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篇(1)

關鍵詞：西門子變頻器；控制方式；外部端子控制；控制面板

前言

西門子變頻器是一種工業(yè)控制領域中應用較多的一種控制設備，其通過對固定輸入的電壓和頻率進行內部的轉換，依據控制信號將其轉換為所需的電壓和頻率的交流電進而實現對于電動機的控制。在西門子變頻器工作的過程中首先需要將輸入的工頻交流電轉換為直流電，而后再根據需要將直流電逆變?yōu)榭刂埔蟮慕涣麟?。在西門子變頻器工作的過程中通過PWM技術使得在電動機啟動的過程中使用較小的啟動電流并獲得較大的啟動轉矩并調速平滑。在分析西門子變頻器外部端子的功能及作用的基礎上做好對于西門子變頻器的參數設置，確保其正常工作。

1 西門子變頻器的組成及外部端子簡述

1.1 西門子變頻器的組成

西門子變頻器主要是由操作面板、控制模塊與外部端子等三個部分組成，其主要與普通交流電動機相配合在一些對于電動機控制精度要求一般的場合進行工作，以取代步進電機或是交流伺服電機，降低成本與能耗。隨著科技的進步與經濟的快速發(fā)展，西門子變頻器正被應用于越來越多的領域。西門子MM420系列變頻器是一種應用較多的變頻器，其多應用于對三相交流電動機的變頻控制。西門子MM420系列的變頻器在出廠時各參數為系統(tǒng)默認，在使用時與西門子工控裝置和設備相連接時如無特殊要求可不經調試而直接進行使用，可靠性與適應性較強，西門子MM420系列變頻器是一款功能較齊全的變頻器。

1.2 西門子MM420系列變頻器外部端子

西門子MM420系列變頻器的外部端子如圖1所示，其中1、2端子輸入的是模擬量10V電源公共端，3、4端子為模擬量輸入端可以外接電位器來實現對于頻率設定值的更改，5-7號端子為數字量輸入端子，其中默認情況下5為正轉控制，6為反轉控制，7為故障復位，8、9端子則代表的是直流24V電源公共端。

2 西門子MM420系列變頻器外部端子對電機的控制

2.1 交流電動機的正反轉控制

通過使用線纜將西門子MM420系列變頻器與交流電動機進行連接，在進行參數的設定時，通過使用西門子MM420系列變頻器操作面板對變頻器中的P1080、P1082參數進行設定，上述兩個參數設定的是上下限的頻率，而后通過對P1120、P1121參數進行設定對交流電動機的頻率加速與減速時間進行設定。最后將西門子MM420系列變頻器中的P0700參數設置為2，完成對西門子MM420系列變頻器的參數設置即可使用外部端子對電動機進行相應的控制。此時即可通過對5-7號端子施加相應的頻率信號實現對于交流電動機的控制。

2.2 使用模擬量輸入對西門子MM420系列變頻器進行控制

在完場上述參數設置的基礎上將參數P1000有默認缺省值設置為1，即可通過使用電位計來作為模擬信號實現對于電動機的條數控制，在5-7號端子中通過輸入數字信號控制交流電動機的正反轉，通過調節(jié)模擬信號輸入端的電壓電流信號來控制交流電動機的轉速。

此外還可以通過使用外部端子實現對于交流電動機的多速段控制。

在使用西門子MM420系列變頻器對交流電動機進行控制的過程中需要注意的是，在使用面板控制或是外部端子進行控制時，對于西門子MM420系列變頻器內部參數的設定只能通過面板進行西門子MM420系列變頻器內部參數的修改與設定，在使用外部端子進行控制時，首先需要將西門子MM420系列變頻器的控制模式切換到外部操作模式，而后再進行外部控制頻率信號的接線，當西門子MM420系列變頻器采用外部端子控制模式時，如果需要修改端子的功能需要將外部開關輸入信號全部斷開后再重新進行接線，避免因信號輸入導致控制邏輯混亂。其中當西門子MM420系列變頻器采用多段速的方式進行控制時，將無反轉輸出信號。

3 西門子MM420系列變頻器的面板控制

西門子MM420系列變頻器在出廠時裝載有默認的參數，通過對西門子MM420系列變頻器中缺省的設置值進行修改將可以使得西門子MM420系列變頻器實現對于交流電動機的控制，對于西門子MM420系列變頻器參數的設置需要使用面板進行輸入與修改，在使用基本操作面板實現對于電動機的控制時首先需要將系統(tǒng)內的P0010參數修改為0，從而使得西門子MM420系列變頻器處于運行準備狀態(tài)，將參數P0700參數設置為1即可使用操作面板來控制交流電動機進行啟停運動及控制，按下綠色的啟動按鈕啟動交流電動機，按下數值增加按鈕逐步增加交流電動機的轉速，通過增加與減少按鈕來控制交流電動機轉速的增加與降低，并可以通過使用轉換按鈕來控制交流電動機的轉動方向。紅色按鈕控制電機的停止。

對于使用西門子MM420系列變頻器實現對于交流電動機的控制主要是通過改變內部參數的設定值來實現對于變頻器輸出信號的改變，使用面板控制最主要的是通過改變了西門子MM420系列變頻器內部的參數。在對西門子MM420系列變頻器進行調試設定時應當首先將變頻器內部的全部參數恢復為出廠設置避免內部有設定值而對本次操作造成影響。在恢復出廠設置時通過將P0010參數設置為30并將參數P0970參數設置為1完成對于西門子MM420系列變頻器的出廠設置。對于西門子MM420系列變頻器的參數可以對照調試說明書進行了解與設置。在使用西門子MM420系列變頻器進行電動機控制時，如無特殊要求可以將變頻器直接與西門子電機連接進行控制，而當需要對其他廠家的電動機進行控制時需要在參數設置時輸入電機銘牌上所標注的電機的轉速、電壓、電流、頻率等的電機規(guī)格參數，做好電機與變頻器的匹配。

4 結束語

西門子MM420系列變頻器是一種應用較多的工控設備，文章在分析西門子MM420系列變頻器特點的基礎上對西門子MM420系列變頻器的面板與外部端子兩種控制方式進行了分析闡述。

參考文獻

[1]侯靈.西門子變頻器在數控銑切機多電動機切換控制改造中的應用[J].制造技術與機床，2008（11）：122-124.

