电机控制论文范例6篇

电机控制论文

电机控制论文范文1

[关键词]数控系统伺服电机直接驱动

中图分类号:TP2文献标识码:A文章编号:1671-7597(2008)0820116-01

近年来,伺服电机控制技术正朝着交流化、数字化、智能化三个方向发展。作为数控机床的执行机构,伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体,并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技术的进步,经历了从步进到直流,进而到交流的发展历程。本文对其技术现状及发展趋势作简要探讨。

一、数控机床伺服系统

(一)开环伺服系统。开环伺服系统不设检测反馈装置,不构成运动反馈控制回路,电动机按数控装置发出的指令脉冲工作,对运动误差没有检测反馈和处理修正过程,采用步进电机作为驱动器件,机床的位置精度完全取决于步进电动机的步距角精度和机械部分的传动精度,难以达到比较高精度要求。步进电动机的转速不可能很高,运动部件的速度受到限制。但步进电机结构简单、可靠性高、成本低,且其控制电路也简单。所以开环控制系统多用于精度和速度要求不高的经济型数控机床。

(二)全闭环伺服系统。闭环伺服系统主要由比较环节、伺服驱动放大器,进给伺服电动机、机械传动装置和直线位移测量装置组成。对机床运动部件的移动量具有检测与反馈修正功能,采用直流伺服电动机或交流伺服电动机作为驱动部件。可以采用直接安装在工作台的光栅或感应同步器作为位置检测器件,来构成高精度的全闭环位置控制系统。系统的直线位移检测器安装在移动部件上,其精度主要取决于位移检测装置的精度和灵敏度,其产生的加工精度比较高。但机械传动装置的刚度、摩擦阻尼特性、反向间隙等各种非线性因素,对系统稳定性有很大影响,使闭环进给伺服系统安装调试比较复杂。因此只是用在高精度和大型数控机床上。

(三)半闭环伺服系统。半闭环伺服系统的工作原理与全闭环伺服系统相同,同样采用伺服电动机作为驱动部件,可以采用内装于电机内的脉冲编码器,无刷旋转变压器或测速发电机作为位置/速度检测器件来构成半闭环位置控制系统,其系统的反馈信号取自电机轴或丝杆上,进给系统中的机械传动装置处于反馈回路之外,其刚度等非线性因素对系统稳定性没有影响,安装调试比较方便。机床的定位精度与机械传动装置的精度有关,而数控装置都有螺距误差补偿和间隙补偿等项功能,在传动装置精度不太高的情况下,可以利用补偿功能将加工精度提高到满意的程度。故半闭环伺服系统在数控机床中应用很广。

二、伺服电机控制性能优越

(一)低频特性好。步进电机易出现低速时低频振动现象。交流伺服电机不会出现此现象,运转非常平稳,交流伺服系统具有共振抑制功能,可涵盖机械的刚性不足,并且系统内部具有频率解析机能,可检测出机械的共振点,便于系统调整。

(二)控制精度高。交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。例如松下全数字式交流伺服电机,对于带17位编码器的电机而言,驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈,即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。

(三)过载能力强。步进电机不具有过载能力,为了克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩,选型时需要选取额定转矩比负载转矩大很多的电机,造成了力矩浪费的现象。而交流伺服电机具有较强的过载能力,例如松下交流伺服系统中的伺服电机的最大转矩达到额定转矩的三倍,可用于克服启动瞬间的惯性力矩。

(四)速度响应快。步进电机从静止加速到额定转速需要200~400毫秒。交流伺服系统的速度响应较快,例如松下MSMA400W交流伺服电机,从静止加速到其额定转速仅需几毫秒。

(五)矩频特性佳。步进电机的输出力矩随转速升高而下降,且在较高转速时转矩会急剧下降,所以其最高工作转速一般在300~600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出,即在其额定转速(一般为2000RPM或3000RPM)以内,都能输出额定转矩。

