交流电动机的应用精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇交流电动机的应用范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

篇(1)

关键词：西门子变频器；控制方式；外部端子控制；控制面板

前言

西门子变频器是一种工业控制领域中应用较多的一种控制设备，其通过对固定输入的电压和频率进行内部的转换，依据控制信号将其转换为所需的电压和频率的交流电进而实现对于电动机的控制。在西门子变频器工作的过程中首先需要将输入的工频交流电转换为直流电，而后再根据需要将直流电逆变为控制要求的交流电。在西门子变频器工作的过程中通过PWM技术使得在电动机启动的过程中使用较小的启动电流并获得较大的启动转矩并调速平滑。在分析西门子变频器外部端子的功能及作用的基础上做好对于西门子变频器的参数设置，确保其正常工作。

1 西门子变频器的组成及外部端子简述

1.1 西门子变频器的组成

西门子变频器主要是由操作面板、控制模块与外部端子等三个部分组成，其主要与普通交流电动机相配合在一些对于电动机控制精度要求一般的场合进行工作，以取代步进电机或是交流伺服电机，降低成本与能耗。随着科技的进步与经济的快速发展，西门子变频器正被应用于越来越多的领域。西门子MM420系列变频器是一种应用较多的变频器，其多应用于对三相交流电动机的变频控制。西门子MM420系列的变频器在出厂时各参数为系统默认，在使用时与西门子工控装置和设备相连接时如无特殊要求可不经调试而直接进行使用，可靠性与适应性较强，西门子MM420系列变频器是一款功能较齐全的变频器。

1.2 西门子MM420系列变频器外部端子

西门子MM420系列变频器的外部端子如图1所示，其中1、2端子输入的是模拟量10V电源公共端，3、4端子为模拟量输入端可以外接电位器来实现对于频率设定值的更改，5-7号端子为数字量输入端子，其中默认情况下5为正转控制，6为反转控制，7为故障复位，8、9端子则代表的是直流24V电源公共端。

2 西门子MM420系列变频器外部端子对电机的控制

2.1 交流电动机的正反转控制

通过使用线缆将西门子MM420系列变频器与交流电动机进行连接，在进行参数的设定时，通过使用西门子MM420系列变频器操作面板对变频器中的P1080、P1082参数进行设定，上述两个参数设定的是上下限的频率，而后通过对P1120、P1121参数进行设定对交流电动机的频率加速与减速时间进行设定。最后将西门子MM420系列变频器中的P0700参数设置为2，完成对西门子MM420系列变频器的参数设置即可使用外部端子对电动机进行相应的控制。此时即可通过对5-7号端子施加相应的频率信号实现对于交流电动机的控制。

2.2 使用模拟量输入对西门子MM420系列变频器进行控制

在完场上述参数设置的基础上将参数P1000有默认缺省值设置为1，即可通过使用电位计来作为模拟信号实现对于电动机的条数控制，在5-7号端子中通过输入数字信号控制交流电动机的正反转，通过调节模拟信号输入端的电压电流信号来控制交流电动机的转速。

此外还可以通过使用外部端子实现对于交流电动机的多速段控制。

在使用西门子MM420系列变频器对交流电动机进行控制的过程中需要注意的是，在使用面板控制或是外部端子进行控制时，对于西门子MM420系列变频器内部参数的设定只能通过面板进行西门子MM420系列变频器内部参数的修改与设定，在使用外部端子进行控制时，首先需要将西门子MM420系列变频器的控制模式切换到外部操作模式，而后再进行外部控制频率信号的接线，当西门子MM420系列变频器采用外部端子控制模式时，如果需要修改端子的功能需要将外部开关输入信号全部断开后再重新进行接线，避免因信号输入导致控制逻辑混乱。其中当西门子MM420系列变频器采用多段速的方式进行控制时，将无反转输出信号。

3 西门子MM420系列变频器的面板控制

西门子MM420系列变频器在出厂时装载有默认的参数，通过对西门子MM420系列变频器中缺省的设置值进行修改将可以使得西门子MM420系列变频器实现对于交流电动机的控制，对于西门子MM420系列变频器参数的设置需要使用面板进行输入与修改，在使用基本操作面板实现对于电动机的控制时首先需要将系统内的P0010参数修改为0，从而使得西门子MM420系列变频器处于运行准备状态，将参数P0700参数设置为1即可使用操作面板来控制交流电动机进行启停运动及控制，按下绿色的启动按钮启动交流电动机，按下数值增加按钮逐步增加交流电动机的转速，通过增加与减少按钮来控制交流电动机转速的增加与降低，并可以通过使用转换按钮来控制交流电动机的转动方向。红色按钮控制电机的停止。