篇(2)

【關鍵詞】交流電動機 調速 節(jié)能 控制措施

1 引言

現如今，機械設備的技術含量已經遠高于改革開放前，愈來愈多的高科技機械產品慢慢的走進國民的日常工作、生活中。在工業(yè)生產行業(yè)中，交流電動機一直是重要的動力輸出裝置。電動機的能源消耗尤其是對電能的消耗大約站到發(fā)電總量的一半以上。另一點方面是，其中有70%左右的電動機是在變負荷的工況下運行的。在現實的生產實際使用中，調速是節(jié)約電機使用能量的的有效方法，節(jié)約的電能效率乃至達到五分之一甚至更多。所以，為了符合可持續(xù)發(fā)展觀的要求，提生交流電機的社會利用價值，使其在經濟發(fā)展、社會競爭和銷售中獲得更高的優(yōu)勢地位以及認可。其中一個重要的手段就是完善交流電機的調速節(jié)能控制措施，只有這樣才有助于提升電機在使用過程中節(jié)能降耗的能力，使其應用價值得到大大的提升。

2 交流電動機調速的理論基礎

由上可知，實現對交流電機的速度控制的過程就是通過各種技術實現對上述3個主要參數進行改變的過程，改過可以使對單個參數的改變，也可以是對多個參數的共同控制。

2.1 變極調速原理

變極調速顧名思義是指通過改變電機的磁極對數p實現調速的方方式。實現步驟如下：首先改變繞組的連接方式，其中，一般來講只需更改兩個半相繞組之中的任何一個半相繞組的電流流向，就能夠實現磁極對數P減少或增加一倍，從而實現兩種，乃至多種的轉速分級調速方式。

2.2 變轉差率調速原理

此方式是可通過改變電動機的某些參數來控制S值得方式實現調速，其具體內容主要又可以分為：

（1）轉子串電阻調速。

（2）改變輸人電壓調速。

（3）串級調速。

2.3 變頻調速原理

此方式需要在控制系統(tǒng)增加一個特有的變頻器來實現對電機轉速調節(jié)或控制，通過對變頻器參數的設置來改變加在定子繞組兩端的電壓和頻率，從而達到使轉速沿平滑的曲線進行變動，這樣也可以使電機獲得較高的運行效率。

3 調速節(jié)能原理

當今，風機和泵類的設備的使用逐漸廣泛，該類電動機對電能的消耗量非常大，降低其耗電量的有效的途徑就是利用調速節(jié)能。由于風機、泵等壓縮機的流量與轉速成正比，同時，消耗的功率與轉速的立方成正比，所以要求流量降低一半時，可使轉速降低一半，既可以實現功耗只有原來的八分之一。

4 節(jié)能措施分析

在交流電機實際的使用過程中，工作技術人員要注意大型機械設備所裝備的交流電機的基本原理是：將生產電能轉化為機械能并且輸出做功的一種機械設備，電動機正是因為能完成這種能量之間的轉變，所以自身擁有著很強的利用價值。對于交流電動機來講，節(jié)能控制的基本思想就是能及時的實現對電動機轉速的調節(jié)，并且滿足工業(yè)過程中對轉速的要求。交流電動機在使用過程中要依據實際工況的不同來制定相應的節(jié)能速度控制措施，要結合載荷的性質，避免運行中產生由于對控制技術知識的欠缺而出現的誤差。同時，也可以選擇在轉子回路中串接電阻的方式。節(jié)能調速基本過程以及在變壓、變頻調速節(jié)能等方面進行的研究，就存在的問題，完成對交流電機實際利用中節(jié)能措施的選定。

對交流電動機的轉速控制的方式粗略的可以分為兩類：恒速控制和變速控制。恒速控制，要求將電機轉速的工作點盡量控制在額定值上下。這樣的控制系統(tǒng)，一旦出現載荷的跳動，對電機轉速將產生影響的情況下，無論采用的是何種調速方式，都可以在該調速的方式特性中最大的減少能源消耗，在此基礎上也可以保證發(fā)揮電動機的最佳性能。變速控制就是，在運行條件要求或工況參數控制要求，需要交流電機改變轉速的時候，可以經過速度控制系統(tǒng)使用它的調速方式及時的調整轉速，確保實際工作要求的基礎上減少能耗。例如：城市居民使用的的恒壓供水系統(tǒng)，往往居民對水的使用量會分為：用水高峰和低谷。水利單位為了使水壓基本恒定，就會選擇供水管線的壓力為被控參數，通過控制系統(tǒng)來調節(jié)電機帶動的水泵的轉速，從而實現水壓的穩(wěn)定控制：在供水低谷時，電動機的轉速也會根據此原理降低，進而實現能源的節(jié)約，減少了能源消耗。

5 結束語

綜上所述，交流電動機也將會隨著社會科技的發(fā)展不斷而得到完善，其控制方式也將由粗放型向精細型方向轉變。在交流電動機的使用中，要提高技術人員的環(huán)保節(jié)約意識，這改善調速節(jié)能的控制方式有重要的意義。對于我們相關工作者來講，要加強對該方面的理論研究，這有利于提高電動機的節(jié)能的效益、提升交流電動機的經濟效益有重大的幫助。

參考文獻

[1]管豐年，周書同等.交流電動機的調速節(jié)能控制措施及分析[J].濰坊學院學報，2008（03）：45-48

篇(3)

