卷揚(yáng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

1、電力電子與電機(jī)拖動綜合課程設(shè)計題目：卷揚(yáng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計所在院系：機(jī)械電子工程各學(xué)院專業(yè)：11自動化1班學(xué)號：01XX姓名：林XXX完成日期：2021-06-16指導(dǎo)教師：互至景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院電力電子與電機(jī)拖動綜合課程設(shè)計任務(wù)書姓名班級指導(dǎo)老師設(shè)計課題：卷揚(yáng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計任務(wù)與要求根本要求：1 .限制對象：三相異步電動機(jī),電源:三相交流電源380v2 .功率:40kw3 .調(diào)速范圍:5:14 .穩(wěn)態(tài)精度:3%-8%5 .正反轉(zhuǎn)限制：人工手動限制正反轉(zhuǎn),注重平安設(shè)計步驟1、查閱相關(guān)資料；2、總體力泵設(shè)計與論證；3、單元電路的設(shè)計；4、元器件選擇與參數(shù)計算；5、繪制原理圖A4號圖紙,計算機(jī)繪圖；6

2、、撰寫設(shè)計說明書A4號紙打印,字?jǐn)?shù)不少于3000.參考文獻(xiàn)1電力電子技術(shù)西安父通大學(xué)王兆女黃俊主編第4版2002電機(jī)拖動根底許建國主編3工廠電氣限制技術(shù)方承遠(yuǎn)張振國第3版：4電動機(jī)變頻調(diào)速圖解張燕賓李鶴軒20035上海電機(jī)集團(tuán)公司南洋電機(jī)廠.技術(shù)手冊Z,2000.作者簡介：富巍1963-,男,黑龍江齊齊哈爾人,淮海工學(xué)院電子工程系副教授,碩士,主要研究方向?yàn)橛嬎銠C(jī)限制技術(shù).6電動機(jī)限制黃立培主編北京：清華大學(xué)出版社,2003教研室主任簽字：年月日目錄1 .摘要42 .卷揚(yáng)機(jī)的根本結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)43 .交流電動機(jī)的調(diào)速傳動44 .限制系統(tǒng)原理分析65 .主電路杭干擾舉措86 .變頻器的調(diào)速限制1

3、17 .結(jié)論148 .參考文獻(xiàn)14摘要卷揚(yáng)機(jī)變頻操控系統(tǒng)是專門針對金礦豎井作業(yè)中罐籠升降而設(shè)計開發(fā)的拖動限制系統(tǒng).該系統(tǒng)主要用于卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)的拖動調(diào)速,充分考慮了低速力矩、空停制動和平安保護(hù)等問題,可以取消原交流繞線電動機(jī),電機(jī)碳刷和滑環(huán)不再存在,取消原用于調(diào)速的接觸器及大功率電阻排.徹底杜絕了原調(diào)速系統(tǒng)維修成本高、維護(hù)工作量大、能耗高、調(diào)速性差的缺陷.本文給出了一種基于矢量限制的異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案.變頻調(diào)速的主電路設(shè)計是帶有特殊性的電力電路設(shè)計,既要遵守電力設(shè)計的一般規(guī)律,也要考慮變頻調(diào)速系統(tǒng)的特殊情況,同時針對制目的選擇變頻器,通過限制端子實(shí)現(xiàn)的限制系統(tǒng)功能,正確設(shè)置命令和頻率源等