对于使用西门子MM420系列变频器实现对于交流电动机的控制主要是通过改变内部参数的设定值来实现对于变频器输出信号的改变，使用面板控制最主要的是通过改变了西门子MM420系列变频器内部的参数。在对西门子MM420系列变频器进行调试设定时应当首先将变频器内部的全部参数恢复为出厂设置避免内部有设定值而对本次操作造成影响。在恢复出厂设置时通过将P0010参数设置为30并将参数P0970参数设置为1完成对于西门子MM420系列变频器的出厂设置。对于西门子MM420系列变频器的参数可以对照调试说明书进行了解与设置。在使用西门子MM420系列变频器进行电动机控制时，如无特殊要求可以将变频器直接与西门子电机连接进行控制，而当需要对其他厂家的电动机进行控制时需要在参数设置时输入电机铭牌上所标注的电机的转速、电压、电流、频率等的电机规格参数，做好电机与变频器的匹配。

4 结束语

西门子MM420系列变频器是一种应用较多的工控设备，文章在分析西门子MM420系列变频器特点的基础上对西门子MM420系列变频器的面板与外部端子两种控制方式进行了分析阐述。

参考文献

[1]侯灵.西门子变频器在数控铣切机多电动机切换控制改造中的应用[J].制造技术与机床，2008（11）：122-124.

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【关键词】交流电动机 调速 节能 控制措施

1 引言

现如今，机械设备的技术含量已经远高于改革开放前，愈来愈多的高科技机械产品慢慢的走进国民的日常工作、生活中。在工业生产行业中，交流电动机一直是重要的动力输出装置。电动机的能源消耗尤其是对电能的消耗大约站到发电总量的一半以上。另一点方面是，其中有70%左右的电动机是在变负荷的工况下运行的。在现实的生产实际使用中，调速是节约电机使用能量的的有效方法，节约的电能效率乃至达到五分之一甚至更多。所以，为了符合可持续发展观的要求，提生交流电机的社会利用价值，使其在经济发展、社会竞争和销售中获得更高的优势地位以及认可。其中一个重要的手段就是完善交流电机的调速节能控制措施，只有这样才有助于提升电机在使用过程中节能降耗的能力，使其应用价值得到大大的提升。

2 交流电动机调速的理论基础

由上可知，实现对交流电机的速度控制的过程就是通过各种技术实现对上述3个主要参数进行改变的过程，改过可以使对单个参数的改变，也可以是对多个参数的共同控制。

2.1 变极调速原理

变极调速顾名思义是指通过改变电机的磁极对数p实现调速的方方式。实现步骤如下：首先改变绕组的连接方式，其中，一般来讲只需更改两个半相绕组之中的任何一个半相绕组的电流流向，就能够实现磁极对数P减少或增加一倍，从而实现两种，乃至多种的转速分级调速方式。

2.2 变转差率调速原理

此方式是可通过改变电动机的某些参数来控制S值得方式实现调速，其具体内容主要又可以分为：

（1）转子串电阻调速。

（2）改变输人电压调速。

（3）串级调速。

2.3 变频调速原理

此方式需要在控制系统增加一个特有的变频器来实现对电机转速调节或控制，通过对变频器参数的设置来改变加在定子绕组两端的电压和频率，从而达到使转速沿平滑的曲线进行变动，这样也可以使电机获得较高的运行效率。

3 调速节能原理

当今，风机和泵类的设备的使用逐渐广泛，该类电动机对电能的消耗量非常大，降低其耗电量的有效的途径就是利用调速节能。由于风机、泵等压缩机的流量与转速成正比，同时，消耗的功率与转速的立方成正比，所以要求流量降低一半时，可使转速降低一半，既可以实现功耗只有原来的八分之一。

4 节能措施分析

在交流电机实际的使用过程中，工作技术人员要注意大型机械设备所装备的交流电机的基本原理是：将生产电能转化为机械能并且输出做功的一种机械设备，电动机正是因为能完成这种能量之间的转变，所以自身拥有着很强的利用价值。对于交流电动机来讲，节能控制的基本思想就是能及时的实现对电动机转速的调节，并且满足工业过程中对转速的要求。交流电动机在使用过程中要依据实际工况的不同来制定相应的节能速度控制措施，要结合载荷的性质，避免运行中产生由于对控制技术知识的欠缺而出现的误差。同时，也可以选择在转子回路中串接电阻的方式。节能调速基本过程以及在变压、变频调速节能等方面进行的研究，就存在的问题，完成对交流电机实际利用中节能措施的选定。

对交流电动机的转速控制的方式粗略的可以分为两类：恒速控制和变速控制。恒速控制，要求将电机转速的工作点尽量控制在额定值上下。这样的控制系统，一旦出现载荷的跳动，对电机转速将产生影响的情况下，无论采用的是何种调速方式，都可以在该调速的方式特性中最大的减少能源消耗，在此基础上也可以保证发挥电动机的最佳性能。变速控制就是，在运行条件要求或工况参数控制要求，需要交流电机改变转速的时候，可以经过速度控制系统使用它的调速方式及时的调整转速，确保实际工作要求的基础上减少能耗。例如：城市居民使用的的恒压供水系统，往往居民对水的使用量会分为：用水高峰和低谷。水利单位为了使水压基本恒定，就会选择供水管线的压力为被控参数，通过控制系统来调节电机带动的水泵的转速，从而实现水压的稳定控制：在供水低谷时，电动机的转速也会根据此原理降低，进而实现能源的节约，减少了能源消耗。

