了电气控制及可编 程控制器的理论知识和动手技能。参阅了大量的电气控制及可编程控制器系统设 计的书籍资料，查询了大量的图表，程序和数据，是的课程设计的方案和数据更 为准确，在这次试验中总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候需 要做大量的工作，花大量时间才能解决。同时也感谢老师给了我们这次不可多得 的实际操作机会，并且帮助我们完成了这个看似不可能的任务。在此十分谢谢老 师的帮助。