《全数字智能控制系统在磁力吊车上的应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《全数字智能控制系统在磁力吊车上的应用（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、武汉科技大学 硕 士 学 位 论 文第 1 页摘要磁力吊是一种电磁起重设备，电流通过磁力吊电磁铁线圈产生磁力以吊起重物。因为它直 接利用电 磁力吸吊 和卸运钢材， 不需要对钢材进行捆扎挂钩， 提高了 装卸速 度， 所以 在钢铁生 产中 起着非 常重要的 作用。传统磁力吊 在实际运行中因为要对电 磁铁线圈饱和励磁， 所以 容易出 现电 流过 大，电能浪费的问 题。 在退磁阶段，电 磁铁线圈 储存的能量通过制动电 阻发热释放， 没有反馈到电网， 也 造成很大的浪费。 另外电 磁铁是 个大电感负载， 当直流接触器接 通和断开的时候， 电感 反电 势非常大， 很容易 产生电 弧光， 烧坏直流接触器，
2、因而故障率非常高，维修工作量很大。针 对传统 磁力吊 实际运 行中出 现的 各种问 题， 本文从磁力吊电 磁铁的磁路入手， 对磁力吊的 励磁和退磁过 程进行深入 分析和研究， 提出了智能优化方案。 该方案对励 磁电流进 行优化控制， 使之在满足励磁要求的 基础上达到能 耗最少。 在退 磁阶段， 利用P LC 编程和全控桥电 路使电 磁铁快速退磁，并且 将线圈储存的能量反馈到电网， 节约了电能，也避免了电弧烧坏设备的问题。关键字:磁力吊磁路励磁最优控制第 11页武汉科技大学 硕 士 学 位论 文Ab str actMa gne t c r a n ei sak i n do f e l e c
3、t r o m a g n e t i s m l i ft i n ge q u i P m e n t . Ma g n e t for c ei sP ro d uce dt ol i ftw e i g h t w h e n cur re n t P a s s t h r 0 u g he l e c t r o m a g n e t l o o P . A s i t l i ft s a n du n l o a d s st e e l s d i r e c t l yb ye l e c t r o m a g n e t foree a n di t d o e s
4、n ， t n e e dt oe n l a c ea n d P o t h o o k st e e l s ， soi t a c ce l e r a t e s l o a d a n d u n l o a d s P e e d a n d g e t s a v e r y i m P o rt a n t P o s i t i o n i n s t e e lP rod u ct i o n .The P ro b 1 e ms th a t curr e n t i s to ol a r g e a n de l e c t r i c i t y pow e r
5、i s w a s t e da r ee a s ycom i n gfo r t ha st h ee l e c t ro ma g n e t l o o Pn e e d s s a t u r a t i o ne x c i t a t i o nw h e nt h et ra d i t i o n a l e l e c t r 0 m a gne t cr a n e i s i n P r a c t i ca l o P e ra t i o n . At t h e d e m a g n e t i z a t i o n s t a ge， t h e P ow
6、e r t h a t d e pos i te d inl o o P i s re l e a s i n g b y h e a t i n g re s i s t o r ， a n d d o e s n ， t fe e d b a c k t o e l e ct r i c i t y n e t . I t i s a l soa l a r g e w a s t e . Atth e o t h e r h a n d ， e l e ct ro m a g n e t i s a b i g i n d u ct a n cel o a d ， w h e n D C
7、con t actor i s o no r o ff， e I e ctri c i t ya r ci s e a s yt oh a P P e nandb u m o u t t h e con t a c t o r . S ot h efa u l t r atc i s v e ryh i gha n d i t n e e d s m u c h r e P a i r i n g wo rkAima t t h e s e P ro b l e ms t h a t a P P e ari n P r a ct i c a l o pera t i o n ， t h i s
8、 ar t i c l e P r o c e e d s w i t hth em a gne t i s m ro u t eo fe l e c t r o ma g n e t a n dana l y s e sa n ds t u d i e so nt h ee x c i t a t i o na n d d e m a g n e t 让 a t i o n P ro ce s s e s d e e P l y . And a n i n t e l l i g e n t o P t i m i z a t i o n P r oj e cth a s b e e n P