4、參數(shù),采用PLC限制保證調(diào)速限制精度,考慮限制電路的抗干擾舉措,對硬、軟件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計,從而保證了系統(tǒng)限制的實(shí)時性和平安性.關(guān)鍵詞:上料卷揚(yáng)機(jī)；PLC變頻器；變頻調(diào)速卷揚(yáng)機(jī)的根本結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)：卷揚(yáng)機(jī)又叫絞車/電的產(chǎn)是由人力或機(jī)械動力驅(qū)動卷筒、卷繞繩索來完成牽引工作的裝置.可以垂直提升、水平或傾斜拽引重物.現(xiàn)在根本上都是電動的產(chǎn),電動卷揚(yáng)機(jī)是由電動機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)和卷筒或鏈輪組成,分鋼絲純電動的產(chǎn)和環(huán)鏈電動的產(chǎn)兩種.工作特點(diǎn)：其工作特點(diǎn)是：1能夠頻繁起動、制動、停車、反向,轉(zhuǎn)速平穩(wěn),過渡時間短；2能根據(jù)一定的速度圖運(yùn)行；3能夠廣泛地調(diào)速,調(diào)速范圍一般為s,目前料車最大線速度可達(dá)so4系統(tǒng)可靠工作

5、.在進(jìn)入曲軌段及離開料坑時不能有沖擊,保證終點(diǎn)位置準(zhǔn)確停車.5.對拖動系統(tǒng)的要求.交流電動機(jī)的調(diào)速傳動調(diào)速傳動的運(yùn)動方程調(diào)速傳動系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時,其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動方程為T-Tz二J"®2dt式中T一驅(qū)動轉(zhuǎn)矩N2m;Tz負(fù)載轉(zhuǎn)矩,即阻轉(zhuǎn)矩N2m;Jdw/dt一慣性轉(zhuǎn)矩N2m;一電動機(jī)的角速度rad/s;L折算到電動機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量(kg.m'),由式(1-2)表示(1-2)式中G旋轉(zhuǎn)局部的重量(N);D慣性體直徑(m);將式(1-1)中的角速度.(rad/s)變?yōu)樗俣萵(r/min)表示格式(L2)和式(*3戕入式(LI)中.那么有即調(diào)速傳動系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時,工作狀態(tài)可由

6、運(yùn)動方程式Q.4)表示,當(dāng)T二心,加/標(biāo)=3查動系統(tǒng)處于葬止或等速運(yùn)動狀態(tài).電氣博動系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)然狀態(tài)栗穩(wěn)定狀態(tài).當(dāng)r合5.贏,st>Q,傳動系統(tǒng)處于to速狀恣.即處于過灌過程(也叫動態(tài)過程),當(dāng)曲必<0,傳動系統(tǒng)處于減速狀態(tài),即處于過渡過程.由運(yùn)朝方翟式可知,傳弓系統(tǒng)可能處于匡種道轉(zhuǎn)狀態(tài).斗二穩(wěn)態(tài)和動態(tài).吉傳貧家統(tǒng)由一個卷定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)變億到另一個穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時,需要一個變化過程,這個過程稱為過凄過程一在過渡過程中的轉(zhuǎn)注.舞母卻電流笆按一定的史律變化；2限制系統(tǒng)原理分析2,1異步電動機(jī)調(diào)速方法根據(jù)交汽年于電機(jī)的原理,從定子傳入轉(zhuǎn)子的電生功率可分成商巒分;一局部是推動負(fù)裁的右效功率,

7、稱作機(jī)械功率;另一局部是傳輸培拷子電路的轉(zhuǎn)差功率,與轉(zhuǎn)差率Q成正比=二組異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速公式為：由式Q,D可見,改變供電頻率五、電劫機(jī)的盤極對數(shù)P及轉(zhuǎn)差率;均可到達(dá)改變轉(zhuǎn)速的目的.因此.常見的交沆調(diào)速方法有:降電壓調(diào)速：轉(zhuǎn)差高臺署個速？轉(zhuǎn)子串電阻得速；工統(tǒng)/.日產(chǎn)不刃話土后.伺三變極對數(shù)詞速！變王變頻詞速萼等二從金量換的弟至上看,轉(zhuǎn)差功率是百漕大,是消耗掉還是得到叵我,是評價詞違系統(tǒng)效率上下的標(biāo)志,從達(dá)立出發(fā).可以把異步電機(jī)納詞速系統(tǒng)分成三譽(yù)-I.轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng):這種類型的全都羞生亶落轉(zhuǎn)受我想能潘題在轉(zhuǎn)子回路中.上述的弟、三種調(diào)速方法都屬于這一變.在三類異毋用機(jī)調(diào)避條筑中,這類系統(tǒng)的雙率