三、伺服电机控制展望

(一)伺服电机控制技术的发展推动加工技术的高速高精化。80年代以来,数控系统逐渐应用伺服电机作为驱动器件。交流伺服电机内是无刷结构,几乎不需维修,体积相对较小,有利于转速和功率的提高。目前交流伺服系统已在很大范围内取代了直流伺服系统。在当代数控系统中,交流伺服取代直流伺服、软件控制取代硬件控制成为了伺服技术的发展趋势。由此产生了应用在数控机床的伺服进给和主轴装置上的交流数字驱动系统。随着微处理器和全数字化交流伺服系统的发展,数控系统的计算速度大大提高,采样时间大大减少。硬件伺服控制变为软件伺服控制后,大大地提高了伺服系统的性能。例如OSP-U10/U100网络式数控系统的伺服控制环就是一种高性能的伺服控制网,它对进行自律控制的各个伺服装置和部件实现了分散配置,网络连接,进一步发挥了它对机床的控制能力和通信速度。这些技术的发展,使伺服系统性能改善、可靠性提高、调试方便、柔性增强,大大推动了高精高速加工技术的发展。

另外,先进传感器检测技术的发展也极大地提高了交流电动机调速系统的动态响应性能和定位精度。交流伺服电机调速系统一般选用无刷旋转变压器、混合型的光电编码器和绝对值编码器作为位置、速度传感器,其传感器具有小于1μs的响应时间。伺服电动机本身也在向高速方向发展,与上述高速编码器配合实现了60m/min甚至100m/min的快速进给和1g的加速度。为保证高速时电动机旋转更加平滑,改进了电动机的磁路设计,并配合高速数字伺服软件,可保证电动机即使在小于1μm转动时也显得平滑而无爬行。

(二)交流直线伺服电机直接驱动进给技术已趋成熟。数控机床的进给驱动有“旋转伺服电机+精密高速滚珠丝杠”和“直线电机直接驱动”两种类型。传统的滚珠丝杠工艺成熟加工精度较高,实现高速化的成本相对较低,所以目前应用广泛。使用滚,珠丝杠驱动的高速加工机床最大移动速度90m/min,加速度1.5g。但滚珠丝杠是机械传动,机械元件间存在弹性变形、摩擦和反向间隙,相应会造成运动滞后和非线性误差,所以再进一步提高滚珠丝杠副移动速度和加速度比较难了。90年代以来,高速高精的大型加工机床中,应用直线电机直接驱动进给驱动方式。它比滚珠丝杠驱动具有刚度更高、速度范围更宽、加速特性更好、运动惯量更小、动态响应性能更佳,运行更平稳、位置精度更高等优点。且直线电机直接驱动,不需中间机械传动,减小了机械磨损与传动误差,减少了维护工作。直线电机直接驱动与滚珠丝杠传动相比,其速度提高30倍,加速度提高10倍,最大达10g,刚度提高7倍,最高响应频率达100Hz,还有较大的发展余地。当前,在高速高精加工机床领域中,两种驱动方式还会并存相当长一段时间,但从发展趋势来看,直线电机驱动所占的比重会愈来愈大。种种迹象表明,直线电机驱动在高速高精加工机床上的应用已进入加速增长期。

参考文献:

[1]《交流伺服电机控制技术的研究》,中国测试技术,郑列勤,2006.5.

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[关键词]PLC变频调速器多电机控制网络通讯协议

一、引言

以变频调速器为调速控制器的同步控制系统、比例控制系统和同速系统等已广泛应用于冶金、机械、纺织、化工等行业。以比例控制系统为例,一般的系统构成如图1所示。

工作时操作人员通过控制机(可为PLC或工业PC)设定比例运行参数,然后控制机通过D/A转换模件发出控制变频调速器的速度指令使各个变频调速器带动电机按一定的速度比例运转。此方案对电机数目不多,电机分布比较集中的应用系统较合适。但对于大规模生产自动线,一方面电机数目较多,另一方面电机分布距离较远。采用此控制方案时由于速度指令信号在长距离传输中的衰减和外界的干扰,使整个系统的工作稳定性和可靠性降低;同时大量D/A转换模件使系统成本增加。为此我们提出了PLC与变频调速器构成多分支通讯控制网络。该系统成本较低、信号传输距离远、抗干扰能力强,尤其适合远距离,多电机控制。

