变频调速plc课程设计

目录1.交流变频调速技术概述-------------------------------------------------------1 1.1变频调速技术的发展概况-----------------------------------------------1 1.2 常见变频器-----------------------------------------------------------------3 1.3 变频调速的特点、应用-------------------------------------------------3 2变频器的调速原理--------------------------------------------------------------4 3. 变频器调速设计----------------------------------------------------------------5 3.1三菱FR-500 技术参数--------------------------------------------------6 3.2开关控制变频器多段速度控制----------------------------------------6 3.3 PLC控制变频器多段速度运行-----------------------------------------83.4变频器内部程序控制-----------------------------------------------------124.设计小结---------------------------------------------------------------------------145.参考文献---------------------------------------------------------------------------15机械电子控制系统课程设计1. 交流变频调速技术概述近些年来，以变频调速为核心的交流调速技术在电力电子技术、自动控制技术的推动下有了飞速的发展。

交流变频调速技术发挥了交流电机本身固有的优点（结构简单、动态响应好等），并且很好地解决了交流电机调速性能先天不足的问题。

交流变频调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电效果以及在国民经济各领域的广泛适用性，而被公认为是一种最有前途的交流调速方式，代表了电气传动展的主流方向。

目前，变频调速理论已经形成较为完整的科学体系，成为一门相对独立的学科。

交流变频调速理论最初诞生于20世纪20年代，到80年代，变频器已经产品化，性能也不断提高，并开始被应用于工业各部门。

进入90 年代，由于新型电力电子器件如IDBT、IGCT等的发展及性能的提高、微型计算机技术（如DSP）的发展，以及先进控制理论的发展和完善（如磁场定向矢量控制、直接转矩控制）等原因，使变频器在调速范围、驱动能力、调速精度、动态响应、输出性能、功率因数、运行效率及使用方便性等方面大大超过了其它常规交流调速方式，变频调速技术取得了显著的成就并日臻成熟。

目前，交流变频调速技术以其优异的性能而深受各行业的普遍欢迎，并已取得了著的社会效益。

变频调速技术在电力、轧钢、造纸、化工、煤炭、纺织、船舶、机床等传统工业的改造中和航天航空等高新技术中得到发展应用。

1.1我国变频调速技术的发展概况1.1.1国外现状在大功率交 - 交变频调速技术方面，法国阿尔斯通已能提供单机容量达3 万千瓦的电气传动设备用于船舶推进系统。

在大功率无换向器电机变频调速技术方面，意大利 ABB 公司提供了单机容量为 6万千瓦的设备用于抽水蓄能电站。

在中功率变频调速技术方面，德国西门子公司 Simovert A 电流型晶闸管变频调速设备单机容量为 10 ~ 2 600 kVA， Si-movert P GTO PWM 变频调速设备单机容量为100 ~900 kVA，其控制系统已实现全数字化，用于电力机车、风机、水泵传动。

国外变频调速技术有以下特点：功率器件的发展。

近年来高电压、大电流的 SCR、 GTO、 IGBT、IGCT 等器件的生产以及串、并联技术的发展应用，使高抵押、大功率变频器的生产及应用成为现实；控制理论和微电子技术的发展。

矢量控制、磁通控制、转矩控制等新的控制理论为高性能的变频器提供了理论基础； 16 / 32 位高速微处理器以及信号处理器（DSP）和专用集成电路（ASIC）技术的快速发展，为实现变频器高精度、多功能提供了硬件手段；市场的大量需求。

随着工业自动化程度的不断提高和全球性能源短缺，变频器越来越广泛地应用在机械、纺织、化工、造纸、冶金等各个行业，取得显著的经济效益。

1.1.2国内现状在我国， 60%的发电量是通过电动机消耗的，因此调速传动是一个重要的行业。

我国电气传动产业始建于1954 年，现在已有 200 家左右的公司、工厂和研究所从事变频调速技术的工作。

我国电气传动与变频调速技术的发展简史见表1。

我国电机的总装机容量已达 4 亿千瓦，年耗电量达 6 000 亿千瓦时，约占工业耗电量的 80%。

各类在用电机中，80%以上为0. 55 ~ 220 kW 以下的中小型异步电动机。

但我国在用电机拖动系统的总体装备水平仅相当于发达国家50 年代水平，至今自行开发生产的变频调速产品大体只相当于国际上 80 年代水平。

随着改革开放，经济高速发展，形成了一个巨大的市场。

国内许多合资公司生产当今国际上先进的产品，国内的成套公司在自行设计制造的成套装置中采用外国企业的先进设备，自己开发应用软件，能为国内外重大工程项目提供一流的电气传动控制系统。

