基于s7-200plc文化紙機傳動控制系統(tǒng)硬件設計_畢業(yè)論文

1、<p>　　基于S7-200PLC文化紙機傳動控制系統(tǒng)硬件設計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，制漿造紙業(yè)已經(jīng)成為我國工業(yè)經(jīng)濟增長的重要支柱，國際上先進的造紙機都朝高效率、低消耗方向發(fā)展，這是市場競爭的需要。而目前國內(nèi)有很多正在運行的造紙機在這方面則處于劣勢，有必要進行技術(shù)改造，而對于造紙機械的廠家也必須迎

2、頭趕上，從設計的源頭進行性能提升。傳動作為造紙機的核心部分，其發(fā)展要求是提高車速和自動化程度。所以研究高性能的紙機電氣傳動控制系統(tǒng)，對我國造紙行業(yè)的發(fā)展有著極為重要的意義。</p><p>　　本次設計的為文化紙機傳動控制系統(tǒng)，用ABB變頻器和西門子PLC所組成的控制網(wǎng)絡來完成造紙機電氣控制系統(tǒng)設計的,其電氣傳動控制系統(tǒng)是基于PLC控制的交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。通過本課題的設計，可以培養(yǎng)自己分析與解決問題的能力，同

3、時也能對工業(yè)生產(chǎn)中運用到的如：電動機、變頻器、PLC、工控機、通訊、現(xiàn)場總線、觸摸屏等有更深一步的理解。對于電動機的控制方法運用更為深入。</p><p>　　關(guān)鍵詞：造紙機，速度鏈，分部傳動，負荷分配</p><p>　　Based on the S7-200 PLC culture paper machine transmission control system hardware d

4、esign</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　As the world economic development, pulp and paper industry has become an important pillar of industrial growth, the international advanced pap

5、er machines in the high efficiency, low consumption and direction, which is the market competition. And there are a lot of running the paper machine is at a disadvantage in this respect, it is necessary to upgrade the te

6、chnological transformation, and for paper-making machinery manufacturers also must catch up, the source from the design to enhance perform</p><p>　　The design of the paper machine drive control system for th

7、e culture, with ABB Drives and Siemens PLC control network consisting of paper to complete the electrical control system design, the electric drive control system is PLC-based control of AC frequency control system. Thro

8、ugh this project is designed to develop their own analysis and problem solving skills, but also can apply to industrial production, such as: motor, inverter, PLC, industrial computer, communications, field bus, touch scr

9、e</p><p>　　KEY WORDS: Paper machine, Speed chain, Division drive, Load distribution</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACT

10、II</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 目的和意義1</p><p>　　1.2 課題背景1</p><p>　　1.3 國內(nèi)外發(fā)展狀況1</p><p>　　1.4 紙機的類型及工藝流程2</p><p>　　1.5 本

11、設計的主要任務4</p><p>　　2 變頻調(diào)速基礎(chǔ)知識5</p><p><b>　　2.1 變頻器5</b></p><p>　　2.1.1 變頻器基礎(chǔ)原理知識5</p><p>　　2.1.2 變頻器的組成和分類5</p><p>　　2.1.3 變頻器工作原理6</p&

12、gt;<p>　　2.1.4 變頻器功能與控制方式6</p><p>　　2.2 ACS550系列變頻器7</p><p>　　2.2.1 ACS550變頻裝置的組成和功能7</p><p>　　2.2.2 ACS550的構(gòu)成及功能8</p><p>　　2.2.3 ACS550的功能描述8</p>&l

13、t;p>　　3 變頻調(diào)速和直接轉(zhuǎn)矩控制11</p><p>　　3.1 變頻調(diào)速11</p><p>　　3.1.1 變頻傳動系統(tǒng)的發(fā)展11</p><p>　　3.1.2 變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成及原理11</p><p>　　3.1.3 變頻調(diào)速的優(yōu)點13</p><p>　　3.1.4 變頻調(diào)速系統(tǒng)的性

14、能指標14</p><p>　　3.2 直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器原理15</p><p>　　3.2.1 直接轉(zhuǎn)矩控制的主要特點15</p><p>　　3.2.2 直接轉(zhuǎn)矩控制工作原理15</p><p>　　3.2.3 直接轉(zhuǎn)矩控制的實現(xiàn)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)16</p><p>　　3.3 脈寬調(diào)試變頻器工作原理17&

15、lt;/p><p><b>　　4 系統(tǒng)設計19</b></p><p>　　4.1系統(tǒng)設計要求19</p><p>　　4.1.1 硬件設計的依據(jù)19</p><p>　　4.1.2 系統(tǒng)原件的布置及負荷分配20</p><p>　　4.1.3 操作說明20</p><

16、p>　　4.1.4 速度鏈控制21</p><p>　　4.1.5 負荷分配控制22</p><p>　　4.2 系統(tǒng)控制實現(xiàn)23</p><p>　　4.2.1 硬件組成及功能實現(xiàn)23</p><p>　　4.2.2 系統(tǒng)主要硬件選擇30</p><p>　　4.2.3 系統(tǒng)邏輯實現(xiàn)過程39<

17、/p><p><b>　　結(jié) 束 語41</b></p><p><b>　　致 謝42</b></p><p>　　參 考 文 獻43</p><p><b>　　附錄Ⅰ44</b></p><p><b>　　附圖Ⅰ-145</

18、b></p><p><b>　　附圖Ⅰ-246</b></p><p><b>　　附圖Ⅰ-347</b></p><p><b>　　附圖Ⅰ-448</b></p><p><b>　　附圖Ⅰ-549</b></p><

19、;p><b>　　附圖Ⅰ-650</b></p><p><b>　　附圖Ⅰ-751</b></p><p><b>　　附圖Ⅰ-852</b></p><p><b>　　附圖Ⅰ-953</b></p><p><b>　　附圖Ⅰ

20、-1054</b></p><p><b>　　附圖Ⅰ-1155</b></p><p><b>　　附圖Ⅰ-1256</b></p><p><b>　　附圖Ⅰ-1357</b></p><p><b>　　附圖Ⅰ-1459</b>

21、</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 目的和意義</b></p><p>　　本次課題主要研究基于S7-200文化紙機傳動控制系統(tǒng)的硬件設計。通過對紙機傳動控制的研究使我們了解文化紙機傳動的工藝與要求、掌握交流變頻調(diào)速系統(tǒng)在文化紙機傳動控制系統(tǒng)的應用、掌握文化紙機變頻傳動PLC

22、控制的特殊問題、培養(yǎng)我們對現(xiàn)埸總線在文化紙機變頻傳動PLC控制中的應用和文化紙機變頻傳動控制系統(tǒng)的設計。</p><p>　　為了縮小我國造紙機械的裝備水平，提高我國的造紙機械加工能力和電氣控制的水平，部分引進和消化吸收高新技術(shù)并有所創(chuàng)新，逐步提高紙機裝備國產(chǎn)化比例是較現(xiàn)實的道路。特別是盡快提高國內(nèi)紙機的自動化水平是從事電氣控制工作的人們的職責所在。通過對本課題的設計，可以培養(yǎng)自己分析與解決問題的能力，同時也能對