5 结束语

综上所述，交流电动机也将会随着社会科技的发展不断而得到完善，其控制方式也将由粗放型向精细型方向转变。在交流电动机的使用中，要提高技术人员的环保节约意识，这改善调速节能的控制方式有重要的意义。对于我们相关工作者来讲，要加强对该方面的理论研究，这有利于提高电动机的节能的效益、提升交流电动机的经济效益有重大的帮助。

参考文献

[1]管丰年，周书同等.交流电动机的调速节能控制措施及分析[J].潍坊学院学报，2008（03）：45-48

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【关键词】变频调速 交流电动机

一、绪论

（一）变频调速技术简介。

变频调速技术是一种以改变交流电动机的供电频率来达到交流电动机调速目的的技术。电机有直流电机和交流电机。直流机调速容易实现，性能好，因此过去生产机械的调速多用直流电动机。但直流电机由于采用直流电源，它的滑环和碳刷要经常拆换，故费时费工，成本高，给人们带来太大的麻烦。因此人们希望让简单可靠廉的交流电机也像直流电动机那样调速。这样就出现了定子调速、变极调速、滑差调速、转子串电阻调速、串极调速等交流调速方式。

（二）国内研究现状。

我国是一个能源生产大国，但我国同时也是一个能源匮乏国，随着能源危机的加重，各行各业都应该实现节能减排。工矿企业作为能耗企业，如果实现节能减排则显得尤为重要。异步电动机作为这些企业的主要动力设备，所以实现异步电动机的节能就是实现企业的节能。变频器作为一种新型节能减排技术则得到了广泛的应用。

二、交流电动机调速

（一）交流变频调速技术的发展。

交流电动机的调速系统是一项以大功率电力电子器件为基础的新型技术学科在过去的十几年间由于大功率电力电子器件的不断出现，使交流电动机的调速技术取得了很大的发展。

1.交流电机

交流电机是用于实现机械能和交流电能相互转换的机械。由于交流电力系统的巨大发展，交流电机已成为最常用的电机。交流电机与直流电机相比，由于没有换向器，因此结构简单，制造方便，比较牢固，容易做成高转速、高电压、大电流、大容量的电机。交流电机功率的覆盖范围很大，从几瓦到几十万千瓦、甚至上百万千瓦。

2.直流电机

直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。

（二）交流调速的方式。

异步电机得调速方法可以有改变转差率，改变磁极对数及变频三种。其中改变转差率的方法又可以通过调定子电压，转子电阻转差电压以及定、转子供电频率等方法来实现。

1.串极调速

它是将绕线式异步电动机的转差功率回馈到电网的一种比较经济的调速方法，可以又低同步及高同步两种串调方式。

2.矢量变换控制调速

它是模拟直流电及得控制特点来进行交流机的控制。

3.变频调速

它是一种最有发展前途得一种调速方式，其调速花样繁多。

三、变频调速原理

（一）异步电机变频调速原理。

交流调速是通过改变电定子绕组的供电的频率来达到调速的目的的，但定子绕组上接入三相交流电时，定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转的磁场，它与转子绕组产生感应电动势，出现感应电流，此电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩。使电动机转起来。电机磁场转速称为同步转速，用n0表示：

式中：f为三相交流电源频率，一般是50Hz；

为磁极对数。当p=1时，n0=3000r/min；p=2时，n0=1500r/min。

由上式可知磁极对数p越多，转速n0就越慢，转子的实际转速n比磁场的同步转速n0要慢一点，所以称为异步电动机，这个差别用转差率表示：

在加上电源转子尚未转动瞬间，n=0，这时s=1；启动后的极端情况n=n0，则s=0，即在0～1之间变化，一般异步电动机在额定负载下的 s=1%～6%。综合（3-1）和（3-2）式可以得出：

由式（3-3）可以看出，对于成品电机，其极对数已经确定，转差率的变化不大，则电机的转速与电源频率成正比，因此改变输入电源的频率就可以改变电机的同步转速，进而达到异步电机调速的目的。

（二）电动机变频调速方案的。

从经济角度来讲，煤矿的大容量风机、泵类负载采用高压变频调速合理性很强，可以在节能过程中逐渐收回成本。大功率的异步电动机，现有的变频器系统有两种调速方式：“高――高”，“高――低――高”。

1.高――低――高变频调速系统

采用两级变压的方式。先降压，经过降压变频器，再升压，该模式对电力电子器件的要求降低。

2.高――高变频调速系统

采用多个功率单元模块串联，直接高压变频转换。这种方式节省了升压、降压变的投资及带来的损耗，提高了效率。采用高压变频器的大容量电动机系统一般都采用高――高模式。该调速系统由于采用了桥式整流电路，在整个调速系统中功率因数较高，不需要装设功率因数补偿装置，又因为高――高变频调速系统采用多重化脉冲控制，通过模块输出串联叠加消除高次谐波的影响。

