1、電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程名稱： 電氣控制與PLC 基層教學(xué)單位： 儀器科學(xué)與工程系 指導(dǎo)教師：張立國(guó)學(xué)號(hào)學(xué)生姓名賈日波（專業(yè)）班級(jí)檢測(cè)一班設(shè)計(jì)題目載貨電梯的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)1. 設(shè)計(jì)內(nèi)容見附頁（7）2. 使用組態(tài)王實(shí)現(xiàn)上位控制3. 公共實(shí)踐（四層電梯）4. 公共實(shí)踐（郵件分揀）（選作）5. 查閱資料（變頻器）設(shè)計(jì)要求采用PLC進(jìn)行設(shè)計(jì)。畫出系統(tǒng)圖，采用梯形圖編程，并給出相應(yīng)的組態(tài)控制工程（附主畫面）。結(jié)合公共實(shí)踐部分，完成設(shè)計(jì)說明書。參考資料“電氣控制”類圖書及論文資料“可編程控制器”類圖書及論文資料周次20周應(yīng)完成內(nèi)容分析設(shè)計(jì)要求、查資料、確定方案，設(shè)計(jì)梯形圖、設(shè)計(jì)上位

2、組態(tài)撰寫課程設(shè)計(jì)說明書，答辯指導(dǎo)教師簽字張立國(guó)基層教學(xué)單位主任簽字說明：1、此表一式三份，系、學(xué)生各一份，報(bào)送院教務(wù)科一份。 2、學(xué)生那份任務(wù)書要求裝訂到課程設(shè)計(jì)報(bào)告前面。電氣工程學(xué)院 教務(wù)科 目錄第1章 前言.3第2章 公共實(shí)踐部分（四層電梯控制）.32.1控制要求.32.2PLC控制流程圖.42.3 PLC輸入輸出分配表.52.4 PLC控制梯形圖.6第3章 載貨電梯的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).7 3.1控制要求.7 3.2 PLC輸入輸出分配表.83.3 PLC控制梯形圖.93.4組態(tài)王實(shí)現(xiàn)上位控制.103.4.1組態(tài)王相關(guān)知識(shí).103.4.2組態(tài)王設(shè)計(jì)仿真畫面.11第4章 變頻器相關(guān)知識(shí).

3、14 4.1變頻器概述.14 4.2 工作原理.144.3主要功能.154.4控制方式.16第5章 心得體會(huì).18第6章 參考文獻(xiàn).19 第一章 前言本次課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是使用PLC設(shè)計(jì)一個(gè)三層電梯控制系統(tǒng)并使用組態(tài)王設(shè)計(jì)其監(jiān)控系統(tǒng)。PLC（Programmable Logic Controller）是工業(yè)專用計(jì)算機(jī) ，這種計(jì)算機(jī)采用面向用戶的指令，因而編程方便。它能完成邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)操作，還具有數(shù)字量,模擬量輸入/輸出控制的能力，并且容易與工業(yè)控制系統(tǒng)連為一體，易于擴(kuò)充。當(dāng)今電梯已經(jīng)成為高層建筑不可缺少的運(yùn)輸工具，用于垂直運(yùn)送乘客和貨物，傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)主要采用繼電

4、器-接觸器進(jìn)行控制，其缺點(diǎn)是觸點(diǎn)多，故障率高、可靠性差、維修工作量大等，而采用 PLC組成的控制系統(tǒng)可以很好地解決上述問題，而且它的抗干擾能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于傳統(tǒng)電梯，使電梯運(yùn)行更加安全、方便、舒適。本設(shè)計(jì)中給出了梯形圖及組態(tài)王模擬三層電梯畫面，基本實(shí)現(xiàn)了任務(wù)要求。 第2章 公共實(shí)踐部分（四層電梯控制）2.1控制要求 如電梯模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)所示，其動(dòng)作要求如下：1電梯上行： 當(dāng)電梯停于1樓(1F)或2F、3F時(shí)，4樓呼叫則上行到4樓碰行程開關(guān)后停止。 電梯停于1F或2F，3F呼叫、則上行，到3F行程開關(guān)控制停止。 電梯停于1F，2F呼叫，則上行，到2F行程開關(guān)控制停止。 電梯停于lF，2F、3F同時(shí)呼叫

