CN201928229U - 全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制装置，其特征在于包括速度给定模块，速度PI调节器,电流PI调节器,主控模块,与主控模块相连接的显示模块、驱动模块,与此电流PI调节器的比较器相连接的电动机的电流取样模块,与此速度PI调节器的比较器相连接的电动机的速度采样反馈模块，所述的电流PI调节器-主控模块-驱动模块-电动机的电流取样模块构成电流闭环控制系统,所述的速度PI调节器-主控模块-驱动模块-电动机的速度采样反馈模块构成速度闭环控制系统。其有益效果是：它极大的提高了起重机控制技术，控制性能更为优越；同时简化了起重机电控柜的外围配线，降低了安装、维护难度及系统造价。
Description
技术领域
本实用新型属于起重机交流电动机调压调速控制技术领域，特别是涉及一种全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制装置。
背景技术
现有起重机调压调速控制装置的移相环节采用模拟电路实现移相；由于受到温度漂移等外界因素的影响，移相精度受到一定的影响。现有起重机调压调速控制装置的速度反馈采用对转子频率F/V转换获取速度信号。现有起重机调压调速控制装置多采用速度单闭环控制技术；单从扩大调速范围的角度看，使用速度单闭环的调压调速控制装置已能基本上满足起重机对调速的要求。但却无法满足快速起动、突加负载、快速制动等更高要求的动态性能。现有起重机调压调速控制装置主令控制线进入装置还要通过PLC或中间继电器，整个系统的连接线比较繁杂。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制装置，控制性能先进、运行安全、可靠的控制方式，降低制造、安装、维修成本，同时大大地提高起重机的安全性和可靠性。
本实用新型的目的是通过下述技术方案实现的。
本实用新型的全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制装置，其特征在于包括速度给定模块，与此速度给定模块相连接的速度PI调节器, 与此速度PI调节器相连接的电流PI调节器, 与此电流PI调节器相连接的主控模块, 与主控模块相连接的显示模块、驱动模块, 与此电流PI调节器的比较器相连接的电动机的电流取样模块, 与此速度PI调节器的比较器相连接的电动机的速度采样反馈模块， 分别与速度给定模块、速度PI调节器、电流PI调节器、主控模块、显示模块、驱动模块相连接的开关电源，所述的电流PI调节器-主控模块-驱动模块-电动机的电流取样模块构成电流闭环控制系统, 所述的速度PI调节器-主控模块-驱动模块-电动机的速度采样反馈模块构成速度闭环控制系统，所述的电流闭环控制系统与速度闭环控制系统构成速度电流双闭环交流电动机调压调速控制系统。
所述的驱动模块由六组反向并联晶闸管组成。
所述的主控模块包括主令信号输入模块、分析处理模块、I/O输出模块, 所述的主令输入电压为AC220V或DC24V。
所述的显示模块为全中文/英文显示的显示模块。
所述的主令输入模块分别与起重机的主起升、副起升、大车和小车传动系统的主令控制器上的引出线相连接。
所述的速度采样反馈模块采用数字滤波控制算法，即速度采样均采用控制算法，对采样值进行滤波，获取速度信号，同时还设有旋转编码器接口与电动机的旋转编码器相连接。
本实用新型速度电流双闭环的起动过程包括下述步骤：
第I阶段0-t1,加电启动
1)突加给定电压U=n* 后，Id 上升，当Id小于负载电流IdL时，电机还不能转动,
2)当Id ≥IdL后，电机开始起动，由于机电惯性作用，转速不会很快增长，因而转速调节器ASR的输入偏差电压的数值仍较大，其输出电压保持限幅值U*im，强迫电流Id 迅速上升,
3)当电机电流Id = Idm，输入电压Ui= 最大输出电压Uim*电流调节器很快就压制Id了的增长,使电机电流不超过规定的容许最大过载电流Idm,
第II阶段t1-t2,恒流加速
在这个阶段中，系统为在恒值电压流U*im给定下的电流调节系统，基本上保持电流Id恒定，因而系统的加速度恒定，转速呈线性增长,
第III阶段t2以后,转速调节
当转速上升到给定值时，转速调节器ASR的输入偏差减少到零，但其输出却由于积分作用还维持在限幅值Uim*，所以电机仍在加速，使转速超调。
转速超调后，ASR输入偏差电压变负，使它开始退出饱和状态，Ui*和Id很快下降。但是，只要Id仍大于负载电流IdL，转速就继续上升,
此后，转速增加阻力矩也增加，使电机转速下降。当下降至设定速度以下时，ASR输入偏差电压变正，使输出电压Ui*上升，进入转速调节阶段t3 、t4。
本实用新型的特点：
1）现有起重机调压调速控制装置的移相环节采用模拟电路实现移相；由于受到温度漂移等外界因素的影响，移相精度受到一定的影响。本实用新型的全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制装置采用DSP全数字控制技术，即移相、触发均采用数字控制方式，使移相精度大大提高，可控硅移相角的控制精度达到0.01°。且不受外界环境（温度、湿度）的和影响，控制性能大大提高。