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【关键词】变频调速技术；调速方式；节能降耗

近年来，随着社会的发展，工业化进程的深入，世界能源越来越紧张，因此节约能源是一个迫切需要解决的问题。变频调速技术具有调速范围宽、传动效率高、节电显著等一系列优点，20世纪90年代以来，变频调速装置即变频器，在技术上已有了很大的提高，推广应用的条件已很成熟。变频调速技术是一种电力电子技术，它能够应用在大部分的电机拖动场合，由于它能提供精确的速度控制，因此可以很方便地控制机械传动的升、降和变速运行。目前我国电动机总装机容量已超过4亿千瓦，高压电动机（6～10千伏级）约占一半，高压电动机中近70%拖动的负载是风机、水泵、压缩机等，这类机械（负载）都是采用交流电动机拖动的，如采用变频调速技术，其耗电量比传统的调节档板或阀门变流量方式可减少40%～50%左右的电量，节能降耗的效果是巨大的。因此，对交流电动机的调速进行技术改造，采用变频调速新技术，不仅能实现节能降耗，而且还能使设备安全运行，延长使用寿命。

一、变频调速技术的节能原理

1、交流电动机变频调速技术概论

纵观电力拖动的发展过程，交、直流两种拖动方式并存于各个工业领域。从

20世纪初以来，交流电力拖动占主导地位，但在可逆、可调速与高精度的拖动技术领域中，相当长时期几乎都是采用直流电动机拖动系统。从20世纪80年代以后，随着电力电子学与电子技术的发展，尤其是大规模集成电路和计算机控制技术的发展，使得变频调速技术在交流电动机拖动装置中已得以广泛应用，并且在调速性能方面已与直流电力拖动媲美，在某些领域已逐步取代一些传统的直流拖动系统。

调速就是改变生产机械（即负载）的工作速度，可以采用机械的方法，也可以采用电气的方法。机械调速是人为改变机械传动装置的传动比来达到调速的目的，电气调速则是通过改变电动机的机械特性来改变电动机的转速。相对而言，采用电气调速具有许多优点，如可以简化机械的结构，提高机械效率，操作简便等，特别重要的是容易进行自动控制。过去的电气调速，多数用直流电机，由于直流机调速容易实现。但直流电动机具有电刷与换向器，因而就存在着必须对它经常进行维修检查，它安装的环境受到限制（如不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用），以及限制了直流电机向高转速、大容量发展等缺点。另外，直流电机的体积、重量与价格比同等容量的交流电机为大，这也是直流电力拖动的薄弱环节。

交流电动机变频调速是在现代电子技术基础上发展起来的新技术，它不但比传统的直流电机调速优越，而且也比调压调速、变极调速、串级调速等调速方式优越，它一出现就以其优异的性能逐步取代交流电机其他的调速方式，乃至取代直流电机的调速，而成为电气传动调速的中枢。交流电动机的转速为：n=

60f1（1-s）/p。变频调速技术是一种以改变电源频率和改变电压来达到电动机调速目的的，从而改变负载的转速。简单来讲变频调速系统是由三相输入变压器、整流电路、逆变电路、合成滤波电路、控制柜等组成。变频调速技术的原理是将交流电顺变成直流电，平滑滤波后再经过逆变回路，将直流电变成不同频率的交流电，使交流电动机获得无极调速所需的电压、电流和频率。

2、变频调速技术的节能原理在风机、水泵上的应用

变频调速技术的节能主要表现在风机、水泵的应用上。为了保证生产的可靠性，各种生产机械在选用交流电机的容量时往往都留有一定的富余容量，而且也不总是在满负荷情况下运行。当电机不能在满负荷下运行时，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成了电能的浪费。风机、泵类等设备，传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节风量和给水量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中，使得大量电能被白白浪费掉。当使用变频调速技术时，如果流量要求减小，通过降低水泵或风机的转速即可满足要求。由流体力学可知，当所要求的流量Q减少时，可调节变频器输出频率f使电动机的转速n按比例降低，这时电动机的功率P将按三次方关系大幅度降低，比调节挡板、阀门节能40%～50%左右，从而达到节能降耗的目的。当今世界上，工业发达的国家已广泛采用变频调速技术，该项技术已成为我国重点推广的节能节电新技术之一。

二、变频调速技术的优越性

1、调速范围大Nmax/Nmin=10～20。

2、调速时平滑性好、特性硬度不变，保证系统稳定运转；尤其在低速时，相对稳定性好。

3、要实现软启、制动功能。采用变频调器启动时频率低，转速也低，启动电流就小，避免了工频电源启动时形成的大电流对电机、电缆、开关等设备的冲击，节能效果明显。

4、提高了功率因数。由于变频器内的滤波电容作用，使其具有功率因数补偿功能，使功率因数约等于1，从而减少了无功功率损耗，减小了电流，也减小了线路损失和设备的发热量，提高了供电设备的利用率。

5、提高了控制精度。使用变频调速技术后，变频器可以直接通过改变频率f控制风机或水泵的转速来控制风量或水量，调整方便。

6、延长了设备使用寿命。使用变频器后，取消了调节挡板或阀门，减轻轴承磨损。使用变频器后，能充分降低启动电流，提高了电机绕组承受力，用户最直接的好处就是电机的维护成本降低、电机的寿命增加。