23、工業(yè)生產(chǎn)中運用到的如：電動機、變頻器、PLC、通訊技術(shù)、現(xiàn)場總線、操作屏等有更深一步的理解。對于電動機的控制方法運用更為深入。 </p><p><b>　　1.2 課題背景</b></p><p>　　紙機變頻傳動國外始于80年代中期，國內(nèi)大約在90年代初期。變頻調(diào)速技術(shù)的推廣應用在風機水泵等領(lǐng)域取得了顯著的經(jīng)濟效益，在某些機械行業(yè)也發(fā)揮了重要作用。造紙機是一種負載

24、基本恒定、轉(zhuǎn)速恒定的穩(wěn)速系統(tǒng)，其最大的特點是要求速度長期穩(wěn)定，同時要求動態(tài)恢復時間盡可能短。因此，紙機傳動系統(tǒng)要求的是高穩(wěn)定性和快速動態(tài)響應。進入90年代，國內(nèi)一些中小紙廠對紙機變頻調(diào)速由嘗試到廣泛應用，使得這些企業(yè)確實收到了良好的經(jīng)濟效益。</p><p>　　1.3 國內(nèi)外發(fā)展狀況</p><p>　　造紙產(chǎn)業(yè)是一個與國民經(jīng)濟發(fā)展和社會文明建設息息相關(guān)的重要產(chǎn)業(yè)。近幾十年，世界各國工業(yè)

25、向著大型化、連續(xù)好和綜合化的方向發(fā)展。為了提高競爭能力，造紙工業(yè)正在不斷地提高自動化水平，以提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、節(jié)約能源和增強企業(yè)國際競爭力。造紙工業(yè)生產(chǎn)過程的特點決定了其控制的復雜性。目前，世界發(fā)達國家造紙企業(yè)依靠科技創(chuàng)新，調(diào)整技術(shù)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化科技資源配置、廣泛使用信息網(wǎng)絡、自動化控制等技術(shù)使造紙的技術(shù)集成化程度和自動化程度大大提高，制漿、造紙設備也向著大型化、自動化、高效化方向發(fā)展。</p><p>　

26、　我國是一個消費紙的大國，造紙產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟中占有重要的地位。目前，我國造紙工業(yè)的特點是：產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理、產(chǎn)業(yè)集中于勞動力密集型、技術(shù)密集型產(chǎn)品明顯落后于發(fā)達工業(yè)國家、生產(chǎn)要素決定性作用正在削弱、產(chǎn)業(yè)能源消耗大、產(chǎn)出率低、環(huán)境污染嚴重、對自然資源破壞力大、企業(yè)總體規(guī)模偏小、技術(shù)創(chuàng)新能力薄弱、管理水平落后等。近十幾年以來，隨著我國國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展和人民生活水平的日益提高，我國造紙工業(yè)也取得了快速的發(fā)展。我國造紙工業(yè)國際化、集中化、專業(yè)化

27、的格局已初步形成，而且國內(nèi)許多造紙企業(yè)引進了很多國外先進的技術(shù)裝備，國內(nèi)許多大的造紙企業(yè)已經(jīng)完全與國際接軌。這都是我國造紙工業(yè)國際化的趨勢。各個造紙企業(yè)都在向生產(chǎn)名牌專業(yè)產(chǎn)品而努力。但是從世界范圍看，雖然可以說我國已經(jīng)是一個造紙大國，但并不是一個造紙強國。目前我國的造紙企業(yè)約有幾千家，雖然涌現(xiàn)出一批國內(nèi)甚至國際出名的造紙企業(yè)，但絕大多數(shù)企業(yè)由于歷史原因，規(guī)模偏小，技術(shù)和裝備落后，生產(chǎn)和管理水平低，環(huán)境污染嚴重，再加上原料結(jié)構(gòu)不合理，以及

28、其他一些客觀因素的影響，紙張產(chǎn)品質(zhì)量差、檔次低，原材料消耗大、成本高，在國內(nèi)外市場上缺乏競爭力。因此全面提升我國造紙行業(yè)整</p><p>　　(1)交直流總軸傳動階段。在該傳動形式下，各個分部的傳動比例分配是靠機械調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。該傳動形式的結(jié)夠復雜、占地面積大、效率低。</p><p>　　(2)直流分部傳動階段。當直流控制理論與控制技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)成熟可控硅的制造技術(shù)已經(jīng)成熟的情況下逐步發(fā)

29、展起來的。其控制精度可滿足紙機對傳動控制的需要。</p><p>　　(3)交流變頻分部傳動階段。交流變頻技術(shù)是應實際中交流電機無級調(diào)速的需要而誕生的。并隨著新的控制理論和技術(shù)如：矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、無速度傳感器控制及基于模糊控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制等智能控制等理論的逐步完善，使交流變頻技術(shù)日益成熟。交流變頻調(diào)速系統(tǒng)在許多性能指標如：調(diào)速范圍、調(diào)速精度、動態(tài)響應、零速轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)、運行效率和使用方

30、便、維護簡單等中有些方面甚至超過了直流調(diào)速系統(tǒng)。因此在許多領(lǐng)域交流變頻調(diào)速系統(tǒng)有逐步取代直流調(diào)速系統(tǒng)的趨勢，得到了廣泛的應用。</p><p>　　(4)交流變頻分部直接傳動階段。該階段是在對紙機傳動形式和對紙機傳動特性的深入研究探討和實際紙機傳動系統(tǒng)運行經(jīng)驗的基礎(chǔ)上提出的。它是在大功率電機和大功率變頻單元的日益成熟的前提下，為適應紙機傳動的高穩(wěn)態(tài)性和高動態(tài)性而采用的方案。該傳動控制方式已經(jīng)被ABB公司成功地運用

31、到大型高速紙機的傳動中，使用效果是非常理想的?，F(xiàn)在正被大力使用。</p><p>　　1.4 紙機的類型及工藝流程</p><p>　　按造紙機網(wǎng)部結(jié)構(gòu)的不同，造紙機[1]有下列幾種主要的類型：長網(wǎng)類型、圓網(wǎng)類型、夾網(wǎng)類型、疊網(wǎng)類型和帶有飾面輥等一些結(jié)構(gòu)比較特殊的造紙機網(wǎng)造紙機是造紙工業(yè)中最廣泛使用的一種造紙機。造紙機可以看作是一種由多臺設備組成的聯(lián)動機。通?？煞譃闈癫亢透刹績纱蟛糠?。濕部

32、包括漿料流送設備、網(wǎng)部和壓榨部；干部包括干燥部、壓光機和卷紙機。經(jīng)過配漿、施膠、加填和凈化以后，具有適于抄紙的性能的漿料，在0.3～1.3%的濃度下進入造紙機的漿料流送設備。在這里，紙料經(jīng)過漿流分布器和流漿箱對漿流的分布和勻整以后，均勻而穩(wěn)定地流送到運動著的成形網(wǎng)的網(wǎng)面上。漿流在網(wǎng)案的胸輥中心線附近上網(wǎng)以后，逐漸地過濾、脫水，形成連續(xù)的濕的紙幅。網(wǎng)案上通常設有案輥、真空吸水箱、伏輥等成形-脫水元件。當濕紙幅脫水到一定干度(通常是20%左