【關鍵詞】變頻調速 交流電動機

一、緒論

（一）變頻調速技術簡介。

變頻調速技術是一種以改變交流電動機的供電頻率來達到交流電動機調速目的的技術。電機有直流電機和交流電機。直流機調速容易實現，性能好，因此過去生產機械的調速多用直流電動機。但直流電機由于采用直流電源，它的滑環(huán)和碳刷要經常拆換，故費時費工，成本高，給人們帶來太大的麻煩。因此人們希望讓簡單可靠廉的交流電機也像直流電動機那樣調速。這樣就出現了定子調速、變極調速、滑差調速、轉子串電阻調速、串極調速等交流調速方式。

（二）國內研究現狀。

我國是一個能源生產大國，但我國同時也是一個能源匱乏國，隨著能源危機的加重，各行各業(yè)都應該實現節(jié)能減排。工礦企業(yè)作為能耗企業(yè)，如果實現節(jié)能減排則顯得尤為重要。異步電動機作為這些企業(yè)的主要動力設備，所以實現異步電動機的節(jié)能就是實現企業(yè)的節(jié)能。變頻器作為一種新型節(jié)能減排技術則得到了廣泛的應用。

二、交流電動機調速

（一）交流變頻調速技術的發(fā)展。

交流電動機的調速系統(tǒng)是一項以大功率電力電子器件為基礎的新型技術學科在過去的十幾年間由于大功率電力電子器件的不斷出現，使交流電動機的調速技術取得了很大的發(fā)展。

1.交流電機

交流電機是用于實現機械能和交流電能相互轉換的機械。由于交流電力系統(tǒng)的巨大發(fā)展，交流電機已成為最常用的電機。交流電機與直流電機相比，由于沒有換向器，因此結構簡單，制造方便，比較牢固，容易做成高轉速、高電壓、大電流、大容量的電機。交流電機功率的覆蓋范圍很大，從幾瓦到幾十萬千瓦、甚至上百萬千瓦。

2.直流電機

直流電機的結構應由定子和轉子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉動的部分稱為轉子，其主要作用是產生電磁轉矩和感應電動勢，是直流電機進行能量轉換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等組成。

（二）交流調速的方式。

異步電機得調速方法可以有改變轉差率，改變磁極對數及變頻三種。其中改變轉差率的方法又可以通過調定子電壓，轉子電阻轉差電壓以及定、轉子供電頻率等方法來實現。

1.串極調速

它是將繞線式異步電動機的轉差功率回饋到電網的一種比較經濟的調速方法，可以又低同步及高同步兩種串調方式。

2.矢量變換控制調速

它是模擬直流電及得控制特點來進行交流機的控制。

3.變頻調速

它是一種最有發(fā)展前途得一種調速方式，其調速花樣繁多。

三、變頻調速原理

（一）異步電機變頻調速原理。

交流調速是通過改變電定子繞組的供電的頻率來達到調速的目的的，但定子繞組上接入三相交流電時，定子與轉子之間的空氣隙內產生一個旋轉的磁場，它與轉子繞組產生感應電動勢，出現感應電流，此電流與旋轉磁場相互作用，產生電磁轉矩。使電動機轉起來。電機磁場轉速稱為同步轉速，用n0表示：

式中：f為三相交流電源頻率，一般是50Hz；

為磁極對數。當p=1時，n0=3000r/min；p=2時，n0=1500r/min。

由上式可知磁極對數p越多，轉速n0就越慢，轉子的實際轉速n比磁場的同步轉速n0要慢一點，所以稱為異步電動機，這個差別用轉差率表示：

在加上電源轉子尚未轉動瞬間，n=0，這時s=1；啟動后的極端情況n=n0，則s=0，即在0～1之間變化，一般異步電動機在額定負載下的 s=1%～6%。綜合（3-1）和（3-2）式可以得出：

由式（3-3）可以看出，對于成品電機，其極對數已經確定，轉差率的變化不大，則電機的轉速與電源頻率成正比，因此改變輸入電源的頻率就可以改變電機的同步轉速，進而達到異步電機調速的目的。

（二）電動機變頻調速方案的。

從經濟角度來講，煤礦的大容量風機、泵類負載采用高壓變頻調速合理性很強，可以在節(jié)能過程中逐漸收回成本。大功率的異步電動機，現有的變頻器系統(tǒng)有兩種調速方式：“高――高”，“高――低――高”。

1.高――低――高變頻調速系統(tǒng)

采用兩級變壓的方式。先降壓，經過降壓變頻器，再升壓，該模式對電力電子器件的要求降低。

2.高――高變頻調速系統(tǒng)

采用多個功率單元模塊串聯(lián)，直接高壓變頻轉換。這種方式節(jié)省了升壓、降壓變的投資及帶來的損耗，提高了效率。采用高壓變頻器的大容量電動機系統(tǒng)一般都采用高――高模式。該調速系統(tǒng)由于采用了橋式整流電路，在整個調速系統(tǒng)中功率因數較高，不需要裝設功率因數補償裝置，又因為高――高變頻調速系統(tǒng)采用多重化脈沖控制，通過模塊輸出串聯(lián)疊加消除高次諧波的影響。

篇(4)

【關鍵詞】變頻調速技術；調速方式；節(jié)能降耗

近年來，隨著社會的發(fā)展，工業(yè)化進程的深入，世界能源越來越緊張，因此節(jié)約能源是一個迫切需要解決的問題。變頻調速技術具有調速范圍寬、傳動效率高、節(jié)電顯著等一系列優(yōu)點，20世紀90年代以來，變頻調速裝置即變頻器，在技術上已有了很大的提高，推廣應用的條件已很成熟。變頻調速技術是一種電力電子技術，它能夠應用在大部分的電機拖動場合，由于它能提供精確的速度控制，因此可以很方便地控制機械傳動的升、降和變速運行。目前我國電動機總裝機容量已超過4億千瓦，高壓電動機（6～10千伏級）約占一半，高壓電動機中近70%拖動的負載是風機、水泵、壓縮機等，這類機械（負載）都是采用交流電動機拖動的，如采用變頻調速技術，其耗電量比傳統(tǒng)的調節(jié)檔板或閥門變流量方式可減少40%～50%左右的電量，節(jié)能降耗的效果是巨大的。因此，對交流電動機的調速進行技術改造，采用變頻調速新技術，不僅能實現節(jié)能降耗，而且還能使設備安全運行，延長使用壽命。

