卷揚機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

--專業(yè)資料-電力電子與電機拖動綜合課程設(shè)計題目：卷揚機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計所在院系：機械電子工程各學(xué)院專業(yè)： 11自動化（1）班學(xué)號： 2011103201XX姓名：林XXX完成日期： 2014-06-16指導(dǎo)教師：萬軍景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院

電力電子與電機拖動綜合課程設(shè)計任務(wù)書 _=班級指導(dǎo)老師設(shè)計課題：卷揚機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計任務(wù)與要求基本要求：.控制對象:三相異步電動機，電源:三相交流電源380v.功率:40卜亞.調(diào)速范圍:5:1.穩(wěn)態(tài)精度:3%---8%.正反轉(zhuǎn)控制:人工手動控制正反轉(zhuǎn)，注重安全設(shè)計步驟1、查閱相關(guān)資料；2、總體方案設(shè)計與論證；3、單元電路的設(shè)計；4、元器件選擇與參數(shù)計算；5、繪制原理圖（A4號圖紙，計算機繪圖）；6、撰寫設(shè)計說明書（44號紙打?。?，字數(shù)不少于3000。參考文就[1]電力電子技術(shù)西安交通大學(xué)王兆安黃俊主編第4版2000.1[2]電機拖動基礎(chǔ)許建國主編2004.8[3]工廠電氣控制技術(shù)方承遠張振國第3版2006.7[4]電動機變頻調(diào)速圖解張燕賓李鶴軒2003[5]上海電機(集團)公司南洋電機廠.技術(shù)手冊0,2000.作者簡介:富巍(1963-),男，黑龍江齊齊哈爾人,淮海工學(xué)院電子工程系副教授，碩士，主要研究方向為計算機控制技術(shù)。[6]電動機控制黃立培主編-：清華大學(xué)出版社，2003教研室主任簽字：年月日目錄摘要………………………4卷揚機的基本結(jié)構(gòu)和工作特點…………4交流電動機的調(diào)速傳動…………………4控制系統(tǒng)原理分析 6主電路杭干擾措施………8變頻器的調(diào)速控制………11結(jié)論………………………14參考文獻…………………14-專業(yè)資料---專業(yè)資料-摘要“卷揚機變頻操控系統(tǒng)”是專門針對金礦豎井作業(yè)中罐籠升降而設(shè)計開發(fā)的拖動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要用于卷揚機電機的拖動調(diào)速，充分考慮了低速力矩、空停制動和安全保護等問題，可以取消原交流繞線電動機，電機碳刷和滑環(huán)不再存在，取消原用于調(diào)速的接觸器及大功率電阻排。徹底杜絕了原調(diào)速系統(tǒng)維修成本高、維護工作量大、能耗高、調(diào)速性差的缺陷。本文給出了一種基于矢量控制的異步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)方案。變頻調(diào)速的主電路設(shè)計是帶有特殊性的電力電路設(shè)計，既要遵守電力設(shè)計的一般規(guī)律，也要考慮變頻調(diào)速系統(tǒng)的特殊情況，同時針對制目的選擇變頻器，通過控制端子實現(xiàn)的控制系統(tǒng)功能，正確設(shè)置命令和頻率源等參數(shù)，采用PLC控制保證調(diào)速控制精度，考慮控制電路的抗干擾措施，對硬、軟件進行了優(yōu)化設(shè)計，從而保證了系統(tǒng)控制的實時性和安全性。關(guān)鍵詞:上料卷揚機；PLC變頻器；變頻調(diào)速卷揚機的基本結(jié)構(gòu)和工作特點:卷揚機(又叫絞車/電葫蘆)是由人力或機械動力驅(qū)動卷筒、卷繞繩索來完成牽引工作的裝置?？梢源怪碧嵘?、水平或傾斜拽引重物。現(xiàn)在基本上都是電動葫蘆，電動卷揚機是由電動機、傳動機構(gòu)和卷筒或鏈輪組成，分鋼絲繩電動葫蘆和環(huán)鏈電動葫蘆兩種。