变频调速技术课程设计.docx
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变频调速技术课程设计
苏州市职业大学
课程设计说明书
名称变频调速技术课程设计
2012年6月4日至2012年6月10日共1周
院 系电子信息工程系
班级10电气自动化4
姓名齐国昀
系主任张红兵
教研室主任邓建平
指导教师冯惕
目录
目录1
第一章绪论2
第二章主要仪器介绍4
1.THZDH-2C变频调速实训考核装置4
1.1MM420变频器4
1.1.1MM420变频器介绍4
1.1.2MM420特点5
1.1.3MM420可选项6
1.2同步发电机7
1.2.1同步发电机工作特性7
1.2.2同步发电机空载特性7
1.1.3负载运行特性8
1.1.4同步发电机工作原理8
1.3异步电动机9
1.3.1工作原理9
1.3.2结构10
1.4光电编码器12
1.5转速表12
第三章设计原理和调试过程13
1.闭环变频调速控制系统组成和工作原理13
1.1系统原理图13
1.2变频调速的工作原理13
2.变频器参数的设置13
2.2快速调试13
3.实验步骤14
4.测试条件和结果15
4.1变频器带电机空载运行15
4.2带载试运行15
4.3测试结果16
第四章实验总结18
第一章绪论
在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。
PID控制器以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。
当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。
即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。
PID控制，实际中也有PI和PD控制。
PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
比例（P）控制是一种最简单的控制方式。
其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。
当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-stateerror）。
在积分（I）控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。
对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（SystemwithSteady-stateError）。
为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。
积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。
这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。
因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
在微分（D）控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。
自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。
其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后（delay）组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。
解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。
这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。
所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分（PD）控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。
MM420变频器的闭环控制，是应用PID控制，使控制系统的被控量迅速而准确地接近目标值的一种控制手段。
实时地将传感器反馈回来的信号与被控量的目标信号相比较，如果有偏差，则通过PID的控制作用，使偏差为0，适用于压力控制，温度控制，流量控制等。
闭环控制系统（closed-loopcontrolsystem）的特点是系统被控对象的输出（被控制量）会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。
闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈（NegativeFeedback），若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。
第二章主要仪器介绍
1.THZDH-2C变频调速实训考核装置
1.1MM420变频器
1.1.1MM420变频器介绍
MM420是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列。
本系列有多种型号，从单相电源电压，额定功率120W到三相电源电压，额定功率11KW可供用户选用。
本变频器由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作为功率输出器件。
因此，它们具有很高的运行可靠性和功能的多样性。
其脉冲宽度调制的开关频率是可选的，因而降低了电动机运行的噪声。
全面而完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护。
其额定参数如下：
电源电压：
220V～230V，单相交流
额定输出功率：
0.75KW
额定输入电流：
9.9A
额定输出电流：
3.9A
操作面板：
基本操作板（BOP），如图1