一、變頻調速技術的節(jié)能原理

1、交流電動機變頻調速技術概論

縱觀電力拖動的發(fā)展過程，交、直流兩種拖動方式并存于各個工業(yè)領域。從

20世紀初以來，交流電力拖動占主導地位，但在可逆、可調速與高精度的拖動技術領域中，相當長時期幾乎都是采用直流電動機拖動系統(tǒng)。從20世紀80年代以后，隨著電力電子學與電子技術的發(fā)展，尤其是大規(guī)模集成電路和計算機控制技術的發(fā)展，使得變頻調速技術在交流電動機拖動裝置中已得以廣泛應用，并且在調速性能方面已與直流電力拖動媲美，在某些領域已逐步取代一些傳統(tǒng)的直流拖動系統(tǒng)。

調速就是改變生產機械（即負載）的工作速度，可以采用機械的方法，也可以采用電氣的方法。機械調速是人為改變機械傳動裝置的傳動比來達到調速的目的，電氣調速則是通過改變電動機的機械特性來改變電動機的轉速。相對而言，采用電氣調速具有許多優(yōu)點，如可以簡化機械的結構，提高機械效率，操作簡便等，特別重要的是容易進行自動控制。過去的電氣調速，多數用直流電機，由于直流機調速容易實現。但直流電動機具有電刷與換向器，因而就存在著必須對它經常進行維修檢查，它安裝的環(huán)境受到限制（如不能在有易爆氣體及塵埃多的場合使用），以及限制了直流電機向高轉速、大容量發(fā)展等缺點。另外，直流電機的體積、重量與價格比同等容量的交流電機為大，這也是直流電力拖動的薄弱環(huán)節(jié)。

交流電動機變頻調速是在現代電子技術基礎上發(fā)展起來的新技術，它不但比傳統(tǒng)的直流電機調速優(yōu)越，而且也比調壓調速、變極調速、串級調速等調速方式優(yōu)越，它一出現就以其優(yōu)異的性能逐步取代交流電機其他的調速方式，乃至取代直流電機的調速，而成為電氣傳動調速的中樞。交流電動機的轉速為：n=

60f1（1-s）/p。變頻調速技術是一種以改變電源頻率和改變電壓來達到電動機調速目的的，從而改變負載的轉速。簡單來講變頻調速系統(tǒng)是由三相輸入變壓器、整流電路、逆變電路、合成濾波電路、控制柜等組成。變頻調速技術的原理是將交流電順變成直流電，平滑濾波后再經過逆變回路，將直流電變成不同頻率的交流電，使交流電動機獲得無極調速所需的電壓、電流和頻率。

2、變頻調速技術的節(jié)能原理在風機、水泵上的應用

變頻調速技術的節(jié)能主要表現在風機、水泵的應用上。為了保證生產的可靠性，各種生產機械在選用交流電機的容量時往往都留有一定的富余容量，而且也不總是在滿負荷情況下運行。當電機不能在滿負荷下運行時，除達到動力驅動要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成了電能的浪費。風機、泵類等設備，傳統(tǒng)的調速方法是通過調節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調節(jié)風量和給水量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中，使得大量電能被白白浪費掉。當使用變頻調速技術時，如果流量要求減小，通過降低水泵或風機的轉速即可滿足要求。由流體力學可知，當所要求的流量Q減少時，可調節(jié)變頻器輸出頻率f使電動機的轉速n按比例降低，這時電動機的功率P將按三次方關系大幅度降低，比調節(jié)擋板、閥門節(jié)能40%～50%左右，從而達到節(jié)能降耗的目的。當今世界上，工業(yè)發(fā)達的國家已廣泛采用變頻調速技術，該項技術已成為我國重點推廣的節(jié)能節(jié)電新技術之一。

二、變頻調速技術的優(yōu)越性

1、調速范圍大Nmax/Nmin=10～20。

2、調速時平滑性好、特性硬度不變，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運轉；尤其在低速時，相對穩(wěn)定性好。

3、要實現軟啟、制動功能。采用變頻調器啟動時頻率低，轉速也低，啟動電流就小，避免了工頻電源啟動時形成的大電流對電機、電纜、開關等設備的沖擊，節(jié)能效果明顯。

4、提高了功率因數。由于變頻器內的濾波電容作用，使其具有功率因數補償功能，使功率因數約等于1，從而減少了無功功率損耗，減小了電流，也減小了線路損失和設備的發(fā)熱量，提高了供電設備的利用率。

5、提高了控制精度。使用變頻調速技術后，變頻器可以直接通過改變頻率f控制風機或水泵的轉速來控制風量或水量，調整方便。

6、延長了設備使用壽命。使用變頻器后，取消了調節(jié)擋板或閥門，減輕軸承磨損。使用變頻器后，能充分降低啟動電流，提高了電機繞組承受力，用戶最直接的好處就是電機的維護成本降低、電機的壽命增加。

7、變頻器體積小，便于安裝、調試與維修。還有變頻器采用了通訊方式，可以通過PC機來方便地進行組態(tài)和系統(tǒng)維護，包括上傳、下載、復制、監(jiān)控、參數讀寫等，便于實現生產過程自動化。

三、變頻調速技術的使用在節(jié)能降耗方面上的效果

變頻調速技術的節(jié)能降耗是其最閃耀的亮點之一。變頻調速技術的工作原理

是通過實時檢測系統(tǒng)的運行參數，調整電源頻率f，改變電動機轉速n，控制電動機的輸入功率P。下面是對某工廠使用變頻調速裝置后的節(jié)能效果的調查研究。

