基于PLC的異步電機調(diào)速系統(tǒng)開題報告

1、題 目： 基于PLC的異步電機調(diào)速系統(tǒng) 學 院： 電氣信息學院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 學生姓名： 學 號： 指導老師： 年 月 日開題報告填寫要求1開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應(yīng)在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效。2開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按此電子文檔標準格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時交給指導教師簽署意見。3“文獻綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內(nèi)，學生寫文獻綜述的參考文

2、獻應(yīng)不少于10篇（不包括辭典、手冊），其中至少應(yīng)包括1篇外文資料；對于重要的參考文獻應(yīng)附原件復印件，作為附件裝訂在開題報告的最后。4統(tǒng)一用A4紙，并裝訂單獨成冊，隨畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書等資料裝入文件袋中。 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告1文獻綜述：結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫2500字以上的文獻綜述，文后應(yīng)列出所查閱的文獻資料。 文獻綜述 前言隨著工業(yè)自動化的快速發(fā)展和對調(diào)速性能的要求越來越高，變頻器在各行各業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛。交流變頻調(diào)速技術(shù)自發(fā)展以來，以其優(yōu)越的性能得到迅速發(fā)展，進入21世紀伴隨著電力電子器件的發(fā)展，以及控制理論進步，變頻調(diào)速以其調(diào)

3、速精度高、調(diào)速控制范圍廣、回路保護功能完善，響應(yīng)速度快、節(jié)能顯著等優(yōu)點，已經(jīng)廣泛的用于電力、制造、運輸?shù)葒窠?jīng)濟領(lǐng)域。可編程控制器簡稱PLC，是以微處理器微核心的工業(yè)自動化控制通用裝置。它具有控制能力強、可控性高、使用靈活方便、易于擴展、通用性強等一系列優(yōu)點，不僅可以取代繼電器控制系統(tǒng)，還可以進行復雜的生產(chǎn)過程控制和應(yīng)用于工廠自動化網(wǎng)絡(luò)，被譽為現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)自動化的三大支柱之一。PLC作為傳統(tǒng)繼電器的替代品，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。由于PLC可以用軟件來改變控制過程，并有體積小、組裝靈活、編程簡單、抗干擾能力強及可靠運行等特點，特別適合在惡劣環(huán)境下運行。當利用變頻器構(gòu)成自動控制系統(tǒng)進行控制

4、時，很多情況下時采用PLC和變頻器配合使用。PLC可提供控制信號和指令的通斷信號，變頻器可以接受PLC輸出的開關(guān)信號一交流調(diào)速發(fā)展的概況與趨勢  1、直流電機與交流電機的比較 在過去相當長的時期內(nèi)，直流調(diào)速一直因性能優(yōu)良而領(lǐng)先于交流調(diào)速。但隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，直流拖動的薄弱環(huán)節(jié)逐漸顯示出來。由于換向器的存在，使直流電機的維護工作量大，單機容量、最高轉(zhuǎn)速已經(jīng)使用環(huán)境都受到限制。人們將目光轉(zhuǎn)向了異步交流電機，它的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、便于維護、價格低廉。 在相當長的時期內(nèi)，直流調(diào)速一直因性能優(yōu)良而領(lǐng)先于交流調(diào)速。20世紀60年代之后，電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的

5、飛速發(fā)展，使交流調(diào)速性能可用與直流調(diào)速相媲美。目前，交流調(diào)速已進入逐步替代直流調(diào)速的時代。  2、電力電子器件的發(fā)展 電力電子器件的發(fā)展為交流調(diào)速奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。20世紀50年代末出現(xiàn)了晶閘管，它取代了變頻機組，實現(xiàn)了變頻調(diào)速。然而晶閘管屬于半空型器件，可以控制導通，但不能由門極控制關(guān)斷，因此，由普通晶閘管組成的逆變器用于交流調(diào)速時必須附加強迫換相電路。20世紀70年代以后，功率晶體管（GTR）、門極關(guān)斷晶閘管(GTO)、功率場效應(yīng)管（MOSFET）、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等先后問世，這些器件是全控型器件。它們不再需要強迫換相電路，使得逆變器構(gòu)造簡單、結(jié)構(gòu)緊湊。IGB