二、系统硬件构成

系统硬件结构如图2所示,主要由下列组件构成;

1、FX0N—24MR为PLC基本单元,执行系统及用户软件,是系统的核心。

2、FX0N—485ADP为FX0N系统PLC的通讯适配器,该模块的主要作用是在计算机—PLC通讯系统中作为子站接受计算机发给PLC的信息或在多PLC构成n:n网络时作为网络适配器,一般只作为规定协议的收信单元使用。本文作者在分析其结构的基础上,将其作为通讯主站使用,完成变频调速器控制信号的发送。

3、FR—CU03为FR—A044系列比例调速器的计算机连接单元,符合RS—422/RS—485通讯规范,用于实现计算机与多台变频调速器的连网。通过该单元能够在网络上实现变频调速器的运行控制(如启动、停止、运行频率设定)、参数设定和状态监控等功能,是变频器的网络接口。

4、FR—A044变频调查器,实现电机调速。

在1:n(本文中为1:3)多分支通讯网络中,每个变频器为一个子站,每个子站均有一个站号,事先由参数设定单元设定。工作过程中,PLC通过FX0N—485ADP发有关命令信息后,各个子站均收到该信息,然后每个子站判断该信息的站号地址是否与本站站号一致。若一致则处理该信息并返回应答信息;若不一致则放弃该信息的处理,这样就保证了在网络上同时只有一个子站与主站交换信息。

三、软件设计

1、通讯协议

FR—CU03规定计算机与变频器的通讯过程如图3所示,

该过程最多分5个阶段。?、计算机发出通讯请求;?、变频器处理等待;?、变频器作出应答;?、计算机处理等待;?、计算机作出应答。根据不同的通讯要求完成相应的过程,如写变频器启停控制命令时完成?~?三个过程;监视变频器运行频率时完成?~?五个过程。不论是写数据还是读数据,均有计算机发出请求,变频器只是被动接受请求并作出应答。每个阶段的数据格式均有差别。图4分别为写变频器控制命令和变频器运行频率的数据格式。

2、PLC编程

要实现对变频器的控制,必须对PLC进行编程,通过程序实现PLC与变频器信息交换的控制。PLC程序应完成FX0N—485ADP通讯适配器的初始化、控制命令字的组合、代码转换及变频器应答信息的处理等工作。PLC梯形图程序(部分程序)如图5所示。

程序中通讯发送缓冲区为D127~D149;接受缓冲区为D150~D160。电机1启动、停止分别由X0的上升、下降沿控制;电机2启动、停止分别由X1的上升、下降沿控制;电机3启动、停止分别由X2的上升、下降沿控制。程序由系统起始脉冲M8002初始化FX0N—485ADP的通讯协议;然后进行启动、停止信号的处理。以电机1启动为例,X0的上升沿M50吸合,变频器1的站号送入D130,运行命令字送入D135,ENQ、写运行命令的控制字和等待时间等由编程器事先写入D131、D132、D133;接着求校验和并送入D136、D137;最后置M8122允许RS指令发送控制信息到。变频器受到信号后立刻返回应答信息,此信息FX0N—485ADP收到后置M8132,PLC根据情况作出相应处理后结束程序。

四、结语

1、实际使用表明,该方案能够实现PLC通过网络对变频调速器的运行控制、参数设定和运行状态监控。

2、该系统最多可控制变频调速器32台,最大距离500m。

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电气控制原理图的设计

说明:本文的控制系统采用FANUC-0i-mate-MD系统[1],以一泵双阀在机床冷却和冲屑中的应用为例进行说明。首先,明确控制逻辑。那么针对一泵双阀的控制模式,可以进行如下逻辑控制:即,通过PLC的输入点控制PLC输出点,PLC输出点控制泵的继电器和阀的继电器,通过泵的继电器控制泵的启停,通过阀的继电器控制阀的通断,通过泵的启停与阀的通断配合,实现功能切换。

