橋式起重機變頻調速改造畢業設計(更新版)

　　

【正文】 a 系統程序存儲器 b 用戶程序存儲器 c 工作數據存儲器 I/O 單元 I/O 單元也稱為 I/O 模塊 。 PLC 的應用與發展和系統組成 目前 PLC 廣泛應用于汽車制造、石油、化工、冶金、輕工、機械、電力等各行各業，實現邏輯、步進、數字、機器人、模擬量等的自動控制 。 使用方便 PLC 體積小，重量輕，便于安裝。 PLC 的主要優點 編程簡單 PLC 的基本指令不多；編程器的使用簡便；對程序進行增減、修改和運行監視很方便。一年后美國數字設備公司 (DEC)根據 GM 公司的招標要求，研制成功世界上第一臺可編程序控制器，型號 PDP14，并在 GM公司汽車生產線上首次應用成功。在雙極性 SPWM 方法中，所用的調制信號 ru未可變頻變幅的三相對稱普通正弦波 rau、 rbu、 rcu ，其載波信號為雙極性三角波 tu，如圖 。 wtrau1udau等 效 正 弦 波dauwta)b )OO 圖 單極性 SPWM 調制 若降低調制波的幅值，見圖 中的 rau39。同時，其他管子的導通亦可得到三相交流電的 B 相和 C相。 湖南機電職業技術學院畢業設計說明書 uu1t2t DNU0 NT tt0 39。這樣，首先使主電路只有一個可控的功率環節，簡化了結構；第二使湖南機電職業技術學院畢業設計說明書 用了不可控整流器，使電網功率因數與逆變器輸出電壓的大小無關而接近 1；第三逆變器在調節的同時實現調壓，而與中間直流環節的元件參數無關，加快了系統的動態響應；第四可獲得比常規六拍階梯波更好的輸出電壓波形，能抑制或消除低次諧波，使負載電動機可在近似正弦波的交變電壓下運行，轉矩脈沖小，大大擴展了拖動系統的調速范圍，提高了系統性能。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，它被用來實現對異步電動機的調速控制。整流電路按其控制方式，可以是直流電壓源，也可以是直流電流源。 根據調壓方式不同，交 — 直 — 交變頻器又分成脈幅調制型和脈寬調制型兩種。隨著現代電力電子技術的飛速發展，靜止式變頻器已完全取代了早期的旋轉變頻機組。但當 1f 下調過低時，因 1U 也很低，此時定子電阻 1R 上的壓降11RI 已不能再忽略，而使 1E 、 m? 下降更嚴重，電動機的 mT 將變小。 把基頻以下和基頻以上兩種情況合起來，可得到異步電動機的變頻調速控制特性，如 圖 所示。為此，電動機在基頻以下調速時，應使 m? 恒定不變。 湖南機電職業技術學院畢業設計說明書 三相異步電動機的調速方法可分為兩大類：一類是通過改變同步轉速 0n 來改變轉速n ，具體方法有變極調速 (改變 p )和變頻調速 (改變 f )；另一類是通過改變轉差率 s 來實現調速，這就需要讓電動機從固有特性上運行改為人為特性上運行，具體方法有變壓調速 (改變 1U )，轉子電路串電阻調速 (改變 2R )，等等。 生產機械在調速時，為保持一定的穩定性會對靜差率提出一定的要求。無級調速的平滑性當然就比有級調速好。這是生產機械經常向電動機提出的要求。 起重量：起重機正常工作時允許最大起吊重量。分為：橡膠緩沖器和彈簧式緩沖器。常用有 CL 型齒輪聯軸器、 CLZ 型齒輪聯軸器、制動輪齒輪聯軸器。 鋼絲繩：注意：斷絲、斷股、打結、生銹、點蝕。 時動作 ,其閘皮 的磨損很小，使用壽命延長。 橋式吊車的速度調節可利用變頻器的多級頻率選擇功能，將 9 FWD、 CM 接通則正轉， REV、 CM 接通則反轉，將 X CM， X CM， X CM 三對端子分別接通，或其中兩對或三對同時接通，可得 7 種頻率，從而可方便地得到橋吊所要求的正反兩個方向各 6 種速度。因此要控制異步電動機的瞬時轉矩十分困難。可編程序控制器 PLC 引入到交流電氣傳動系統后，使傳動系統性能發生了質的變化。 該驅動系統實施主回路 SCR 整流，其控制是給定模擬量通過數模轉換成數字量，通過速度環、電流環到 SCR移現觸發的邏輯無環流的調速系統。交流無換向器電動機采用交 交變頻控制系統。