33、右)，便可以從網(wǎng)面剝離，送至壓榨部繼續(xù)脫水。造紙機的壓榨部是由若干組輥式壓榨組成。濕紙幅是由壓榨毛毯支托著，在壓輥間用機 械擠壓的方法脫水的。為了保持壓榨毛毯的良好脫水性能，壓榨上輥配設有毛毯洗滌裝置。經(jīng)壓榨部后，濕紙幅的干度一般可達40%左右。濕紙幅在紙機上進一步脫水，通常是用加熱蒸發(fā)干燥的方法。造</p><p>　　長網(wǎng)造紙機的用途廣泛，可以生產(chǎn)絕大多數(shù)品種的紙張。小型長網(wǎng)造紙機的生產(chǎn)能力每天只有數(shù)噸大型

34、長網(wǎng)造紙機的日產(chǎn)量可達500噸以上。各種用途和大小的長網(wǎng)造紙機基本上是類似的，它們有相同的工作原理和相似的結(jié)構(gòu)組成，只是由于生產(chǎn)能力和產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)上有一些局部的差異。長網(wǎng)造紙機的傳動點依據(jù)紙機的大小不同而配置不同。小型紙機只有一個主傳動點，真空伏輥，此類紙機傳動比較容易控制，沒有特殊要求。中大型紙機網(wǎng)部采用多電機傳動，主傳動點有真空伏輥、驅(qū)網(wǎng)輥，有些紙機還有導網(wǎng)輥傳動。這類紙機在傳動控制中應設有負荷分配。網(wǎng)部負荷變化在造紙機中是最劇烈、

35、最大的，所以網(wǎng)部負荷分配控制比較復雜。網(wǎng)部真空伏輥包角比較小，在沒有開真空度時與網(wǎng)摩擦力較小，而且上漿后真空度的變化引起負荷的變化，會造成打滑現(xiàn)象。當網(wǎng)較為松弛時，負荷分配調(diào)節(jié)有可能造成驅(qū)網(wǎng)輥打滑。所以網(wǎng)部負荷分配應充分考慮到這幾種工作狀態(tài)，必須設置負荷不平衡度限制和速度限幅保護功能。有導網(wǎng)輥的紙機由于導網(wǎng)輥傳動功率在網(wǎng)部所占比例非常小，不能讓其參與負荷分配運算，只能把其當作從機，利用軟特性和負荷分配調(diào)節(jié)配合完成負荷分配功能。</

36、p><p>　　圓網(wǎng)造紙機與長網(wǎng)造紙機的組成基本相同，也是由網(wǎng)部、壓榨部、干燥部和卷紙機等組成。與長網(wǎng)造紙機不同之處，主要是在于網(wǎng)部是主網(wǎng)籠和網(wǎng)槽組成。</p><p>　　圓網(wǎng)造紙機在國內(nèi)小型造紙廠中被廣泛地采用。它主要是用來生產(chǎn)一些質(zhì)量要求不高、定量較低的紙張，如有光紙、郵封紙、火柴紙和一般的文化、印刷用紙等，多圓網(wǎng)多烘缸紙機廣泛地用在紙板的生產(chǎn)中，并在造紙工業(yè)中用來生產(chǎn)某些定量較大的繪圖

37、紙、卡片紙等。復合造紙機，使用上述各類型造紙機的網(wǎng)部，即使用不同型式的紙幅成形裝置所組合起來的造紙機，都可以稱為復合造紙機。根據(jù)產(chǎn)品的需要，復合造紙機有很多可能的組合形式。現(xiàn)在最常見的是由多個圓網(wǎng)和一個長網(wǎng)組合成的紙機它常用來生產(chǎn)多層板紙。通常是用質(zhì)量較差的漿料在圓網(wǎng)上抄造板紙的內(nèi)層，用質(zhì)量較好的漿料在長網(wǎng)上抄成板紙的面層，兩種濕的紙層復合在一起后，可以得到具有良好表面質(zhì)量的板紙。</p><p>　　1.5 本

38、設計的主要任務</p><p>　　本課題主要對文化紙機硬件傳動控制系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)及各部分原理的了解和紙機速度鏈、負荷分配等功能實現(xiàn)進行詳細闡述。通過對文化紙機變頻傳的工藝、工業(yè)控制現(xiàn)埸總線在文化紙機變頻傳動中的應用、文化紙機變頻傳動控制系統(tǒng)特殊問題的了解，對本課題有一個全面的掌握。紙機的基本組成部分按照紙張成型的順序分為網(wǎng)部、壓榨、前干燥、后壓榨、后干燥、壓光機、卷紙機等。本課題設計主要基于文化紙機網(wǎng)部和壓榨部

39、的傳動控制，采用交流多點傳動方式。為了防止紙張在傳動過程中出現(xiàn)斷裂、卷曲、褶皺、壓痕等問題。本課題主要在傳動過程部分進行高精度的速度控制（速度鏈問題），以達到高質(zhì)量的延伸特性。紙機各部分之間的張力控制，以使紙機生產(chǎn)線對應于脫水及干燥度等工藝參數(shù)，從而保證了紙張按成紙方向所限定的伸展率進行延伸。在造紙機壓榨、壓光部等控制中，需要采取負荷配比控制方式。在紙機的網(wǎng)部等多傳動網(wǎng)控制中需要有靜態(tài)補償控制。同時還要解決西門子S7-200PLC與AB

40、B公司的ACS550變頻工摸屏之間的通訊方式和控制程序等。</p><p>　　2 變頻調(diào)速基礎(chǔ)知識</p><p><b>　　2.1 變頻器</b></p><p>　　2.1.1 變頻器基礎(chǔ)原理知識</p><p>　　變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，能實現(xiàn)對交流異步電機

41、的軟起動、變頻調(diào)速、提高運轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過流/過壓/過載保護等功能。國內(nèi)技術(shù)較領(lǐng)先的品牌有英威騰、匯川、三 晶、紫日電器科技公司、雷諾爾、歐瑞 (原煙臺惠豐)、藍海華騰。</p><p>　　2.1.2 變頻器的組成和分類</p><p>　　控制電路：控制電路完成對主電路的控制。它將信號傳給整流器、中間電路和逆變器，同時接受來自這些部分的信號。</p><p&

42、gt;　　整流器:整流器與單相或三相電源連接，產(chǎn)生脈動的直流電壓，將交流變換為直流。</p><p>　　中間電路：直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波。將整流電壓變換成直流電流；使脈動的直流電壓變得穩(wěn)定平滑，供逆變器使用。</p><p>　　逆變器：逆變器產(chǎn)生電動機電壓的頻率，逆變電路將直流電再逆變?yōu)榻涣麟姟?lt;/p><p>　　一般的三相變頻器[2]的整流

