交流电机的变频调速控制系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

变频调速技术是一种以改变交流电机电源频率实现交流电动机转速调节的技术。技术核心是变频器，通过把供电频率改为可变化的频率，同时扩大电源电压范围。目前，无论基于哪种机械调速，都是通过电动机来实现。电动机可分为直流电动机和交流电动机。直流电动机易调速，性能好，过去日常机械生产制造调速大多采用直流电动机。与此同时，直流电动机为直流电源供电，滑环和碳刷易损性高，需要更替更换，维护成本高，相对麻烦。如果性价比较高的笼式交流电动机调速同样易调速像直流电动机那般。基于此诞生了定子调速、变极调速、转子串电阻调速、串极调速等多种交流调速方法。期间诞生了像滑差电机、绕线式电机、同步式交流电机。随着科学技术的提高和发展，出现了变频调速技术，一经出现就以其优异的调速和起制动性能、高效率、高功率因数逐渐取代其它交流电机调速方式，甚至是直流电机调速，成为现代电气传动的中枢和趋势。

一直以来，变频调速被认为是理想易用的交流调速方法。但得到一个单独向异步电机供电的变频电源并不容易同时还要保证性价比。随着普通的晶闸管、小功率管的可操作性和实用性，出现了静止变频装置，通过变换三相的工频电源，得到频率可以调节的交流电。该装置多为分立元件且非标。由于造价过于昂贵，体积庞大。多适用于特定的控制对象，低速性能的不完善，容量较低，控制方式落后，调速后电动机的动静态指标低，因此仅适用于磨穿、纺织业等特殊行业。

在进入20世纪70年代以后，电力电子技术，计算机技术和自动控制技术迅速发展，变频调速传动技术也随之取得了新的历史变革，这一时期开始出现了通用变频器。它适用性高功能丰富，可以适用于多种不同的负载和场合。特别是由于半导体开关器件igbt、矢量控制技术的提高，微机控制的变频调速成为主流方向，调速后异步电动机的动静态特性好。变频器大规模集成电路、igbt、传感器的性能逐渐完善，变频器的功能丰富性能完善的提升成为可能。可操作性、变频器寿命和可靠性也有了长足的进步。

2. 研究内容和预期目标

本设计基于汇川自主研发的h3u系列plc的分卷机交流变频调速控制系统，该变频调速系统主要包括：电位器调速，开关按钮控制设备启动和停止，hmi人机界面显示监控、参数设置，ad模块转换，外部传感器采集加热电流。按钮控制伺服电机正反转等。采用plc与canlink通讯、rs485串口通讯。配合伺服电机、三相异步电机实现分卷机的自动化分卷工作。除此以外，在整个变频调速系统中添加it7070t触摸屏与h3u进行rs485通讯，将监控画面显示与参数设置结合，有助于分析收卷ab转速、主机转速运行状态监控牵引张力、麦拉张力，保证分卷机运行的安全性。

3. 研究的方法与步骤

此次设计主要包括电气拓扑图的绘制、PLC程序的设计调试和HMI人机面板的制作。H3U具有8路高速输入端口X00-X07，考虑到本次设计中的实际需求外接2个AD模块进行模拟量和数字的转换。通过硬件设备和软件设计实现电位器调速。通过电位器（0-10V）传送给变频器输入频率（0-50HZ），变频器控制异步电机转速，带动转盘同步运动。其中伺服1号和2号单独运动，伺服3和4同步转速，伺服5和6同步转速。按钮X6,X7控制启动和停止开关。

整个变频调速系统设计内容分为硬件电路软件编程，通过对Autoshop、PLC、电位器，AD模块转换的深入探究，做出了分卷机在工业自动化领域中的应用设计。

4. 参考文献

[1]王廷才.变频器原理及应用[m].北京：机械工业出版社，2009.

[2]张宗榈.变频调速应用与配套技术[m].北京：中国电力出版社，2008.

[3]石秋洁.变频器应用基础[m].北京：机械工业出版社，2002.

5. 计划与进度安排

1）第01～03周：收集资料，知识准备及做开题报告。

2）第04～05周：系统方案设计及可行性研究。

3）第06～08周：分卷机组成和运行工艺研究