7、变频器体积小，便于安装、调试与维修。还有变频器采用了通讯方式，可以通过PC机来方便地进行组态和系统维护，包括上传、下载、复制、监控、参数读写等，便于实现生产过程自动化。

三、变频调速技术的使用在节能降耗方面上的效果

变频调速技术的节能降耗是其最闪耀的亮点之一。变频调速技术的工作原理

是通过实时检测系统的运行参数，调整电源频率f，改变电动机转速n，控制电动机的输入功率P。下面是对某工厂使用变频调速装置后的节能效果的调查研究。

1、在锅炉给水泵上安装变频调速装置

每台锅炉有一台给水泵在工作，水泵的电动机功率为75KW。在锅炉汽泡上安装有水位差压变送器（差变），由差变测出锅炉汽泡的水位并将水位信号送至调节器，调节器将差变的实测水位信号与设定的水位信号进行比较，经PID运算后将控制信号输出到变频调节器，通过改变电源输出频率f调节水泵转速n来改变给水量，达到控制锅炉汽泡水位的目的。由变频调速控制锅炉给水泵变速供水后，水泵的供水流量和供水压力仍能满足锅炉供水要求，经实测发现水泵没装变频调速器前，工作电流在132A～150A之间，实际每天用电量1200～1400KW・h；使用变频调速器后，工作电流在40A～80A之间，实际每天用电量800～900KW・h；每天可节电400～500KW・h（度），即节电40%左右。

2、在锅炉引风机上安装变频调速装置

每台锅炉有一台150KW的引风机。锅炉运行中引风机风量偏大，使用挡风插板调节风量，电动机功耗基本不变，电能浪费大；安装变频调速装置后，引风机启动平稳无冲击电流，运行稳定，根据锅炉运行情况改变电源频率f即可调整给风量。使用变频调速器后经实测发现风机在正常工作下，电动机输出功率为80KW，频率为35～40Hz，线电流为75～80A，功率因数为0.995，可节电40%～50%左右。

四、结束语

电能是将一次能源（煤、石油、水力、核能等）通过发电厂转换而成的二次能源。我国每年生产的矿物燃料（煤、石油）约有20%用于发电。因此节约用电也就是节约一次能源。积极研究和大力推广变频调速技术的节能和普及，对于企业的可降低成本提高效益、对于国家的可持续资源战略的实现，都具有重要意义。

【参考文献】

【1】刘竞成.交流调速系统.上海交通大学出版社，1985年（第二版）.

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关键词：S7-200 PLC；变频器；触摸屏

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）37-0241-02

在当今自动化控制领域，PLC、变频器、触摸屏技术的综合应用相当广泛，PLC具有功能强、可靠性高等一系列优点；变频器节能、高效、有利于提高经济效益；触摸屏逐步取代过去设备的操作面板和指示仪表，成为应用越来越广泛的人机界面（HMI）。通过将这三种控制技术引入到实验教学中，使学生在校期间就能掌握当今自动化控制领域的流行技术，从而培养满足社会需要的高素质的工程技术人才。

一、PLC-变频器实验台实现的功能

实验台控制系统采用西门子的SMART LINE 700触摸屏、S7-224 PLC及SINAMICS V20变频器，可通过触摸屏和外部按钮两种冗余方式控制交流电动机的运行，功能具体如下：①通过触摸屏控制交流电动机的运行状态，在线设置电机的运行速度，可同时设置三段运行速度；变频调速速度上限设为50Hz，超过此设定范围，触摸屏显示报警信息；触摸屏能实时显示交流电动机的运行速度曲线。②在触摸屏失效的情况下，可通过实验台面板上的起停按钮控制交流电动机的运行。

二、PLC-变频器实验台硬件设计

实验台硬件主要包括S7-224 PLC、SINAMICS V20变频器、SMART LINE 700触摸屏、直流稳压电源，电气原理图如图1所示。直流稳压电源为触摸屏、PLC提供24V直流电源；PLC的输入端子I0.0接变频器的DO2输出端子作为上电指示；PLC的Q0.0接中间继电器K1，K1的常开触点接变频器的DI1端子用于交流电机的起停控制；PLC的Q1、Q0.2、Q3分别接中间继电器K2、K3、K4，K2、K3、K4的常开触点接变频器的DI2、DI3、DI4端子用于进行交流电机的多段速度控制；PLC的I0.2、I0.3分别接手动按钮SB1、SB2，实现交流电动机起停的手动控制。

三、PLC-变频器实验台软件设计

实验台软件设计包括触摸屏监控界面的设计和PLC控制软件的设计两部分，触摸屏监控界面的设计在西门子的WinCC flexible组态软件中完成；PLC控制系统的设计采用西门子的STEP7-Micro/WIN32编程软件；WinCC flexible组态软件和STEP7-Micro/WIN32编程软件都是基于Windows的应用软件，控制软件设计完成后，通过专用电缆分别与触摸屏、PLC连接通信，然后将程序下载到触摸屏、PLC中。