图1操作面板（BOP）
MM420变频器电路方框图如图2所示。
图2MM420变频器
进行主电路接线时，变频器模块面板上的L1、L2插孔接单相电源，接地插孔接保护地线；三个电动机插孔U、V、W连接到三相电动机（千万不能接错电源，否则会损坏变频器）。
MM420变频器模块面板上引出了MM420的数字输入点（图3）：
DIN1（端子⑤）；DIN2（端子⑥）；DIN3（端子⑦）；内部电源+24V（端子⑧）；内部电源0V（端子⑨）。
数字输入量端子可连接到PLC的输出点（端子⑧接一个输出公共端，例如2L）。
当变频器命令参数P0700=2（外部端子控制）时，可由PLC控制变频器的启动/停止以及变速运行等。
图3MM420变频器方框图
1.1.2MM420特点
主要特性：
易于安装；
易于调试；
牢固的EMC设计；
可由IT（中性点不接地）电源供电；
对控制信号的响应是快速和可重复的；
参数设置的范围很广，确保它可对广泛的应用对象进行配置；
电缆连接简便；
采用模块化设计，配置非常灵活；
脉宽调制的频率高，因而电动机运行的噪音低；
详细的变频器状态信息和信息集成功能；
有多种可选件供用户选用：
用于与PC通讯的通讯模块，基本操作面板（BOP），高级操作面板（AOP），用于进行现场总线通讯的PROFIBUS通讯模块。
性能特征：
磁通电流控制（FCC），改善了动态响应和电动机的控制特性；
快速电流限制（FCL）功能，实现正常状态下的无跳闸运行；
内置的直流注入制动；
复合制动功能改善了制动特性；
加速/减速斜坡特性具有可编程的平滑功能；
具有比例，积分（PI）控制功能的闭环控制；
多点V/f特性。
1.1.3MM420可选项
、A级/B级EMC滤波器；
、LC滤波器；
、进线电抗器；
、输出电抗器；
、密封盖；
、对变频器进行参数化的BOP基本操作板；
、具有多种文本显示功能的高级操作板AOP；
、适合亚洲地区使用的高级操作板AAOP，带有汉语和英语解释的文本显示；
、通讯模块PROFIBUSDeviceNetCANopen；
、PC连接组合件；
、控制柜门上安装操作板的组合件；
、PC调试工具，在windows95/98和NT/2000/XPProfessional下运
行；
、与DriveES的TIA集成。
1.2同步发电机
作发电机运行的同步电机，是一种最常用的交流发电机。
在现代电力工业中，它广泛用于水力发电、火力发电、核能发电以及柴油机发电。
由于同步发电机一般采用直流励磁，当其单机独立运行时，通过调节励磁电流，能方便地调节发电机的电压。
若并入电网运行，因电压由电网决定，不能改变，此时调节励磁电流的结果是调节了电机的功率因数和无功功率。
同步发电机的定子、转子结构与同步电机相同，一般采用三相形式，只在某些小型同步发电机中电枢绕组采用单相。
图4同步发电机结构图
1.2.1同步发电机工作特性
表征同步发电机性能的主要是空载特性和负载运行特性。
这些特性是用户选用发电机的重要依据。
1.2.2同步发电机空载特性
发电机不接负载时，电枢电流为零，称为空载运行。
此时电机定子的三相绕组只有励磁电流If感生出的空载电动势E0（三相对称），其大小随If的增大而增加。
但是，由于电机磁路铁心有饱和现象，所以两者不成正比。
反映空载电动势E0与励磁电流If关系的曲线称为同步发电机的空载特性。
1.1.3负载运行特性
主要指外特性和调整特性。
外特性是当转速为额定值、励磁电流和负载功率因数为常数时，发电机端电压U与负载电流I之间的关系,如图5所示。
调整特性是转速和端电压为额定值、负载功率因数为常数时,励磁电流If与负载电流I之间的关系，如图6所示。
图5中还显示出电阻性、电容性和电感性3种负载的
情况。
由于电枢反应磁场影响的不同，三者的曲线也不一样。
图5同步发电机的调整特性图6同步发电机的外特性
同步发电机的电压变化率约为20～40％。
一般工业和家用负载都要求电压保持基本不变。
为此，随着负载电流的增大,必须相应地调整励磁电流。
图6所示为3种不同性质负载下的调整特性。
虽然调整特性的变化趋势与外特性正好相反，对于感性和纯电阻性负载，它是上升的，而在容性负载下，一般是下降的。
1.1.4同步发电机工作原理
同步发电机是根据电磁感应原理制造的。
现代交流发电机通常由两部分线圈构成为了提高磁场的强度一部分线圈绕在一个导磁性能良好的金属片叠成的圆筒内壁的凹槽内这个圆筒固定在机座上称为定子。
定子内的线圈可输出感应电动势和感应电流所以又称其为电枢。
发电机的另一部分线圈则绕在定子圆筒内的一导磁率强的金属片叠成的圆柱体的凹槽内称为转子。
一根轴穿过转子中心并将其紧固在一起轴两端与机座构成轴承支撑。
转子与定子内壁之间保持小而均匀的间隙且可灵活转动。
这叫做旋转磁场式结构的无刷同步发电机。
工作时转子线圈通以直流电形成直流恒定磁场在柴油机的带动下转子快速旋转恒定磁场也随之旋转定子的线圈被磁场磁力线切割产生感应电动势发电机就发出电来。
转子及其恒定磁场被柴油机带动快速旋转时在转子与定子之间小而均匀的间隙中形成一个旋转的磁场称为转子磁场或主磁场。
平常工作时发电机的定子线圈即电枢都接有负载定子线圈被磁场磁力线切割后产生的感应电动势通过负载形成感应电流此电流流过定子线圈也会在间隙中产生一个磁场称为定子磁场或电枢磁场。
这样在转子、定子之间小而均匀的间隙中出现了转子磁场和定子磁场这两个磁场相互作用构成一个合成磁场。
发电机就是由合成磁场的磁力线切割定子线圈而发电的。
由于定子磁场是由转子磁场引起的且它们之间总是保持着一先一后并且同速的同步关系所以称这种发电机为同步发电机。
同步发电机在机械结构和电器性能上都具有许多优点。
1.3异步电动机
又称“感应电动机”，即转子置于旋转磁场中，在旋转磁场的作用下，获得一个转动力矩，因而转子转动。
转子是可转动的导体，通常多呈鼠笼状。
定子是电动机中不转动的部分，主要任务是产生一个旋转磁场。
旋转磁场并不是用机械方法来实现。
而是以交流电通于数对电磁铁中，使其磁极性质循环改变，故相当于一个旋转的磁场。
这种电动机并不像直流电动机有电刷或集电环，依据所用交流电的种类有单相电动机和三相电动机，单相电动机用在如洗衣机，电
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