8、最低,而且越到低遽打量率起低,石是以喈然轉(zhuǎn)爰功率的當(dāng)耗來嬲趣圜囹氐國(但腱見望時1,可是退變緊疣部管單,設(shè)備成率最低,所以還有一定的及用吩值*二,轉(zhuǎn)差咕克或這型謁速系統(tǒng):在這類系統(tǒng)中.除轉(zhuǎn)子鈍損外,大第分轉(zhuǎn)差必宦左轉(zhuǎn)子忖意過變充裝置律出或請L轉(zhuǎn)速逗低,能重送的力率逑多.上述第豈祎詞述方法高于這一類,無論是潰出還是津人的轉(zhuǎn)差商寶,打除交流裝置本盤的眼耗后,最終都轉(zhuǎn)化成百用的功率,因此這類系統(tǒng)的效率短卷.咱要留加一些設(shè)備.3.轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng):在這類系統(tǒng)中.轉(zhuǎn)差功軍R有轉(zhuǎn)子銅損,而且無論轉(zhuǎn)速育話,轉(zhuǎn)差功率根本不變,因此效率更高.上述的美,三兆種調(diào)速方法屬于此類：I其中變極對數(shù)調(diào)速是有級的,應(yīng)

9、用場合有限,只有變壓變頻調(diào)速應(yīng)月最廣,可以構(gòu)成曷動態(tài)性能的受流嗎速系統(tǒng),釵代亙聞謂速J3在定子鱷中須配備與自動機(jī)容量相當(dāng)約變區(qū)變頻器,相比之下.設(shè)各本錢最曷,和控到特性要求口3限制系統(tǒng)設(shè)計卷揚(yáng)機(jī)施動系統(tǒng)要求卷揚(yáng)機(jī)電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)分析料車卷揚(yáng)機(jī)品典型的摩擦性負(fù)載-如圖3.3斜車在料坑匕三司時.負(fù)戴最大,藥以65H計算,的以5.n計算當(dāng)右倒車滴我從斜橋度里提升出.鋼繩的拉力為；7.受sitf&5r6,S(3,3)這時左科車空戴從券橋頂薊下博,兩號的拉力為：(34)卷筒的靜力距為:r=F=(,8-1.53J=3.16?ijr*r,圖33料車機(jī)械傳布示言圖折算刻卷拐機(jī)1向M哥上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：TL：

10、T=2£).77:1(3.6)耳-上一x1000106.15依m(xù)(J7)29.77當(dāng)右料車帝教上升時,電動機(jī)的電磁蕤距要克服負(fù)或轉(zhuǎn)矩才能鳧升,起動時近票克服一定的靜摩撐力矩,電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)方向祖同,故電匆忙處于電動狀態(tài),工年于第一象限：當(dāng)左料車芾載上升時a電動機(jī)的電蓬轉(zhuǎn)走仍要克服同樣的負(fù)載轉(zhuǎn)走才能找老？機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩約方向與旋轉(zhuǎn)方向相同,只不過電動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向反了,所以電動機(jī)處于反向電動狀右,工作于第三點(diǎn)限；變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路設(shè)計這里所說的主電路,是指以傳遞功率為主要任務(wù)的電氣回路.在變頻調(diào)速系統(tǒng)中,主電路大致可以分為三個根本局部：電源輸入、輸出到電動機(jī)電路、制動電路.輸入