（一）触摸屏界面的设计

触摸屏是PLC-变频器实验台的人机界面，实现对交流电动机的实时控制，包括起停控制、运行速度设置；速度越界报警显示；实时显示交流电动机运行速度曲线及运行时间。可根据需要设计灵活多变的组态界面，PLC-变频器实验台人机界面组态包括启动界面、主界面和PLC-变频器实验台介绍界面3个画面，触摸屏开启后，首先进入启动界面，在启动界面上可选择进入主界面和实验台介绍界面。①主界面的设计。主界面是PLC-变频器实验台的控制、画面及数据显示平台，实验台所有的控制、实时数据和画面显示都在主界面中实现，主界面设计如图2显示。在主界面中，通过按钮对交流电机进行起停控制，可同时设定3个运行速度及每个速度所运行的时间，所有速度均以频率的方式表示，最高上限频率为50Hz，运行曲线实时绘出交流电机的运行速度，并在实际值中显示现在的运行速度；左下角的方形按钮为手动控制与触摸屏控制方式的切换按钮。②PLC-变频器实验台介绍界面。在主界面中点击“实验台介绍”进入此界面，介绍实验台所能实现的功能，对该设备的操作进行说明。

（二）触摸屏与PLC之间的通信建立

触摸屏人机界面设计组态软件WinCC flexible采用图形化的编程手法，WinCC flexible与S7-224 PLC之间通信步骤设计如下：①设备连接。利用专用通信电缆将触摸屏的通信端口与S7-200串行端口连接，在Wincc flexible“设备工具箱”中添加“通用串口设备”，双击可修改设备属性，波特率为9600；触摸屏设备地址为1，PLC设备地址为2。②定义变量。变量是PLC与触摸屏之间传递信息的媒介，在工作台窗口中选择“变量”，通过“新增变量”来添加变量，也可以在监控画面中通过双击指示灯、按钮等元件，弹出属性窗口，选择“动画连接”的方式实现在完成动画连接的同时定义数据库变量。这些变量与PLC的输入输出及内部变量一一对应，在触摸屏界面上的所有操作改变它的内部变量，通过变量将信息传递到PLC，实现触摸屏对交流电机运行的真正监控。

（三）PLC控制程序设计

编写PLC控制程序首先要确定PLC的输入、输出量并进行地址分配，本实验台PLC通过三个中间继电器实现变频器多段转速控制，Q0.0～Q0.3分别用于控制电动机的起动/停止、三段速度转换，I0.0分配给变频器上电显示；I0.1、I0.2连接手动起、停按钮。PLC控制系统的编程采用模块化编程方法，主要包括主控模块、初始化模块、变频器控制模块、手动控制模块。

四、PLC―变频器电机控制实验台实验项目的开发

结合PLC―变频器电机控制实验台开发了相关的实验项目，根据实验项目的要求，学生自拟实验方案，独立完成实验的全过程，撰写实验报告。

（一）触摸屏―PLC组态界面的设计

学生首先要熟悉WinCC flexible组态软件的编程环境；然后以实验台的触摸屏组态程序为范例，学习组态软件的编程方法；最后要求学生自己设计控制画面，在学生进行控制画面的设计过程中，培养了学生自主设计、创新的能力。

（二）PLC―变频器交流电机控制程序的设计

学生首先要学会STEP7-Micro/WIN32软件编程的使用，懂得变频器的工作原理；清楚触摸屏、手动按钮两种方式控制交流电机运行的工作流程；最后要求学生编写PLC控制程序。通过本实验的完成使学生了解PLC的工作原理，掌握PLC的编程、调试方法。

五、结束语

触摸屏、PLC及变频器是当今控制领域中应用广泛的技术，通过开发新的实验设备，设计新的实验项目，将这些应用技术引入实验教学中，使学生掌握简单的控制系统的设计方法，培养学生分析、解决问题的能力，自主学习的能力，工程技术应用与创新的能力。

参考文献：

[1]金英姬.基于PLC与触摸屏实现液压教学实验台控制系统的研究[J].教学与管理，2012，4（29）.

[2]郭西进，任良才等.PLC综合实训平台的设计与实现[J].实验室研究与探索，2011，6（30）.

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【关键词】计算机技术；交流电变频调速技术；异步电动机；变频调速系统

0.前言

我国的工农业生产、交通运输以及国防军事和日常生活，都离不开以电动机为主的电力传动系统。近年来，我国的电力传动系统的控制性能在不断提高，其节能水平也在不断地进步，而使得电力传动系统的控制性和节能水平得以较大提升的关键就在于变频调速技术以及变频调速系统在其中的应用。在过去，直流调速系统因为能够得到良好的动态特性而得到了许多高性能传动系统的亲睐并在变速传动领域占据统治地位。但直流调速系统也面临着一些列的问题，那就是其运营成本较高，因为机械接触式的转向器结构较为复杂并且制造成本较高，所需的维护及检修费用也较高。由于直流电机运行成本很高，所以当要做大容量高速的机组时，就显得不能不能满足现代化生产的要求了。电动机的作用就是将电能转换为机械能，所以电动机必须具有可以根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的转速以及有较高的转换效率这两个基本特点。尤其是电动机的调速性能，调速性能越好，就越能够提高产品的质量和劳动生产率，以及达到节能的目的。所以我们往往需要在电动机上装配上控制装置来控制电动机的运行，这样，控制系统和电动机就构成了一个简单的电力传动自动控制系统。