6、T由于兼有MOSFET 和GTR的優(yōu)點，成為目前最為流行的中小功率器件。 電力電子器件正朝著大功率化、高頻化、模塊化、智能化發(fā)展。20世紀80年代以后出現(xiàn)的功率集成電路集功率開關(guān)器件、驅(qū)動電路、保護電路、接口電路于一體，目前已應(yīng)用于交流調(diào)速的智能功率模塊（IPM）采用IGBT作為功率開關(guān)，含有電流傳感器、驅(qū)動電路及過載、短路、超溫、欠電壓保護電路，實現(xiàn)了信號故障處理、故障診斷、自我保護等多種智能功能，既漸少了體積、減輕了重量，有提高了可靠性，使用、維護都更加方便，是功率器件的重要發(fā)展方向。  3、交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展 近10年來，各國學者致力于無速度傳感器

7、控制系統(tǒng)的研究，利用檢測定子電壓、電流等容易測量的物理量進行速度計算，以取代速度傳感器。其關(guān)鍵在于在線獲取速度信息，在保證較高控制精度的同時滿足實時控制要求。 微處理器引入控制系統(tǒng)，促進了模擬控制系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化。數(shù)字化技術(shù)使復雜的矢量控制得以實現(xiàn)，大大簡化了硬件，降低了成本，提高了控制精度，而自診斷功能和自調(diào)速功能的實現(xiàn)又進一步提高了系統(tǒng)可靠性，節(jié)約了大量的人力和時間，操作、維修都更加方便。微機運算速度的提高、存儲量的大容量化，將進一步促進數(shù)字控制系統(tǒng)取代模擬控制系統(tǒng)，數(shù)字化已成為控制技術(shù)的方向。 隨著現(xiàn)代化控制理論的發(fā)展，交流電動機控制技術(shù)方興未艾，非線性解

8、耦控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制、模糊控制等各種新的控制策略正不斷涌現(xiàn)，展現(xiàn)出更為廣闊的前景，必將進一步推動交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展。 二三相異步電動機   1、異步電動機概況 異步電動機又稱感應(yīng)電機是交流電機的一種。與其他旋轉(zhuǎn)電機相比，它 具有結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用的維護方便，運行可靠，效率較高，價格較低等優(yōu) 點，但是它的調(diào)速和起動性能不佳，功率因數(shù)較低，增加了電力系統(tǒng)的無功負擔。異步電動機主要是電動機使用，是當今應(yīng)用最廣，需要最大的一種電機。  異步電機和其他旋轉(zhuǎn)電機的基本結(jié)構(gòu)一樣，有一個固定部分，叫定子；有個旋轉(zhuǎn)的部分

9、，叫轉(zhuǎn)子。定、轉(zhuǎn)子之間有一個很小的空氣隙。此外，還有端蓋、 軸承和機座等部件。 異步電動機的定子主要包括電子繞組、 鐵芯和機座三部分。 異步電機轉(zhuǎn)子主要包括轉(zhuǎn)子繞組、鐵芯和轉(zhuǎn)抽三部分。特別提到的是轉(zhuǎn)子繞組的籠型繞組， 轉(zhuǎn)子鐵芯的每一個槽中有一根導體， 這些導條兩端各有一個圓環(huán)，將它們短接起來，如去掉鐵芯，該繞組的外形好像一只“鼠籠”，由此得名。 定、轉(zhuǎn)子之間的空氣隙稱為氣隙，它對電機的性能有重大的影響。中小型異步電機的氣隙一般為 0.2-2.0mm。氣隙太小，雖然提高電機的公率因數(shù)，但會使電機裝配困難，運行不可靠和