PLC的编制

由于为了降低成本,机床厂家选择的泵一般泵都不具有溢流功能,所以泵和电磁阀的配合显得尤为重要,否则可能造成电机的损毁。如何才能保证合适的时序配合?首先,电机运转的时候电磁阀必须有一个打开,由于电机功率或者流量的限制,而且冷却和冲屑不能同时打开,所以这就要求不管是使用冷却功能还是冲屑功能,在泵启动之前,电磁阀应该先打开,在泵关闭之前,电磁阀不能先关闭,以保证泵的安全,及泵出水口与阀之间管路不承受大的压力而且在使用一个功能前必须保证另一个功能是关闭的,并且为了避免操作上的混乱,各自的功能的通断只能通过各自的按键或者M代码控制,不做交叉控制处理。

而冷却和冲屑功能的控制方式与传统控制方式保持不变,即就冷却通断都通过面板一个冷却按键和M代码,冲屑通断通过面板一个冲屑按键(也可以通过M代码控制,本文不做讨论)。那么根据电气控制原理图和流程图可以编制PLC程序[2](R1.0为M08冷却开信号,R1.1为M09冷却关信号,X8.4为急停信号,其它X/Y参照原理图)。从以上程序分析可以看出,在阀(Y2.0/Y2.1)开通之后有个延时(TMRB1),然后接通泵(Y2.2),在泵关闭之后,有个延时(TMRB2),然后关闭泵,而且TMRB1和TMRB2是可以调节的。由于各个厂家泵的性能和阀的性能不同,泵出水的速度和阀开闭的速度不同,所以TMRB1和TMRB2是需要根据具体泵和阀的性能进行试验校准的,进而实现了柔性调节,保证运行顺畅即可。但需要注意由于时序控制的限制TMR1和TMRB2的设定必须满足TMRB1>TMRB2,否则可能出现功能无法关闭的现象。那么通过以上程序控制我们就实现了一泵双阀的控制及柔性调节。

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1电子控制柜不同名组导致无法正常牵引给流

首批双机重联改造上线运用后,出现当本务机车和重联机车电子控制柜同时置A组或同时置B组时(注:电子控制柜为A\B组双套冷备,AB组相互独立,功能完全一样),两台重联机车均牵引给流正常。但是当本务机车A组故障转换置B组控制,重联机车正常置A组控制时(或者是本务机车正常置A组控制,重联机车A组故障转换置B组控制时),就出现司机提调速手柄时,本务机车给流正常,重联机车则出现无流无压故障。在这种情况下,必须将本务机车和重联机车电子控制柜同置A组或B组,重联机车才能有流有压,且运行中如果同时出现一台机车电子控制柜A组故障,另一台机车电子控制柜B组故障,则重联机车出现无流无压,牵引功率减半,无法继续牵引,势必被迫救援。

2重联机车通过接触网分相区存在严重隐患

主机厂重联改造设计方案存在严重缺陷,即未考虑到重联机车通过接触网分相区的问题。按照原改造设计方案,当机车到达接触网分相点“断”电标时,本务机车自动分相装置将发出“断开”主断路器的信号,两台机车同时“断开”主断路器。当本务机车首先通过接触网分相区,到达“合”电标时,自动过分相装置发出合主断路器的信号,两车同时合上主断路器,但此时重联机车仍处在分相区内(“合”电标到分相绝缘器的距离是30m,单台机车长度是22m,两台机车连挂总长是44m),势必会造成重联机车带电进入分相区、烧损分相绝缘器的严重事故后果。

3重联插座接连设计存在故障隐患

主机厂重联改造设计方案是两台指定车号的机车固定双机重联使用(未考虑双机因现场需要而拆分使用的因素),因此设计采用单套重联插座连接线方式,这样虽然减少了拆装的工作量,节省了改造用料。但现实情况,一是机务段长期用车紧张,双机重联机车须随机配对使用,因而需要经常拆装重联连接线,重联连接线拆装频繁变高后,就带出连接可靠性的问题,长期频繁拔插重联插头插座也易造成插针与插孔间电气接触不良,实际运行中由此引发的故障增多,反而降低机车运用效率。二是单套重联插座安装在机车某一侧,重联连接线必定是对角连接,现场非常不便于连接,同时连接线过长,运行中甩晃容易造成断线,而且过长的连接线与车钩长期碰磨情况下易出现破损导致电线短路接地故障。