11、輸出電路主體功能設(shè)計L保檸功設(shè)計堂頻器去身具備比亞完考的保護(hù)巧非.案字式限制的女代變頻器尤其如此.在齊數(shù)情況下變頻差能夠?qū)ψ陨砑半妱訖C(jī)實(shí)現(xiàn)有效的各種電氣保護(hù).在外部電路上的保護(hù)舉措主要以后各短路保護(hù)和防匚空緣檢測損壞變頻器的隔離舉措為主：在主電易設(shè)置后各通昂斥擰的目的有兩個;一個是對于逆交器后段短瞄提供后備艮護(hù)功能,以免逆變器的瞬間電流克護(hù)失效時事故擴(kuò)大導(dǎo)致嚴(yán)重?fù)p失含在直流回路上濾波宣容和逆變罟之間,常常裝設(shè)有快速熔斷器,這個熔斷器也具有對通變器及以后局部的屎護(hù)能執(zhí)另外T目的是對逆變爆前段包括直逋母線局部以及整流需前段3勺埴路提供保護(hù).這局部專路發(fā)生短路時,變頻器內(nèi)沒有切斷理路電沆的舉措.可以

12、用自動空氣斷路器或者快速熔斷器實(shí)現(xiàn),因此.自動空氣斷路器和快速珞斷器在作為后段的后備短路保護(hù)元件方面作用是差.K多的.君不能有效保護(hù)逆變器,只能夠在逆變器自身保護(hù)失效時預(yù)防或障擰大.篇考的主要差異是短路發(fā)生在直流中間環(huán)節(jié)位置時,自動空氣斷路器不能對整沆器實(shí)現(xiàn)有效留擰,快速謬斷器卻有可能實(shí)現(xiàn)有裝保護(hù).時于變頻器結(jié)構(gòu),直流中間環(huán)荒在變頻器內(nèi)部,在這個位置發(fā)生健路的概率很低一.因此斷路器保護(hù)和快速熔斷器保護(hù)在實(shí)際效果上差異不大,由于采用自動空氣斷路器時主電路接線和故障的恢復(fù)緣作都很簡單,因此選擇自動空氣斷靜器作為短路保護(hù)元件,昨?yàn)殡娏﹄娮釉O(shè)備.變頻器不能目常識方式進(jìn)雄好校門.二電武機(jī)或者新出電纜需要

13、進(jìn)行絕緣檢測時,應(yīng)斷開交黑器與輸出電纜的連善.在變頻器打帽出惻設(shè)置一個隔離開關(guān)會使所尹涔接的線咋比擬方便：輸入輸出惻的隔離開關(guān)、熔斷器隔離開關(guān)或者負(fù)有開關(guān)根據(jù)虢定電流不小于變頻器數(shù)學(xué)三產(chǎn)：1二；/三二匚目片.三與二理/二三產(chǎn)K二丁十賽耳-3三二的1號之擇.其圣踣脫扛器考空我朽器或者毛子在死器電龍根據(jù)不關(guān)的包定曳浣為3倍以上整定乳可,其過載裝扣器電員根據(jù)開關(guān)的額定電沉;過速涔斷器謔七建議根據(jù)變頻瑞樣本推薦型號規(guī)格選擇：2,電源控刷及切換功能設(shè)計電源限制指的是系統(tǒng)輸入苴路的開關(guān)限制方式和器件配置一變頻器輸入側(cè)接通電源到運(yùn)行指令發(fā)出,應(yīng)該有一段時間間隔.汨臬在號要起動時刁'臺上輸入電源,那么