5、，則電梯上行到2F后，停5秒種，繼續(xù)上行到3F停止。 電梯停于1F，3F、4F同時(shí)呼叫，電梯上行到3F，停5秒，繼續(xù)上行到4F停止。 電梯停于1F，2F、4P同時(shí)呼叫，電梯上行到2F，停5秒，繼續(xù)上行到4F停止 電梯停于1F，2F、3F、4F同時(shí)呼叫，電梯上行到2F，停5秒，繼續(xù)上行到3F，停5秒，繼續(xù)上行到4F停止。 電梯停于2F、3F，4F同時(shí)呼叫，電梯上行到3F停5秒，繼續(xù)上行到4F停止。2電梯下行： 電梯停于4F或3F或2F，1F呼叫，電梯下行到1F停止。 電梯停于4F或3F，2F呼叫，電梯下行到2F停止。 電梯停于4F，3F呼叫，電梯下行到3F停止。 電梯停于4F，3F、2F同時(shí)呼叫

6、，電梯下行到3F，停5秒，繼續(xù)下行到2F停止 電銻停于4F，3F、1F同時(shí)呼叫，電梯下行到3F，停5秒，繼續(xù)下行到1F停止 電梯停于4F，2F、1F同時(shí)呼叫，電梯下行到2F，停5秒，繼續(xù)下行到1F停止。 電梯停于4F，3F、2F、1F同時(shí)呼叫，電梯下行到3F，停5秒，繼續(xù)下行到2F停5秒，繼續(xù)下行到lF停止。3各樓層運(yùn)行時(shí)間應(yīng)在15秒以內(nèi)，否則認(rèn)為有故障。4電梯停于某一層，數(shù)碼管應(yīng)顯示該層的樓層數(shù)。5設(shè)計(jì)電梯停于2F,3F時(shí)，電梯運(yùn)行狀態(tài)。（上下同時(shí)呼叫時(shí)，采取先上后下的原則）2.2 PLC控制流程圖上電N是否在某一層Y進(jìn)入該層等待子程序顯示相應(yīng)樓層號(hào)N是否有樓層呼叫YNY是否高樓層呼叫電梯上

7、行電梯下行N判斷是否是呼叫樓層Y停止，顯示樓層號(hào)進(jìn)入該層等待程序圖1 PLC控制流程圖2.3 PLC輸入輸出分配表表一 輸入輸出分配表輸入輸出主機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)K注釋主機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)K注釋X1LAY1一樓行程開關(guān)Y0DJB電機(jī)下行X2LAY2二樓行程開關(guān)Y1DJA電機(jī)上行X3LAY3三樓行程開關(guān)COM124VX4LAY4四樓行程開關(guān)COM024VX122DN二層下呼Y6A數(shù)碼管段碼X133DN三層下呼Y7BX144DN四層下呼Y10CX111UP一層上呼Y11DX122UP二層上呼Y12EX133UP三層上呼Y13FY14GX0RST復(fù)位LED COMGNDCOM224VX5IN1一層內(nèi)選按鈕X6IN2二層

8、內(nèi)選按鈕24V24VX7IN3三層內(nèi)選按鈕GNDGNDX10IN4四層內(nèi)選按鈕COMCOMGND2.4 PLC控制梯形圖 第3章 載貨電梯的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1控制要求某三層大樓安裝載貨電梯一部，樓層的每一層安裝呼叫按扭一個(gè)，呼叫燈一個(gè)。電梯的升降有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，電機(jī)正轉(zhuǎn)電梯上升，反之，電梯下降；每層設(shè)置有行程開關(guān)，當(dāng)電梯到達(dá)時(shí)，行程開關(guān)觸點(diǎn)接通。電梯的動(dòng)作如下。（1）電梯在一層或二層時(shí)，三層呼叫，電梯上升到三層。（2）電梯在二層或三層時(shí)，一層呼叫，電梯下降到一層（3）電梯在一層時(shí)，二層呼叫，電梯上升到二層（4）電梯在三層時(shí)，二層呼叫，電梯下降到二層（5）電梯在一層時(shí)，二層呼叫后，三層

9、又呼叫，電梯上升到二層，停2s后，繼續(xù)上升到三層（6）電梯在三層時(shí)，二層呼叫后，一層又呼叫，電梯下降到二層，停2s后，繼續(xù)下降到一層（7）電梯在一層時(shí)，三層呼叫后，電梯到達(dá)二層前，二層呼叫，電梯在二層停2s后，繼續(xù)上升到三層。若是到達(dá)二層以后，則不理會(huì)二層呼叫。（8）電梯在三層時(shí)，一層呼叫后，電梯到達(dá)二層前，二層呼叫，電梯在二層停2s后，繼續(xù)下降到三層。若是到達(dá)二層以后，則不理會(huì)二層呼叫。（9）電梯在二層時(shí)，一層呼叫后，三層也呼叫，則電梯下降到一層，在一層停2s后，再上升到三層。（10）電梯在二層時(shí)，三層呼叫后，一層也呼叫，則電梯上升到三層，在三層停2s后，再下降到一層。電梯在上升或下降途中，