4双机重联信息显示异常

双机重联改造后进行性能试验时,出现重联机车司机室显示屏机车主要工况信息显示异常的问题,具体故障现象是:有时闭合电钥匙,尚未闭合重联开关情况下,重联机车显示屏就有少数故障显示灯高亮,更换显示屏依不能解决问题。经查找,确定原因是机务段配属SS3型电力机车原车安装主显示屏型号与改造装车的重联显示屏型号不匹配,电气控制线路设计存在错误,直接造成本务机车主显示屏窜电到重联机车显示屏而导致重联信息显示异常。

二主要改进方案

1改进电子控制柜控制线路设计

经过查阅机车重联电子控制柜电路图纸,发现电子控制柜A组的调制信号是由本务机车电子控制柜A组特性控制器2D30(1998#)SA1:14(13)插头N106:N2重联柜(1998#)重联线(1998#)重联机车重联柜(1998#)重联机车插头N106:N2SA1:13(14)重联机车A组特性控制器2D30(1998#)进行解调。本务机车电子控制柜B组特性控制器2D30(1997#)SA1:14(13)插头N106:N2重联柜(1997#)重联线(1997#)重联机车重联柜(1997#)重联机车插头N106:N2SA1:13(14)重联机车A组特性控制器2D30(1997#)进行解调。电子控制柜A、B两组的调制信号是由1998#和1997#两条独立的线传送到另外一台机车,A、B两组调制信号互不相通,当一台机车电子控制柜置A组或B组时,它的调制信号是不能进入另一台机车的的B组或A组。所以,当两台重联机车的电子控制柜未置于同名组时,重联机车是无法给流的。为实现重联机车不同名组情况下正常同步给流,经研究确定的解决方案是:将调制信号1998#和1997#这两条控制线短接,本务机车A组或B组的调制信号即可进入重联机车电子控制柜A组或B组中任意一组的调制信号回路中,这样重联机车就能实现电子控制柜不同组情况下的正常同步给流。改造前,本务机车和重联机车电子控制柜必须同时置A组或同时置B组,重联机车才有电流。改造后,本务机车和重联机车电子控制柜不论置任一组,重联机车都可以给电流,解决了本务机车和重联机车电子控制柜不同名组故障时,重联机车没有电流的问题,避免了机破故的发生,降低了事故救援带来的安全风险。

2改进重联过分相控制线路设计

通过研究机车过分相控制原理,并查阅重联过分相改造电路图纸,为确保双机重联安全可靠过分相,经研究确定的解决方案是:在机车主断路器控制电路405#控制线回路加装一个隔离二极管。改造后,当重联机车到达接触网分相点前“断”电标时,本务机车自动分相装置将发出主断路器“断开”指令信号,两台机车主断路器同时分断,保持了分断一致性。当本务机车过完分相区到达“合”电标时,自动过分相装置发出主断路器“闭合”指令信号,在加装的隔离二极管的作用下,仅是保证本务机车主断路器正常闭合,而重联机车主断路器则未接收“闭合”指令,仍处于“断开”状态,只有当重联机车已完全通过分相区,到达“合”电标时,重联机车自动过分相装置才发出主断路器“闭合”指令,闭合重联机车主断路器。这样就保证了双机重联机车安全通过分相区。为确定安全可靠性,我们严格对隔离二极管进行设计选材,闭合主断路器的工作电流电压是3A/110V,最终选用20A/1000V的优质二极管,额定电流是正常工作电流的6倍。

3改进重联连接线设计

针对原改造设计方案存在的弊端,我们借鉴SS7型机车重联连接线设计优点,确定采取双侧双套对称连接方式,即将原机车重联双侧单套插座改为双侧双套插座,对角斜向连接变为同侧对称连接。这样就有效解决了双侧单套连接方式带来的对角连接难度大,连接线过长容易甩晃造成断线,连接线与车钩碰磨导致破损短路故障等问题。双侧双套对称连接方案显著优点有:一是重联连接线的长度变短1/3,不易甩晃,连接便捷;二是双套重联线并联使用,极大降低了机车重联电线路故障率,确保了双机重联运行安全可靠性。

