卷扬机调速系统设计.docx

1、卷扬机调速系统设计电力电子与电机拖动综合课程设廿题目：卷扬机握速系筑毀廿 所在院系：机楠电子工程各学院专业： 11自动优(1)班学号： 2011103201)0(姓名：林XXX 完成日期： 2014-06J6 指导教师：M景德镇陶瓷学院电力电子与电机拖动嫁合课程设廿任务书 册级指导老师投廿课題：卷扬机调速系统投廿设 it 任 务 与 要 求基本要*:1.控制对象:三相异步电动机，电澹:三相交流电 380v2.功率:40kw3嗚速范围:5:14稳态精度:3%8%5正反转控秋人工手动控制正反转,注里安全设 it 步 骤1、 查阅相关资料；2、 总体方案设廿习论证;3、 单元电路的设it；4、 元器

2、件选择与参数廿算；5、 绘制原理图（A4号图奴，廿算机绘图）；6、 撰写设计说明书（A4号址打印）,字数不少于3000o参 考 文1电力电子技术 西安交通大学王兆安 黄俊 主编 第4版2 0 00.12电机施动星囲 许建国 壬编2004.83 IT电气控制枝术 方承远 张振国 第3版2006.74电动机变駆调速图解张燕宾李期秆20035 S电机（集团）公司南洋电机厂枝术手Z,2000.作者简介:富逋（1963J男,黑龙 江齐齐時尔人，淮海工学院电子工程系副教授，硕士，壬要研究方向为廿算机控制技术。6电动机腔制 黄立培 主编-：清华大学出版tt, 2003教研室主任签字：年月日1.摘要 42.卷

3、扬机的基本结梅和工作特点 43.交流电动机的调速传动 44控翎系统原理分析 65.主电路杭干折措施 86.变頫器的圳速控翎 117.结论 14&参考文献 14专业资料“卷畅机变頫操控系统”是专门针对金M竖井作业中礁茏升降而设it开发 的拖动腔制系貌。该系筑主要用干卷扬机电HI的拖动调速，充分考虑了低速力矩、 空停制动和安全保护等冋題,可以取消原交流绕线电动机，电机碳刷和滑坏不再 存在，取消原用于调速的接触器及大功率电阻排。沏底杜绝了原嗚速系筑维修成 本高、绒护工作量大、能耗高、调速性差的缺陷。本文给出了一种基干矢量控制 的异步电机变频调速系貌实观方案。变颐调速的主电路设廿是带有特眛性的电力 电

4、路设it, IS要遵守电力设it的一般规律，也要考虑变顾调速系貌的特殊悄况， 同时针对制目的选择变颐器，通过控斟端子实现的控斟系鋭功能，正确设置金令 和频率源等参数，呆用PLC控制保证调速控制ft,考虑控制电路的折干扰措 施，对硕、软件aiiT优化设it, M而保证了系筑控制的实时11和安全性。关键词:上料卷畅机；PLC变顺器；变顺调速1.1卷扬机的基本SSfflI作特点：卷扬机(2叫绞车/电葫芦)是由人力或机械动力驱动卷筒、卷绕绳索来完 成牵引工作的装置。可以垂貞提升、水平或偵斜拽引重物。现在基本上都是电动 葫芦，电动卷扬机是由电动机、传动机枸和卷简或链轮组成,分厠丝绳电动葫芦 和坏讎电动葫

5、芦两种。工作特点：其工作特贞是：(1)能蔽頫繁起动、制动、停车、反向，转速 平隐，过渡时间is；(2)能按照一定的速度图运行；(3)能够广泛地调速，调速范 围一般为0.53.5m/s,目前料车最大线速度可这3.8m/So (4)系统可靠工作。在进人曲离开料坑时不能有冲击，确保终自位置准爾停车。5.对拖和系统 的要求.1.2交流电动机的调速传动1.2.1调速传动曲运动方程凋速传和系统中旋转运ant其旋转运和方程为(1.1)式巾T驱动转拒(Wm);Tz负教转矩,即I转ffi(N2m);Jdco/dt(N2m);GDZ3电动机的角速(rad/s);(1.2)J折算到电动机轴上的总转动愦量(kg. m