10、任何反方向的呼叫無效。3.2 PLC輸入輸出分配表輸入輸出主機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)K注釋主機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)K注釋X1LAY1一樓行程開關(guān)Y0DJB電機(jī)下行X2LAY2二樓行程開關(guān)Y1DJA電機(jī)上行X3LAY3三樓行程開關(guān)COM124V24VX122DN二層呼叫COM024V24VX133DN三層呼叫Y2L1一層呼叫燈X111UP一層呼叫Y3L2二層呼叫燈X0RST復(fù)位Y4L3三層呼叫燈COMCOMGNDCOM224V24V3.3 PLC控制梯形圖 3.4組態(tài)王實(shí)現(xiàn)上位控制3.4.1 組態(tài)王相關(guān)知識(shí)組態(tài)王（Kingview）開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件是一種新型的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)及以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟件、硬件平臺(tái)構(gòu)成的集成系統(tǒng)取

11、代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開發(fā)性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通常可以把這樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對(duì)下連接控制層，對(duì)上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開發(fā)的重要作用。組態(tài)軟件也為實(shí)驗(yàn)者提供來可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗(yàn)者實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖像編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動(dòng)畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線、歷史趨勢(shì)曲線等，可以便利的生成各種報(bào)表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)連接功能。組態(tài)王具有一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境“組態(tài)王工程瀏

12、覽器”，在工程瀏覽器中您可以查看工程的各個(gè)組成部分，也可以完成構(gòu)造數(shù)據(jù)庫、定義外部設(shè)備等工作。畫面的開發(fā)和運(yùn)行由工程瀏覽器調(diào)用畫面制作系統(tǒng) TOUCHMAK 和畫面運(yùn)行系統(tǒng) TOUCHVEW 來完成的。TOUCHMAK 是應(yīng)用程序的開發(fā)環(huán)境。在這個(gè)環(huán)境是用來完成設(shè)計(jì)畫面、動(dòng)畫連接等工作。TOUCHMAK具有先進(jìn)完善的圖形生成功能；數(shù)據(jù)庫中有多種數(shù)據(jù)類型，能合理地抽象控制對(duì)象的特性；對(duì)變量報(bào)警、趨勢(shì)曲線、過程記錄、安全防范等重要功能都有簡(jiǎn)單的操作辦法。TOUCHVEW 是“組態(tài)王”軟件的實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境，在 TOUCHMAK 中建立的圖形畫面只有在 TOUCHVEW 中才能運(yùn)行。TOUCHVEW 從

13、工業(yè)控制對(duì)象中采集數(shù)據(jù)，并記錄在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中。它還負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)的變化用動(dòng)畫的方式形象地表示出來，同時(shí)完成變量報(bào)警、操作記錄、趨勢(shì)曲線等監(jiān)視功能，并生成歷史數(shù)據(jù)文件。 組態(tài)王設(shè)計(jì)仿真畫面“組態(tài)王”把第一臺(tái)下位機(jī)都看作是外部設(shè)備，在開發(fā)過程中可以根據(jù)“設(shè)備配置向?qū)А钡奶崾疽徊讲酵瓿蛇B接過程。建立仿真畫面大致可分為以下四個(gè)步驟：（1）設(shè)計(jì)圖形界面（2）構(gòu)造數(shù)據(jù)庫（3）建立動(dòng)畫連接 （4）運(yùn)行和調(diào)試這四個(gè)步驟并不是各自獨(dú)立的，而常常是交錯(cuò)進(jìn)行的。在使用組態(tài)王開始一個(gè)新項(xiàng)目時(shí)，在“組態(tài)王”中，開發(fā)的每一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)稱為一個(gè)項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目必須在一個(gè)獨(dú)立的目錄中，不同的項(xiàng)目不能共用一個(gè)目錄。項(xiàng)目目錄也稱為工程路