10、增加附加損耗， 為減小勵磁電流，應(yīng)為機械條件所容許達到的較小值。  2、異步電機的運行原理   當一對稱三相電流流入異步電機三相定子繞組時， 在氣隙中便產(chǎn)生一旋轉(zhuǎn) 磁場，以同步速 n1 旋轉(zhuǎn)。當轉(zhuǎn)子導體被此旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線切割時，導體內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，在轉(zhuǎn)子回路閉合的情況下，轉(zhuǎn)子導體中就有電流流通。根據(jù)載流導體在磁場中產(chǎn)生電磁力的作用，用左手定則就可以判斷出轉(zhuǎn)子受到一個與旋轉(zhuǎn)磁場同方向的轉(zhuǎn)矩。當此轉(zhuǎn)矩大于轉(zhuǎn)軸上的阻力矩時，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動起來，這就是異步電動機的原理。轉(zhuǎn)差速度與同步轉(zhuǎn)速 的比值為轉(zhuǎn)差率即

11、60; s=(n1n)/n1   轉(zhuǎn)差率是決定異步電機運行狀態(tài)的重要變量， 異步電機的負載情況發(fā)生變化，轉(zhuǎn)子導體中的電動勢、電流和電磁轉(zhuǎn)矩相應(yīng)變化，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差率隨之變化。按照轉(zhuǎn)差率的大小與正負，異步電機可分為電動機運行 、發(fā)電機運行和電磁制動三種狀態(tài)。  三變頻器   1、變頻器簡介   變頻器按裝置形式分為交-交變頻器和交-直-交變頻器。 交-交變頻器又叫直接變頻器。 它是把某一定壓、 定頻的交流電變換成電壓和頻率都可調(diào)的交流機。

12、0;根據(jù)輸出波形的不同，交-交變頻器可分為方波型和正弦型；根據(jù)主電路中是否 接入濾波電感，交-交變頻器可分為電流型和電壓型。交-直-交變頻器又叫間接 變頻器。它是把某一定壓、定頻的交流機先經(jīng)變流器整流成直流電，然后再經(jīng) 逆變器將此直流變換成電壓和頻率都可調(diào)的交流電。在頻率調(diào)速中變頻器的負載通常是異步電動機，起電流滯后于電壓，負載需向電源汲取無功功率，這樣 在直流環(huán)節(jié)和負載之間將有無功功傳輸，為了緩沖無功能量，在直流環(huán)節(jié)和負載之間須設(shè)置貯能元件。根據(jù)主回路緩沖無功能量的貯能元件類型不同，交直-交變頻器分為：   .交-直-交電壓型變頻器

13、，它在直流側(cè)并聯(lián)一個大電容 C， 有恒壓源的特點。  交-直-交電流型變頻器，他在直流回路串一個大電感 L。 類似于恒流源。 交直交電壓型變頻器主要由整流單元（交流變直流）、濾波單元、逆變單 元（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元、控制單元等部分組成的。   2、變頻器的基本結(jié)構(gòu)  整流器    電網(wǎng)側(cè)的變流器 1 是整流器，它的作用是把三相交流整流成直流 逆變器    負載側(cè)的變流器 2 

14、;為逆變器。逆變器是變頻器最主要的部分之一，器作用跟整流器相反，主要是在控制電路的控制下將平滑電路輸出的直流電轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都可調(diào)的交流電。它有六個電力電子開關(guān)組成，在一個信號周期內(nèi)，通過有規(guī)律的控制開關(guān)的閉合，便可得到各種頻率的波形。 中間直流環(huán)節(jié)    由于逆變器的負載為異步電機，屬于感性負載。在直流電到頻率可控的交流電變換中需要有儲能元件。中間直流電路的只要作用是對整流電路的輸出進行濾波平滑，以保證逆變電路和控制電路能夠得到質(zhì)量較高的直流電源。 控制電路     控制電路常由運算電路、檢測電路、控

15、制信號的輸入、輸出 電路和驅(qū)動電路等構(gòu)成。其主要任務(wù)是完成對逆變器的開關(guān)控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護，控制方法可以采用模擬控制或數(shù)字控制。高性能的變頻器目前已經(jīng)要靠軟件來完成各種功能。由于軟件的靈活性，數(shù)值控制方式靠可以完成模擬控制方式難以完成的功能。  四交流異步電動機調(diào)速方法  1、變極對數(shù)調(diào)速方法：這種調(diào)速方法是用改變定子繞組的接紅方式來改變籠型電動機定子極對數(shù)達到調(diào)速目的。本方法適用于不需要無級調(diào)速的生產(chǎn)機械，如金屬切削機床、升降機、起重設(shè)備、風機、水泵等。 2、變頻調(diào)速方法：變頻調(diào)速是改變電動機定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)