工作特點:其工作特點是： (1)能夠頻繁起動、制動、停車、反向，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，過渡時間短;(2)能按照一定的速度圖運行;(3)能夠廣泛地調(diào)速，調(diào)速范圍一般為0.5~3.5m/s,目前料車最大線速度可達3.8m/s。(4)系統(tǒng)可靠工作。在進入曲軌段及離開料坑時不能有沖擊，確保終點位置準確停車。5.對拖動系統(tǒng)的要求.交流電動機的調(diào)速傳動調(diào)速傳動的運動方程調(diào)速傳動系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)運動時，其旋轉(zhuǎn)運動方程為(1.1;式中T一驅(qū)動轉(zhuǎn)矩（卡?。?Tz—負載轉(zhuǎn)矩，即阻轉(zhuǎn)矩（（卡川）；Jd3/dt一慣性轉(zhuǎn)矩伸印）;3—電動機的角速度（rad/s）;J一折算到電動機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量（kg,印′），由式（（1-2）表示式中6—旋轉(zhuǎn)部分的重量（（N）;D—慣性體直徑⑺）；^=2^/60 （1,3）將式［：2）和式（L3玳久式口.則有印調(diào)速傳動系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)運動時，工作狀態(tài)可由運動方程式口用表示.①當T=q.m由=0,拖動系統(tǒng)處于靜止或等速運動狀態(tài)，電氣傳動系統(tǒng)處于穩(wěn)定運轉(zhuǎn)狀態(tài)邪穩(wěn)定狀態(tài),②蘭丁>■弓，赤!，主入口；傳動奈統(tǒng)處二加速狀態(tài)，加處二過渡過程（也叫動態(tài)過程）.③三T，；QH明成<0,傳動系統(tǒng)處二減速狀態(tài)，即處二過渡過程,三運動方程式可知?傳動系統(tǒng)可能處一和沖運轉(zhuǎn)狀態(tài)，町穩(wěn)態(tài)和動態(tài),三傳動系統(tǒng)由一個穩(wěn)定運轉(zhuǎn)狀態(tài)變化到另一個穩(wěn)定運轉(zhuǎn)狀態(tài)時,需爰一個變化過程｝這個過程稱為過渡過程,在過渡過程二的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和電流言按一定的規(guī)律變化，將式（1-1）中的角速度。（rad/s）變?yōu)樗俣瓤冢ā??、吮硎?控制系統(tǒng)原理分析2.1異步電動機調(diào)速方法按照交痂異步電機的原理，從定于傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率可分成兩部分:一部分是拖動負載的有效功率，稱作機械功率;另一部分是傳輸給轉(zhuǎn)子電路的轉(zhuǎn)差功率；與轉(zhuǎn)差率s成正比:三用異步電切機轉(zhuǎn)速公式為:(2,1?“=倦(2,1?三式Q」）口工，改變供電頻率五、電動機的磁極對數(shù)P及接差率:均區(qū)達到改變拷速的目的.因此，常見的交流調(diào)速方法有：①降電壓調(diào)速；②轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速；⑧轉(zhuǎn)子串電回調(diào)速！④麒電機串級調(diào)速或雙饋電機調(diào)速；⑤變極對數(shù)調(diào)速！⑥變壓變頻調(diào)速等等二從能量轉(zhuǎn)換的角度上看轉(zhuǎn)差功率是否增大，是消耗掉還是得到叵枚，是評價調(diào)速系統(tǒng)效率高低的標志.從這點三發(fā)可以把異步電機的調(diào)速系統(tǒng)分成三類，：.轉(zhuǎn)差功率消耗型消速系統(tǒng):這種類型的全部轉(zhuǎn)差左率都轉(zhuǎn)換成熱能消差在瞄子回路中，上進的弟①、②、國三科調(diào)速方法都屬于這一關(guān)。在三類異毋電機調(diào)速系航中，這類條統(tǒng)的效軍最而且越到低速時落軍越低，它是以埴加轉(zhuǎn)爰婢的帶耗來視取轉(zhuǎn)速的闡氐的（恒觸負莪時卜可是這我梟統(tǒng)結(jié)和簡單，設(shè)備成本最低，所吠還有一定的應(yīng)用價值。