14、徑。在每個(gè)工程路徑下，組態(tài)王為此項(xiàng)目生成了一些重要的數(shù)據(jù)文件，這些數(shù)據(jù)文件一般是不允許修改的。在工程瀏覽器中左側(cè)的樹形視圖中選擇選擇“畫面”，在右側(cè)視圖中雙擊“新建”。在“新畫面”對(duì)話框設(shè)置中可以自己隨意指定大小所示，之后單擊“確定”。建立了新的畫面之后，就需要繪制電梯監(jiān)控系統(tǒng)的基本畫面了，其中包括三層電梯樓層的主體圖素、樓層指示燈、樓層行程開關(guān)、各層呼叫按鈕以及復(fù)位按鈕等圖素。繪制過程中，工具欄里有很多常用的，例如工具箱、調(diào)色板，還有圖庫里面很多樣板圖素可以使用。繪制過程不再贅述，最終繪制畫面如圖所示：變量組：命令語言：if(JX1=0)K1=1;L1=1;elseK1=0;L1=0;if(

15、JX1=150)K2=1;L2=1;elseK2=0;L2=0;if(JX1=300)K3=1;L3=1;elseK3=0;L3=0; if(本站點(diǎn)HJ2=1)&&(JX1<=150)&&(HJ3=1)&&(HJ1=0) HJ1=0; if(JX1<150)JX1=JX1+10; if(JX1=150)T=T+1;HJ2=1; if(T>=8)&&(JX1=150)HJ2=0;HJ3=1;if(本站點(diǎn)HJ3=1)&&(JX1<300)&&(JX1>=150) &

16、&(HJ1=0)&&(HJ2=0)&&(T>=8) JX1=JX1+10;HJ1=0;HJ2=0; if(JX1=300) K3=1;L3=0;HJ3=0;T=0;if(本站點(diǎn)HJ2=1)&&(JX1>=150)&&(HJ1=1)&&(HJ3=0) HJ3=0; if(JX1>150) JX1=JX1-10; if(JX1=150)T=T+1;HJ2=1; if(T>=8)&&(JX1=150)HJ2=0;HJ1=1;if(本站點(diǎn)HJ1=1)&&(JX

17、1>0)&&(T>=8)&&(JX1<=150)&&(HJ3=0)&&(HJ2=0) JX1=JX1-10;HJ2=0;HJ3=0; if(JX1=0)K1=1;HJ1=0;T=0;if(本站點(diǎn)HJ1=1)&&(JX1>=150)&&(JX1>0)&&(HJ3=1)&&(HJ2=0) HJ2=0; if(JX1<300)JX1=JX1+10; if(JX1=300)T=T+1;HJ3=1; if(T>=8)&&

18、(JX1=300)HJ3=0;HJ1=1;if(本站點(diǎn)HJ1=1)&&(JX1>0)&&(HJ2=0)&&(HJ3=0)&&(T>=8) JX1=JX1-10;HJ3=0;HJ2=0; if(JX1=0)K1=1;HJ1=0;T=0;if(本站點(diǎn)HJ1=1)&&(JX1<150)&&(JX1>=0)&&(HJ3=1)&&(HJ2=0) HJ2=0; if(JX1>0)JX1=JX1-10; if(JX1=0)T=T+1;HJ3=1; if

19、(T>=8)&&(JX1=0)HJ3=1;HJ1=0;if(本站點(diǎn)HJ3=1)&&(JX1>=0)&&(HJ2=0)&&(HJ1=0)&&(T>=8) JX1=JX1+10;HJ1=0;HJ2=0; if(JX1=300)K3=1;HJ3=0;T=0;if(本站點(diǎn)HJ2=1)&&(HJ1=0)&&(HJ3=0)&&(T<5)&&(JX1<150)JX1=JX1+10;HJ1=0; if(JX1=150)K2=1;HJ2=0

20、;T=0;if(本站點(diǎn)HJ3=1) &&(HJ1=0)&&(HJ2=0)&&(JX1<150)&&(T<5)JX1=JX1+10;HJ1=0; if(JX1=300)K3=1;HJ3=0;T=0;if(本站點(diǎn)HJ3=1)&&(JX1<300)&&(JX1>=150) &&(HJ1=0)&&(HJ2=0)&&(T<5)JX1=JX1+10;HJ2=0; if(JX1=300) K3=1;L3=0;HJ3=0;T=0;if(本