16、速方法。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設(shè)備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可分成交流-直流-交流變頻器和交流-交流變頻器兩大類，目前國內(nèi)大都使用交-直-交變頻器。本方法適用于要求精度高、調(diào)速性能較好場合。 3、串級調(diào)速方法 ：串級調(diào)速是指繞線式電動機轉(zhuǎn)子回路中串入可調(diào)節(jié)的附加電勢來改變電動機的轉(zhuǎn)差，達到調(diào)速的目的。 4、繞線式電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法：繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串入附加電阻，使電動機的轉(zhuǎn)差率加大，電動機在較低的轉(zhuǎn)速下運行。串入的電阻越大，電動機的轉(zhuǎn)速越低。此方法設(shè)備簡單，控制方便，但轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上。屬有級調(diào)速，機械特性較軟。5、定子調(diào)壓調(diào)速方法 ：改變電動機的定子電壓時，可以得到一

17、組不同的機械特性曲線，從而獲得不同轉(zhuǎn)速。6、電磁調(diào)速電動機調(diào)速方法：電磁調(diào)速電動機由籠型電動機、電磁轉(zhuǎn)差離合器和直流勵磁電源(控制器)三部分組成。直流勵磁電源功率較小，通常由單相半波或全波晶閘管整流器組成，改變晶閘管的導通角，可以改變勵磁電流的大小。電磁轉(zhuǎn)差離合器由電樞、磁極和勵磁繞組三部分組成。電樞和后者沒有機械聯(lián)系，都能自由轉(zhuǎn)動。電樞與電動機轉(zhuǎn)子同軸聯(lián)接稱主動部分，由電動機帶動;磁極用聯(lián)軸節(jié)與負載軸對接稱從動部分。當電樞與磁極均為靜止時，如勵磁繞組通以直流，則沿氣隙圓周表面將形成若干對N、S極性交替的磁極，其磁通經(jīng)過電樞。當電樞隨拖動電動機旋轉(zhuǎn)時，由于電樞與磁極間相對運動，因而使電樞感應(yīng)產(chǎn)

18、生渦流，此渦流與磁通相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，帶動有磁極的轉(zhuǎn)子按同一方向旋轉(zhuǎn)，但其轉(zhuǎn)速恒低于電樞的轉(zhuǎn)速N1，這是一種轉(zhuǎn)差調(diào)速方式，變動轉(zhuǎn)差離合器的直流勵磁電流，便可改變離合器的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。本方法適用于中、小功率，要求平滑動、短時低速運行的生產(chǎn)機械。制線路簡單、運行可靠、維修方便;2、調(diào)速平滑、無級調(diào)速;3、對電網(wǎng)無諧影響;4、速度失大、效率低。 7、液力耦合器調(diào)速方法 ：液力耦合器是一種液力傳動裝置，一般由泵輪和渦輪組成，它們統(tǒng)稱工作輪，放在密封殼體中。殼中充入一定量的工作液體，當泵輪在原動機帶動下旋轉(zhuǎn)時，處于其中的液體受葉片推動而旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下沿著泵輪外環(huán)進入渦輪時，就在同一轉(zhuǎn)向上給渦輪葉

19、片以推力，使其帶動生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)。液力耦合器的動力轉(zhuǎn)輸能力與殼內(nèi)相對充液量的大小是一致的。在工作過程中，改變充液率就可以改變耦合器的渦輪轉(zhuǎn)速，作到無級調(diào)速。本方法適用于風機、水泵的調(diào)速。 參考文獻：1 王兆安 電力電子技術(shù)（第5版）北京：機械工業(yè)出版社 2009.52湯蘊璆 電機學（第4版）北京：機械工業(yè)出版 2011.53豈興明 PLC與變頻器快速入門與實踐 北京：人民郵電出版社 2011.14白連平、馬文忠 異步電動機節(jié)能原理與技術(shù) 北京：機械工業(yè)出版社 2012.85岳慶來 變頻器、可編程控制器及觸摸屏綜合技術(shù)應(yīng)用 北京：機械工業(yè)出版2006.46 賀益康、許大中 電機控制 杭州