43、電路由三相橋式全控整流橋組成。它的主要作用是對工頻的外部電源進行整流，并給逆變電路和控制電路提供所需要的直流電源。整流電路的主要分類有：按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種；按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路；按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路。直流中間電路的作用是對整流電路的輸出進行平滑，以保證逆變電路和控制電路能夠得到質(zhì)量較高的直流電源。此外，由于電動機制動的需要，在直流中間電路中有時還包括制動電阻以及其他輔助電路。逆變電路是

44、變頻器主要的部分之一。它是利用六個半導體開關(guān)器件組成的三相橋式逆變電路，有規(guī)律的控制逆變器中的主開關(guān)元器件的通與斷，得到任意頻率的三相交流電輸出。由于逆變器的負載為異步電動機，屬于感性負載，無論電動機處于電動還是發(fā)電制動狀態(tài)，變頻器功率因素總不會為1。因此，在直流環(huán)節(jié)和電動機之間總會有無功功率的交換，這種無功能量就靠中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件來緩沖。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(zhuǎn)換為頻率和電壓都任意可調(diào)的交流電

45、源。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，它被用來實現(xiàn)對異步電動機的調(diào)速控制。</p><p><b>　　變頻器的分類</b></p><p>　　變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關(guān)方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制

46、變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。</p><p>　　2.1.3 變頻器工作原理</p><p>　　主電路是給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類:電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是

47、電感。 它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的整流器，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。</p><p>　　變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用把電壓、頻率固定不變的交流電變成電壓、頻率都可調(diào)的交流電源。現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交—直—交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可

48、控制的交流電源以供給電動機。</p><p>　　變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成的。</p><p>　　整流電路：VD1-VD6六個整流二極管組成不可控全波整流橋。對于380V額定電源，一般二極管反向耐壓值應選1200V，二極管正向電流為電機額定電流1.414-2倍。</p><p>　　

49、2.1.4 變頻器功能與控制方式 </p><p>　　自70年代初產(chǎn)生的變頻器調(diào)速技術(shù)，經(jīng)過30年的發(fā)展已經(jīng)進入了一個理論上成熟，技術(shù)上完善的電力拖動控制設備。但是，不論技術(shù)上如何變化，變頻器本質(zhì)上的功能不會變化，基本原理和基本功能不會變化。例如最初的變頻器電壓和頻率的控制規(guī)律簡稱V/F曲線是由設定的電壓/頻率曲線或圖形來表示和實現(xiàn)的。而現(xiàn)在的變頻器則大多以轉(zhuǎn)差補償、轉(zhuǎn)矩提升等形式給出，雖然沒有原來那樣直觀但是

50、卻增加了許多智能化的成分。例如，確定的V/F曲線，可以理解為就是一個變頻電源，至于實際的電機運行情況變頻器是不予理會的。而轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)差補償就不一樣了，他是一種實時計算過程，根據(jù)預先輸入的電機參數(shù)通過電機模型計算電機應有的電流和轉(zhuǎn)矩，再根據(jù)設定的轉(zhuǎn)矩控制輸出電壓和頻率。只要電機參數(shù)基本準確，這種補償比起V/F控制要先進多了，理論上說可以實現(xiàn)真正的轉(zhuǎn)矩補償。但是，這種功能對于使用者來說需要對變頻器原理和自動控制原理方面的知識進行學習。因為設定

51、和使用這些參數(shù)發(fā)揮最佳效果必須經(jīng)過試驗和反復調(diào)整，如果設定不好可能還不如簡單的V/F曲線好。變頻器的常見的幾種控制方式如下：</p><p>　　1)U/f=C的正弦脈寬調(diào)制（SPWM）控制方式 </p><p>　　U/f=C的正弦脈寬調(diào)制（SPWM）控制方式的特點是控制電路結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，機械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域得到廣泛應用。但是，這種

52、控制方式在低頻時，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。另外，其機械特性終究沒有直流電動機硬，動態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會隨負載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應慢、電機轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區(qū)效應的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。 </p><p>　　2)電壓空間矢量（SVPWM）控制方式 <

53、;/p><p>　　電壓空間矢量（SVPWM）控制方式是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目的，一次生成三相調(diào)制波形，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進行控制的。經(jīng)實踐使用后又有所改進，即引入頻率補償，能消除速度控制的誤差；通過反饋估算磁鏈幅值，消除低速時定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環(huán)，以提高動態(tài)的精度和穩(wěn)定度。但控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)性能沒有得到根本改善。

54、</p><p>　　3)矢量控制（VC）方式 </p><p>　　矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動機在三相坐標系下的定子電流Ia、Ib、Ic、通過三相－二相變換，等效成兩相靜止坐標系下的交流電流Ia1Ib1，再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的直流電流Im1、It1（Im1相當于直流電動機的勵磁電流；It1相當于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流），然后模仿直流電動機的控制方法

55、，求得直流電動機的控制量，經(jīng)過相應的坐標反變換，實現(xiàn)對異步電動機的控制。其實質(zhì)是將交流電動機等效為直流電動機，分別對速度，磁場兩個分量進行獨立控制。通過控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場兩個分量，經(jīng)坐標變換，實現(xiàn)正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義。然而在實際應用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準確觀測，系統(tǒng)特性受電動機參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動機控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復雜，使得實際的控制效果難以達到理想分析的

56、結(jié)果。</p><p>　　以上問題都有各自更深層次的理論和具體的技術(shù)問題，提出的目的在于提醒決策人員了解系統(tǒng)和變頻器二者之間的關(guān)系，清楚各種控制方式及相互的區(qū)別和含義，不要盲目追求變頻器的性能或?qū)δ承┎粶蚀_的產(chǎn)品宣傳，而輕視諸如電機和負載及給定反饋等因素，導致系統(tǒng)性能達不到應有的指標。或不根據(jù)負載和使用情況采用一些不適當?shù)呐渲茫顿Y增加卻沒有應有的效果。</p><p>　　2.2 AC

57、S550系列變頻器</p><p>　　2.2.1 ACS550變頻裝置的組成和功能</p><p>　　ACS550變頻器安裝于一個拼裝柜內(nèi)，門上裝有控制盤安裝組件及狀態(tài)指示燈，柜體內(nèi)配置了電源輸入熔斷隔離開關(guān)，含快速ACS550變頻器安裝于一個拼裝柜內(nèi)，門上裝有控制盤安裝組件及狀態(tài)指示燈，柜體內(nèi)配置了電源輸入熔斷隔離開關(guān)，含快速熔斷器，并配有操縱手柄，具有隔離和短路保護雙重功能；同時還

58、配置進線接觸器，控制邏輯回路等所需的設備，以利于系統(tǒng)更安全、可靠的運行柄，具有隔離和短路保護雙重功能；同時還配置進線接觸器控制邏輯回路等所需的設備，以利于系統(tǒng)更安全、可靠的運行。</p><p>　　2.2.2 ACS550的構(gòu)成及功能</p><p>　　ACS550是ABB公司標準型的無傳感器矢量控制全數(shù)字交流變頻器，它能夠沒有光碼盤或測速電機的反饋的條件下，精確控制任何標準鼠籠電機的