9、 u t fo rwa rd . I n th i s P r oj e c t t h e e x c i t a t i o n c u rren t h asb e e n 0 P t i m 泣 e d t o m e e t t h e e x c i t a t i o nre qui re m e n t an dm ake t h ew a s t el e a s t . Ai t h ed e m a g n e t i z a t i o ns t a g e ， P LC a n dw h o l e con t ro l b ri d g e c i re u i t
10、 a reu s e d t o d e m a gne t i z e t h e e l e c t r o m a g n e t fa s t . And POw e r d e P o s i t e d i n l 0 0 P c anfe e d b a c k t o e l e c t ri c i t y n e t . S o t h e e l e c t r i c i t y P o w e r i s s a v e d a n d t h e P ro b l e mt h a t e q u i P m e n t i s b u mo u t b y e l
11、 e ct r ic i t y a r c i s a v o i d e d .K e y w o rds : e l e c t rom agn e t c r a n e ， m a gne t c i r c u i t ， e x c i t a t i o n ， o P t i ma l con t r o l武汉 科技大学 硕士 学 位 论 文第 1页第一章绪论1 . 1 课题概述磁性是最早被人类认识和利用的现象之一。所谓磁性是指 “ 能够激发磁场，并在磁场中受到作 用力的 性质” 。 现代科学 技术的 发展证明， 任何物质， 小至分子、 原子、 原子核和基本 粒子， 大 至
12、地球太阳 等各种天体， 都具有或强或弱的 磁性。 这是因为原 子绕原子核运动的电 子具有轨道磁矩，物质的抗磁性就与这种轨道运动有关。此外， 原子核以 及电子、 质子、中 子等基本粒子还存在自 旋， 具有内察 磁矩。 电 子的内禁磁 矩 是 物 质 的 顺 磁性 和 铁 磁 性 的 起 源 11 。近代科学 技术发 端之一就是电 磁现象.1 8 31 年法拉第发现的电磁 感应定律初步 揭示了电与磁的内 在联系， 麦克斯韦则在高斯定理、 安培环路定理及法 拉第电磁感应 定律的基础上，建 立了电 磁场理论的宏伟大厦， 其基础便是麦克斯韦方 程组 阅 。电 磁 感应现象及其 规律发 现以 来， 人类对
13、自 然的 认识和 利用进入了 新的阶段. 电能的使用极大地改变了人类的生活.电磁铁是 一种将电 能转变为磁能的装置， 根据电磁感应定律， 通电 线圈 将产生磁 场，处在磁场中的 铁磁性材料将会被磁化，线圈和磁性材料之间将会 产生吸引力131 。 磁力吊就是用电 磁铁吊 起钢材的起重工具。 在工业生产中， 特别 是在钢铁企业中， 磁力吊 因为吸力 大和方便快捷的特点而被广 泛使 用。传统的 磁力吊 使用简单的三相或单相二极管整流电路， 例如半波整 流、 桥式整流 电路，或者是 不规则整流电 路 ( 如A ，B 二相半波整流叠加C 相) 。 这些整流方式简 单， 输出 的电 压不可调。 交流分量大
14、， 存在较大的高 次谐波。 为了吊 起负 载， 在励磁 阶段电 磁铁要 维持在磁饱和状态， 因此励磁电流非常大， 使线圈 发热老化， 还浪费电 能。 另外绝大多数整 流装置没有系统保护装置，当 系统出 现过流、 短路、 过压等异常 情况 时 ， 极 容 易 造 成 整 流 装 置 和 电 磁 铁 损 坏 1刊 。磁力吊电磁铁在断电的瞬间， 内部的绕组相当于一个大电感而产生相当大的 自 感电势，其值可以达到上千伏，因为没有退磁回路， 便形成电弧放电，很容易烧坏接触器。 绕组在这 个过 程中 产生高电 压， 大电 流，长期如此会加快绕组老化 速度， 缩短电 磁铁的 使用寿命。电 磁 铁内 部绕组使
15、用铜或者铝，单台电 磁铁价值6 到 12万元， 维 修费 也在数万元以 上。以 一个年产 2 00 万吨的 炼钢厂为例，每年损 坏的电 磁铁在 2 0 台 左右， 用于新购 和维 修电 磁铁的费 用高达1 00万以 上， 为了 减少电 磁铁的损坏数量，降低维修费用，迫切需要对电磁铁的整流以及励磁控制系统进行改进和优化。本文研究的新型的 磁力吊电 磁铁控制系统使用全数字化直流驱动器和可编程控制器进行整流和励磁以及退磁控制，较之传统的整流和励磁控制系统， 它有如下的特第 2页武汉科技大学 硕 士 学 位 论文全控桥可控硅整流系统，实现电压分级可调，四象限运行，满足励磁电压和退磁过程的动态优化控制。
16、避免了电压过高电流过大的问题，延长了设备寿命，提高了运行效率。 可编程控制器的逻辑控制代替直流接触器，避免了 物理触点在接通和断开的 瞬间 产生电弧放电，烧坏设备， 提高了设备的使用寿命， 减少了 维修量和维修费 用。 在退磁阶段， 使用全控桥的电 流换向功能使电 磁铁线圈 储存的电能 通过电流逆变 反馈到电网， 节约了电能。同时 可以 在检测到线圈电流为 零时 通入反接电流对铁芯退磁，快速卸载负载，提高了运行速度。点L1 . 2国内外的研究现状就目 前的研究方向 来看， 对电 磁铁的 研究主 要集中 在电 磁回路的 分析计算上， 通过磁路建立电磁铁的数学 模型 和微分 方程，以 此来分析电 磁铁的磁场及磁力13 . 在 数学模型确定后， 就可以应 用最优控制理 论对励磁过程进行优化设计， 然后利用现代的智能控制算法和电力电子变流控制技术实现上述的优化目标。最优控制理论以泛函的变分为基础，经典变分理论只适合容许控制为开集的情 况， 对于工程实际中容许控制为闭集的情况无能为力， 为了 适应工程实践的 需要， 20世纪50年代出 现了现 代变分 理论。 其中 最常用的 两种方法是动态
