提升机电机调速系统设计

毕业设计（论文）说明书毕业设计（论文）题目提升机电机调速系统设计年级专业13级机电一体化技术学生姓名许彦涛指导教师李溪源平顶山工业职业技术学院年月日平顶山工业职业技术学院成人教育学院毕业设计（论文）任务书姓名许彦涛专业任务下达日期年月日设计（论文）开始日期年月日设计（论文）开始日期年月日设计（论文）题目：提升机电机调速系统设计A．编制设计B．设计专题（毕业论文）指导教师系(部)主任年月日平顶山工业职业技术学院毕业设计(论文)评语第页共页学生姓名:许彦涛专业:机电一体化年级:2013级毕业设计(论文)题目:提升机电机调速系统设计评阅人:指导教师:(签字)年月日成绩:系(院)主任:(签字)年月日毕业设计(论文)及答辩评语:平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录系专业,学生于年月日进行了毕业设计(论文)答辩。设计（论文）题目：专题(论文)题目:指导老师:答辩委员会根据学生提交的毕业设计(论文)材料,根据学生答辩情况,经答辩委员会讨论评定,给予学生毕业设计(论文)成绩为。答辩委员会人，出席人答辩委员会主任（签字）：答辩委员会副主任（签字）：答辩委员会委员：，，，，提升机电机调速系统设计摘要提升机是现代工业中一项必不可少的设备。随着变频调速技术的发展，变频器调速已成为交流调速的主流，在化纤、纺织、钢铁、机械、造纸等行业得到广泛的应用。在钢铁产业中用于开浇引锭杆对钢板引导后并将铸坯拉出二冷区的提升。由于在提升过程中需要根据连铸机的拉速不断的变换速度，从而保持引锭杆与钢坯速度同步主轴装置采用剖分式、整体式弹性结构卷筒，卷筒受力均匀，强度大，盘式制动器为油缸后置式，动作灵活，不油污制动盘，安全可靠；具有电气延时二级制动性能，并可在规定高度自动解除；引锭提升机设有径向齿块式调绳离合器；传动部位可配置行星减速器或平行轴圆弧齿轮减速器。电气具有必须的各种电器保护和连锁装置。根据要求提供动力制动。控制方面采用自动与手动相结合的方案，在自动控制时加入了强制提升按钮，以防止光电开关失灵时提升装置不动作。通过单片机控制变频器，由变频器去控制电机的转动，实现对矿井提升机的正反转速度控制，并实时显示提升物的速度及位置。变频器控制面板上配有键盘及液晶显示窗口，但只能实现手工操作，为了进行自动化控制，因此引进单片机技术，实现单片机与变频器之间的数据通信，提高变频器的控制能力和控制范围。利用单片机组成的变频调速控制器，可以实现从低频(1～2Hz)起动到50Hz，可以消除以往工作频率50Hz直接起动对电机的冲击，延长电机的使用寿命，同时由于变频器的输出电压可以自适应调节，使负载电机可以工作在额定电压以下，不仅节能且可延长电机的使用寿命。关键词：变频，传动，电路，控制信号目录摘要..............................................................1第一章系统设计的参数...............................................3第二章提升机交流调速的现状.........................................4第三章用单片机控制的交流调速.......................................7第四章提升机用PLC控制的电机调速系统设计..........................154.1调速系统总体方案设计………………………………………………………….154.2提升机系统主回路的设计以及参数计算……………………………………….164.3单元模块的设计………………………………………………………………….184.3.1.模拟量输入通道的设计...........................................184.3.2.光电隔离及驱动电路设计.........................................194.3.3.故障检测及保护电路设计.........................................194.3.4.转差频率控制原理及调节器的设计.................................204.4系统软件的设计………………………………………………………………….224.4.1程序框图及其介绍...............................................224.4.2部分子程序.....................................................26第五章PWM控制信号的产生及变换器的设计............................28第六章结束语.....................................................35参考文献..........................................................36致谢...........................................................37第一章系统设计的参数对一台三相异步电动机调速系统进行设计。异步电动机的参数：2.2NPKW，1440/min,380,NSnrUV接法，4.8NIA采用转差频率控制方法，由单片机组成核心。调速范围（0.251HZ），无级调速，静差率5%S。根据对象参数，完成各功能单元的结构设计，参数计算。第二章提升机交流调速的现状我们都知道，动力和运动是可以相互转化的，从这个意义上说电动机也是最常见的运动源，对运动控制的最有效方式是对运动源的控制。因此，常常通过对电动机的控制来实现运动控制。实际上国外已将电动机的控制改名为运动控制。随着电力电子技术，计算机技术的不断发展和电力电子器件的更新换代，变频调速技术得到了飞速的发展。