2,轉(zhuǎn)差功率流送型調(diào)速系統(tǒng):在這類系統(tǒng)士-除轉(zhuǎn)于銅損外.7；部分轉(zhuǎn)差功率左轉(zhuǎn)子側(cè)道過變流裝置饋3或饋入轉(zhuǎn)速越低，能饋送的功率越多，二述第④種調(diào)速方法屬于這一類:無論是潰曰還是送人的轉(zhuǎn)差功率，扣除變流裝置本身的損耗后?.最終都轉(zhuǎn)化成育用的幣率，因此這類系統(tǒng)的效率較高，也要南加一些設(shè)備,3.轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng):在這類系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)差功率只有轉(zhuǎn)子銅損?而且無論轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)差功率基本K變，因此效率更高，上述的第⑤、⑥兩宗折胃速方法屬二此類二其士變極對數(shù)調(diào)速是有級的.應(yīng)用場合有限,只有變壓變頻謁速應(yīng)月最廣，可以構(gòu)成高動態(tài)性能的交流調(diào)速系統(tǒng)，取代直流調(diào)速!已在定子電路口須配備與電動機容置相當?shù)淖儔鹤冾l器j相比之下，設(shè)備成本最高.和控制特性要求。3控制系統(tǒng)設(shè)計卷揚機施動系統(tǒng)要求

料車卷揚機是典型的摩擦性負載：如圖3,1科車在科坑段起動時,負載最大，%以6r計算，/以5。0計算.芻右料車滿汽從斜橋底部提升時，鋼繩的拉力為：7,siif6=5r6.8 ⑶3)這時史料車空載從斜矯頂部下放，鋼繩的拉力為：卷揚機電動機運行狀態(tài)分析(3.4I(3.5)2xs】n36 k.(3.4I(3.5)卷蓿的靜力矩為：_ _d 1.2.T；—Fx--(6.8-1.53)x.—=3.1?jkn 7圖33料車機械傳處示套圖折算到卷場機電動機軸二的負載轉(zhuǎn)矩：Tl:Tl=29,77:1 仁⑨/=-^>:1。。0二10615超?也 (3.7)29~~呈右料車等載上廠？t二動機的二磁轉(zhuǎn)是要克服負強轉(zhuǎn)矩才能耕，起動時逐要克服一定的危摩擦力矩，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩的音向與旋轉(zhuǎn)方向用同，故電動機處二電動狀態(tài)j二作于第一象限,三左科半節(jié)載上升時.與動機的三磁轉(zhuǎn)正仍要克服同樣的負載轉(zhuǎn)能才能提升.電動機的二磁轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)方向相同，只K過二動機旋轉(zhuǎn)方向反不,所以電動機處二反向電動狀態(tài)，二作二第三象限二3.2變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路設(shè)計這里所說的主電路，是指以傳遞功率為主要任務(wù)的電氣回路。在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，主電路大致可以分為三個基本部分:電源輸入、輸出到電動機電路、制動電路。.保護功能設(shè)計變頻器本身具備比較完善的保護功能.數(shù)字式控制的現(xiàn)代變頻器尤其加此;在多數(shù)情況下變酸器能夠?qū)ψ陨砑半妱訖C實現(xiàn)有效的各科電氣保護,在外部電路上的保護措施主要以后備短路保護和防止絕緣檢測損壞變頻器的隔離措施為主E輸入輸出電路主體功能設(shè)計在主電路設(shè)置后各通路保護的目的有兩個:一個是對二逆變器后段短路提供后各保護功能，以免逆變器的瞬間電流保護失效時事故擴大導(dǎo)致嚴重損失,在直流回路上濾波電容和逆變器之間，常常裝設(shè)有快速熔斷器，這個熔斷器也具有對送變器及以后部分的保護能力。另外一個目的是對逆變器前段包括直流母線部分以及整流器前段的短路提供保護..這部分電路發(fā)三理路時，變頻患內(nèi)沒有切斷國路自流的措施,可以用自動空氣斷路器或者快速熔斷器實現(xiàn)，因此，自動空?