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文檔簡介
第十章
現代控制技術第一節(jié)可編程控制器
第二節(jié)變頻器
第三節(jié)傳感器
10.1.1可編程控制器的特點10.1
可編程控制器圖10.1
三相異步電動機正反轉控制電路示意圖
1.可編程控制器(簡稱PLC):可編程控制器是專用的計算機系統(tǒng)。2.控制系統(tǒng):以圖10.1所示異步電動機正、反轉控制為例進行分析。10.1.1可編程控制器的特點圖10.1三相異步電動機正反轉控制電路示意圖
正轉起動按鈕SBstF、反轉起動按鈕SBstR、停止按鈕SBstP等“發(fā)布命令”的電器移在示意圖的左側。接觸器線圈等“執(zhí)行命令”的電器移在示意圖的右側。控制電路中具有邏輯運算功能的電路在示意圖中間方框中。10.1.2
可編程控制器的基本結構可編程控制器基本結構如圖10.2所示。它是由輸入接口、輸出接口、中央處理器(簡稱CPU)和電源部件組成。
圖10.2
PLC基本結構示意圖
如圖10.3為PLC和編程器外形圖。圖中,輸入單元和輸出單元是連接輸入、輸出設備的接口,持續(xù)在CPU內存儲器中處理。編程器用來輸入程序,其作用相當于計算機的鍵盤。圖10.3
PLC和編程器外形圖
10.2.1
變頻器的用途及結構10.2
變頻器
1.變頻器的功效(1)功效之一是節(jié)能。電機在設計過程中都留有一定的余量,變頻器通過降低電機轉速減少輸出功耗,實現“按需供能”例如變頻空調通過改變電機轉速“按需供能”,這樣壓縮機就不會頻繁起動,會使壓縮機保持穩(wěn)定的工作狀態(tài),可以使空調達到節(jié)電的效果,同時減少噪音,延長空調使用壽命。(2)功效之二就是與PLC、計算機配合,達到精確控制、改善產品品質、提高生產效率、降低維護費用、提高生產自動化水平的目的。2.變頻器工作過程。變頻器工作過程示意圖如圖10.4所示。變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源電壓變換為另一頻率的電能的控制裝置。變頻器在改變電源頻率的同時,也對輸出電源的電壓進行線性調節(jié),從而實現對交流電動機無級調速。
圖10.4變頻器工作過程示意圖
3.變頻器的結構變頻器的結構如圖10.5所示。變頻器由整流器、中間儲能環(huán)節(jié)、逆變器和控制器組成。
圖10.5變頻器的基本結構
(1)整流器的作用:將單相或三相交流電整流成直流電。變頻器的負載為電動機,屬于感性負載,會與電網之間有無功功率的交換。這種無功功率的交換要靠中間儲能環(huán)節(jié)的儲能元件來緩沖,儲能元件主要是電感元件和電容元件。(2)逆變器是利用半導體開關器件組成的逆變電路。逆變是相對整流而言,即將直流電逆變?yōu)榻涣麟?。逆變電路通過有規(guī)律地控制逆變器中開關器件的通與斷,得到所需頻率的三相交流電。(3)控制電路由運算電路、檢測電路和驅動電路等組成。其作用是對逆變電路的開關控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護功能等。
10.2.2變頻器的種類變頻器分為交-交、交-直-交兩種形式,其結構如圖10.6所示。
圖10.6變頻器結構
交-交變頻器是將工頻交流電直接變換成頻率、電壓均可調的交流電。交-直-交變頻器是先將工頻交流電通過整流濾波轉換成直流電,然后再把直流電變換成頻率、電壓均可調的交流電,這種方式又稱為間接式變頻器。目前,廣泛應用的是交-直-交變頻器。10.2.2
變頻器的種類1.
按照輸出性質分類(1)電流型變頻器。特點:采用大電感作為中間儲能環(huán)節(jié)。這種變頻器直流內阻較大,接近于電流源,稱為電流型變頻器。用途:用于頻繁急加速、減速的大容量電動機的傳動。(2)電壓型變頻器。特點:采用大電容作為中間儲能環(huán)節(jié)。由于大電容的作用,主電路直流電壓比較平穩(wěn),輸出到負載電動機端的電壓為方波或階梯波。由于這種變頻器的直流電源內阻較小,相當于電壓源,稱為電壓型變頻器。
2.