14、實(shí)際起動動作會延后,系統(tǒng)動作反響速蜜降低;所以,在系統(tǒng)準(zhǔn)備運(yùn)行前變頻春就應(yīng)該供電,中途短時停車時,電源也不必切斷,在較長時間不運(yùn)行時.是否要切斷電溶二三使用者習(xí)慣法定,著重點(diǎn)考恚防潮因素,那么以長期帶電方式為好,假設(shè)想延長風(fēng)機(jī)使用壽命.貝校長亞同不運(yùn)行時可切斷電源.主電路杭干擾舉措變頻謂速系統(tǒng)本身既是一個很強(qiáng)的二擾海.同時變須器也是對干擾敢感的電子沒備,因此,抗干擾指強(qiáng)的設(shè)計而于變頻詞速系統(tǒng)的設(shè)計是一個亙要的課題,1.二無的類型及危將受級詞速系統(tǒng)的對外干擾主要在兩個有足修功率亢動的主電路產(chǎn)生,毛變頻器的輸入電將、變頻器到電動機(jī)的輸出電路,(1獺入電路的干擾粒入電期產(chǎn)生的干擾主要百兩方面:沖擊干

15、擾卻洛波干擾,轍入電背沖擊干擾：為了提升系統(tǒng)的切態(tài)響應(yīng),總是希里系交有快速為其矩美升速置.這意味著變頻聚前出電沆也有快速的變化足,司性能詞速系統(tǒng)尤其明顯：這個電流變化經(jīng)這亙五電居緩沖怎也會反映到輪入巨路止去,輸入電路是與電網(wǎng)相連筌,沖擊電流進(jìn)入電網(wǎng)后,一方面會引起苛部電網(wǎng)電壓的瞬時波動,另一方有會在感性負(fù)載上產(chǎn)生浪再電壓,形成干擾c鈍入電路沖擊干擾主要危害連接在B一局部電網(wǎng)上有較將輸入組抗的設(shè)各,列如變頻調(diào)速系統(tǒng)自身約限制電溥等；3.2.3 能耗制動電路設(shè)計再生發(fā)電制動運(yùn)行的制動電路設(shè)計育兩個主要篡劉旻澧守:系統(tǒng)自身是平安的.即釗動局部不非對系緩的其他局部構(gòu)成歷善,這一點(diǎn)對制動電流加以跟用;釗

16、戲水平應(yīng)該是足夠的,非終演足運(yùn)行祎裝尤其是位能負(fù)載的情況,假設(shè)制動水平缺乏可能危善忑行本身的平安,這一點(diǎn)又要求平均制動電沆必分:要滿足列動功率的要求：系統(tǒng)自身較平安和系統(tǒng)運(yùn)行的平安.兩者不可偏廢,要樹立適宜的方式才是最平安的方式：3.2.4 主電路設(shè)計方案變頻器生品說里書都提供了標(biāo)稱功率數(shù)據(jù).但實(shí)際上限制變頻器使壬功率的是定子電流參數(shù).因此.直接根據(jù)變爆器標(biāo)稱功星進(jìn)行選擇在親演士學(xué)?？赡苄胁煌╟根無具體工作的情況,可以有以下幾種不同的變頻器規(guī)格選擇方式：1 .根據(jù)標(biāo)功星選擇2 .根據(jù)電動機(jī)額定功率選擇3 .根據(jù)電動機(jī)實(shí)際運(yùn)行的電源選擇4 .根據(jù)轉(zhuǎn)定過裁水平選擇對于多數(shù)的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)數(shù)可以按式3-1

17、5選接變須器(3.15)式中J一一變城型額定電流；lt電動機(jī)敷定電沆；K.三流與量系數(shù)一笠可取1.051.15一股情沅Y可取小值,在這工機(jī)持經(jīng)次載率超過8096E寸劉應(yīng)該取大奧.由于多數(shù)變頻養(yǎng)持故定電流都是以持讀負(fù)教率不超過80%來礴定的;另外起動停止頻繁的時候也應(yīng)該考慮取大值;多蚊唔況下根據(jù)式3“5計算的結(jié)果,變須器的功況與電動機(jī)功率都是匹出的不需要放大,因此,根據(jù)電功機(jī)容量及額定電流的要求選擇變頻荽為FR-A740-SSK-CHT選弓三麥變頻器FR-A740系列變頻器,選擇支頻器容量為55kW.其額定值如表3所示,表3.1變頻器設(shè)定值型號FRA740-K-CHT55KW運(yùn)用電機(jī)容量KVER

