电气控制设计案例-生产线变频调速系统设计

生产线变频调速系统设计
本设计案例是一个50m直线式组装生产。

两端是工件上下线用的液压升降台，12台滚筒马达均匀分布在生产线上，另安装有行程开关、光电开关、磁感应开关等用于完成位置检测、控制的作用。

一个滚筒组即3台电动机配用一个变频器。

另外，配置一台PLC作为控制用。

1．变频器接口的应用
图1是一个无矢量控制的标准型变频器接口图，变频器调频信号电压由PLC提供，信号电压范围是0～5V。

7、8、9是继电器输出信号，这里用作正常运行指示灯；17、18是集电极开路输出端子，这里用作故障指示灯用，在发生过电流故障时灯亮。

图1 变频器接口的应用
11端是随变频器输出频率变化的电压信号输出端子，0～5V对应的频率范围是0～50Hz，所以，可以作为现场速度指示信号。

图1中，故障指示信号也应送到PLC，以使PLC进行统一控制。

2．变频器及滚筒电机的选用
变频器的选用和一般系统变频器的选用类似，即首先保证变频器的容量大于电动机的容量，还应考虑变频器的额定电流要大于电动机的额定电流。

变频器容量选择方法是：变频器的额定电流值≥K[NImn+n（Imdn-Imn）]
式中：N—滚筒电动机台数；
Imn—滚筒电动机额定电流；
Imdn—电动机堵转电流；
n—可能堵转的电动机台数；
K—系数，通常最小取1.1。

其次，选择变频器的类型。

由于本滚筒传动系统对稳态精度及动态响应要求不高，可选用无矢量控制的标准型变频器，实际选用的变频器输出频率精度为0.01%×最高频率，附表是某国产变频器的全系列变频器的主要参数表，在目前通用变频器领域中具有一定代表性。

在变频器参数设定中，通常选用合适的V/f控制曲线是需要重点考虑的，但是对生产线传动系统这种恒转矩负载来说，最好采用具有恒转矩控制功能的变频器，如果用变频器实现恒转矩调速，必须加大电动机及变频器的容量，以提高低速情况下的转矩。

在系统控制方式中，采用无速度传感器的开环控制即可。

由于滚筒电机的特殊性，还有需要注意的地方。

首先，相同功率的滚筒电动机比普通笼型异步电动机的额定电流大得多，一般在2倍以上；其次，滚筒电动机可能会发生堵转的情况，一般，滚筒电动机的堵转电流并不大，为其额定电流的3倍左右，但对变频器来说，电流的裕度要求比一般系统大。

滚筒电动机的选择与一般异步电动机的选择相同，但应考虑一些容易出现的问题。

由于滚筒电动机多安装在工作台下方，在许多情况下，通风散热不畅通，加上运行在低速下的情况较多，散热能力比额定转速时差，应根据情况另外设置通风冷却装置。

还有，由于变频器的输出电压不可避免存在高次谐波，而高次谐波增加了电动机的损耗，所以，对电动机的温升应加以注意。

高次谐波也会使电动机噪声增大，不过，实践表明，由于生产线本身噪声更大，所以，通常情况下，噪音问题并不突出。

3 变频器外围设备的选用
为保证变频调速系统正常、可靠地工作，一些外围设备是必不可少的，如图2所示。

避雷器的选用按照供配电系统的三级防雷措施的第三级防雷来选择。

图2 变频器的外围设备
断路器可以选用带漏电保护功能的种类，以保证工位操作者的安全。

断路器的选用可以按照供配电系统的一般原则来选取，不过要注意，选择其过载保护特性的时候，应考虑前面提到的电动机堵转电流的问题，通常，这种堵转视为正常，所以断路器应能容许该种情况的出现。

电磁接触器的选择方法与断路器相同。

其使用目的是，在断路器断开电源之后，将变频器与电源脱开，以免在外部端子控制下重新供电时变频器自行工作，以保护设备及人员安全。

交流电抗器可以抑制输入电源及电路中的浪涌，并能大大削弱电源电压不平衡对变频器造成的影响。

此外，对改善功率因数也有一定作用。

电源滤波器用于抑制或减小电路中的传导干扰。

高频噪声滤波器用于抑制或减小电路中的高频辐射干扰。

直流电抗器作为变频器的专用配件之一，最大的作用是改善功率因数，此外，同交流电抗器类似，可以抑制输入电源及电路中的浪涌，并能大大削弱电源电压不平衡对变频器造成的影响。

制动电阻是必不可少的，因为生产线在运行中，电动机不可避免地频繁起动、制动。

在需要对工件进行精确定位的情况下，还需具DC制动功能。