6、3,由式(1-2)表示式中G_jJ转部分的重量(N);D愤性体直径(m);3 = 2 Tin / 6 0将式(1.2)和式(1.3)代入式(1.1)中，则有即调速传功系统中旋转运动时，工作状态可由运功方程式(1.4)耒示1当T=Tz.dn/dt = Q,抱动系统处于静止或零遠运动状态，电气传动系统处于稳定运婪状态即稳走状态，2当TTZ,曲0,传初丢统处于加速状态，即处于过渡过程(也叫动态过程)。3当f7z,命/戲0,传动系统处于诚速状态，即处于过渡过程。由运动方程式可知传动系统可能处于两种运转状态，即稳态和动态当传动系统 由一个稳定运转状态变化到另一个稳定运转状态时，需妾一个变化过程，这个过程

7、称为 过渡过程。在过渡过程中的转速、转矩和电流都按一定的规律变化。将式(1-1)中的角速度。(rad/s)变为速度n (r/min)表示2腔制系貌原理分折2.1异步电动机调速方法按照交流异步电机的原理，从定子传入转子的电磁功率可分成两部分:一部分是拖功 负戟的有效功率，称作机械功率;另一部分是传输给转子电路的转差功空，与转差率S 成正比。三昭异步电动机转速公弍为：2 輕 (2.1)(1s)p宙式(2.1)可龙，改变供电频空五、电幼机的磁极对数P及转差率:均可达到改变转速 的目的，因此，常见的交流调速方法有：1降电压调速；2转差哮合器调速；3转子串电阻调速；4绕绞电机自级调速或双馈电机调速；5变

8、极对数调速：6支压变频词速等铮从能量辕换的角曳上看.转差功率是否増大，是消耗掉还是得到回妆:，是评价调速系统效率高低的标志.从这点出发，可以把异步电机的调速系统分成三类，1.转差功率消耗型谓速系统:这神类型的全部转差功率都转换成热能消耗在转子回路中，上述的弟、三种调逸方祛都底于这一类。在三耒异步电机调速条统中，送粪糸统的效 率最低，而且越到低連时效率趣低，它是以壇加转走功翠的狷耗釆鯉转連的降氐的(恒僦员载 时)。可是这类系统郃商单，设爸成本最低，所以还有一走的应用价值。2.转差功率馈送型调速系统:在这类系统丰，除转子铳损外，大邹分转差功率在转子侧 通过变流装置馈出或馈入，转速越低，能馈送的功率

9、越多，上述第种调速方法舅于这 类，无论是绩出还是馈入的转差功空，担除喪流装置本身的损耗后，最终邹转化成有 用的功率.因此这类系统的效率较高.但要曲加一些设备。3.转差功率不变型调速系统:在这类系统中.转差功妻只有转子铜损，而且无论婪速高 低，转差功率基本不变，因此效率更高上迖的笑、两种谓速方法属于此类其中变极对数谪速是有级的.应用场台有限。只有变压变频调速应月最广，可以构 成高动态性能的交流调速系统，取代直流调速;但在定子电路丰级配备与电动机容豈相 当的变压变频器，相比之下.设各成本最高和控制特性要求。3控制系缆投廿3.1卷榆机施动系统要求料车巻扬机是典型的窄擦性负载。如图3.3,料车在料坑段