59、速度和轉(zhuǎn)矩。ACS550標準變頻器模塊從0.75KW至110KW所有功率范圍都是IGBT功率模塊，并且在變頻器內(nèi)部設置了直流擺式電抗器（0.75KW-37KW）或進線電抗器(45KW-110KW)，從而有效地抑制了高次諧波對電網(wǎng)的影響；ACS550緊湊型的設計已經(jīng)標配了適用于第一及第二環(huán)境的RFI濾波器，而無需任何額外的外部濾波器就可滿足EMC標準；ACS550還內(nèi)置了使用RS485協(xié)議的Modbus接口，可以很方便地與PLC或計算機通

60、訊。同時ACS550內(nèi)部還可以安裝三種類型的可選模塊：I/O擴展模塊、現(xiàn)場總線適配器、脈沖編碼器接口模塊等。在大多數(shù)應用中，ACS550所具有的磁通制動功能可以滿足系統(tǒng)快速停車的應用需要；如果系統(tǒng)需要頻繁起制動或長時間制動，ACS550也可內(nèi)置制動斬波器（可選）和制動電阻以實現(xiàn)有效的制動功率。ACS550變頻器滿足多種應用要求，從最簡單的到最復雜要求的應用。</p><p>　　2.2.3 ACS550的功能描述

61、</p><p>　　ACS550矢量控制的變頻器是全數(shù)字技術(shù)的有電壓中間回路的變頻器，它具有電機辨識運行功能，此功能在變頻器初次驅(qū)動電機時，控制電機的運行，創(chuàng)建電機模型，從而達到辨識電機特性，優(yōu)化控制的目的。因此ACS550適用于風機、水泵和恒轉(zhuǎn)矩等各種變速驅(qū)動應用合。ACS550還預置了八種應用宏，用戶可根據(jù)實際的應用需要選擇不同的應用宏，ACS550將自動管理輸入輸出和信號處理的配置，其靈活性提供了廣泛應用

62、的可能性。</p><p><b>　　1）助手型控制盤</b></p><p>　　ACS550助手型控制盤具有下列性能：</p><p><b>　　*啟動向?qū)?lt;/b></p><p>　　·啟動向?qū)龑в脩敉瓿伤械恼{(diào)試步驟</p><p><b>

63、;　　·語言的選擇</b></p><p><b>　　·電機參數(shù)的設置</b></p><p>　　·應用宏及I/O口的設置</p><p>　　·PID調(diào)節(jié)器自優(yōu)化</p><p>　　·相關(guān)參數(shù)的其他應用，如危險頻率段的設置或恒定速度的設置。</p

64、><p><b>　　*維護助手</b></p><p>　　根據(jù)所選擇的維護基準：千瓦時（Kwh）/運行時間/電機旋轉(zhuǎn)方向，設置預維護功能</p><p>　　·用戶可以建立相關(guān)的應用或機械報警</p><p>　　·報警可以通過控制盤顯示或繼電器輸出報警</p><p><

65、;b>　　*診斷助手</b></p><p>　　當故障發(fā)生時，通過help鍵顯示故障信息及維護建議 </p><p>　　*與變頻器的連接可隨時插拔</p><p>　　*拷貝功能可實現(xiàn)將參數(shù)復制到控制盤的存儲器中，可用于備份或拷貝參數(shù)到其他的ACS550上去</p><p><b>　　*時鐘功能</b&

66、gt;</p><p>　　·可以按照預先時間改變給定值</p><p>　　·顯示故障發(fā)生的時間</p><p>　　·備份電池可用10年</p><p><b>　　傳動優(yōu)化功能 </b></p><p>　　通過傳動優(yōu)化功能可以實現(xiàn)電機的高效、低噪、穩(wěn)

67、定控制 ? </p><p>　　·可改變恒壓頻比U/F ? </p><p>　　·改變IGBT的開關(guān)頻率 </p><p>　　·磁通優(yōu)化 – 依據(jù)實際負載的變化，改變磁通的幅值 </p><p><b>　　3）應用宏</

68、b></p><p>　　ACS550內(nèi)置了八種標準應用宏：</p><p>　　·ABB標準宏–通常方案 </p><p>　　·3–線型–用于瞬時型按鍵控制的場合</p><p>　　·交變型–提供了一種特別的I/O配置 </p><p>　　·電動電位器–提供了與PL

69、C相連接的經(jīng)濟型接口</p><p>　　·手動/自動–提供了典型的HVAC的I/O配置</p><p>　　·PID控制–用于多種閉環(huán)控制系統(tǒng)</p><p>　　·PFC宏–用于泵和風機控制的應用</p><p>　　·轉(zhuǎn)矩控制–用于要求對電機進行轉(zhuǎn)矩控制的場合</p><p&g

70、t;　　標準I/O板OMIO包括：</p><p>　　·2路電壓/電流模擬輸入，0…10V/0(4)…20mA/10bits </p><p>　　·2路電流模擬輸出，0(4)…20mA/10bits </p><p>　　·6路數(shù)字輸入，+ 24V </p><p>　　·3路繼電輸出，2A/250

71、VAC or 2A/30VDC </p><p>　　5）可編程的故障保護功能：</p><p>　　·外部故障功能-- 帶有外部故障功能，通過定義一個數(shù)字輸入口作為外部聯(lián)鎖信號輸入，可以監(jiān)視外部故障。</p><p>　　·電機過熱保護-- 可以激活電機過熱保護功能并選擇一種電機過熱保護模式</p><p>　　來保護電

72、機防止過熱。電機過熱保護模式一種是基于電機溫度熱模型，另一種是基于電機溫度傳感器元件過溫指示。</p><p>　　·堵轉(zhuǎn)功能-- 變頻器在電機發(fā)生堵轉(zhuǎn)時保護電機。可以調(diào)整監(jiān)視極限(頻率，時間)，選擇傳動如何動作(警告顯示/故障顯示和停止傳動/不反應)。</p><p>　　·通訊故障功能-- 通訊故障功能監(jiān)測逆變器與外部控制設備(如現(xiàn)場總線適配器模塊)之間的通訊。用戶

73、可以定義通訊丟失時傳動的動作，以及設定動作的延時。用戶還可以定義傳動單元中的I/O接口指示通訊連接的是否處于故障狀態(tài)。.</p><p>　　ACS550技術(shù)數(shù)據(jù)</p><p>　　進線電源：三相供電電壓：U3IN=380…480V±10% /-15 頻率：0-500Hz；功率因數(shù)：cosf1=0.98；效率：額定效率時：＞98%；可能的短路電流:如果主電源電纜使用合適的熔斷器

74、進行保護，進線側(cè)允許的最大可能的短路電流是65kA；電網(wǎng)頻率：48 至63 Hz，最大變化速率為17 %/s ；電網(wǎng)不平衡度：最大為電網(wǎng)線電壓的±3%；過載容量(最高環(huán)境溫度40o時)：正常使用1.1 x I2N，每10分鐘過載1分鐘重負荷使用1.5 x I2hd，每10分鐘過載1分鐘，保持1.8 x I2hd，每60秒過載2秒。</p><p><b>　　7)應用宏的選擇</b>