4改造机车信息显示屏

电路设计为实现原车信息显示屏与改造使用的显示屏完全兼融匹配,通过查阅机车信息显示屏控制电路图纸,对照改造所使用的显示屏电路控制原理,确定要对机车显示屏控制线路进行布线适配性改动,具体做法是调整显示屏插头插针的逻辑线序,防止出现信号指令窜电问题。改造后,机车主显示屏与重联显示屏都能正确显示,完全满足机车重联工况信息和故障信息的显示要求。既避免更换机车原装使用的信息显示屏,节约了改造费用,同时又能保证重联改造进度。

三结束语

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关键词:移相调控;单片机;电压斜坡起动;限流起动;软停车;节能运行

1概述

众所周知,三相交流异步电动机以其低成本,高可靠性和易维护等优点而在各行业中得到了广泛的应用。但是,它在直接起动时,存在着很大的缺点:首先,它的起动电流高达额定电流的5~7倍,既对电网造成了很大的冲击,又影响了电器控制设备的使用寿命,甚至影响到其它电气设备的正常运行;其次,起动转矩可达正常转矩的2倍,这会对负载产生冲击,增加传动部件的磨擦和额外维护。为此,出现了三相异步电动机降压起动设备。

图1智能电机控制模块结构图

传统的降压起动有以下几种方法:

1)在电动机定子电路中串入电抗器,使一部分电压降在电抗器上;

2)星形—三角形(Y—)转换降压起动,即起动时电机接成星形,起动结束后,通过一个转换器变成三角形接法;

3)补偿器起动(自耦变压器起动)。

传统的起动设备体积庞大,成本高,结构复杂,与负载匹配的电机转矩很难控制,也就是说很难得到合适的起动电流和起动转矩;而且在切换瞬间会产生很高的电流尖峰,由此产生的机械振动会损害电机转子,轴连接器,中间齿轮以及负载设备。

因此,就需要有一种能克服传统起动缺点的起动装置。银河公司开发生产的捷普牌新一代数字式智能电机控制模块,不但完全克服了传统起动的缺点,对各种起动方法做了进一步的改善和提高,而且还增加了很多其他功能,比如:节能运行,过流保护,过热保护,缺相保护等。

这种模块采用数码管显示,按键控制,整个起动过程全部由单片机按照预先设定的程序自动完成,操作极其方便。

用户通过按键调整参数设置,可以按实际情况选择不同的起动方式,能够很方便地控制起动电流,得到与负载相匹配的电机转矩。

2模块结构及电气原理

模块结构如图1所示。从图1可以看出,该模块的主电路与相控电路及单片机共同封装于同一壳体内,同时内置多个电流、电压传感器。用接插件将模块与控制盒连接在一起,实现各种功能的设置和显示。

主电路为6只玻璃钝化方形晶闸管芯片,通过一体化焊接技术,将其贴在DBC(陶瓷覆铜板)上,并与导热铜板焊接在一起。模块使用时,导热铜板与散热片通过导热硅脂紧密接触。这种结构使模块具有很高的绝缘性能和散热性能。

图2是模块电气原理方框图。移相控制电路部分是银河公司自主开发的JP-SSY01数字移相集成电路。该电路为SOP28封装,5V单一电源供电,全数字化处理方式,具有很高的移相精度及对称度。对控制端加0~10V电平信号,即可控制移相角度。

同步变压器输出同步信号给移相电路,其中另一路给单片机,作为单片机采集电压、电流信号的基准。这样,就克服了如果交流电频率变化带来的计算误差,提高了计算精度。

传感器包括电压传感器和电流传感器。两种传感器中均使用了霍尔元件,具有体积小、反应快、线形度高的特点,通过与模块结构的一体化设计,方便地置于模块内部。两种传感器将电压模拟量、电流模拟量传给12位高速A/D转换器,通过A/D转换,将相应的数字量传给单片机,以供单片机进行处理。