10、起动时负裁最大，购以65计篦.冬以“计算.当右料车满荻从斜桥底部提升时，钢绳的拉力为：7.5 sif&5 r 6.8 (3.3)这时左料车空裁从斜桥顶部下放，钢绳的拉力为：3.1.1卷揃机电动机运行状态分析(3.4)卷简的静力矩为：耳= Fx = (6.8-l-53)x = 3.16m图33料车机檢传动示意图折算到卷扬机巨勾机轴上的负或转矩:(3.6)r：r =29.77:1(3.7)盏000 = 106展兰右料车带較上升时电动机的电起转走要克服负報转矩才能男升起动时还要克服一定的静舉擦力矩电功机的电磁辕範的方向与旋共方向相同.故电功机处亍电动状态，工作于第一彖限当生料车帯較上升时，宅动机的岂

11、起转走仍要克服同样的负載转矩才能実升。电动 机的岂遞辕矩的方向与旋转方向柜冋，只不过电动机旋转方向反了，所以电功机处于反 向电动状态，工作于第三彖限二3.2变Si调速系境主电路设计这里所说的主电路，是牯以传递功率为主要任务的电气回路。在变擬说|速系 貌中，主电路大致可以分为三个基本as分:电源输入、输出到电动机电路、制动 电路。1.保护功能设计变频器本身具备比较完善的保护功能.数字式控制的现代变频器尤其如此。在多数情况下变频器能够对自身及包动机实现有效的各刊电气保护:在外部电路上的保护指施主妾以后备短路保护和防止绝竦检测损坏变频器的隔离措施为主，3.2.1输入输出电路主体助能设计在主岂路设置后

12、各短路保护的目的有两个:一个是对于逆变器后段短路提洪后各保 护功能，以免逆变器的瞬间包流保护失效旺事故扩大导致严重损失。在直流回路上滤波 电容和逆变器之间，常常装设有快速熔断器，这个熔斷器也具有对逋变器及以后部分的 保护能力。另外一个目的是对逆变器前段包括直流母线部分以及整流黠前段的短路提供 保护，这部分电路发空短路E寸，变频器内没有切断溟路皂流的措施.可以用自动空气断 路器或者快速熔断器实现，因此，自功空气断路器和快速熔断莽在作为后段的后备短路保护元件方面作用是差 不多的，都不能有效保护逆变器.只能够在逆变器自身保护失效时防止敌障扩大，两者 的主要差别是短路发生在言流中间环节位置时，皀功空气

13、断路器不能对整流器丈现有效 保护，快速熔浙器却有可龍实现有效保护-对于变频器统构，直流中间环节在变频器氏部，在这个位置发生短路的槪率很低， 园此勝路器保护和快速熔断器保护在实际效杲上差别不大，由于采用自动空气斷路器时 主电路接线和故障的恢复燥作都很简单，因此选择自动空气断路希作为短路保护元件。作为皂力电子设备.变频器不能月常规方式进行绝缘检测。予电功机或者输岀皂缆 需要进行绝缘检测E寸，应断开变频器与输出电缆的连冬在变频器的输出侧设置一个隔 离开关会使断开连接的操作比较方便.输入输出侧的隔离开关、熔断器隔离开关或者负荷开关按照额定电流不小于变频器 额定电流的12倍选垄即可;自动空气断路器本体按

14、照额定电流不小于变频券额定电流 的1倍选择.其短路脱扛器（电踐脱打器或者电子脱扣器）电流按照幵关的额定电流的 3倍以上整定即可，其过载:貌扣器电流按照开关的额定电流;快速瘩断器熔体建议按照变 频器样本推看型号规桜选择2.电源控刮灵切换功能设计电源控創指的是系统输入电路的开关控制方式和器件配置：变频卷输入侧接通电源 到运行指令发出，应该有一段时间间隔.如果在需妄起动时刁合上输入电源，则实际 起动动作会延后，系统动作反应速度隆低，所以.在系统進备运行前变顾器就应该供电. 中途短时停车时，电源也不必切断，在较长时间不运行时，是否要切断电源则由使臣者 习惯决定，若重点考虑防潮因素，则以长期带电方式为好