18、-A740-55K-CHTSLD1取11.缶依20%3s版時限特性周圍溫度40C0LD144Q20.6gl5023s位時限特性周圍溫度50C.輸出額定電流ASD110a500660ao0%3s反時限特性凋圍溫度50coKD£62OOOo6O325O063s飯時限特性居圍：密度50co電壓3相330780V3和380T80V50Hz60Hz323528V50Hz60Hz±5%開四強(qiáng)制風(fēng)冷37前定他人交流電壓,頻率申源交流申壓允許波動范圍允許頻率波動范圍保護(hù)結(jié)構(gòu)冷卻方式均5kg特點(diǎn)：1 .用遨通矢量限制技術(shù).在無速度傳感器的開環(huán)斐司下,詞速范國為1:1助探年速度傳感器的閉環(huán)控利

19、下,謂速范圍為1:1000.詆速旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)運(yùn)均勻.2 .用SoR-PWM原理知智能功史模塊IPM,更變頻器輸出波形更好,噪聲更低,抗干擾性能更蝎.33.1變頻器的調(diào)速限制變燒器限制給子包括四類必要的外部話號聯(lián)系內(nèi)容:模琪蚩的徜入和輸出以及開關(guān)量的洵入和商出,開關(guān)量輸入和模擬量洵入的主要作用,是對變瓶諳速系統(tǒng)妁運(yùn)行及詢速實(shí)現(xiàn)外箭限制：所謂運(yùn)行控利能的是系統(tǒng)的起引、停止挖利以及運(yùn)行方向的限制,也就是工作人員或限制設(shè)備向詞速系統(tǒng)發(fā)出指令的方式:變頻溝速系統(tǒng)的運(yùn)行限制一般有三三1類型的指令來源:在變頻器的數(shù)字式人機(jī)界面上嗓作;在操作臺等操作地點(diǎn)操作;或者臼PLC-類受制設(shè)備進(jìn)行目動限制:由于生育二藝的要

20、求,系統(tǒng)需要在不同的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行,三菱變頻器在根本功能下的多段速設(shè)定參政為陽芭迷、Pr5中速、Pi«低速、Pr2*速度4,Pr25速曳S,Pr26速度6,Pr27速度7.Pr232用;39號多達(dá)15種速支.可以由PLC遂行程序限制.3.3.3電氣拉制電路實(shí)現(xiàn)1 .變叔器三制線路變頻器接線見至3.12.圖中KA1為左料車上行信號;KA2為右和車上行信號:KA5為甚速運(yùn)行信號HA6為轉(zhuǎn)速運(yùn)行售號KA4為第二斜率上升信號；33.12變頻相接統(tǒng)圖卷揚(yáng)電動機(jī)的正反奘由變嫁器STF,STR來限制.丹RH：RM耒拄制科車的逐行頻率即轉(zhuǎn)速.上升斜率的受化有RT來挖制,其麥散設(shè)置.三表3,3表3.3變頻器參數(shù)設(shè)置P450P4211.1P514.1P43111P712.8P4458P85.8PP9110P5P1014.1PS055P1117PS16P89100%2 .PLC硬件結(jié)構(gòu)變頻器的起引、停止拄制以及遂行方向的限制均來自PLC轉(zhuǎn)出信號進(jìn)行拄制.系統(tǒng)控帶.帚要輸入點(diǎn)15個,輸出點(diǎn)7個,因此選年法門子公司的S7.：00CPU22X系列左品:CPU226模塊,其UO總數(shù)為40點(diǎn),其士輸入點(diǎn)24點(diǎn),輸出點(diǎn)16點(diǎn).可帶7個擴(kuò)援模塊.用戶程序容量為6.6K字,內(nèi)置曷速計數(shù)器.具有P1D控利器的功能,有2個高速版滬輸出境和2個RS485造信口,具有PPI計議、M