21、站點(diǎn)HJ1=1)&&(JX1>0)&&(T<5)&&(JX1<=150)&&(HJ3=0)&&(HJ2=0) JX1=JX1-10;HJ2=0;HJ3=0; if(JX1=0) K1=1;HJ1=0;T=0;if(本站點(diǎn)HJ2=1)&&(JX1>150)&&(HJ1=0)&&(HJ3=0)&&(T<5) JX1=JX1-10;HJ3=0; if(JX1=150)K2=1;HJ2=0;T=0;if(本站點(diǎn)HJ1=1)&

22、;&(JX1>0)&&(HJ2=0)&&(HJ3=0)&&(T<5) JX1=JX1-10;HJ3=0; if(JX1=0)K1=1;HJ1=0;T=0;if(R=1)HJ1=0;HJ2=0;HJ3=0;T=0;if(JX1>0)JX1=JX1-10;R=1;T=0;if(JX1=0)R=0;T=0;第4章 變頻器相關(guān)知識(shí)4.1變頻器概述變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流（交流變直流）、

23、濾波、逆變（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成。變頻器靠?jī)?nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過流、過壓、過載保護(hù)等等。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。變頻器通常分為4部分：整流單元、高容量電容、逆變器和控制器。整流單元：將工作頻率固定的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。高容量電容：存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換后的電能。逆變器：由大功率開關(guān)晶體管陣列組成電子開關(guān)，將直流電轉(zhuǎn)化成不同頻率、寬度、幅度的方波。控制器：按設(shè)定的程序工作，控制輸出方波的幅度與脈寬，使疊加為近

24、似正弦波的交流電，驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)。4.2 工作原理主電路是給異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。整流器大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)。平波回路在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率

25、的脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓（電流）。裝置容量小時(shí)，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡(jiǎn)單的平波回路。逆變器同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時(shí)間使6個(gè)開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到3相交流輸出。以電壓型pwm逆變器為例示出開關(guān)時(shí)間和電壓波形。控制電路是給異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號(hào)的回路，它有頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓、電流檢測(cè)電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測(cè)電路”，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的“驅(qū)動(dòng)電路”，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路”組

26、成。（1）運(yùn)算電路：將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。（2）電壓、電流檢測(cè)電路：與主回路電位隔離檢測(cè)電壓、電流等。（3）驅(qū)動(dòng)電路：驅(qū)動(dòng)主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。（4）速度檢測(cè)電路:以裝在異步電動(dòng)機(jī)軸機(jī)上的速度檢測(cè)器(tg、plg等)的信號(hào)為速度信號(hào)，送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。（5）保護(hù)電路：檢測(cè)主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時(shí)，為了防止逆變器和異步電動(dòng)機(jī)損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。4.3主要功能變頻節(jié)能變頻器節(jié)能主要表現(xiàn)在風(fēng)機(jī)、水泵的應(yīng)用上。為了保

27、證生產(chǎn)的可靠性，各種生產(chǎn)機(jī)械在設(shè)計(jì)配用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)時(shí)，都留有一定的富余量。當(dāng)電機(jī)不能在滿負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，除達(dá)到動(dòng)力驅(qū)動(dòng)要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費(fèi)。風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是通過調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調(diào)節(jié)給風(fēng)量和給水量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。當(dāng)使用變頻調(diào)速時(shí)，如果流量要求減小，通過降低泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速即可滿足要求。電動(dòng)機(jī)使用變頻器的作用就是為了調(diào)速，并降低啟動(dòng)電流。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把電源的交流電變換為直流電（DC），這個(gè)過程叫整流。把直流電（DC）變換為交流電（AC）的裝置，其科學(xué)術(shù)語為“inverter

28、”(逆變器)。一般逆變器是把直流電源逆變?yōu)橐欢ǖ墓潭l率和一定電壓的逆變電源。對(duì)于逆變?yōu)轭l率可調(diào)、電壓可調(diào)的逆變器我們稱為變頻器。變頻器輸出的波形是模擬正弦波，主要是用在三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速用，又叫變頻調(diào)速器。對(duì)于主要用在儀器儀表的檢測(cè)設(shè)備中的波形要求較高的可變頻率逆變器，要對(duì)波形進(jìn)行整理，可以輸出標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，叫變頻電源。一般變頻電源是變頻器價(jià)格的1520倍。由于變頻器設(shè)備中產(chǎn)生變化的電壓或頻率的主要裝置叫“inverter”，故該產(chǎn)品本身就被命名為“inverter”，即：變頻器。變頻不是到處可以省電，有不少場(chǎng)合用變頻并不一定能省電。 作為電子電路，變頻器本身也要耗電（約額定功率的3-5%）