虽然近些年取得了很大的成绩，但应看到由于国内自行开发、生产产品的能力弱，对国外公司的依赖性还是很严重。

因此，在国家十一五规划中，电机系统节能方面的投入将高达500 亿元左右，所以变频调速系统在我国将有非常巨大的市场需求。

从总体上看，我国电气传动的技术水平落后国际先进水平10 ~ 20 年。

在大功率交 -交、无换向器电机等变频技术方面，国内只有少数科研单位有能力制造，但在数字化及系统可靠性方面与国外还有相当差距。

在中小功率变频技术方面，国内几乎所有的产品都是普通的 V/ f 控制，仅有少量的样机采用矢量控制，品种与质量还不能满足市场需要，每年大量进口。

国内变频调速技术产业状况如下：变频器的整体技术落后，国内虽有很多单位投入了一定的人力、物力，但由于力量分散，并没有形成一定的技术和生产规模；变频器产品所用半导体功率器件的制造业几乎是空白；产销量少，可靠性及艺水平不高。

1.2 常见变频器表1.1 常见变频器品牌及型号1.3 变频调速的特点、应用1.3.1 特点①调速范围广；②平滑无极调速；③负载性质能根据需要加以控制；④控制设备比较复杂。

1.3.2 应用举例(1)变频器在化工行业的应用变频器应用到自动提取液化气系统设备改造上，解决了对电网冲击大，人工操作的繁琐，而最重要的是节能节电以及实现自动化提取液化气系统。

据统计，每个月町节电40％左右，照此推算半年就可以回收成本，效果十分显著。

(2)变频器在塑胶机械上的应用在塑料产品的生产过程巾，由于塑料的特性，产品的规格繁多和生产工艺的要求不同，所以，很多的地方都需要对生产机械进行调速，随着电力电子技术的迅速发展，变频调速的技术已经成熟，变频调速器已广泛应用在国民经济各行业之中，它的平滑的无级调速，高可靠性，高精度，而且节约电能，可以提高自动化水平等优点，在一定的程度上提高了塑胶机械的自动化水平，推动了塑胶行业的发展。

(3)变频器造纸机械上的应用造纸企业是高能耗企、每吨纸所耗电能在500度以上，电能消耗十分严重，从设备和类型看50％以上为风机、泵类负载，而这些设备目前基本上是采用阀门或挡板来调节风量或液体流量的，大量的能量消耗在阀门或挡板上，采用变频器进行调节，可以大量减少损耗，节约电能经济利益十分明显，值得企业大力推广。

(4)变频器在注塑机节能中应用注塑机是对各种塑料进行加热、融熔、搅拌、增压后，将塑料流体注入模具控内，完成工件一次注塑成型的设备，它的工序过程基本是相同的，大致可分为7个工序过程：锁模、射胶、保压、熔胶、冷却、歼模、顶针每一个工序都需要不同的压力和流量，也就是说被加工的工件不都是任最人压力或流量下工作的，其压力和流量是靠压力比例阀和流量比例阀来调节的，通过调整压力或流量比例阀的开启度来控制压力和流量大小。

(5)锅炉变频调速技术应用锅炉变频调速的鼓(引)风控制系统：为了提高锅炉风量的控制水平，又能达到节能的效果，采用变频调速方式对风量进行调节，是首选的方案。

由于，应用变频调速技术可根据用汽量的变化，随时调整鼓(引)风机的转速，减少了噪音对环境的污染(电机均运行于额定转速以下，风的噪音随之下降)，对提高工业卫生水平起到一定的作用。

由于鼓(引)风机长期低于额定转速的状态之下运行，电机及风机的轴承不易损坏，延长了使用寿命，电机的发热量也减少了，维修量下降，停机时间减少，节约了大量的维修费用。

2．变频器的调速原理异步电动机的同步调速，即旋转磁场的转速为n=60，而异步电动机的轴转速为式中，n为同步转速，r／min；f为定子频率，Hz；P为磁极对数；S为异步电动机的转差率。

可，异步电动机的调速方法有3种：①通过改变电动的极对数P来改变转速，这种调速方法是有级差，不能达到无级凋速，不适用于火电厂风机和水泵辅机运行转速的调节。

②改变转差率s，这种调速方法虽然能达到无级调速，但主要应用在小容量电动机调速上，并存在故障率高，整体效率低的缺点，不适用于火电厂大容量电动机调速。

③改变定子频率，可以改变异步电动机的转速。

根据公式n=60×f×(1一s)。

式中．F为电源频率；s为电动机转差率；P为电动机极对数。

当P和s确定后，电动机转速与电源频率成正比，所以改变电源频率即可改变转速n，从而实现变频调速。

变频器所运用的调速方法就是改变定子频率进行调速。

常见的变频技术有交- 交变频技术( 直接变频) 和交-直- 交变频技术(间接变频) 。

（1）交- 交变频技术。

交- 交变频是把市电直接变成频率低的交流电, 大量用在大功率的交流调速中。

交- 交变频电路一般采用三相桥式电路。

因其最高输出频率只能是电网频率的 1/ 3 以下, 所以在变频领域其逐渐被淘汰。

(2) 交- 直- 交变频技术。

交- 直- 交变频是将市电整流成直流, 在变频为要求频率的交流, 它又分谐振变频和方波变频。

谐振变频主要用于中频加热; 方波变频又分为等幅等宽和SPWM 变频。

交- 直- 交变频电路由整流器、滤波环节和逆变器三部分组成,根据中间滤波环节的不同, 可分为电流源型和电压源型, 使用最多的是电压型变频调速器。