氣斷路器和快速熔斷器在作為后段的后備短路保護元件方面作用是差不多的J都不能有效保護逆變器，只能夠在逆變器自身保護失效時防止故障擴大,兩者的主要差別是短路發(fā)生在直流中間環(huán)節(jié)位置時，自動空氣斷路器不能對整流器實現(xiàn)有效保護快速熔斷器卻有可能實現(xiàn)有效保護，對于變頻器結(jié)構(gòu)，直流中間環(huán)節(jié)在變頻器內(nèi)部,在這個位置發(fā)生短路的概率很低」因此斷路器保護和快速熔斷器保護在實際效果上差別不大，由二采用自動空氣斷路器時主電路接線和故障的恢復(fù)操作都很簡單,因此選擇自動空氣斷路器作為短路保護元件口作為電力電子設(shè)吝.變頻器不能用常規(guī)方式進行維綾檢測.當電動機或者輸出電纜需要進行絕緣檢測時，應(yīng)斷開變頻器與輸出電纜的連接C在變頻器的輸出側(cè)設(shè)置一個隔離開關(guān)會使斷開連接的操作'比較方便。輸入輸己側(cè)的隔離開關(guān)、熔斷罵隔離開關(guān)或者負荷開關(guān)按照額定電流不「二變頻器部定電流的1?倍選擇即可;自動空氣斷路器本體按照頷定電流不小二變頻話額定電流0?1.1倍選擇.其埴普脫口器〔電磁脫掃器或考電子脫扣瑞）專流按照開關(guān)的領(lǐng)定電流的3倍以上整定后二可.其過教脫打器電流按照開關(guān)的額定電流:快速溶斷器燧體差設(shè)按照變頻器徉本推薦型號規(guī)格選擇：.電源控制及切換?能設(shè)計電源控制指的是系統(tǒng)輸入電路的開關(guān)控制方式和器件配置：變頻身輸入則接通電源到運行指令發(fā)出，應(yīng)該有一段時間間隔=如果在需要起動時刁,合上輸入電源，則實際起動動作會延后，系統(tǒng)動作反應(yīng)速度降低。所以?在系統(tǒng)準備運行前變頻案就應(yīng)該供電.中途短時停車時，電源也不必切斷：在較長時間不運行時，是否要切斷電源則由使用者習慣決定,若亙點考慮防潮因素，則以長期帶電方式為好，若想延長風機使用壽命，則較長時間不運行時二切斷電源;3.2.2主電路杭干擾措施變頻調(diào)速系統(tǒng)本身既是一個很據(jù)的干擾源，同時變頻弱也是對干擾敏感的電m設(shè)各w此-抗干擾措施的設(shè)計■對二交頻詞速系統(tǒng)的設(shè)計是一個宣票的課題.1.二擾的類型及危言變頻詞速系統(tǒng)的對夕阡擾三票在兩個有足夠功率流動生蘭電路產(chǎn)巨.”變頻器的前入電路，變頻器到電動機的輸三電路.(1)笥入電普的二擾輸入電路產(chǎn)五的二擾主要有兩方面:沖三干擾和諧波干擾I輸入電路沖三干擾：為了提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，息是希望系統(tǒng)存快速的轉(zhuǎn)矩提升速變.這意味著變頻器輸白電流也有快謔的變化率，高性能調(diào)速系統(tǒng)尤其沮顯。這個電流變化經(jīng)過宜流電路緩沖虧也會反映到輸入電路=去.輸入電路是與圭憫相連的：沖壬電流進入電網(wǎng)后，一方面會引起局部電網(wǎng)電壓的瞬時波動，另一方面會在感性負載上產(chǎn)生浪涌電壓-形成干擾■:輸入電路沖擊二擾三要后音連接在同一局部電網(wǎng)上有較高輸入阻抗的設(shè)結(jié)-例如，變頻詞速系統(tǒng)自身的控制電源等二323靛耗制動電珞設(shè)計再生發(fā)電制動運行的制動電路設(shè)計有兩個主要原則要遵守:系統(tǒng)自身是安全的，即制動部分不能對系統(tǒng)的其他部分構(gòu)成傷言，這一點對制動電流加以限制;制動能力應(yīng)該是三修的，能尊滿足七W希要..尤其是位能負載的情沅，若制動能力不足，可能危等三行本身的安全.這一點又要求平均制動電流必須要滿足制動功率的要求.系統(tǒng)W身的安芻和系統(tǒng)運行的安芻-兩者穴口偏廢，要樹立合適的方式才是最安生的方式■=32.4主電路設(shè)計方案變頻器產(chǎn)品說明書都提供了標稱功率數(shù)據(jù)，但實際上限制變頻器使用功率的是定二電流參數(shù)，因此..直接按照變頻器標稱功率位才選擇在賣度口巨?？赡苄胁黄龋汉揶呔逫體二作的情況，可以有以下二種不同的變頻器規(guī)格選擇方式.二核照標稱功率選擇.技照電勃機就定功率選擇.拓照電動機實際怎吁的電流選擇4,拓照轉(zhuǎn)史過蒙能力選挎對二客數(shù)的恒轉(zhuǎn)電負蒙可以按式3-15選擇變領(lǐng)瑞