15、，若想延长风机使用寿命.则 较长时间不运行时可切断电源。3.2.2主电路杭干扰措施变频调速系统本身既是一个很强的干抚源.同时变频器也是对干扰数感的电子设 各，因此，抗干扰擔施的设计对于变频调速系统的设计是一个宣要的课题。1.干扰的类型及危言变頻调速系统的对外干扰主妾在西个有足够功率流功的主电路产主，菲变频器的输 入电路、变频器到电动机的输出电路.输入电路的干扰输入电路产生的干扰主要有两方面:冲击干扰和谐波干扰。箍入电路冲击干扰：为了提高系统的功态响应，总是希望系统有快速的转矩燙升速 更，这意味着变频器输出电流也有快速的变化率，岳性能调速系统尤其明显：这个电流 变化经迂宜涼电路缓冲后也会反映到箍

16、入电路亡去.输入电路是与电阿相连的.冲击电 流送入电网后，一方面会引起局部电网电压的瞬时波初，另一方面会在感性负荻上产主 浪涓电压，形成干扰.输入电路冲击干扰主要危害逹接在同一局部理网上有较高输入沮 抗的设备，列如，变频调速系统自亘的址削电源尊.323能耗制动电路设计再生发电制勿运行的制动电路设计有两个主要原则要遵守:系统自身是安全的，即 制动部分不能对系统的其他部分构成伤誉 这一点对制动电汶加以限制渕动能力应该 是足够的，能够满足运行需旻，尤其是位能负裁的情况，若制动能力不足，可能危害运 行本身的安全。这一点灭要求平均制动电流必须要滝足別动功率的要求。系统自身的安全和系统运行的安全，两者不可

17、爲废，要树立合适的方式才是最安全 的万式03.2.4主电路设计方案变频器产品说明书都提供了标称功率数据,但实际上限剖变频器使用功率的是定子电流参数，因业，直接按照变频器标称功率送行选择在实践中當常可能行不通。根据具 牙工作的情况，可以有以下几种不同的变频器规格进择方式。1-技照标称功率选择2.按照电动机额定功率选择3.技照电勾机实际运行的电流选择4.技照转矩过裁能力选择对于多数的恒转柜负裁可以按式3-15选择变频器 dr （35）戎中入一一频器额定电流；1（电动机飯定电流；瓦一一电渍稻量系数，一般可取1.05 1.15（股惜况下可取小值，在电动机 持续负敦率超过8096时则应该毆大隹，因为多数

18、变频蕃的额定电谨都杲以捋续负裁率 不超过$0%衰确定的:另夕起动停止频緊的时饶也应该考虑馭大值）;多数情况下按照式 3-15计算的结果.变頻器的功率与巨动机功率莓是匹配的不需要放大，因此，艰据电动 机容莹及额定电流的要求选择变頻器为FR-A740-SSK-CHT选冃三菱变频器FR-A740 系列变频器.选择变频器容量为55k其额定宜如表3.1所示=表3.1变频器设定值型号 FRA740- DUK- CHT 55KW朗电机容量（KW） FR-A740-55K-CHTSLD lg0（110%60120%3s反时限特性洞围泯度40C ）LD 144（120%60s50%3s（反时限持性）周囤温度50

19、C。）输出 额定电流（A）ND 110（150%60注0矽/乐阪时限特性凋围温度50C ）HD S6（200%60s250%仮.时限特性:周围温度50C ）电压 3相380-480V3 祁 38O-I8OV 50Hz 60Hz323-528V 50Hz 60Hz5%开放型？罷制风怜3-擬欷珈电玉，频李 电源交济电压允许波动範围允许频李汲动范甩 保护结构谕却方式 眉重量（kg）特点:1.用磁通矢量控制技术。在无速皮传感器的开环控制下，饲速范国为1:120：采月速廣传 感器的闭环控钊下，调速范围为1:1000：低速旋转时转矩均匀。2.用Soft-PWM原理和智能功率模块（IPM）,使变频器输出波形

