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1、三速电动机变级调速控制设备文献综述专业：机械设计制造及其自动化 班级：08机械设计制造及其自动化（班） 作者：毛海翔 指导老师：帅贵生1 前言 电动机调速的研究始于20世纪60年代，已经取得了许多可喜的成果。近年来，电力电子技术、大规模集成电路和计算机技术的飞速发展，为交流调速技术的发展创造了有利条件,使交流电动机调速和控制提高到了一个新的水平。国内外都十分重视开发研究交流电动机的调速技术，目前在发达国家中，很多直流调速已经被交流调速所取代，从而避免了直流电动机换向困难、维修不便等缺点。世界上有60左右的发电量是通过电动机消耗的。据统计，我国各类电动机的装机容量已超过4亿kW，在目前4亿kW的
2、电动机负载中，约有50的负载是变动的，其中的30可以使用电动机调速。因此，就目前的市场容量考虑，约有6000万kW的调速电机市场。电动机只有在额定负载下运行效率才高，由于安全等方面的考虑，电动机常常处于低效运行状态。因此，电机调速节能一直被广泛关注。风机和泵类采用电动机调速装置来代替阀门和挡板调节流量,有明显节电效果。这是因为由交流电动机驱动的风机和泵类都是平方转矩负载。它们的流量与转速成正比、压力与转速的平方成正比，功率与转速的立方成正比。即电机转速降低 1/2时，所需功率降至原来的1/8，由此可见调速节能的重要意义。 变极调速电动机是改变电动机定子绕组的接线方式来改变电动机的磁极对数，从而
3、可以有级地改变同步转速，实现电动机转速有级调速。这种调速电动机目前有定型系列产品可供选用，比如单绕组多速电动机 它既有优点也有缺点，优点：无附加差基损耗，效率高；控制电路简单，易维修，价格低；与定子调压或电磁转差离合器配合可得到效率较高的平滑调速。缺点：有级调速，不能实现无级平滑的调速。且由于受到电机结构和制造工艺的限制，通常只能实现23种极对数的有级调速，调速范围相当有限变极调速技术是通过采用变极多速电动机实现调速的。这种多速电动机大都为笼型转子电动机，其结构与基本系列异步电动机相似，现国内生产的有双、三、四速等3类。采用该项技术需要增加的初始投资平均为50元/kW，年运行费用基本不变，节电
4、率按30%计算，用户投资回收期为三四个月。在自动化控制领域，PLC是一种重要的控制设备。目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等行业。在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应
5、用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。一般PLC控制系统的设计步骤如下几点：(1) 控制要
6、求分析。在设计PLC控制系统之前，必须对工艺过程细致的分析，详细了解控制对象和控制要求，这样才能真正明白自己所要完成的任务，并更好地完成任务，设计出令人满意的控制系统。 (2) 确定输入/输出设备。 根据控制要求选择合适的输入设备（控制按开传感器）和输出设备（接触器、继电器等），并根据所选用的输入/输出设备的类型和数量，确定PLC的I/O点数。(3) 选择合适PLC。 确定PLC的I/O点数后，PLC的选择。选择包括机型、存储器容量、输入/输出模块、电源模块和智能模块等。(4) I/O点数分配。点数分配就是规定PLC的I/O端子和输入输出设备的对应关系，画出I/O接线原理图。(5) PLC程序
7、设计 本阶段就是根据控制对象和控制要求对PLC进行编程。首先把工艺流程分为若干阶段，确定每一阶段的输入信号和输出要控制的设备，还有不同阶段之间的联系， 然后画出程序图，最后再进行程序编制。(6) 模拟调试 程序编制好后，可以用按钮和开关模拟数字量，用电压源和电流源代替模拟量，进行模拟调试，使控制和程序基本满足要求。(7) 现场联机调试 现场联机调试就是将PLC与现场设备进行调试。在这一步中可以发现程序存在的实际问题，然后经过修正使其满足控制要求。(8) 整理技术文件。2 文献资料综述 【1】. 机床电器控制技术，骑战庆 王振臣 主编：机械工业出版社，2007 本书介绍电气控制部分，介绍了常用低
8、电压器、典型电器控制线路及其线路分析、电动机的保护、电器线路设计及电器元件选择。PLC的结构、工作方式、编程语言、编程指令，从应用的角度出发，介绍了可编程序系统的设计内容、步骤及举例。交流电动机调速系统，从交直流各自的优势及交流应用越来越广泛角度出发，介绍了变频器的基本原理及其操作内容。 1.可编程控制器的结构及其工作原理 基本结构：微处理器CPU ，它是PLC核心部件，是PLC的运算、控制中心，用来实现逻辑运算、算术运算并对整机进行协调控制。存储器，主要用来存放PLC的系统程序、用户程序以及工作数据。常用的存储器有ROM、EPROM、快闪内存、RAM等几种类型，不同型号的PLC所配置的存储器
9、型号也不相同。现场信号的输入输出接口，PLC与被控对象的联系是通过各种输入输出接口单元实现的。I/O扩展接口I/O扩展接口是用于扩展PLC的功能和规模。通信接口，一般是为了实现与下列一些外部设备通信需要而设：编程器、通用计算机、PLC间通信、打印机等其他外设。电源，PLC的工作电源有的采用交流供电。 2. 交流电动机调速控制系统 简易交流调速及控制线路，变极调速，这种调速方式适用于特殊构造的变极电动机。这种电动机具有多种结构的绕组，通过改变绕组的极对数达到调速的目的目前常用的变极电动机可获得2-4种转速。双速电动机增加一组单速绕组，则变为三速电动机。一般变极电动机目前只有最多4总产品。【2】.
