卷扬机调速系统设计Word格式文档下载.docx
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2、总体方案设廿习论证;
3、单元电路的设it；
4、元器件选择与参数廿算；
5、绘制原理图（A4号图奴，廿算机绘图）；
6、撰写设计说明书（A4号址打印）,字数不少于3000o
参考文
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[5]±
S电机（集团）公司南洋电机厂•枝术手«
[Z],2000.作者简介:
富逋（1963J男,黑龙江齐齐時尔人，淮海工学院电子工程系副教授，硕士，壬要研究方向为廿算机控制技术。
[6]电动机腔制黄立培主编-：
清华大学出版tt,2003
教研室主任签字：
年月日
1.摘要4
2.卷扬机的基本结梅和工作特点4
3.交流电动机的调速传动4
4•控翎系统原理分析6
5.主电路杭干折措施8
6.变頫器的圳速控翎11
7.结论14
&
参考文献14
•专业资料•
“卷畅机变頫操控系统”是专门针对金M竖井作业中礁茏升降而设it开发的拖动腔制系貌。
该系筑主要用干卷扬机电HI的拖动调速，充分考虑了低速力矩、空停制动和安全保护等冋題,可以取消原交流绕线电动机，电机碳刷和滑坏不再存在，取消原用于调速的接触器及大功率电阻排。
沏底杜绝了原嗚速系筑维修成本高、绒护工作量大、能耗高、调速性差的缺陷。
本文给出了一种基干矢量控制的异步电机变频调速系貌实观方案。
变颐调速的主电路设廿是带有特眛性的电力电路设it,IS要遵守电力设it的一般规律，也要考虑变顾调速系貌的特殊悄况，同时针对制目的选择变颐器，通过控斟端子实现的控斟系鋭功能，正确设置金令和频率源等参数，呆用PLC控制保证调速控制ft®
考虑控制电路的折干扰措施，对硕、软件aiiT优化设it,M而保证了系筑控制的实时11和安全性。
关键词:
上料卷畅机；
PLC变顺器；
变顺调速
1.1卷扬机的基本SSfflI作特点：
卷扬机（2叫绞车/电葫芦）是由人力或机械动力驱动卷筒、卷绕绳索来完成牵引工作的装置。
可以垂貞提升、水平或偵斜拽引重物。
现在基本上都是电动葫芦，电动卷扬机是由电动机、传动机枸和卷简或链轮组成,分厠丝绳电动葫芦和坏讎电动葫芦两种。
工作特点：
其工作特贞是：
（1）能蔽頫繁起动、制动、停车、反向，转速平隐，过渡时间is；
（2）能按照一定的速度图运行；
（3）能够广泛地调速，调速范围一般为0.5~3.5m/s,目前料车最大线速度可这3.8m/So（4）系统可靠工作。
在
进人曲离开料坑时不能有冲击，确保终自位置准爾停车。
5.对拖和系统的要求.
1.2交流电动机的调速传动
1.2.1调速传动曲运动方程
凋速传和系统中旋转运ant其旋转运和方程为
（1.1）
式巾T—驱动转拒（Wm）;
Tz—负教转矩,即I®
转ffi（（N2m）;
Jdco/dt—®
（N2m）;
GDZ
3—电动机的角速®
（rad/s）;
（1.2）
J—折算到电动机轴上的总转动愦量（kg.m3,由式（（1-2）表示
式中G_jJ转部分的重量（（N）;
D—愤性体直径（m）;
3=2Tin/60
将式（1.2）和式（1.3）代入式（1.1）中，则有即
调速传功系统中旋转运动时，工作状态可由运功方程式（1.4）耒示「
1当T=Tz.dn/dt=Q,抱动系统处于静止或零遠运动状态，电气传动系统处于稳定运
婪状态即稳走状态，
2当T>
TZ,曲©
>
0,传初丢统处于加速状态，即处于过渡过程（也叫动态过程）。
3当f<
7z,命/戲<
0,传动系统处于诚速状态，即处于过渡过程。
由运动方程式可知・传动系统可能处于两种运转状态，即稳态和动态'
当传动系统由一个稳定运转状态变化到另一个稳定运转状态时，需妾一个变化过程，这个过程称为过渡过程。
在过渡过程中的转速、转矩和电流都按一定的规律变化。
将式（1-1）中的角速度。
（rad/s）变为速度n（r/min）表示
2腔制系貌原理分折
2.1异步电动机调速方法
按照交流异步电机的原理，从定子传入转子的电磁功率可分成两部分:
一部分是拖功负戟的有效功率，称作机械功率;
另一部分是传输给转子电路的转差功空，与转差率S成正比。
三昭异步电动机转速公弍为：
2輕（2.1）
（1—s）p
宙式（2.1）可龙，改变供电频空五、电幼机的磁极对数P及转差率:
均可达到改变转速的目的，因此，常见的交流调速方法有：
1降电压调速；
2转差哮合器调速；
3转子串电阻调速；
4绕绞电机自级调速或双馈电机调速；
5变极对数调速：
6支压变频词速等铮°
从能量辕换的角曳上看.转差功率是否増大，是消耗掉还是得到回妆:
，是评价调速
系统效率高低的标志.从这点出发，可以把异步电机的调速系统分成三类，
1.转差功率消耗型谓速系统:
这神类型的全部转差功率都转换成热能消耗在转子回路
中，上述的弟①、②、③三种调逸方祛都底于这一类。
在三耒异步电机调速条统中，送粪糸统的效率最低，而且越到低連时效率趣低，它是以壇加转走功翠的狷耗釆鯉转連的降｛氐的（恒僦员载时）。
可是这类系统郃商单，设爸成本最低，所以还有一走的应用价值。
2.转差功率馈送型调速系统:
在这类系统丰，除转子铳损外，大邹分转差功率在转子侧通过变流装置馈出或馈入，转速越低，能馈送的功率越多，上述第④种调速方法舅于这—类，无论是绩出还是馈入的转差功空，担除喪流装置本身的损耗后，最终邹转化成有用的功率.因此这类系统的效率较高.但要曲加一些设备。
3.转差功率不变型调速系统:
在这类系统中.转差功妻只有转子铜损，而且无论婪速高低，转差功率基本不变，因此效率更高•上迖的笑⑤、⑥两种谓速方法属于此类’
其中变极对数谪速是有级的.应用场台有限。
只有变压变频调速应月最广，可以构成高动态性能的交流调速系统，取代直流调速;
但在定子电路丰级配备与电动机容豈相当的变压变频器，相比之下.设各成本最高•和控制特性要求。
3控制系缆投廿
3.1卷榆机施动系统要求
料车巻扬机是典型的窄擦性负载。
如图3.3,料车在料坑段起动时•负裁最大，购以65「计篦.冬以“°
计算.
当右料车满荻从斜桥底部提升时，钢绳的拉力为：
7.5sif&
5r6.8（3.3）
这时左料车空裁从斜桥顶部下放，钢绳的拉力为：
3.1.1卷揃机电动机运行状态分析
（3.4）
卷简的静力矩为：
耳=Fx£
=（6.8-l-53）x¥
=3.16m
图33料车机檢传动示意图
折算到卷扬机巨勾机轴上的负或转矩:
（3.6）
r：
r=29.77:
（3.7）
"
盏^000=106•展…
兰右料车带較上升时电动机的电起转走要克服负報转矩才能男升・起动时还要克
服一定的静舉擦力矩’电功机的电磁辕範的方向与旋共方向相同.故电功机处亍电动状
态，工作于第一彖限'
当生料车帯較上升时，宅动机的岂起转走仍要克服同样的负載转矩才能実升。
电动机的岂遞辕矩的方向与旋转方向柜冋，只不过电动机旋转方向反了，所以电功机处于反向电动状态，工作于第三彖限二
3.2变Si调速系境主电路设计
这里所说的主电路，是牯以传递功率为主要任务的电气回路。
在变擬说|速系貌中，主电路大致可以分为三个基本as分:
电源输入、输出到电动机电路、制动电路。
1.保护功能设计
变频器本身具备比较完善的保护功能.数字式控制的现代变频器尤其如此。
在多数
情况下变频器能够对自身及包动机实现有效的各刊电气保护:
在外部电路上的保护指施
主妾以后备短路保护和防止绝竦检测损坏变频器的隔离措施为主，
3.2.1输入输出电路主体助能设计
在主岂路设置后各短路保护的目的有两个:
一个是对于逆变器后段短路提洪后各保护功能，以免逆变器的瞬间包流保护失效旺事故扩大导致严重损失。
在直流回路上滤波电容和逆变器之间，常常装设有快速熔断器，这个熔斷器也具有对逋变器及以后部分的保护能力。
另外一个目的是对逆变器前段包括直流母线部分以及整流黠前段的短路提供保护，这部分电路发空短路E寸，变频器内没有切断溟路皂流的措施.可以用自动空气断路器或者快速熔断器实现，
因此，自功空气断路器和快速熔断莽在作为后段的后备短路保护元件方面作用是差不多的，都不能有效保护逆变器.只能够在逆变器自身保护失效时防止敌障扩大，两者的主要差别是短路发生在言流中间环节位置时，皀功空气断路器不能对整流器丈现有效保护，快速熔浙器却有可龍实现有效保护-
对于变频器统构，直流中间环节在变频器氏部，在这个位置发生短路的槪率很低，园此勝路器保护和快速熔断器保护在实际效杲上差别不大，由于采用自动空气斷路器时主电路接线和故障的恢复燥作都很简单，因此选择自动空气断路希作为短路保护元件。
作为皂力电子设备.变频器不能月常规方式进行绝缘检测。
予电功机或者输岀皂缆需要进行绝缘检测E寸，应断开变频器与输出电缆的连冬°
在变频器的输出侧设置一个隔离开关会使断开连接的操作'
比较方便.