按照輸出電壓調節(jié)方式分類變頻器在調速時,需要同時調節(jié)逆變器的輸出電壓和輸出頻率,以保證電動機能正常工作,對輸出電壓的調節(jié)主要有兩種方式。(1)PAM方式。通過改變直流電壓的幅值進行調壓的方式,又稱為脈沖幅值調節(jié)方式。(2)PWM方式。變壓器的輸出頻率和輸出電壓的調節(jié)均由逆變器按PWM方式來完成,又稱為脈沖方式調節(jié)方式。3.
按照控制方式分類(1)U/f控制。對變頻器的輸出頻率和電壓分別控制,稱為U/f控制。(2)轉差率控制。轉差率控制方式可以有效地提高調速精度,它是針對具體電動機的機械特性調整控制參數,因而這種控制方式的通用性較差。(3)矢量控制。U/f控制方式和轉差率控制方式的動態(tài)指標不高,利用矢量控制主要是為了提高變頻器調速的動態(tài)性能,主要用于軋鋼、造紙設備等對動態(tài)性能要求較高的應用場合。10.2.3
變頻器參數的設定(1)起動時間。起動時間的設定不宜長。經驗值1.5~2s/kW,小功率電動機要取大些;大于30kW的電動機取大于2s/kW。(2)制動時間。制動時間的設定宜長不宜短。對水泵、風機以自由停車為宜。(3)起動頻率。起動頻率的設定值大一些,對電動機加速起動有利,尤以輕載時更適用。對重載負荷起動,如果頻率值設定過大,會造成起動電流加大,一般起動頻率從0Hz開始合適。(4)起動轉矩。與起動頻率設定基本一致。10.3.1
傳感器10.3
傳感器傳感器:將非電能轉換成電能的器件稱為傳感器,若轉換為標準信號(如4mA~20mA),則這種傳感器稱為變送器。傳感器是測量裝置,它的輸入量是某一被測量,可以是物理量,也可以是化學量等,它的輸出量是某種物理量,這種物理量應該是便于傳輸、轉換、處理、顯示,這種量可以是氣、光、電物理量,主要是電物理量。輸出量和輸入量之間有準確的對應關系,且應有較高的精度。
10.3.2
傳感器的組成傳感器的組成框圖如圖10.7所示。圖10.7傳感器組成的框圖
(1)敏感元件的作用:是直接感受被測量的元件,即被測量通過敏感元件轉換成與被測量有確定關系,且易于轉換的非電量。(2)傳感元件的作用:也稱為轉換元件,是將敏感元件輸出的非電量轉換成電參數再進行輸出。(3)測量轉換電路的作用:將常規(guī)元件輸出的電參量轉換成易于處理的電壓、電流或頻率量。
10.3.3傳感器的分類傳感器的分類如表10.1所示。
10.3.4傳感器的應用1.
液位檢測液位檢測可以使用電容液位傳感器或超聲波傳感器實現。電容液位傳感器是利用被測物質的不同介電常數將液位變化轉換成電容變化進行測量的。電容傳感器分為三類:變極距式、變面積式、變介電常數式。電容液位或料位檢測傳感器屬于變介電常數式。如圖10.9為電容液位傳感器的原理圖。
圖10.9電容液位傳感器
圖10.9
電容液位傳感器
在圖10.9(a)中,當被測絕緣液體的液面在同軸雙金屬管的兩個電極之間上下變化時,引起兩個電極間不同介電常數介質(上面是空氣,下面為非導電液體)高度的變化,從而導致總電容的變化。圖10.9(b)所示為測量導電液體液位的電容傳感器示意圖,當被測介質是導電的液體時,內電極應采用金屬管外套聚四氟乙烯套管式電極,外電極就是容器內的導電介質本身。
2.金屬材料厚度測量電容測厚儀可用來測量金屬材料的厚度,圖10.10所示為測量厚度的電容測厚儀示意圖。
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