75、;</p><p>　　所謂應用宏就是根據(jù)變頻器在一些常用的場合中所需的一些功能在出廠時已經(jīng)經(jīng)過預編程的參數(shù)集。利用這些應用宏用戶可以快速完成對變頻器的直動。ABB600系列變頻器的應用宏有以下幾種：（1）Factory（工廠宏）(2)Hand/Auto ctrl(手動/自動宏)（3）PID control (PID控制宏)（4）sequential control（順序控制宏）(5) Torque contro

76、l（轉(zhuǎn)矩控制宏）。用戶以根據(jù)需要選擇應用宏。例如在利用變頻做壓力或流量控制系統(tǒng)中，就可以用PID控制宏實現(xiàn)閉環(huán)控制。</p><p>　　3 變頻調(diào)速和直接轉(zhuǎn)矩控制</p><p><b>　　3.1 變頻調(diào)速</b></p><p>　　3.1.1 變頻傳動系統(tǒng)的發(fā)展</p><p>　　紙機變頻傳動技術(shù)[4]水平是和

77、變頻器的技術(shù)發(fā)展水平緊密相關(guān)的，由80年代中期變頻調(diào)速技術(shù)進入實用化階段以來，變頻調(diào)速紙機系統(tǒng)也在不斷發(fā)展變化，在90年代初期，由于變頻器自身及應用水平的局限。大部分紙機傳動是以開環(huán)和單機運行的方式工作的。有一部分紙機雖然設計成了閉環(huán)系統(tǒng)，但是由于各種原因，最終大部分仍以開環(huán)運行。而組成DCS網(wǎng)絡形成的控制系統(tǒng)和PLC工控機等現(xiàn)代技術(shù)的引進則是90年代中期以后。</p><p>　　3.1.2 變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成

78、及原理</p><p>　　變頻器是變頻調(diào)速的核心，也是構(gòu)成大型復雜傳動系統(tǒng)的基本單元，變頻器實際上就是把固定電壓，固定頻率的交流變換成可調(diào)電壓和頻率的交流電的變換器。變換過程有中間直流環(huán)節(jié)的稱為交—直—交變頻，沒有直流環(huán)節(jié)的稱為交—交變頻。直流可以認為是頻率為零的交流，按傳統(tǒng)理解，交流變成直流叫整流（AC-DC變換），而直流變成交流叫逆變（DC-AC變換），所以變頻器就叫AC-AC或AC-DC-AC變換器。變頻

79、調(diào)速系統(tǒng)的組成和控制結(jié)構(gòu)依然可以仿照直流系統(tǒng)的形式分為電源，反饋和控制三大部分。只不過人們習慣上把交流到直流的變換稱為整流，把直流到交流的變換稱為逆變。因此，變頻調(diào)速系統(tǒng)就是由逆變單元或逆變器，反饋系統(tǒng)，調(diào)節(jié)控制單元組成的一個交流電機調(diào)速系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 變頻傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　變頻調(diào)速系統(tǒng)通過預先設定給定值控制控制器，控制器控制變

80、頻部分，即控制整流電路、逆變電路的可控硅的導通與關(guān)斷，從而使電動機的輸入電源頻率與電壓得到控制。</p><p>　　變頻調(diào)速的原理：當在一臺三相異步電動機的定子繞組上加上三相交流電壓時，該電壓將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，其速度由定子電壓的頻率所決定。當磁場旋轉(zhuǎn)時，位于該磁場中的轉(zhuǎn)子繞組將切割磁力線，并在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生相應的感應電動勢和感應電流，而此感應電流又將受到旋轉(zhuǎn)磁場的作用而產(chǎn)生電磁力，即轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子跟隨旋轉(zhuǎn)磁場旋

81、轉(zhuǎn)。當將三相異步電動機繞組的任意兩相進行交換時，所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的方向?qū)l(fā)生改變。因此，電動機的轉(zhuǎn)向也將發(fā)生改變。異步電動機定子磁場的轉(zhuǎn)速被稱為異步電動機的同步轉(zhuǎn)速，其同步轉(zhuǎn)速由電動機的磁極對數(shù)和電源頻率所決定：</p><p>　　n0 = 60f/p （3-1）</p><p>　　其中 n0——電機同步轉(zhuǎn)速；</p>

82、<p>　　f—供電電源頻率（Hz）；</p><p>　　p—電機定子磁極對數(shù)。</p><p>　　異步電動機的轉(zhuǎn)速總是小于其同步轉(zhuǎn)速，異步電動機的實際轉(zhuǎn)速可由下式給出：</p><p>　　n=n0(1-s)=60f(1-s)/p （3-2）</p><p>　　式中 n—電機實際速

83、度；</p><p>　　s—轉(zhuǎn)差率（同步電動機時，s=0）。</p><p>　　由式（3-2）可知，改變參數(shù)f和s中的任意一個就可以改變電動機的轉(zhuǎn)速，即對異步電動機進行調(diào)速控制。因此可以通過改變該電源的頻率來實現(xiàn)對異步電動機的調(diào)速。從某種意義上說，變頻器就是一個可以任意改變頻率的交流電源。在電動機調(diào)速時，一個重要的因素是希望保持每極磁通量Φm，為額定值不變。磁通太弱，沒有充分利用電機的

84、磁心，是一種浪費；若要增大磁通，又會使磁通飽和，從而導致過大的勵磁電流，嚴重時會因為繞組過熱而損壞電機。對于直流電機來說，勵磁系統(tǒng)是獨立的，所以只要對電樞反應的補償合理，保持Φm不變時很容易做到的。在交流異步電機中，磁通是定子和轉(zhuǎn)子合成產(chǎn)生的。</p><p>　　三相異步電機定子每相電動勢為</p><p><b>　　(3-3)</b></p>&l

85、t;p>　　式中 E1氣隙磁通在定子每相中感應電動勢有效值；</p><p><b>　　f——定子頻率；</b></p><p>　　w——定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；</p><p>　　fr1——基波繞組因數(shù)；</p><p>　　Φm——每相氣隙磁通量。</p><p>　　由公式可知。

86、只要控制好E和f便可以控制磁通Φm不變。需要考慮基頻（額定頻率）以下和基頻以上兩種情況：</p><p>　　a）基頻以下調(diào)速：即采用恒定的電動勢。由上式可知，要保持Φm不變，但頻率f從額定值fm向下調(diào)節(jié)時，必須同時降低E1。然而繞組中的感應電動勢是難以控制的，但電動勢較高時，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認為定子相電壓U=E，則得U/f=常值。低頻時，U和Eg都較小，定子阻抗壓降所占的份量都比較顯著，不能再

87、忽略。這時,可以人為的把電壓U抬高一些，以便近似的補償定子壓降。帶定子壓降補償?shù)暮銐侯l比控制特性為b線，無補償?shù)臑閍線。如圖3-2所示。</p><p><b>　　U 端子相電壓</b></p><p><b>　　Um</b></p><p><b>　　a</b></p>&l

88、t;p><b>　　b</b></p><p><b>　　O</b></p><p>　　fm f頻率</p><p>　　圖3-2 基頻以下調(diào)速恒壓頻比控制特性</p><p>　　b）基頻以上調(diào)速：在基頻以上調(diào)速時，頻率可以從fm往上增加，但電壓U與頻率成反比的降低，相當于