1、在鍋爐給水泵上安裝變頻調速裝置

每臺鍋爐有一臺給水泵在工作，水泵的電動機功率為75KW。在鍋爐汽泡上安裝有水位差壓變送器（差變），由差變測出鍋爐汽泡的水位并將水位信號送至調節(jié)器，調節(jié)器將差變的實測水位信號與設定的水位信號進行比較，經PID運算后將控制信號輸出到變頻調節(jié)器，通過改變電源輸出頻率f調節(jié)水泵轉速n來改變給水量，達到控制鍋爐汽泡水位的目的。由變頻調速控制鍋爐給水泵變速供水后，水泵的供水流量和供水壓力仍能滿足鍋爐供水要求，經實測發(fā)現水泵沒裝變頻調速器前，工作電流在132A～150A之間，實際每天用電量1200～1400KW?h；使用變頻調速器后，工作電流在40A～80A之間，實際每天用電量800～900KW?h；每天可節(jié)電400～500KW?h（度），即節(jié)電40%左右。

2、在鍋爐引風機上安裝變頻調速裝置

每臺鍋爐有一臺150KW的引風機。鍋爐運行中引風機風量偏大，使用擋風插板調節(jié)風量，電動機功耗基本不變，電能浪費大；安裝變頻調速裝置后，引風機啟動平穩(wěn)無沖擊電流，運行穩(wěn)定，根據鍋爐運行情況改變電源頻率f即可調整給風量。使用變頻調速器后經實測發(fā)現風機在正常工作下，電動機輸出功率為80KW，頻率為35～40Hz，線電流為75～80A，功率因數為0.995，可節(jié)電40%～50%左右。

四、結束語

電能是將一次能源（煤、石油、水力、核能等）通過發(fā)電廠轉換而成的二次能源。我國每年生產的礦物燃料（煤、石油）約有20%用于發(fā)電。因此節(jié)約用電也就是節(jié)約一次能源。積極研究和大力推廣變頻調速技術的節(jié)能和普及，對于企業(yè)的可降低成本提高效益、對于國家的可持續(xù)資源戰(zhàn)略的實現，都具有重要意義。

【參考文獻】

【1】劉競成.交流調速系統(tǒng).上海交通大學出版社，1985年（第二版）.

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關鍵詞：S7-200 PLC；變頻器；觸摸屏

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）37-0241-02

在當今自動化控制領域，PLC、變頻器、觸摸屏技術的綜合應用相當廣泛，PLC具有功能強、可靠性高等一系列優(yōu)點；變頻器節(jié)能、高效、有利于提高經濟效益；觸摸屏逐步取代過去設備的操作面板和指示儀表，成為應用越來越廣泛的人機界面（HMI）。通過將這三種控制技術引入到實驗教學中，使學生在校期間就能掌握當今自動化控制領域的流行技術，從而培養(yǎng)滿足社會需要的高素質的工程技術人才。

一、PLC-變頻器實驗臺實現的功能

實驗臺控制系統(tǒng)采用西門子的SMART LINE 700觸摸屏、S7-224 PLC及SINAMICS V20變頻器，可通過觸摸屏和外部按鈕兩種冗余方式控制交流電動機的運行，功能具體如下：①通過觸摸屏控制交流電動機的運行狀態(tài)，在線設置電機的運行速度，可同時設置三段運行速度；變頻調速速度上限設為50Hz，超過此設定范圍，觸摸屏顯示報警信息；觸摸屏能實時顯示交流電動機的運行速度曲線。②在觸摸屏失效的情況下，可通過實驗臺面板上的起停按鈕控制交流電動機的運行。

二、PLC-變頻器實驗臺硬件設計

實驗臺硬件主要包括S7-224 PLC、SINAMICS V20變頻器、SMART LINE 700觸摸屏、直流穩(wěn)壓電源，電氣原理圖如圖1所示。直流穩(wěn)壓電源為觸摸屏、PLC提供24V直流電源；PLC的輸入端子I0.0接變頻器的DO2輸出端子作為上電指示；PLC的Q0.0接中間繼電器K1，K1的常開觸點接變頻器的DI1端子用于交流電機的起?？刂疲籔LC的Q1、Q0.2、Q3分別接中間繼電器K2、K3、K4，K2、K3、K4的常開觸點接變頻器的DI2、DI3、DI4端子用于進行交流電機的多段速度控制；PLC的I0.2、I0.3分別接手動按鈕SB1、SB2，實現交流電動機起停的手動控制。

三、PLC-變頻器實驗臺軟件設計

實驗臺軟件設計包括觸摸屏監(jiān)控界面的設計和PLC控制軟件的設計兩部分，觸摸屏監(jiān)控界面的設計在西門子的WinCC flexible組態(tài)軟件中完成；PLC控制系統(tǒng)的設計采用西門子的STEP7-Micro/WIN32編程軟件；WinCC flexible組態(tài)軟件和STEP7-Micro/WIN32編程軟件都是基于Windows的應用軟件，控制軟件設計完成后，通過專用電纜分別與觸摸屏、PLC連接通信，然后將程序下載到觸摸屏、PLC中。

（一）觸摸屏界面的設計

觸摸屏是PLC-變頻器實驗臺的人機界面，實現對交流電動機的實時控制，包括起?？刂?、運行速度設置；速度越界報警顯示；實時顯示交流電動機運行速度曲線及運行時間?？筛鶕枰O計靈活多變的組態(tài)界面，PLC-變頻器實驗臺人機界面組態(tài)包括啟動界面、主界面和PLC-變頻器實驗臺介紹界面3個畫面，觸摸屏開啟后，首先進入啟動界面，在啟動界面上可選擇進入主界面和實驗臺介紹界面。①主界面的設計。主界面是PLC-變頻器實驗臺的控制、畫面及數據顯示平臺，實驗臺所有的控制、實時數據和畫面顯示都在主界面中實現，主界面設計如圖2顯示。在主界面中，通過按鈕對交流電機進行起?？刂疲赏瑫r設定3個運行速度及每個速度所運行的時間，所有速度均以頻率的方式表示，最高上限頻率為50Hz，運行曲線實時繪出交流電機的運行速度，并在實際值中顯示現在的運行速度；左下角的方形按鈕為手動控制與觸摸屏控制方式的切換按鈕。②PLC-變頻器實驗臺介紹界面。在主界面中點擊“實驗臺介紹”進入此界面，介紹實驗臺所能實現的功能，對該設備的操作進行說明。