這種高壓電動機廣泛應用于火力發電廠的送風機和引風機上。最近 10 多年來，國外在這一領域己有較深入的研究。隨著變頻技術的普及和深入，以及國際、國內電器設備使用的有關標準意識的強化，電力系統行業和用戶對變頻技術的質量要求也越來越高。 近年來，隨著計算機技術和電力電子器件的迅猛發展，同時也帶動電氣傳動和自動控制領域的發展。控制電阻分級控制到交磁放大控制到可控硅 SCR激磁控制再到主回路可控硅即晶閘管整流供電系統。 具體要求： （ 1）了解變頻器的主要功用；（ 2） 編輯 15/3 橋式起重機程序控制器 （ 3）采用變頻器的基本來對 15/3 橋式起重機進行改造 （ 4） PLC 的程序設計 時間： 20xx 年 4 月 10 日至 20xx 年 6 月 10 日共 八 周 系部： 電氣工程學院 專業：機電一體化 技術 學生姓名：尹卓豪 學號： 111188021 指導單位或教研室：機電一體化技術教研室 指導老師：張華 系主任： 張澧生 20xx 年 4月 10 號 湖南機電職業技術學院畢業設計說明書 畢業設計進度計劃表 日 期 工 作 內 容 執行情況 指導教師 簽 字 4 月 10 號 — 4月 12 號 選題 完成 4 月 13 號 — 4月 20號 查找各方面資料 完成 4 月 20號 — 4月 27號 寫開題報告，方案論證 完成 4 月 28號 — 5月 5號 總體方案設計 完成 5 月 6號 — 5 月 15 號 15/3 橋式起重機變頻調速改造軟硬件系統設計 完成 5 月 16號 — 5月 25號 系統調試，寫畢業設計 完成 6 月 1號 — 6 月 5 號 修改畢業設計說明書 完成 6 月 8號 — 6 月 10 號 答辯 完成 指導教師對進度計劃實施情況總評 簽名： 年 月 日 湖南機電職業技術學院畢業設計說明書 摘 要 【 摘 要 】電氣調速控制的方法許多， 60年代采用發電機 — 電機系統。要從根本上解決這些問題，只有徹底改變傳統的控制方式。特別是最近 20 年來，隨 著交流調速技術的應用普及，交流變頻調速在化工、火電廠、礦山、油田、機械制造、城市建設、水處理、甚至家電等行業己經全面推廣使用，一般主要用于節能及控制。 針對功率因數提高和諧波污染的研究 低壓變頻調速系統的控制雖然己經是非常成熟了，但目前國際、國內的產品，一般都是矢量控制和直接轉矩控制，重點放在電機變頻控制理論的實現和完善上，而對變頻器的輸出波形、功率因數，以及諧波污染等問題還沒有引起足夠的重視。國內，高壓變頻調速和它的節能控制還是一個比較薄弱的環節 .它主要是針對 6~10kV 的交流電動機進行變頻調速控制。直流無換向器電動機采用交 直 交或直 交變頻控制系統 。目前國內外幾種常用調速系統配置及其性能： DC300 直流驅動調速系統： GE 公司 DC300， DC20xx 是微處理器數字量控制的直流驅動調速系統，其控制功率從 300HP 到 4000HP，并采用 PLC 對整機驅動系統實施故障診斷、檢測、報警及控制。借助電力電子技術、微電子技術的發展，由分離元件發展到大規模集成電路，從而實現控制部件的微型組件化、智能化、標準化、系列化，進而從模擬量控制發展到數字量控制。異步電動機產生瞬時轉矩的原理雖然與直流電動機相同，但由于建立氣隙磁場的勵磁分量和電磁轉矩所對應裝置電流有功分量都應包含在定子電流中，無法直接將它們分開，在運行過程中，這兩個分量有會互相影響。 橋吊中電機所帶負 載都為恒轉矩負載，抓斗開合、大車、小車電機都運行在 3象限，均為電動狀態，抓斗提升電機可運行在 4 象限，采用變頻調速，機械特變硬，當負載轉矩變化時，電機轉速基本不變。 電流限制得較小，頻繁啟動和停止時電動機熱耗減少，壽命延長。由于不均勻加熱，使滑輪變形，且硬度不均勻，會造成鋼絲繩不正常磨損，焊接質量也不易保證，故不允許焊補。 聯軸器：用來聯接兩根同軸線布置或基本平行的轉軸，傳遞扭矩同時補償少許角度和徑向偏移。 緩沖器：用來吸收起重機（或小車）與擋架（或碰頭）或同一跨度上相鄰起重機相碰撞時所產生的能量。 