据资料显示，现在有90%以上的动力来源来自电动机。我国生产的电能60%用于电动机，电动机与人们的生活息息相关，密不可分，所以要对电动机的调速有足够的重视。对电动机的控制可以分为简单控制和复杂控制两大类。简单控制是指对电动机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。这类控制可以通过继电器，可编程器件和开关元件来实现。复杂控制是指对电动机的转速，转角，转距，电压，电流等物理量进行控制。而且有时往往需要非常精确的控制。以前，对电动机的简单控制的应用较多，但是，随着现代化步伐的前进，人民对自动化的需求也越来越高。使电动机的复杂控制逐渐成为主流，其应用领域极为广泛。在军事和雷达天线，火炮瞄准，惯性导航，卫星姿态，飞船光电池对太阳的控制等。工业方面的各种加工中心，专用加工设备，数控机床，工业机器人，塑料机械，绕线机，泵和压缩机，轧机主传动等设备的控制。计算机外围设备和办公设备中的各种磁盘驱动器，绘图仪，打印机，复印机等的控制；音像设备和家用电器中的录音机，数码相机，洗衣机，冰箱空调，电扇等的控制，我们统统称其为电动机的控制。交流调速控制作为对电动机控制的一种手段。作用相当明显，这里就不再多做介绍，就交流调速系统目前的发展水平而言，可概括的如下：（1）已从中容量等级发展到了大容量、特大容量等级。并解决了交流调速的性能指标问题，填补了直流调速系统在特大容量调速的空白。（2）可以使交流调速系统具有高的可靠性和长期的连续运行能力，从而满足有些场合绘图不停机检修的要求或对可靠性的特殊要求。（3）可以使交流调速系统实现高性能、高精度的转速控制。除了控制部分可以得到和直流调速控制同样良好的性能外，异步电动机本身固有的优点，又使整个系统得到更好的动态性能。采用数字锁相控制的异步电动机变频调速系统，调速精度可以达到0.002%。根据异步电动机的转速表达式n=(1-s)60f/p=n0。可知，当极对P不变时，均匀的改变定子供电的频率f，则可以连续的改变异步电动机的同步转速n0。达到平滑调节电动机实际运行转速n的目的。这种调速方法称为变频调速。变频调速具有很好的调速性能，应用相当广泛，是交流调速的主流。保持V1/F1=常数的恒压频比控制方式在忽略定子阻抗压降后可得到V1/F1=C1Φm，式中C1=4.44Kn1N1为常数，因此，在变频时要维持磁通恒定，只要使V1与F1成比例的改变即可。此时，由公式n0=(1-s)60f1/p得，所以，带负载时转速降落Δn为Δn=sn0=60f1s/p,将异步电动机的转矩公式T=3PU12R¹2/{2SF1П[（R1+R¹2/S）2+（X1+X¹2）2]}近似处理后得2'1112(3/2)(/)/TPUFSFRS，可以导出'2122113/2RTSFPUF，由此可见，当11/UF为恒值时，对于同一转矩1T，1sF是基本不变的。也就是说，在恒压频比条件下改变频率时，机械特性基本是批心平行上下移动的，频率降低，转速下降，T太小将限制调速系统的带负载能力，所以在低频时，采用定子压降补偿法来适当的提高电压1U，以增强带负载的能力。从而达到比较满意的效果。保持maxT=常数的恒磁通控制方式对于11/UF=常数的控制方式，无法保证最大的转距。对于要求调速范围的的恒转距负载，则希望在整个调速范围内maxT不变，即使保持m恒定。可采用11/EF=常数的恒磁通控制方式。保持maxT=常数，此时，机械特性曲线形状不变，不同定子频率下的机械特性曲线平行，且最大转距保持不变，但由于异步电动机的感应电动势1E不好测量和控制，所以在实际应用中，采用电压补偿的方法来达到维持最大转距的目的。考虑到低频空载时，由于电阻压降减小，应减少补偿量，否则将使电动机中m增大，导致磁路过饱和而带来的问题，故U与1F的曲线是折线。保持dP=常数的恒功率控制方式变频调速时，在定子频率大于额定频率的情况下，若仍按照上述方法进行控制，则定子电压要高于额定电压，这是不允许的。所以当在频率超过额定频率时，往往使定子电压不再升高，而保持1U为额定电压不变，这样一来，气隙磁通就就会小于额定磁通，从而导致转距减少，保持dP=常数时的恒功率控制方式所要求的电压与频率的协调关系。可知，212'21111234[()]mPUTFRRxx，忽略1R时；211()mUTCF。额定转距21121mUTCF（式中为过载倍数），对于恒功率调速，有1111nnTFTF，可得出111111UUFF，只要满足11UF=常数的条件，即可达到恒功率调速。恒电流控制方式在变频调速时，保持异步电动机的定子电流1I为恒值，称为恒流控制方式。1I的恒定是通过PI调节器的电流闭环调节作用来实现的。恒流变频调速与恒磁通变频调速的机械特性基本一样。都属于恒转距调速，在变频调速时，最大转距mT是不变的，由于恒流控制限制了1I，所以恒流时的最大转距mT要比恒磁通时小得多，使过载能力降低。因此，这种控制方式只适用于负载不大的场合。第三章用单片机控制的交流调速微处理器（单片机）取代模拟电路作为电动机的控制器，具有如下特点：（1）使电路更简单模拟电路为了实现控制逻辑需要许多电子元件，使电路更复杂，采用微处理器后，绝大多数控制逻辑可通过软件来实现。（2）可以实现较为复杂的控制微处理器具有更强的逻辑功能，运算速度快，精度高，有大容量的存储单元。因此，有能力实现复杂的控制。（3）灵活性和适应性微处理器的控制方式是有软件来实现的，如果需要修改控制规律，一般不必改变系统的硬件电路，只须修改程序即可，在系统调试和升级时，可以不断尝试选择最优参数，非常方便。（4）无零点漂移，控制精度高数字控制不会出现模拟电路中经常遇见的零点漂移问必题，无论被控量是大还是小，都可以保证足够的控制精度。（5）可以提供人机界面，多机连网工作。用工业控制计算机可谓功能强大，它有极高的速度，很强的运算能力和接口功能，方便的软件功能，但是由于成本高，体积过大，所以只用于大型的控制系统，可编程控制器则恰好相反，它只能完成逻辑判断，定时，记数和简单的