显示、控制部分采用串行口与单片机进行通信,这种通信方式大大减少了该部分与模块内部的连线。5个数码管显示,8个按键控制,使显示与控制直观、方便。

3主要功能

智能电机控制模块主要完成电压斜坡起动,限流起动,电压突跳起动,软停车,节能运行,过流、过热、缺相保护等功能。

3.1电压斜坡起动

如图3所示,系统首先给电机加一个电压Us,之后电压线性上升,从Us增加到最大电压Umax,即电网输入电压。Us由用户设定,可供用户选择的电压为80~300V。ts也由用户设定,可以在1~90s选择。在实际使用中,用户根据实际情况,例如电机功率大小、负载大小等,选择合适的参数,达到最佳起动效果。

这种起动方式的特点是起动平稳,可减少起动电流对电网的冲击,同时大大减轻起动力矩对负载带来的机械振动。

3.2限流起动

如图4所示,这种起动方式是由用户设定一电流值Ik,在整个起动过程中,实际电流不超过设定值Ik。Ik由用户根据实际负载大小自己设定。

限流起动可以使大惯性负载以最小电流起动加速,可以通过设置电流上限,以满足在电网容量有限的场合使用。这种起动方式特别适合于恒转矩负载。

3.3电压突跳起动

实际应用中,很多负载具有很大的静摩擦力。在电压斜坡起动方式中,电压是由小到大逐渐上升的。如果直接使用电压斜坡方式起动,在起动开始的一段时间内,因所加电压太小,克服不了负载的静摩擦力,电机不动,这可能会造成电机因发热而损坏的情况。电压突跳功能则解决了这个问题。在电机起动前,模块先输出一电压Ut,且持续一段时间tt,用以克服静摩擦力,待电机转动之后,再按照原设定方式起动,从而比较好地保护了电机,如图5所示。对于不需要该功能的负载,只要将tt设置为0即可。Ut可调整,范围是0~380V,tt可调整,范围是0~10s。

3.4软停车

如图6所示,按下停车键后,模块的输出电压立即下降到Up1,然后逐渐下降,经过时间tp后,下降到Up2,再立即下降到0。Up可调整,范围是100~380V;Up2可调整,范围是0~300V;tp调整的范围是0~90s。

软停车可以大大减少管道传输中液体的冲击。

3.5节能运行

对于大摩擦负载,由于起动电流大,需要功率较大的电动机,而在正常运行时,负载力矩比电动机额定转矩小得多,这就造成电动机轻载运行。对于间歇性负载,持续大电流的工作时间占整个工作周期很小一部分,从而造成轻载时无功损耗?浪费,使运行功率因数大大降低。智能电机控制模块通过检测电压和电流,根据负载大小自动调节输出电压,使电机工作在最佳效率工作区,达到节能目的。

3.6保护功能

共有三种保护功能:过流保护,过热保护,缺相保护。

在起动或者运行过程中如果出现上述三种故障之一,模块会自动断电,控制盒上的数码管会闪烁显示故障原因,待排除故障以后,按复位键即可恢复正常。

在上述保护中,过流保护值可调。

4实验情况及实际应用效果

我们对一只正在使用中的智能电机控制模块进行了实际测量并作了记录。所用负载为18.5kW风机,供电电压实际测量值为390V左右。

为了作一个比较,首先拆掉模块进行直接起动。合上空气开关后,电压立即上升到390V,电流快速上升到150A,持续一段时间,逐渐下降,最后稳定在30A左右。同时,可清楚地听到由于大电流冲击,使风机产生强烈的机械振动而发出的噪声。

然后接上智能电机控制模块,设置为限流方式起动,限流值为90A,打开节能运行。按下“起动”键,可观测到电流上升速度明显变慢,逐渐上升到90A,保持2~3s后,逐渐下降为30A。电压由0V缓慢上升到390V。起动时间为6s。在整个起动过程中,电机起动平稳,听不到机械冲击的噪声。15s后,电压逐渐下降为355V,电流不变,开始稳定运行。

数字式智能电机控制模块现已被广泛应用于各种生产领域和其他场合,实际应用效果如下:

1)降低了电动机起动电流;

2)避免了电动机起动时供电线路瞬间电压跌落,造成电网上用电设备、仪表误动作;