直流电动机和交流电动机是电动机的两种基本类型，交流电动机在全世界也经历了一百多年的发展，目前的交流电动机包括了同步电动机和异步电动机两类。变频调速是交流电机典型的高效调速方法，无论是对于异步电动机还是同步电动机，它都能够适用。而且在交流电机采用变频调速的时候，它既能通过调节频率与电压间的关系使电机保持运行在高效区，而且还能实现无极调速。变频调速之所以能成为一种理想的交流电动机调速方法，是因为它能够明显地改善交流电机的起动性能而且同时大幅度降低起动电流，增加了起动时的转矩。而异步电动机又是一个高阶、强耦合和非线性的多变量系统，既具有模糊控制适应性强的特点，又具有传统PID控制精度高的特征，所以对于异步电动机变频调速系统的研究是非常有意义的。

1.异步电动机调频方式

1.1恒压频比控制方式

所谓恒压频比控制，就是在控制过程中，通过始终保持V/F为常数的方式来保证转子磁通的恒定，它是交流电动机一种较为简单的控制方式。电动机的主磁通若能保持额定值不变，就能达到对异步电动机进行理想的调速控制。因为对于异步电动机而言，若磁通太强，处于过励磁状态下的电机，其励磁电流的过大将会导致铁芯因热损耗增大而早晨输出效率的下降，严重时甚至将烧毁电机；若磁通太弱，铁芯的利用又不够充分，会出现在相同转子电流下电磁转矩变小，进而减小电动机的负载能力。那么异步电动机要如何保持主磁通的恒定呢？因为异步电动机的主磁通是由定子和转子合成磁动势产生的，所以定子绕组的电动势本质上是定子绕组因切割旋转磁场磁感线而产生了感应电动势。对三相异步电动机而言，其每相电动势的有效值的计算公式为：

E=4.44k×f×N×Φ

式中：E―主磁通在定子每相中感应电动势的有效值。

k―与绕组结构有关的常数。

f―定子频率。

N―定子每相绕组串联匝数。

Φ―每极主磁通量。

而其中E和f共同决定了Φ的值，所以要想使主磁通Φ的值保持不变，只要对E和f进行适当的控制即可实现。

1.1.1基频以下变频调速控制的基本方式

只要主磁通Φ保持不变，电动机的负载能力就可以得到保证，所以在降低供电频率时，可同时降低感应电动势，这样就能够使得E/f的比值为一个常数。如果电动势E的值较高，可以通过恒转矩调速方式来控制，此时可近似的认为定子相电压U1=E，这样可以得到U1/E的值为一个常数；若频率较低时，可以人为地来提高定子电压使主磁通基本保持不变。

1.1.2基频以上变频调速控制的基本方式

当频率在基频以上进行调速控制时，频率的额定值会由f1N往上增高，但电压U1却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随频率f的升高而降低，这种方式相当于直流电动机中的弱磁升速的情况，其调速方式属于近似的恒功率调速方式。

1.2直接转矩控制方式

直接转矩控制（DTC）能够直接实现对转矩的控制，它能够有效克服坐标变换和解耦运算的复杂程序，它是一种转矩闭环控制方式，通过这种方式，可以控制转矩误差和磁通控制误差，并且按照一定的原则来选择逆变器的开关转态以控制施加在定子端的三相电压来调节电机的转速和输出功率，最终达到控制电机转速的目的。DTC着重是通过转矩来对转子进行状态干扰而不是参数干扰，但其在于低速时的性能却不太理想。

1.3矢量控制方式

相对于直接转矩控制的转矩闭环控制方式，恒压频比控制是一种开环的控制方式，而这种开环的控制方式对于电机转矩的利用率就较低，速度动态特性也相对较差，而且在对于如加/减速度等参数进行控制时，还要根据负载情况的不同来对相应的参数进行调整。如果遇到突加负载电机转速将无法迅速地恢复到给定的值，总而使系统发生振荡现象。所以在对于对动态性能要求较高的应用上，还可以采取适量控制变频器。

还有一个问题就是转子磁场的定向问题，因为在电流矢量从静止坐标变换到旋转坐标的时候，我们必须知道静止坐标与旋转坐标之间的转角。转子磁场的定向问题可以由直接转子磁场控制和间接法转子磁场定向控制。所谓间接法转子磁场定向控制，它实际上是结合电机电压、转速和电流信息来通过电流模型法或者电压模型法将磁通的相位和幅值计算出来；而直接转子磁场控制则是利用霍尔传感器等测量，或者由磁通观测器来进行估计。但在实际应用中，往往会更多地选用间接法矢量控制。对于异步电机的转差频率矢量的控制，在保证转子磁通大小恒定不变的前提下可根据需要的转矩来推算转差角频率，以实现简介磁场定向控制。

2.结语

异步电动机作为一种电器设备，它具有许许多多的优点，比如说结构简单、坚固、价格低廉等。而微处理器和控制技术的飞速发展又为交流变频调速技术在实际中的应用打下了坚实的基础，所以为了实现节能、提高对电的利用率，进一步研究异步电动机变频调速系统是非常有必要的。

【参考文献】

[1]肖萍.异步电动机变频调速系统的探讨与分析[J].数字化用户，2013，（15）：67-67.