（二）觸摸屏與PLC之間的通信建立

觸摸屏人機界面設計組態(tài)軟件WinCC flexible采用圖形化的編程手法，WinCC flexible與S7-224 PLC之間通信步驟設計如下：①設備連接。利用專用通信電纜將觸摸屏的通信端口與S7-200串行端口連接，在Wincc flexible“設備工具箱”中添加“通用串口設備”，雙擊可修改設備屬性，波特率為9600；觸摸屏設備地址為1，PLC設備地址為2。②定義變量。變量是PLC與觸摸屏之間傳遞信息的媒介，在工作臺窗口中選擇“變量”，通過“新增變量”來添加變量，也可以在監(jiān)控畫面中通過雙擊指示燈、按鈕等元件，彈出屬性窗口，選擇“動畫連接”的方式實現在完成動畫連接的同時定義數據庫變量。這些變量與PLC的輸入輸出及內部變量一一對應，在觸摸屏界面上的所有操作改變它的內部變量，通過變量將信息傳遞到PLC，實現觸摸屏對交流電機運行的真正監(jiān)控。

（三）PLC控制程序設計

編寫PLC控制程序首先要確定PLC的輸入、輸出量并進行地址分配，本實驗臺PLC通過三個中間繼電器實現變頻器多段轉速控制，Q0.0～Q0.3分別用于控制電動機的起動/停止、三段速度轉換，I0.0分配給變頻器上電顯示；I0.1、I0.2連接手動起、停按鈕。PLC控制系統(tǒng)的編程采用模塊化編程方法，主要包括主控模塊、初始化模塊、變頻器控制模塊、手動控制模塊。

四、PLC―變頻器電機控制實驗臺實驗項目的開發(fā)

結合PLC―變頻器電機控制實驗臺開發(fā)了相關的實驗項目，根據實驗項目的要求，學生自擬實驗方案，獨立完成實驗的全過程，撰寫實驗報告。

（一）觸摸屏―PLC組態(tài)界面的設計

學生首先要熟悉WinCC flexible組態(tài)軟件的編程環(huán)境；然后以實驗臺的觸摸屏組態(tài)程序為范例，學習組態(tài)軟件的編程方法；最后要求學生自己設計控制畫面，在學生進行控制畫面的設計過程中，培養(yǎng)了學生自主設計、創(chuàng)新的能力。

（二）PLC―變頻器交流電機控制程序的設計

學生首先要學會STEP7-Micro/WIN32軟件編程的使用，懂得變頻器的工作原理；清楚觸摸屏、手動按鈕兩種方式控制交流電機運行的工作流程；最后要求學生編寫PLC控制程序。通過本實驗的完成使學生了解PLC的工作原理，掌握PLC的編程、調試方法。

五、結束語

觸摸屏、PLC及變頻器是當今控制領域中應用廣泛的技術，通過開發(fā)新的實驗設備，設計新的實驗項目，將這些應用技術引入實驗教學中，使學生掌握簡單的控制系統(tǒng)的設計方法，培養(yǎng)學生分析、解決問題的能力，自主學習的能力，工程技術應用與創(chuàng)新的能力。

參考文獻：

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[2]郭西進，任良才等.PLC綜合實訓平臺的設計與實現[J].實驗室研究與探索，2011，6（30）.

篇(6)

【關鍵詞】計算機技術；交流電變頻調速技術；異步電動機；變頻調速系統(tǒng)

0.前言

我國的工農業(yè)生產、交通運輸以及國防軍事和日常生活，都離不開以電動機為主的電力傳動系統(tǒng)。近年來，我國的電力傳動系統(tǒng)的控制性能在不斷提高，其節(jié)能水平也在不斷地進步，而使得電力傳動系統(tǒng)的控制性和節(jié)能水平得以較大提升的關鍵就在于變頻調速技術以及變頻調速系統(tǒng)在其中的應用。在過去，直流調速系統(tǒng)因為能夠得到良好的動態(tài)特性而得到了許多高性能傳動系統(tǒng)的親睞并在變速傳動領域占據統(tǒng)治地位。但直流調速系統(tǒng)也面臨著一些列的問題，那就是其運營成本較高，因為機械接觸式的轉向器結構較為復雜并且制造成本較高，所需的維護及檢修費用也較高。由于直流電機運行成本很高，所以當要做大容量高速的機組時，就顯得不能不能滿足現代化生產的要求了。電動機的作用就是將電能轉換為機械能，所以電動機必須具有可以根據生產機械的工藝要求控制和調節(jié)電動機的轉速以及有較高的轉換效率這兩個基本特點。尤其是電動機的調速性能，調速性能越好，就越能夠提高產品的質量和勞動生產率，以及達到節(jié)能的目的。所以我們往往需要在電動機上裝配上控制裝置來控制電動機的運行，這樣，控制系統(tǒng)和電動機就構成了一個簡單的電力傳動自動控制系統(tǒng)。

直流電動機和交流電動機是電動機的兩種基本類型，交流電動機在全世界也經歷了一百多年的發(fā)展，目前的交流電動機包括了同步電動機和異步電動機兩類。變頻調速是交流電機典型的高效調速方法，無論是對于異步電動機還是同步電動機，它都能夠適用。而且在交流電機采用變頻調速的時候，它既能通過調節(jié)頻率與電壓間的關系使電機保持運行在高效區(qū)，而且還能實現無極調速。變頻調速之所以能成為一種理想的交流電動機調速方法，是因為它能夠明顯地改善交流電機的起動性能而且同時大幅度降低起動電流，增加了起動時的轉矩。而異步電動機又是一個高階、強耦合和非線性的多變量系統(tǒng)，既具有模糊控制適應性強的特點，又具有傳統(tǒng)PID控制精度高的特征，所以對于異步電動機變頻調速系統(tǒng)的研究是非常有意義的。