89、直流電機弱磁升速的情況。</p><p>　　把基頻以下和基頻以上兩種情況合起來，可得到異步電機的變頻調(diào)速特性，如圖3-3。如果電動機在不同的轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，則電動機都能在溫升容許的條件下長期運行，這時轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化。在基頻以下，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”，而在基頻以上，基本上屬于“恒功率調(diào)速”。</p><p><b>　　U/定子電壓 </b></p

90、><p>　　恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 恒功率調(diào)速</p><p><b>　　Um</b></p><p><b>　　U1</b></p><p><b>　　O</b></p><p>　　fm f頻率</p>&l

91、t;p>　　圖3-3 基頻以上調(diào)速異步電動機的變頻調(diào)速控制特性</p><p>　　3.1.3 變頻調(diào)速的優(yōu)點</p><p>　　變頻調(diào)速相對于直流調(diào)速來說，有其自己的特點和優(yōu)點。交流變頻傳動和直流傳動從本質(zhì)上說是輸出值即轉(zhuǎn)速和給定值之間的對應關(guān)系的區(qū)別。直流傳動由于電機是電壓控制裝置，所以不論產(chǎn)生電壓的控制信號是否為數(shù)字量，到電機端電壓上的只能是模擬量，這就導致輸出轉(zhuǎn)速受到電網(wǎng)電

92、壓或任何引起電壓波動的因素干擾。因此，在開環(huán)運行時，直流傳動很難滿足造紙的生產(chǎn)要求。</p><p>　　交流傳動的給定頻率是一個和電壓成比例的數(shù)字量，在電壓變化不大的范圍內(nèi)，可以認為速度和電壓無關(guān)，而僅取決于給定數(shù)字量的頻率值。因而交流傳動的開環(huán)精度和穩(wěn)定性明顯高于直流傳動。</p><p>　　對造紙機而言，在一定的工藝條件下，最主要的是保證速度的穩(wěn)定性。引起速度變化的外界因素來自兩方

93、面：紙機內(nèi)部條件的變化和外部電網(wǎng)的波動。一般來說外部電網(wǎng)的波動可以控制在國家標準范圍內(nèi)，對傳動系統(tǒng)干擾比較小。對傳動速度干擾主要來自紙機的內(nèi)部條件的變化，如真空度的波動，漿原料成分的波動以及壓榨輥壓力波動等。</p><p>　　直流傳動采用的是直流電動機，而直流電動機的主回路功率流入的是轉(zhuǎn)子，所以散熱比較困難，再加上直流電動機的換向器、減速箱等均為易損件，這就使直流電動機的故障大大高于交流電動機，從而使直流傳動

94、方式的維護工作大大增加，從而影響了紙機的長時間可靠運行。</p><p>　　造紙廠24小時連續(xù)生產(chǎn)，這樣一臺電機的故障就有可能導致整條生產(chǎn)線的停產(chǎn)，就有可能使?jié){料流失、產(chǎn)品報廢、連續(xù)生產(chǎn)過程被中斷。由于恢復正常生產(chǎn)秩序需要較長時間，因而每次故障停機都將使工廠蒙受較大經(jīng)濟損失。面對交流傳動系統(tǒng)的種種優(yōu)勢，交流傳動系統(tǒng)取代直流傳動系統(tǒng)，成為各類紙機首選的傳動系統(tǒng)，就不難理解了。</p><p&g

95、t;　　概括起來變頻調(diào)速的特點如下</p><p>　　a)調(diào)速時平滑性好，效率高；b)調(diào)速范圍較大，精度高；c)起動電流低，對系統(tǒng)及電網(wǎng)無沖擊，節(jié)電效果明顯；d)于實現(xiàn)過程自動化；e)變頻器體積小，便于安裝、調(diào)試、維修簡便；f)必須有專門的變頻電源，目前造價較高；g)在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時，低速段電動機的過載能力大為降低；h)內(nèi)設功能多，可滿足不同工藝要求。</p><p>　　隨著電力電子技術(shù)

96、的不斷發(fā)展，性能可靠、匹配完善、價格便宜的變頻器會不斷出現(xiàn)，交流變頻調(diào)速技術(shù)會得到更為廣泛、普遍的應用，這一方法將是異步電機最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。</p><p>　　3.1.4 變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能指標</p><p>　　對于任何一個調(diào)速系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的性能指標不外乎有以下幾個：a）穩(wěn)態(tài)特性，如靜差率、調(diào)速范圍、穩(wěn)定度、最大轉(zhuǎn)矩和堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩等；b）動態(tài)特性，如上升時間、超調(diào)量、動態(tài)速降、

97、恢復時間等。但是，這些指標必須是在確定的電機和負載及變頻器的情況下才存在的。有些宣傳變頻器的廣告把本應在系統(tǒng)中存在的指標也納入到變頻器的性能中去，這是不正確的。例如零速轉(zhuǎn)矩或堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩為某某值，最常見的提法就是以百分數(shù)形式給出，如150%，200%額定轉(zhuǎn)矩等。實際上決定轉(zhuǎn)矩的主要因素是電機，他的效率，設計結(jié)構(gòu)等。其次是變頻器，他可以輸出的最大電流及電流的波形等。而單獨對變頻器而言，僅存在電流的大小和波形的質(zhì)量問題，嚴格講和轉(zhuǎn)矩是無關(guān)的。所

98、以，零速轉(zhuǎn)矩的提法不確切不合理。實際上用戶只需要知道最低頻率下變頻器能夠輸出的電流是多少就可以了，頻率越低，輸出電流越大越好。再一個就是波形越接近正弦越好，高次諧波越少越好。還有調(diào)速范圍也不是變頻器自身所能決定的，很大程度上和電機及負載有關(guān)。變頻器只有輸出頻率的范圍而沒有調(diào)速范圍的概念。如果考慮加上反饋和電機及負載的特性在內(nèi)，調(diào)速范圍的概念也還要和系統(tǒng)所要求的穩(wěn)速指標相聯(lián)系。一般來說穩(wěn)速精度</p><p>　　

99、3.2 直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器原理</p><p>　　3.2.1 直接轉(zhuǎn)矩控制的主要特點</p><p>　　直接轉(zhuǎn)矩控制[3]變頻調(diào)速技術(shù)，是繼矢量控制方法提出后于80年代由德國Depenbrock教授等人提出的一種新的變頻調(diào)速控制技術(shù)。直接轉(zhuǎn)矩控制理論從控制思想上放棄了矢量控制理論中模仿直流電機控制，而采用的是解耦和雙閉環(huán)控制概念。而是從轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生到控制的角度，通過對電壓矢量的實時控制而

100、實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩的直接控制。因此這種方法和矢量控制相比又簡潔明了得多，而且控制性能甚至超過矢量控制。</p><p><b>　　其主要特點為</b></p><p>　　a) 直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標系下分析交流電動機的數(shù)學模型、控制電動機與直流電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動機與直流電動機做比較、等效、轉(zhuǎn)化；既不需要模仿直流電動機的控制，也不需要為解耦而簡化交流