29、。一臺(tái)1.5匹的空調(diào)自身耗電算下來也有20-30W,相當(dāng)于一盞長(zhǎng)明燈. 變頻器在工頻下運(yùn)行，具有節(jié)電功能，是事實(shí)。但是他的前提條件是：第一、大功率并且為風(fēng)機(jī)/泵類負(fù)載；第二、裝置本身具有節(jié)電功能（軟件支持）；第三、長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。這是體現(xiàn)節(jié)電效果的三個(gè)條件。除此之外，無所謂節(jié)不節(jié)電，沒有什么意義。如果不加前提條件的說變頻器工頻運(yùn)行節(jié)能，就是夸大或是商業(yè)炒作。知道了原委，你會(huì)巧妙的利用他為你服務(wù)。一定要注意使用場(chǎng)合和使用條件才好正確應(yīng)用，否則就是盲從、輕信而“受騙上當(dāng)”。功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能無功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低，大量的無功電能消耗在線路當(dāng)中，

30、設(shè)備使用效率低下，浪費(fèi)嚴(yán)重，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，從而減少了無功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。軟啟動(dòng)節(jié)能電機(jī)硬啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會(huì)對(duì)電網(wǎng)容量要求過高，啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流和震動(dòng)時(shí)對(duì)擋板和閥門的損害極大，對(duì)設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動(dòng)功能將使啟動(dòng)電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量的要求，延長(zhǎng)了設(shè)備和閥門的使用壽命。節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。從理論上講，變頻器可以用在所有帶有電動(dòng)機(jī)的機(jī)械設(shè)備中，電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，電流會(huì)比額定高5-6倍的，不但會(huì)影響電機(jī)的使用壽命而且消耗較多的電量.系統(tǒng)在設(shè)計(jì)

31、時(shí)在電機(jī)選型上會(huì)留有一定的余量，電機(jī)的速度是固定不變，但在實(shí)際使用過程中，有時(shí)要以較低或者較高的速度運(yùn)行，因此進(jìn)行變頻改造是非常有必要的。變頻器可實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)、補(bǔ)償功率因素、通過改變?cè)O(shè)備輸入電壓頻率達(dá)到節(jié)能調(diào)速的目的，而且能給設(shè)備提供過流、過壓、過載等保護(hù)功能。4.4控制方式低壓通用變頻輸出電壓為380650V，輸出功率為0.75400kW，工作頻率為0400Hz，它的主電路都采用交直交電路。其控制方式經(jīng)歷了以下四代。1U/f=C的正弦脈寬調(diào)制(SPWM)控制方式：其特點(diǎn)是控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，這

32、種控制方式在低頻時(shí)，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(jī)械特性終究沒有直流電動(dòng)機(jī)硬，動(dòng)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(huì)隨負(fù)載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢、電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時(shí)因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)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。電壓空間矢量(SVPWM)控制方式：它是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(jìn)行控制的。經(jīng)實(shí)踐使用后又有所改進(jìn)，即引入頻率補(bǔ)償，能消除速度控制的誤差；通過反饋估算磁鏈幅

33、值，消除低速時(shí)定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環(huán)，以提高動(dòng)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。矢量控制(VC)方式：矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)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(biāo)系下的交流電流Ia1Ib1，再通過按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1、It1(Im1相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流；It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流)，然后模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制。其實(shí)質(zhì)是將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)

34、，分別對(duì)速度，磁場(chǎng)兩個(gè)分量進(jìn)行獨(dú)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(chǎng)兩個(gè)分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時(shí)代的意義。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè)，系統(tǒng)特性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動(dòng)機(jī)控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果。直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)方式：1985年，德國(guó)魯爾大學(xué)的DePenbrock教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。該技術(shù)在很大程度上解決了上述矢量控制的不足，并以新穎的控制思想、簡(jiǎn)潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動(dòng)靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。該技術(shù)已成功地應(yīng)用在電力機(jī)車牽引的大功率交流傳動(dòng)上。 直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計(jì)算；它不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，也不需要為解耦而簡(jiǎn)化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。矩陣式交交控制方式：VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交直交變頻中的一種。其共同缺點(diǎn)是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流電路需要大的儲(chǔ)能電容，再生能量又不能反饋回電網(wǎng)，即不能進(jìn)行四象限運(yùn)行。為此，矩陣式交交變頻應(yīng)運(yùn)而生。由于矩陣式交交變