1.異步電動機調頻方式

1.1恒壓頻比控制方式

所謂恒壓頻比控制，就是在控制過程中，通過始終保持V/F為常數的方式來保證轉子磁通的恒定，它是交流電動機一種較為簡單的控制方式。電動機的主磁通若能保持額定值不變，就能達到對異步電動機進行理想的調速控制。因為對于異步電動機而言，若磁通太強，處于過勵磁狀態(tài)下的電機，其勵磁電流的過大將會導致鐵芯因熱損耗增大而早晨輸出效率的下降，嚴重時甚至將燒毀電機；若磁通太弱，鐵芯的利用又不夠充分，會出現在相同轉子電流下電磁轉矩變小，進而減小電動機的負載能力。那么異步電動機要如何保持主磁通的恒定呢？因為異步電動機的主磁通是由定子和轉子合成磁動勢產生的，所以定子繞組的電動勢本質上是定子繞組因切割旋轉磁場磁感線而產生了感應電動勢。對三相異步電動機而言，其每相電動勢的有效值的計算公式為：

E=4.44k×f×N×Φ

式中：E―主磁通在定子每相中感應電動勢的有效值。

k―與繞組結構有關的常數。

f―定子頻率。

N―定子每相繞組串聯(lián)匝數。

Φ―每極主磁通量。

而其中E和f共同決定了Φ的值，所以要想使主磁通Φ的值保持不變，只要對E和f進行適當的控制即可實現。

1.1.1基頻以下變頻調速控制的基本方式

只要主磁通Φ保持不變，電動機的負載能力就可以得到保證，所以在降低供電頻率時，可同時降低感應電動勢，這樣就能夠使得E/f的比值為一個常數。如果電動勢E的值較高，可以通過恒轉矩調速方式來控制，此時可近似的認為定子相電壓U1=E，這樣可以得到U1/E的值為一個常數；若頻率較低時，可以人為地來提高定子電壓使主磁通基本保持不變。

1.1.2基頻以上變頻調速控制的基本方式

當頻率在基頻以上進行調速控制時，頻率的額定值會由f1N往上增高，但電壓U1卻由于受限制而最多只能保持在U1=U1N。其造成的后果就是迫使主磁通Φ隨頻率f的升高而降低，這種方式相當于直流電動機中的弱磁升速的情況，其調速方式屬于近似的恒功率調速方式。

1.2直接轉矩控制方式

直接轉矩控制（DTC）能夠直接實現對轉矩的控制，它能夠有效克服坐標變換和解耦運算的復雜程序，它是一種轉矩閉環(huán)控制方式，通過這種方式，可以控制轉矩誤差和磁通控制誤差，并且按照一定的原則來選擇逆變器的開關轉態(tài)以控制施加在定子端的三相電壓來調節(jié)電機的轉速和輸出功率，最終達到控制電機轉速的目的。DTC著重是通過轉矩來對轉子進行狀態(tài)干擾而不是參數干擾，但其在于低速時的性能卻不太理想。

1.3矢量控制方式

相對于直接轉矩控制的轉矩閉環(huán)控制方式，恒壓頻比控制是一種開環(huán)的控制方式，而這種開環(huán)的控制方式對于電機轉矩的利用率就較低，速度動態(tài)特性也相對較差，而且在對于如加/減速度等參數進行控制時，還要根據負載情況的不同來對相應的參數進行調整。如果遇到突加負載電機轉速將無法迅速地恢復到給定的值，總而使系統(tǒng)發(fā)生振蕩現象。所以在對于對動態(tài)性能要求較高的應用上，還可以采取適量控制變頻器。

還有一個問題就是轉子磁場的定向問題，因為在電流矢量從靜止坐標變換到旋轉坐標的時候，我們必須知道靜止坐標與旋轉坐標之間的轉角。轉子磁場的定向問題可以由直接轉子磁場控制和間接法轉子磁場定向控制。所謂間接法轉子磁場定向控制，它實際上是結合電機電壓、轉速和電流信息來通過電流模型法或者電壓模型法將磁通的相位和幅值計算出來；而直接轉子磁場控制則是利用霍爾傳感器等測量，或者由磁通觀測器來進行估計。但在實際應用中，往往會更多地選用間接法矢量控制。對于異步電機的轉差頻率矢量的控制，在保證轉子磁通大小恒定不變的前提下可根據需要的轉矩來推算轉差角頻率，以實現簡介磁場定向控制。

2.結語

異步電動機作為一種電器設備，它具有許許多多的優(yōu)點，比如說結構簡單、堅固、價格低廉等。而微處理器和控制技術的飛速發(fā)展又為交流變頻調速技術在實際中的應用打下了堅實的基礎，所以為了實現節(jié)能、提高對電的利用率，進一步研究異步電動機變頻調速系統(tǒng)是非常有必要的。

【參考文獻】

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[2]季政.交流異步電動機變頻調速應用[J].價值工程，2011，30（10）：30-30.