101、電動機的數(shù)學模型。它省掉了矢量旋轉(zhuǎn)交換等復雜的變換與計算。因此，它所需要的信號處理工作特別簡單，所用的控制信號使觀察者對于交流電動機的物理過程能夠做出直接和明確的判斷。</p><p>　　b) 直接轉(zhuǎn)矩控制磁場定向所用的定子磁鏈，只要知道定子電阻就可以把它觀測出來。而矢量控制磁場定向所用的是轉(zhuǎn)子磁鏈，觀測轉(zhuǎn)子需要知道電動機轉(zhuǎn)子電阻和電感。因此直接轉(zhuǎn)矩控制大大減少了矢量控制性能能易受參數(shù)變化影響的問題。</

102、p><p>　　c) 直接轉(zhuǎn)矩控制采用空間矢量的概念來分析三相交流電動機的數(shù)學模型和控制其各物理量，使問題變得特別簡單。</p><p>　　d) 直接轉(zhuǎn)矩控制強調(diào)得是轉(zhuǎn)矩的直接控制與效果，它包括兩層意思，即直接控制轉(zhuǎn)矩和對轉(zhuǎn)矩的控制效果。</p><p>　　3.2.2 直接轉(zhuǎn)矩控制工作原理</p><p>　　直接轉(zhuǎn)矩控制與著名的矢量控制方法

103、不同，它不是通過控制電流、磁鏈等量來間接控制轉(zhuǎn)矩，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控量，直接控制轉(zhuǎn)矩。因此它非極力獲得理想的正弦波波形，也不是專門強調(diào)磁鏈的原型軌跡，相反，從控制轉(zhuǎn)矩的角度出發(fā)，它強調(diào)的是轉(zhuǎn)矩的直接控制效果，因而它采用離散的電壓狀態(tài)和六邊形磁鏈軌跡或近似圓形磁鏈軌跡的概念。</p><p>　　對轉(zhuǎn)矩的控制效果，其控制方式是通過轉(zhuǎn)矩兩點式調(diào)節(jié)器把轉(zhuǎn)矩檢測值與轉(zhuǎn)矩給定值作滯環(huán)的比較，把轉(zhuǎn)矩波動限制在一定的容差范

104、圍內(nèi)，容差的大小，由頻率調(diào)節(jié)器來控制。因此它的控制效果不僅取決于電動機的數(shù)學模型是否能夠簡化，而是取決于轉(zhuǎn)矩的實際狀況。它的控制既直接又簡化。</p><p>　　對轉(zhuǎn)矩的這種直接控制方式也稱為直接控制，其基本的原理是在維持定子磁鏈恒定的條件下控制定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度，從而控制異步電動機的轉(zhuǎn)矩。而轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈的乘積及夾角有關(guān)，而轉(zhuǎn)矩控制又是如何避開轉(zhuǎn)子磁鏈而實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩的直接控制,這就需要從電動機的基本方

105、程來推導出轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈及轉(zhuǎn)子磁鏈之間的關(guān)系來說明，下面我們從異步電動機動態(tài)等值電路推導保持定子磁鏈不變或定子磁場定向時，轉(zhuǎn)矩和角速度的關(guān)系，推導過程及結(jié)論簡述如下：</p><p><b>　　T-I型等值電路</b></p><p>　　圖3-4 異步電機動態(tài)等值電路</p><p>　　將三相異步電機經(jīng)3/2變換為α、β軸上的兩相電機，再

106、將α、β軸坐標用極坐標表示，則三相電機的方程就變成了由定子電壓方程和轉(zhuǎn)子電壓方程組成的等效電路方程，圖3-4是對應的等效電路圖。和電機學中等效電路不同的是該電路代表的是空間電壓綜合矢量方程，而不是一相電壓的電路方程。其中ωr是某一工作點時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，e為相應的感應電動勢。</p><p>　　3.2.3 直接轉(zhuǎn)矩控制的實現(xiàn)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　直接轉(zhuǎn)矩控制實際上控制的是定子磁鏈的

107、幅值和瞬時速度，而電壓矢量控制方式的結(jié)果也是控制定子磁鏈。因此，直接轉(zhuǎn)矩控制其實上就是電壓矢量控制再加上轉(zhuǎn)矩反饋或者說定子磁鏈反饋而組成的一種閉環(huán)電壓矢量控制。</p><p>　　根據(jù)前面講的電壓矢量控制方法，控制定子矢量磁鏈軌跡實際上就是控制主回路開關(guān)的6個非零電壓矢量狀態(tài)和2個零矢量狀態(tài)的作用時間長短和作用時刻。因此，轉(zhuǎn)矩直接控制和電壓矢量控制的控制過程和思路完全一樣，只不過在電壓矢量控制的系統(tǒng)中加入了轉(zhuǎn)矩

108、反饋和速度調(diào)節(jié)的控制。</p><p>　　ROM就可以根據(jù)作為地址碼的6位輸入信號，輸出事先存儲在其中的表格數(shù)據(jù)—定子電壓矢量的數(shù)據(jù)Sa、Sb、Sc。用它去控制逆變器的開關(guān)，使所需要的電壓矢量加到異步電動機的端子的直接控制。 </p><p>　　圖3-5 異步電動機直接轉(zhuǎn)矩的系統(tǒng)框圖</p><p>　　3.3 脈寬調(diào)試變頻器工作原理</p>&l

109、t;p>　　在變頻調(diào)速時，由于頻率和電壓同時對電機產(chǎn)生作用。所以在變頻的同時必須變壓才能保證電機的正常運行。</p><p>　　在采樣控制理論中有一個重要結(jié)論，即沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上，其效果基本相同。沖量即指脈沖的面積，這里所說的效果基本相同是指該環(huán)節(jié)的輸出相應波形相同。脈沖越窄，輸出的差異越小。本著這一理論可以解決變頻調(diào)速中的調(diào)壓問題。</p><p>

110、　　實現(xiàn)調(diào)壓的方法有很多，主要分直流幅值可變和不可變兩種。在前述可控硅方波輸出的變頻器中只能采用直流電壓調(diào)整的方法。而脈寬調(diào)制型變頻器則可以采用直流電壓可變控制也可以采用直流電壓不變控制。</p><p>　　PWM控制利用了采樣控制理論中的結(jié)論，可以用一系列等幅而不等寬的脈沖來近似正弦波，且脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化，這種方法稱為SPWM(Sinusoidal PWM)。</p><p>

111、　　SPWM各脈沖的寬度和間隔可以準確計算出來，按照計算結(jié)果控制電路中各開關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的SPWM波形。但這種計算很繁瑣。較為常用的方法是采用調(diào)制的方法，即把正弦波作為調(diào)制信號，把接收調(diào)制的信號作為載波，通過對載波的調(diào)制即可得到SPWM波形。通常采用等腰三角波作為載波，因為等腰三角波上下寬度與高度線性關(guān)系，且左右對稱，當它與正弦波調(diào)制信號相交時，如在交點時刻控制電路中開關(guān)器件的通斷，就可以得到寬度正比于正弦波幅值的脈沖，