输入输出侧的隔离开关、熔断器隔离开关或者负荷开关按照额定电流不小于变频器额定电流的12倍选垄即可;
自动空气断路器本体按照额定电流不小于变频券额定电流的1」倍选择.其短路脱扛器（电踐脱打器或者电子脱扣器）电流按照幵关的额定电流的3倍以上整定即可，其过载:
貌扣器电流按照开关的额定电流;
快速瘩断器熔体建议按照变频器样本推看型号规桜选择°
2.电源控刮灵切换功能设计
电源控創指的是系统输入电路的开关控制方式和器件配置：
变频卷输入侧接通电源到运行指令发出，应该有一段时间间隔.如果在需妄起动时刁'
合上输入电源，则实际起动动作会延后，系统动作反应速度隆低，所以.在系统進备运行前变顾器就应该供电.中途短时停车时，电源也不必切断，在较长时间不运行时，是否要切断电源则由使臣者习惯决定，若重点考虑防潮因素，则以长期带电方式为好，若想延长风机使用寿命.则较长时间不运行时可切断电源。
3.2.2主电路杭干扰措施
变频调速系统本身既是一个很强的干抚源.同时变频器也是对干扰数感的电子设各，因此，抗干扰擔施的设计对于变频调速系统的设计是一个宣要的课题。
1.干扰的类型及危言
变頻调速系统的对外干扰主妾在西个有足够功率流功的主电路产主，菲变频•器的输入电路、变频器到电动机的输出电路.
⑴输入电路的干扰
输入电路产生的干扰主要有两方面:
冲击干扰和谐波干扰。
箍入电路冲击干扰：
为了提高系统的功态响应，总是希望系统有快速的转矩燙升速更，这意味着变频器输出电流也有快速的变化率，岳性能调速系统尤其明显：
这个电流变化经迂宜涼电路缓冲后也会反映到箍入电路亡去.输入电路是与电阿相连的.•冲击电流送入电网后，一方面会引起局部电网电压的瞬时波初，另一方面会在感性负荻上产主浪涓电压，形成干扰.输入电路冲击干扰主要危害逹接在同一局部理网上有较高输入沮抗的设备，列如，变频调速系统自亘的址削电源尊.