（3.15）式二%一一麥頡器額定電流：L——自動機熊定三流；段——電流相量系數(shù)，一般可取LM--LLK一般恃況方可取小值.左電動機持會負載率超過8096時則應(yīng)該取大隹，因為多數(shù)變臧素的額定電流都是以持續(xù)負載率k超過￡0%來確定的:另外起動停止頻繁的時候也應(yīng)諉考虐.取大隹%簍數(shù)情況下按照式3-15計算的結(jié)果，變頻器的功率與電動機功率都是匹配的不需要放大，因此，根據(jù)電動機容隹及額定電汽的要求選擇變頻器為FR-A-40-SSK-CHT選三三菱變頻器FR-A740系列變抵衰.，選欄變頻器容量為55kN,其頷定信如表3.1所示，表3.1變頻器設(shè)定值型號FR—A740-IZIZlK—CHT55KW適用電機容量（KW） ER-A740-55K-CHTSLD 建口（110%6缶」20%0d反時限特性）周圍溫度+OC°）LD 144（120%60s』50%m反時「儲恃性）周圍溫度5OC0）輸出 額定電流（A）ND：1W150%60s300%isf反時限特性〕周圍溫度50co）HD 日6（200%605工50%到反時限特性:周圜鹽度5clec'）電壓 3相380-18DV3柏兆3柏兆07S0V5cH引60Hz32人528V50Hr'60Hz±5%開放型強制風冷37允許頻率披動范圍保護結(jié)構(gòu)冷卻方式榜?皿）特點.用座通矢量控制技術(shù).在無速度傳感器的開環(huán)控制下,詞速范圍為1:124采用速度傳感器的閉環(huán)控制下，調(diào)速范圍為低速旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)矩均勻二.用!SoRPWM原理和智能功率模塊［TPM）」使變頻器輸出波形更好，噪聲更低，抗干擾性能更居.3.3.1變頻器的調(diào)速控制變頻器控制端于包括四類必要的外部信專親系內(nèi)容:模擬量的輸入和輸出以及開關(guān)量的輸入和輸出;開關(guān)量輸入和模擬量輸入的主要作用，是對變頻調(diào)速系統(tǒng)的運行及詞速實現(xiàn)外部控制。所謂運干挖制指的是系^的起動,、停止控制以及運行方向的控制..也就是二隼人員或控制設(shè)備向調(diào)速系統(tǒng)發(fā)出指令的方式,變粉調(diào)速系統(tǒng)的運行控制一般有三種類型的指令來源:在變頻器的數(shù)字式人機界面上麋作;在操作臺等綴隹地點操作;或者由PLC-類控制設(shè)備進行自動控制。三二生產(chǎn)二藝的要求，離統(tǒng)需要在不同的轉(zhuǎn)速下運行，三菱變頻器在基本功能下的多段速設(shè)定參數(shù)為Pr人高速），丹乂口速）、自助低速〕.、Pr24〔速度4｝出2乂速度5〕，Pr關(guān)〔速度②Pr27（速度7）,Pr232』上39等妻達15種速度；三以日PLC進行程序控制。圖S12變頻器接線圖333電氣拉利電路實現(xiàn)卷揚衛(wèi)動圖S12變頻器接線圖333電氣拉利電路實現(xiàn)卷揚衛(wèi)動機的三反轉(zhuǎn)由變頻器51KSTR來控制，用RHRM來控制科車的運行頻軍即轉(zhuǎn)速,上升斜率的變化有RT來控制=其參數(shù)設(shè)置見表3,31.變頻器控制線路變撅墓接竣見圖3.12=圖=KA1為五料車二行.售專KA2為右料車上二亍言號K且5為高速運行信號1KA6為箕速運行專號:KA4為第二斜率上,十后虧表工3變頻器畚藪設(shè)亙P450P42.：1.1P514.1P-43：1.1P712.8P4-5.8P85.5P79--P9110P7]5P1014.1PS055PU1.7PS16P￡9100%2.PLC硬件運構(gòu)靈頻器的起動、停止控制以及運行方向的控制均來自PLC輸二信號進行捶司，系疏控制需妾輸入點16個，輸出點7個，因此選二工公司的W-加OCPU22K系列產(chǎn)品:CPU226饃塊.其U0息數(shù)為4。點，其二輸入點M點.輸匚點16點:可帶7個始展模塊一用戶程序容量為66K字匚內(nèi)置高速計數(shù)器，具有HD控制器的功能。有2個高速膿沖輸￡端和1個RS4若逍信1具有PPI博議、MPI通信悔議和自由方式通信能力：士吁速度快、二二能強，亙用，要求較商的二,卜型攔司系統(tǒng).一人一人空中年［七中中中小KA6KASKA4 KA3KA2KAIKA訴卡齊卷裝卬桿2M1151M114n3312H1H0107106104in40310.010.201??4* 006叫5叫父［呼卑Q(pQ?2Q