主要技術參數 起重量、起升高度、下放深度、跨度、機構工作速度、工作級別、及起重機總重或輪壓。 湖南機電職業技術學院畢業設計說明書 第二章 調速系統介紹 電動機的調速指標 調速就是在一定的負載下，根據生產的需要 人 為地改變電動機的轉速。如果在一定的調速范圍內的任何轉速都可以得到則稱為無級調速。例如兩條平行的機械特性硬度相同，在靜差率公式中的 0n n 相同，由于 0n 不同，他們的 s 就不同， 0n 大的， s 小， 0n 小的， s就大。 變頻 調速的基本原理 根據異步電機的知識，異步電機的轉速公式為： 其中： n — 異步電動機的轉速，單位為 r/min； f — 定子的電源頻率，單位為 Hz； s — 電機的轉速滑差率； p — 電機的極對數。這是因為三相異步電動機定子繞組相電壓 mNfEU ??? 1111 ，當 1f 下降時，若 1U 不變，則必使電動機每極磁通 m? 增加，在電動機設計時， m? 處于磁路磁化曲線的膝部，湖南機電職業技術學院畢業設計說明書 m? 的增加將進入磁化曲線飽和段，使磁路飽和，電動機空載電流劇增，使電動機負載能力變小，而無法正常工作。于是，隨著 1f 升高 m? 將下降，但 n 上升，故屬于恒功率調速。所以其機械特性基本上是平行的。前者由直流電動機和交流發電動機組成，調節直流電動機轉速就能改變交流發電動機的頻率，由于變頻機組設備龐大，可靠性差。電流型變頻器是指變頻器整流后是由電感元件來濾波，目前少見。它的主要作用是對工頻的外湖南機電職業技術學院畢業設計說明書 部電源進行整流，并給逆變電路和控制電路提供所需要的直流電源。它的主要作用是在控制電路的控制下，將平滑電路輸出的直流電源轉換為頻率和電壓都任意可調的交流電源。圖 PWM 逆變器示意圖，在該逆變器電路中，同時進行輸出電壓幅值與頻率的控制，滿足變頻調速對電壓與頻率協調控制的要求。與 a 圖相比， b 圖的電壓周期增大 (也就是說頻率降低 )，電壓脈沖的幅值不變，仍為 DNU ，而占空比則減小，故平均電壓降低。因此， V V2的輪流導通就可得到 A相交流電壓的正、負半周。 湖南機電職業技術學院畢業設計說明書 turaurau39。 雙極性脈寬調制 若調制波信號 ru與載波信號 tu均為雙極性信號，即在 tu的半個周期內，三角形載波是在正、負兩個方向變化的，稱為雙極性脈寬調制，這種調制方法是目前使用最多的方法。 1968 年美國通用汽車公司 (GM)公開招標研制功能更強，使用更方便，價格便宜，可靠性更高的新型控制器。它可完成以下主要功能：1 邏輯控制 2 定時控制 3 記數控制 4 步進控制 5A/D、 D/A 轉換 6 數據處理 7通信與聯網 8 對控制系統監控 可以預料，隨著科學技術的不斷發展， PLC 的功能也會不斷拓寬和增強。而且 PLC 技術發展很快，功能不斷增強，應用領域會更廣。但是 PLC 也有其缺點：目前價格還比較高；工作速度比計算機慢；使用中檔和高檔 PLC，要求使用者具有相當的計算機知識； PLC 制造廠家和 PLC 品種類型很多，而指令系統和使用方法不盡相同，這給用戶帶來不便。它是PLC 的運算、控制中心。 擴展接口 擴展接口用于將擴展單元以及功能模塊與基本單元相連，使 PLC 的 配置更加靈活以滿足不同控制系統的需要。智能型的編程器又稱為圖形編程器，它可以聯機編程，也可以脫機編程，具有LCD 或 CRT 圖形顯示功能，可以直接輸入梯形圖和通過屏幕對話。 吊鉤拖動系統 拖動重物作吊起或放下的上、下運動。 M3~ 1KM2KM34KM134R5 圖 原拖動系統的主電路 采用變頻調速的基本考慮 主拖動系統 電動機選型 (1)大車與小車 變頻調速 專用電機 (2)吊鉤用電動機 由于要求較高，應選用變頻專用的籠型轉子異步電動機 ； 制動方法 湖南機電職業技術學院畢業設計說明書 采用再生制動、直流制動和電磁機械制動相結合的方法。電動機的旋轉方向仍與轉矩方向相同，但方向反了，其機械特性在第 3 象限，工作點如圖 53 中的 C 點 (高速 )與 D點 (低速 )所示。B 點。 橋式起重機控制系統中需要引起注意的是關于防止溜鉤的控