3)防止了起动时由于产生的力矩冲击,而使机械断轴或产生废品;

4)可以较频繁地起动电动机(软起动装置一般允许10次/h,而使电动机不致过热);

5)对泵类负载可以防止水锤效应,防止管道破裂;

6)对某些工艺应用(如染纱机械),可防止由于起动过快而产生染色不匀的质量问题;

7)对某些易碎的容器灌浆生产线,可防止容器破损;

8)适应供电变压器容量较低的场合(如注塑机);

9)可以降低电网适配容量,节省增容费开支;

10)适用于需要方便地调节起动特性的场合。

电机控制论文范文6

煤矿机电设备调控经常使用的的装置就是变频器,变频器可以检测出电网中各种外来信号对变频信号的主要干扰电磁就是变频器。这样就很容易导致电网控制系统设备无法正常的接收变频信号,经常性的出现了信号中断、信号减弱和信号消失等现象,使得系统以及连接设备造成了一定的损坏。变频器的主要干扰电磁源是:1、整流桥。整流桥分为全桥和半桥两种,都是通过二级管的改造来建成的整流电路的,即使在高压的状态下也仍然可以使电流维持稳定的传输。变频器的整流是一种非线性的负载,在电网中会造成谐波,可以对控制系统内的其它电子和电气设备造成很强的干扰,如在执行操作指令时因无法接收正常的信号而造成影响。2、谐波。谐波是在电力控制系统中常见的损害因素,它能使整个电网线路无法正常运行,阻碍了线路信号的传递。脉冲宽度调制技术的使用就是由于变频器谐波所造成的,在高速切换的状态时遇到这种工作模式,会产生过多的耦合性变频器会由于噪声超过标准范围而使调频信号造成很大的干扰。3、电网噪声。电网自已产生的噪音也会成为变频器的干扰源。从本质上来说,电网的噪声也是由于谐波所引起的。电网的控制系统上连接了很多的电力设备,这些设备的超负荷运行很容易为电网设备的稳定性带来了因导致电压电流等的突变来造成的信号干扰,使得变频器的信号传输遭到了破坏。4、供电电源。变频器在进行日常运作的基本的要素就是供电电源,它会因为外界对电源的部分干扰而造成电磁干扰的现象发生。如在供电装置进行持续供电时遇到了交流电网,在三十秒后就会出现了电磁干扰的现象发生。供电电源的过压、欠压和断电等也是使变频器受到干扰的原因之一,造成了变频器在进行变频操作时的不便。

机电设备控制系统的设计管理

保证机电设备控制系统的正常使用的前提就是要有良好的设计方案。变频器运行环境的规划是对于控制系统的设计,这些设计可以稳定、安全、可靠的控制条件来改善变频器的运行效果,从而使电力系统的自动化控制水平得到提升。电网规划改造也随着社会电网改造活动的全面实行而变得极为重视变频器的操控性能,其中,最为关键的内容就是变频控制系统的设计改造了。1、布置问题。在变频器工作电压值较大的情况下,采用单独的布置方式避免变频器对其它设备所造成的不必要的干扰。如在对电网的所有设备进行规划和排列时,单独的慧黠变频器,这样做的目的就是为了防止它所造成的电磁干扰对其它设备之间的信号传递进行破坏,还一点点把变频器和弱电设备隔离开来,以免发生电磁干扰的情况。2、连线问题。在设计变频器控制系统时,为防止线路的错综复杂而造成的干扰应尽可能的减少一些线路的连接。根据系统设计的原则,尽可能的去除那些不必要的线路的连接,简化系统连接。如除了控制系统与变频器的线路外,其余的线路根据其实际情况尽量的去除或是与变频器隔离开来,使得供电系统的电流传输能更加的稳定。3、干扰问题。不管是高压还是低压的变频器,在设计其控制系统进都要考虑到当变频器正式运行后对其所造成的干扰的强弱,不然就会导致电网的指标产生变化。由变频器所带来的谐波对电网的干扰是非常大的,容易使电网的波型产生畸变、电压变小、功率过氏等现象。因此在设计时为了避免对电网造成过大的损坏可以在变频器的电源的侧而增加电抗器。