20、：浙江大學出版社 2010.57 劉星平 PLC原理及工程應(yīng)用 北京：中國電力出版社 2010.28 吳志敏、歐勝峰 西門子PLC與變頻器、觸摸屏綜合應(yīng)用教程 北京：中國電力出 版社 20099 廖常初 S7-200 PLC編程及應(yīng)用 北京：機械工業(yè)出版社，2007.810 劉松 電力拖動自動控制系統(tǒng)J 北京：清華大學出版社，2006 11 李華德.交流調(diào)速系統(tǒng)M.北京：電子工業(yè)出版社，2004 12Gurkan Zenginobuz, Isik Cadirci etc, Performance 

21、;Optimization  of Induction Motors During Voltage-Controlled Soft StartingJ,  IEEE Transactions on Energy Conversion, 06/2003 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告開題報告：一、課題的目的與意義；二、課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望；三、課題主要內(nèi)容和要求；四、研究方法、步驟和措施 開 題 報 告一、課題的目的與意義 本課題采用PLC作為控制器，設(shè)計三

22、相異步電動機控制系統(tǒng)。PLC提供控制信號和指令的通斷信號，從而改變變頻器的輸出頻率達到調(diào)速目的。 PLC具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、性能優(yōu)越、靈活通用、使用方便、可靠性高、抗干擾能力強、壽命長等到一系列優(yōu)點，在工業(yè)生產(chǎn)過程自動控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用本文所研究異步電機調(diào)速控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)電機速度的調(diào)節(jié)，滿足節(jié)約能源和適應(yīng)生產(chǎn)的需要。該系統(tǒng)能對電機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)精確控制，實用性強，具有的推廣價值。二、課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望 隨著工業(yè)自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，各種生產(chǎn)設(shè)備對控制性能的要求不高；以PLC和變頻器為代表的控制技術(shù)不斷完善與成熟，越來越多的設(shè)計者使用PLC來完成控制任務(wù)，可以說，PLC已經(jīng)成為工業(yè)控制

23、系統(tǒng)中的一個組成部分。 電動機的調(diào)速已經(jīng)從繼電器控制時代發(fā)展到今天的變頻器控制調(diào)速。且在工業(yè)各個領(lǐng)域中得到了極為廣泛的應(yīng)用。在現(xiàn)在的在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，最為常見的是由PLC控制變頻器實現(xiàn)電動機調(diào)速控制。該方法主要通過程序來控制電動機的變頻調(diào)速，從而實現(xiàn)了自動控制。 國外交流變頻調(diào)速技術(shù)高速發(fā)展狀況：    功率器件的發(fā)展：近年來高電壓、大電流的GTR、GTO、IGBT、IGCT 等器件的生產(chǎn)以及并聯(lián)、串聯(lián)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，使高低壓、大功率變頻器產(chǎn)品生產(chǎn)及應(yīng)用成為現(xiàn)實?？刂评碚摵臀㈦娮蛹夹g(shù)的發(fā)展：矢量控制、磁通控制、轉(zhuǎn)矩控制、模糊控制、自適應(yīng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等新的控制理論為高性能的變頻器提供了理論基礎(chǔ)；32位高性能微處理器及信號處理器和專用集成電路（ASIC），SLE4520等的快速發(fā)展，為實現(xiàn)變頻調(diào)速傳動設(shè)備高精度、多功能提供了硬件手段。基礎(chǔ)工業(yè)和各種制造業(yè)的高速發(fā)展，變頻調(diào)速傳動設(shè)備相關(guān)配套件實現(xiàn)了社會化、專業(yè)化生產(chǎn),使得交流變頻技術(shù)廣泛應(yīng)用。 國內(nèi)交流變頻技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀： 從總體上看我國電氣傳動的技術(shù)水平較國際先進水