20、更好，噪声更低.抗干 扰性能更疆。3.3.1变频箔的调遠控制变频器益制端子包括四类必要的外部信号联丢内容:模拟員的输入和输出以及开 关量的输入和输出。开关員输入和嘆拟量输入的主要作冃，是对变频调速丢统的运行及 调速实现外部控刮。所谓运行控剖指的是系统的起动、停止控剖以及运行方向的控钊，也就是工作人 员或控制设备向词遠系统发出扌旨令豹方式:变频调速系统的运行控刮一般有三种类型的 指令来源:在变频器的数宇式人机界面上繞作;左棧作台尊喫作地点操作;或老由PLC 类控制设备进行自动控制。由于生产工艺的要求，丢统需要左不同的皱速下运行，三菱变频器在基本功能下的 多段速设定参数为耐（高途）、Prt（中速）

21、、Pr6（低速）、Pr24（速复4）: Pr25（速度5 ） , Pr26（速 度6）, Pr27（速度7）, Pr232 Pr239等多达15种建気 可以白PLC送行程序控制。3.3.3电气拉制电路实现1.变频器控剖线路变频器接线见图3.12=图中KA1为左料车上行信号:KA2为右料车上行信号:KA5 为高速运行信号;KA6为辕速运行信号;KA4为笫二斜率上升信号。fR-W图3 12变频器接线图卷扬电动机的正反转由变頻黠STF, STR来控斛，臣RH： RM来控剖料车的运行频率即婪速，上升斜率的变化有RT来控別=其参数设宣见表33表3.3变频器参数设童P450P4211.1P514.1P43

22、11.1P712.8P445.8P858P792P9110P715P1O14.1P8055PU1.7PS16PS9100%2. PLC琏件结构变频器的起动、獰止玄钊以及运行方向的控制均来自PLC输出曙号进厅控司系统 控制需妾输入点16个，输出点7个，因此选冃西门子公司的S7.200CPU22X系列产品:CPU226模块，其U0总数为40点，其中输入点24点.输出点16点。可带7个扩 展模決，用户程序容量为6.6K字。内置高速计数器，具有PID控剖鑒的功能。有2个 高速眛冲输出端和2个RS485通信 具有PPI协议、MPI通信临议和自由方式通佶 匪力。运行速更快、功能彥，适用于妾求较高的中小型控

23、制系统图3.13 PLC接线3. PLC流程图(1)主程宇流程图3.14主程序流程图卷扬机吩须绒持连续生产，工作节奏快冃效率高，要求动作必须快速、准确并承受相当恶劣工作坏境。本文提岀了其交流传动方案，采用变频蜩速方案构成了一 套新型卷扬机控制系筑。参考文献1王青芳，芙章庆，焦红现，牛志广，魏志刚.变频调透在高炉誉扬上料控制系统中 的应用J.河南冶金，2006, 3(1) : 1567-1572.2韦东.高炉料车卷扬机“飞车原因灵改进措施J.电工技术，2006. 8(10) :73-74.3李运主.700m惹炉料车卷扬机制动器存在问题及改迸措J.天津冶金，2001.4(2) : 152-159.

24、4李旭.包钢1*局炉料车卷扬机的送型J.包钢科技，2003. 5：143-1亦.5.张燕宾.变频调谨应用实践口北京:机械工业出版社 2002, 224-235.6.张燕宾.SPWM变頻调速应冃技术M.隽3 .扳.北京：机械工业出版社，2005： :25-31,7.顾绳谷.电机及拖动基徒M.第3版.北京：机械工业出版社，2004： 55-62.刘美俊.通目变频器应冃技术M.福建嚨逞科学技术出社.2005, 33-20.9.陈伯时.电力拖动自动控制系统卜口笫三版.北京:机械工业出版社，2003： 15-24.10.李华徳.交流调速控制系统M.北京：电子工业出版社2003： 17-22.11J.T斗豈.变频调速技术与系统应展M.北京:机械工业出版社2005： 86-145.12.刘顷讒电气控制技术M.北京:北京理工大学出版社，2000： 28-33