篇(7)

近幾十年來，隨著電力電子技術、微電子技術及現代控制理論的發(fā)展，中、小功率電動機在工農業(yè)生產及人們的日常生活中都有極其廣泛的的應用。特別是在鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)及家用電器中，更需要有大量的中、小功率電動機。由于這種電動機的發(fā)展及廣泛的應用，它的使用、保養(yǎng)和維護工作也越來越重要。

電動機機應用廣泛，種類繁多、性能各異，分類方法也很多。能是國民經濟中應用最廣泛的能源，而電能的生產、傳輸、分配和使用等各個環(huán)節(jié)都依賴于各種各樣的電機；電力拖動是國民經濟各部門中采用最多最普遍的拖動方式，是生產過程電氣化、自動化的重要前提。由此可見，電機及電力拖動在國名經濟中起著極其重要的作用。

電機的分類

1.按工作電源分類

根據電動機工作電源的不同，可分為直流電動機和交流電動機。其中交流電動機還分為單相電動機和三相電動機。

2.按結構及工作原理分類

電動機按結構及工作原理可分為異步電動機和同步電動機。同步電動機還可分為永磁同步電動機、磁阻同步電動機和磁滯同電動機。異步電動機可分為感應電動機和交流換向器電動機。感應電動機又分為三相異步電動機、單相異步電動機和罩極異步電動機。交流換向器電動機又分為單相串勵電動機、交直流兩用電動機和推斥電動機。直流電動機按結構及工作原理可分為無刷直流電動機和有刷直流電動機。有刷直流電動機可分為永磁直流電動機和電磁直流電動機。電磁直流電動機又分為串勵直流電動機、并勵直流電動機、他勵直流電動機和復勵直流電動機。永磁直流電動機又分為稀土永磁直流電動機、鐵氧體永磁直流電動機和鋁鎳鈷永磁直流電動機。

3.按起動與運行方式分類

電動機按起動與運行方式可分為電容起動式電動機、電容盍式電動機、電容起動運轉式電動機和分相式電動機。

4.按用途分類

電動機按用途可分為驅動用電動機和控制用電動機。驅動用電動機又分為電動工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴孔等工具）用電動機、家電（包括洗衣機、電風扇、電冰箱、空調器、錄音機、錄像機、影碟機、吸塵器、照相機、電吹風、電動剃須刀等）用電動機及其它通用小型機械設備（包括各種小型機床、小型機械、醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動機。

控制用電動機又分為步進電動機和伺服電動機等。

5.按轉子的結構分類

電動機按轉子的結構可分為籠型感應電動機（舊標準稱為鼠籠型異步電動機）和繞線轉子感應電動機（舊標準稱為繞線型異步電動機）。

6.按運轉速度分類

電動機按運轉速度可分為高速電動機、低速電動機、恒速電動機、調速電動機。低速電動機又分為齒輪減速電動機、電磁減速電動機、力矩電動機和爪極同步電動機等。調速電動機除可分為有級恒速電動機、無級恒速電動機、有級變速電動機和無極變速電動機外，還可分為電磁調速電動機、直流調速電動機、PWM變頻調速電動機和開關磁阻調速電動機。

電動機技術發(fā)展現狀

電動機是一種實現機、電能量轉換的電磁裝置。它是隨著生產力的發(fā)展而發(fā)展的，反過來，電動機的發(fā)展也促進了社會生產力的不斷提高。從19世紀末期起，電動機就逐漸代替蒸汽機作為拖動生產機械的原動機，一個多世紀以來，雖然電動機的基本結構變化不大，但是電動機的類型增加了許多，在運行性能，經濟指標等方面也都有了很大的改進和提高，而且隨著自動控制系統(tǒng)和計算機技術的發(fā)展，在一般旋轉電動機的理論基礎上又發(fā)展出許多種類的控制電動機，控制電動機具有高可靠性好精確度快速響應的特點，已成為電動機學科的一個獨立分支。

電動機的功能是將電能轉換成機械能，它可以作為拖動各種生產機械的動力，是國民經濟各部門應用最多的動力機械。在現代化工業(yè)生產過程中，為了實現各種生產工藝過程，需要各種各樣的生產機械。拖動各種生產機械運轉，可以采用氣動，液壓傳動和電力拖動。由于電力拖動具有控制簡單調節(jié)性能好耗損小經濟，能實現遠距離控制和自動控制等一系列優(yōu)點，因此大多數生產機械都采用電力拖動。按照電動機的種類不同，電力拖動系統(tǒng)分為直流電力拖動系統(tǒng)和交流電力拖動系統(tǒng)兩大類。縱觀電力拖動的發(fā)展過程，交、直流兩種拖動方式并存于各個生產領域。在交流電出現以前，直流電力拖動是唯一的一種電力拖動方式，19世紀末期，

由于研制出了經濟實用的交流電動機，致使交流電力拖動在工業(yè)中得到了廣泛的應用，但隨著生產技術的發(fā)展，特別是精密機械加工與冶金工業(yè)生產過程的進步，對電力拖動在起動，制動，正反轉以及調速精度與范圍等靜態(tài)特性和動態(tài)響應方面提出了新的，更高的要求。由于交流電力拖動比直流電力拖動在技術上難以實現這些要求，所以20世紀以來，在可逆，可調速與高精度的拖動技術領域中，相當時期內幾乎都是采用直流電力拖動，而交流電力拖動則主要用于恒轉速系統(tǒng)。

異步電機的發(fā)展異步電機是一種交流電機，也叫感應電機，主要作電動機使用。異步電動機廣泛應用于工農業(yè)生產中，例如機床、水泵、冶金、礦山設備與輕工業(yè)機械等都用它作為原動機，其容量從幾千瓦到幾千千瓦。日益普及的家用電器，例如在洗衣機、風扇、電冰箱、空調器中采用單向異步電動機，其容量從幾瓦到幾千瓦。在航天、計算機等高科技領域，控制電機得到廣泛應用。異步電機也可以作為發(fā)電機使用，例如小水電站、風力發(fā)電機也可采用異步電機。

異步電機之所以得到廣泛應用，主要由于它有如下優(yōu)點：結構簡單、運行可靠、制造容易、價格低廉、堅固耐用，而且有較高的效率和相當好的工作特性。

異步電機主要的缺點是：目前尚不能經濟的在較大范圍內平滑調速以及它必須從電網吸收滯后的無功功率，雖然異步電機的交流調速已有長足進展，但成本較高，尚不能廣泛使用；在電網負載中，異步電機所占比重較大，這個滯后的無功功率對電網是一個相當重的負擔，它增加了線路損耗、妨礙了有功功率的出。