PLC和变频器控制电机

目 录

1 实训的目的 ............................................................................................... 1 2 变频器控制电机 ...................................................................................... 3

2.1 变频器的工作原理 3 2.2 变频器控制电机的正反转 4 2.3 变频器控制电机多段运行 6 2.4 变频器控制三台电机 8

3 PLC控制设计 ......................................................................................... 10

3.1 PLC的简介 10

3.2 PLC控制电机的正反转 12 3.3 PLC控制电机多段运行 13 3.4 PLC控制步进电机 16

4 设计体会 ............................................................................................... 24 参考文献 ................................................................................................... 25

1 实训的目的

自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能，PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。电气控制在生产生活中广泛应用，例如PLC控制电梯，电机的运行，PLC还可以控制音乐喷泉。

变频器是运动控制系统中的功率变换器。变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异。当今的运动控制系统是包含多种学科的技术领域，总的发展趋势是：驱动的交流化，功率变换器的高频化，控制的数字化、智能化和网络化。因此，变频器作为系统的重要功率变换部件，提供可控的高性能变压变频的交流电源而得到迅猛发展。现在变频器多余PLC配合使用，例如PLC通过变频器控制电机的正反转、变频运行等等。

如今PLC与变频器控制已经广泛应用于我们的生活中，为了对PLC与变频器的控制不陌生，就有了实训，这次试训的目的是熟悉PLC和变频器，以及他们相互配合使用控制电机的正反装以及电机的多段运行，还有PLC对步进电机的控制的电路设计和程序设计。在实训的过程中，还可以将以前所学的关于PLC的只是进行加深巩固实践的目的就是运用所学专业技术基础课及专业课知识，进行控制系统设计及综合实验，使学生在综合运用专业理论方面得到实际锻炼。通过实践，培养学生理论联系实际的能力，独立进行工程设计的能力。

2 变频器控制电机

2.1 变频器的工作原理

近年来，随着电力电子技术、微电子技术及大规模集成电路的发展，生产工艺的改进及功率半导体器件价格的降低，变频调速越来越被工业上所采用。如何选择性能好的变频其应用到工业控制中。 2.1.1 变频器的工作原理

交流电动机的同步转速表达式位： n＝60 f(1－s)/p (1)

式中 n———异步电动机的转速；f———异步电动机的频率；s———电动机转差率；p———电动机极对数。

由式(1)可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。

2.1.2变频器控制方式

低压通用变频输出电压为380～650V，输出功率为0.75～400kW，工作频率为0～400Hz，它的主电路都采用交—直—交电路。其控制方式经历了以下四代。

1、U/f=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式：

其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。

2、电压空间矢量（SVPWM）控制方式

它是以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成三相调制波形，以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。经实践使用后又有所改进，即引入频率补偿，能消除速度控制的误差；通过反馈估算磁链幅值，消除低速时定子电阻的影响；将输出电压、电流闭环，以提高动态的精度和稳定度。

3、矢量控制（VC）方式

矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相－二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流

电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。

4、直接转矩控制（DTC）方式

直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机等效为直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算；它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。

5、矩阵式交—交控制方式

VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交—直—交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低，谐波电流大，直流电路需要大的储能电容，再生能量又不能反馈回电网，即不能进行四象限运行。为此，矩阵式交—交变频应运而生。由于矩阵式交—交变频省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格贵的电解电容。它能实现功率因数为l，输入电流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大。该技术目前虽尚未成熟，但仍吸引着众多的学者深入研究。其实质不是间接的控制电流、磁链等量，而是把转矩直接作为被控制量来实现的。 2.2 变频器控制电机的正反转 2.2.1 控制要求

本次目的是了解变频器外部控制端子的功能，掌握外部运行模式下变频器的操作方法。要求如下：

1、正确设置变频器输出的额定频率、额定电压、额定电流、额定功率、额定转速。

2、通过外部端子控制电机启动/停止、正转/反转，打开“K1”、“K3”电机正转，打开“K2”电机反转，关闭“K2”电机正转；在正转/反转的同时，关闭“K3”，电机停止。

3、运用操作面板改变电机启动的点动运行频率和加减速时间 2.2.2 控制电路的设计

首先是实训设备，见表2-1

表2-1 实训设备

序号 1 2 3 4 5 名 称 实训装置 实训挂箱 导线 电动机 实训指导书 型号与规格 THPFSM-2 C10 3号/4号 WDJ26 THPFSM-1/2 数 量 1 1 若干 1 1 备 注 然后就要对变频器的参数进行设置，见表2-2