10、 可编程序控制器及其应用，李建兴 主编：机械工业出版社，1999全书分为六章。第一章PLC的基础知识，第二章常用PLC及指令系统，第三章PLC程序设计，第四章PLC控制系统设计，第五章PLC在逻辑控制系统中的应用实例，第六章PLC在模拟量控制系统中的应用。1. 可编程控制器的定义2. 可编程控制器的产生与发展3. 可编程控制器的应用领域4. PLC程序设计方法5. PLC应用中应注意若干问题6. PLC在生产线上的应用【3】. 工业电气控制技术教程，张鹤鸣 主编 北京理工大学，2010本书的第一章主要介绍了工业电气控制的基本环节，第二章对典型生产机械的电气控制进行了分析，第三章讲解了工业电气控
11、制系统设计，第四章讲述了直流自动控制系统的控制，第五章介绍了交流异步电动机的变频调，第六章是可编程控制器简介，第七章讲解了三种典型的PLC小型机机器编程指令1. 多速电机的变极调速，多速电机一般有双速，三速，四速之分。双速电动机定子装有一套绕组，三速四速则为两套。其设计思路是通过改变电动机绕组接法来改变磁极对数进行变极速。2. 变级调速的有点好似改变接法即可完成，所需设备少，运行可靠，机械特性较硬，缺点是电动机绕组接线多，可调速度只能成倍增加，且可调级数少。3. PLC系统设计基本原则，主要内容，设计的一般步骤，以及可编程控制系统的硬件设计，软件设计。PLC控制系统模式选择有，单机控制系统，集
12、中控制系统，分散控制系统，远程控制系统。4. PLC机型选择，要求：一、性能与任务相适应，二、PLC的处理速度应该满足实时控制的要求，三、PLC机型尽可能同意，四、指令系统,五、机型选择的其他考虑，六、是否采取在线编程 参考文献1. 邓星钟主编机电传动控制武汉：华中科技大学出版社，20012. 机械工程手册.机械工程手册.机械工业出版社,19003. 李道霖主编. 电气控制与PLC原理及应用，北京：电子工业出版社，20064. 程周主编. 电气控制与PLC远离及应用，北京：电子工业出版社，20065. 李仁主编. 电气控制技术，北京：机械工业出版社， 20086. 范正翘主编. 电力传动与自动
13、防控制系统，北京：北京航空航天大学出版社，20037. 吕厚余 邓力主编. 工业电气控制技术，北京：科学出版社 20078. 何焕山主编. 工厂电气控制设备，北京：高等教育出版社，19929. 余雷声主编. 电气控制与PLC应用，北京：机械工业出版社，199610. 尹少武主编. 实用电工技术问答，呼和浩特：内蒙古任命出版社，199211. 邓明则主编. 电器与可编程控制应用技术，北京：机械工业出版社， 199712. 张建明主编机电一体华系统控制北京：高等教育出版社，200113. 卜云峰主编机械工业及自动化简明设计手册上下册北京：机械工业出版社，199914.孙桓等主编.机械原理，高等教育出版社, 199515.廖常初主编.PLC编程及应用, 机械工业出版社,200316.郁汉琪 主编.可编程控制器原理及应用,中国电力出版社17.刘载文 刘毫升 钟亚林主编.PLC控制技术,200118.陶晓杰主编.伺服电机用于车床进给系统.制造业自动化，第22期,200019.李群芳、黄建主编单片机微型计算机也接口技术, 北京：电子工业出版社，200120.霍俊仪 编著.电气控制与PLC应用技术仿真, 中国科技信息,20055