323能耗制动电路设计
再生发电制勿运行的制动电路设计有两个主要原则要遵守:
系统自身是安全的，即制动部分不能对系统的其他部分构成伤誉这一点对制动电汶加以限制渕动能力应该是足够的，能够满足运行需旻，尤其是位能负裁的情况，若制动能力不足，可能危害运行本身的安全。
这一点灭要求平均制动电流必须要滝足別动功率的要求。
系统自身的安全和系统运行的安全，两者不可爲废，要树立合适的方式才是最安全的万式0
3.2.4主电路设计方案
变频器产品说明书都提供了标称功率数据,但实际上限剖变频器使用功率的是定子
电流参数，因业，直接按照变频器标称功率送行选择在实践中當常可能行不通。
根据具牙工作的情况，可以有以下几种不同的变频器规格进择方式。
1-技照标称功率选择
2.按照电动机额定功率选择
3.技照电勾机实际运行的电流选择
4.技照转矩过裁能力选择
对于多数的恒转柜负裁可以按式3-15选择变频器
—dr（3」5）
戎中入一一频器额定电流；
1（——电动机飯定电流；
瓦一一电渍稻量系数，一般可取1.05~1.15（—股惜况下可取小值，在电动机持续负敦率超过8096时则应该毆大隹，因为多数变频蕃的额定电谨都杲以捋续负裁率不超过$0%衰确定的:
另夕••起动停止频緊的时饶也应该考虑馭大值）;
多数情况下按照式3-15计算的结果.变頻器的功率与巨动机功率莓是匹配的不需要放大，因此，艰据电动机容莹及额定电流的要求选择变頻器为FR-A740-SSK-CHT选冃三菱变频器FR-A740系列变频器.选择变频器容量为55k\\\其额定宜如表3.1所示=
表3.1变频器设定值
型号FR—A740-DUK-CHT55KW
朗电机容量（KW）FR-A740-55K-CHT
SLDlg0（110%60»
120%3s反时限特性洞围泯度40C°
）
LD144（120%60s」50%3s（反时限持性）周囤温度50C。
）
输出额定电流（A）
ND110（150%60注0矽/乐阪时限特性凋围温度50C°
HDS6（200%60s250%%仮.时限特性:
周围温度50C°
电压3相380-480V
3祁38O-I8OV50Hz60Hz
323-528V50Hz60Hz
±
5%
开放型？
罷制风怜
3-
擬欷珈电玉，频李电源交济电压允许波动範围
允许频李汲动范甩保护结构谕却方式眉重量（kg）
特点:
1.用磁通矢量控制技术。
在无速皮传感器的开环控制下，饲速范国为1:
120：
采月速廣传感器的闭环控钊下，调速范围为1:
1000：
低速旋转时转矩均匀。
2.用Soft-PW^M原理和智能功率模块（IPM）,使变频器输出波形更好，噪声更低.抗干扰性能更疆。
3.3.1变频箔的调遠控制
变频器益制端子包括四类必要的外部信号联丢内容:
模拟員的输入和输出以及开关量的输入和输出。
开关員输入和嘆拟量输入的主要作冃，是对变频调速丢统的运行及调速实现外部控刮。
所谓运行控剖指的是系统的起动、停止控剖以及运行方向的控钊，也就是工作人员或控制设备向词遠系统发出扌旨令豹方式:
变频调速系统的运行控刮一般有三种类型的指令来源:
在变频器的数宇式人机界面上繞作;
左棧作台尊喫作地点操作;
或老由PLC—类控制设备进行自动控制。
由于生产工艺的要求，丢统需要左不同的皱速下运行，三菱变频器在基本功能下的多段速设定参数为耐（高途）、Prt（中速）、Pr6（低速）、Pr24（速复4）:
Pr25（速度5）,Pr26（速度6）,Pr27（速度7）,Pr232~Pr239等多达15种建気可以白PLC送行程序控制。
3.3.3电气拉制电路实现
1.变频器控剖线路
变频器接线见图3.12=图中KA1为左料车上行信号:
KA2为右料车上行信号:
KA5为高速运行信号;
KA6为辕速运行信号;
KA4为笫二斜率上升信号。
fR-W
图312变频器接线图
卷扬电动机的正反转由变頻黠STF,STR来控斛，臣RH：
RM来控剖料车的运行频
率即婪速，上升斜率的变化有RT来控別=其参数设宣见表3・3
表3.3变频器参数设童
P4
50
P42
11.1
P5
14.1
P43
P7
12.8
P44
5.8
P8
58
P79
2
P9
110
P71
5
P1O
P80
55
PU
1.7
PS1
6
PS9
100%
2.PLC琏件结构
变频器的起动、獰止玄钊以及运行方向的控制均来自PLC输出曙号进厅控司•系统控制需妾输入点16个，输出点7个，因此选冃西门子公司的S7.200CPU22X系列产品:
CPU226模块，其U0总数为40点，其中输入点24点.输出点16点。
可带7个扩展模決，用户程序容量为6.6K字。
内置高速计数器，具有PID控剖鑒的功能。
有2个高速眛冲输出端和2个RS485通信□°
具有PPI协议、MPI通信临议和自由方式通佶匪力。
运行速更快、功能彥，适用于妾求较高的中小型控制系统°
图3.13PLC接线
3.PLC流程图
（1）主程宇流程
图3.14主程序流程图
卷扬机吩须绒持连续生产，工作节奏快冃效率高，要求动作必须快速、准确并承
受相当恶劣工作坏境。
本文提岀了其交流传动方案，采用变频蜩速方案构成了一套新型卷扬机控制系筑。
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