[2]季政.交流异步电动机变频调速应用[J].价值工程，2011，30（10）：30-30.

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近几十年来，随着电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的发展，中、小功率电动机在工农业生产及人们的日常生活中都有极其广泛的的应用。特别是在乡镇企业及家用电器中，更需要有大量的中、小功率电动机。由于这种电动机的发展及广泛的应用，它的使用、保养和维护工作也越来越重要。

电动机机应用广泛，种类繁多、性能各异，分类方法也很多。能是国民经济中应用最广泛的能源，而电能的生产、传输、分配和使用等各个环节都依赖于各种各样的电机；电力拖动是国民经济各部门中采用最多最普遍的拖动方式，是生产过程电气化、自动化的重要前提。由此可见，电机及电力拖动在国名经济中起着极其重要的作用。

电机的分类

1.按工作电源分类

根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。

2.按结构及工作原理分类

电动机按结构及工作原理可分为异步电动机和同步电动机。同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同电动机。异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。

3.按起动与运行方式分类

电动机按起动与运行方式可分为电容起动式电动机、电容盍式电动机、电容起动运转式电动机和分相式电动机。

4.按用途分类

电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。驱动用电动机又分为电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。

控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。

5.按转子的结构分类

电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机（旧标准称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（旧标准称为绕线型异步电动机）。

6.按运转速度分类

电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。低速电动机又分为齿轮减速电动机、电磁减速电动机、力矩电动机和爪极同步电动机等。调速电动机除可分为有级恒速电动机、无级恒速电动机、有级变速电动机和无极变速电动机外，还可分为电磁调速电动机、直流调速电动机、PWM变频调速电动机和开关磁阻调速电动机。

电动机技术发展现状

电动机是一种实现机、电能量转换的电磁装置。它是随着生产力的发展而发展的，反过来，电动机的发展也促进了社会生产力的不断提高。从19世纪末期起，电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机，一个多世纪以来，虽然电动机的基本结构变化不大，但是电动机的类型增加了许多，在运行性能，经济指标等方面也都有了很大的改进和提高，而且随着自动控制系统和计算机技术的发展，在一般旋转电动机的理论基础上又发展出许多种类的控制电动机，控制电动机具有高可靠性好精确度快速响应的特点，已成为电动机学科的一个独立分支。

电动机的功能是将电能转换成机械能，它可以作为拖动各种生产机械的动力，是国民经济各部门应用最多的动力机械。在现代化工业生产过程中，为了实现各种生产工艺过程，需要各种各样的生产机械。拖动各种生产机械运转，可以采用气动，液压传动和电力拖动。由于电力拖动具有控制简单调节性能好耗损小经济，能实现远距离控制和自动控制等一系列优点，因此大多数生产机械都采用电力拖动。按照电动机的种类不同，电力拖动系统分为直流电力拖动系统和交流电力拖动系统两大类。纵观电力拖动的发展过程，交、直流两种拖动方式并存于各个生产领域。在交流电出现以前，直流电力拖动是唯一的一种电力拖动方式，19世纪末期，

由于研制出了经济实用的交流电动机，致使交流电力拖动在工业中得到了广泛的应用，但随着生产技术的发展，特别是精密机械加工与冶金工业生产过程的进步，对电力拖动在起动，制动，正反转以及调速精度与范围等静态特性和动态响应方面提出了新的，更高的要求。由于交流电力拖动比直流电力拖动在技术上难以实现这些要求，所以20世纪以来，在可逆，可调速与高精度的拖动技术领域中，相当时期内几乎都是采用直流电力拖动，而交流电力拖动则主要用于恒转速系统。

异步电机的发展异步电机是一种交流电机，也叫感应电机，主要作电动机使用。异步电动机广泛应用于工农业生产中，例如机床、水泵、冶金、矿山设备与轻工业机械等都用它作为原动机，其容量从几千瓦到几千千瓦。日益普及的家用电器，例如在洗衣机、风扇、电冰箱、空调器中采用单向异步电动机，其容量从几瓦到几千瓦。在航天、计算机等高科技领域，控制电机得到广泛应用。异步电机也可以作为发电机使用，例如小水电站、风力发电机也可采用异步电机。

异步电机之所以得到广泛应用，主要由于它有如下优点：结构简单、运行可靠、制造容易、价格低廉、坚固耐用，而且有较高的效率和相当好的工作特性。

异步电机主要的缺点是：目前尚不能经济的在较大范围内平滑调速以及它必须从电网吸收滞后的无功功率，虽然异步电机的交流调速已有长足进展，但成本较高，尚不能广泛使用；在电网负载中，异步电机所占比重较大，这个滞后的无功功率对电网是一个相当重的负担，它增加了线路损耗、妨碍了有功功率的出。