2)现有起重机调压调速控制装置的速度反馈采用对转子频率F/V转换获取速度信号。为了保证速度信号采样的准确性，本实用新型的全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制装置采用数字滤波控制算法,速度采样均采用控制算法，对采样值进行滤波，获取速度信号，同时还增加旋转编码器接口，获取速度信号，使速度反馈信号更准确。
3)现有起重机调压调速控制装置多采用速度单闭环控制技术；单从扩大调速范围的角度看，使用速度单闭环的调压调速控制装置已能基本上满足起重机对调速的要求。但却无法满足快速起动、突加负载、快速制动等更高要求的动态性能。本实用新型的全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制装置采用速度电流双闭环控制技术，使系统动态性能大大提高；可以在满足最大电流不超限的情况下，令电动机以最大的电磁力矩和最大的加速度平稳启动，如图1所示。同时可充分发挥功率器件的潜力，且不会损坏功率器件。
4)现有起重机调压调速控制装置主令控制线进入装置还要通过PLC或中间继电器，整个系统的连接线比较繁杂。本实用新型的全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制装置主令输入电压为AC220V或DC24V，均可直接进入装置，无需PLC或者中间继电器中转；使整个系统的连接线十分简洁，降低安装、维护难度与成本。
5)本实用新型的全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制装置的硬件与软件均采用模块化设计；为系统升级提供极大的便利，同时降低系统的维护、更换难度。
6)本实用新型的全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制装置的功率单元由六组反向并联晶闸管组成，通过驱动单元的控制信号来改变晶闸管移相触发角，改变电动机端电压实现调速。
7)本实用新型的全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制装置的主控模块对主令输入信号进行采集，经分析整理后，通过I/O输出，实现对电动机的控制。
8)为保证供电的稳定性、提高电源的抗干扰性，采用专门设计的开关电源作为控制电源。
9)为了可以时时监控系统运行状态，并根据现场实际要求对系统运行状态做出调整，本实用新型的全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制装置设计有全中文/英文显示、功能强大的显示模块；通过显示模块可以监控系统运行参数，操作显示模块可修改系统功能参数，达到调整系统运行状态的目的。
本实用新型的有益效果是：本实用新型是根据起重机运行特点开发的专业调压调速控制装置，它极大的提高了起重机控制技术，控制性能更为优越；同时简化了起重机电控柜的外围配线，便于安装、维护，降低了安装、维护难度及系统造价。
附图说明
图1为本实用新型的结构框图。
图2为本实用新型的起动过程图。
图3为本实用新型的显示模块示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
如图1所示，本实用新型的全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制装置，其特征在于包括速度给定模块，与此速度给定模块相连接的速度PI调节器, 与此速度PI调节器相连接的电流PI调节器, 与此电流PI调节器相连接的主控模块, 与主控模块相连接的显示模块、驱动模块, 与此电流PI调节器的比较器相连接的电动机的电流取样模块, 与此速度PI调节器的比较器相连接的电动机的速度采样反馈模块， 分别与速度给定模块、速度PI调节器、电流PI调节器、主控模块、显示模块、驱动模块相连接的开关电源，所述的电流PI调节器-主控模块-驱动模块-电动机的电流取样模块构成电流闭环控制系统, 所述的速度PI调节器-主控模块-驱动模块-电动机的速度采样反馈模块构成速度闭环控制系统，所述的电流闭环控制系统与速度闭环控制系统构成速度电流双闭环交流电动机调压调速控制系统。
所述的驱动模块由六组反向并联晶闸管组成。
所述的主控模块包括主令信号输入模块、分析处理模块、I/O输出模块, 所述的主令输入电压为AC220V或DC24V。
所述的显示模块为全中文/英文显示的显示模块。
所述的主令输入模块分别与起重机的主起升、副起升、大车和小车传动系统的主令控制器上的引出线相连接。
所述的速度采样反馈模块采用数字滤波控制算法，即速度采样均采用控制算法，对采样值进行滤波，获取速度信号，同时还设有旋转编码器接口与电动机的旋转编码器相连接。
如图2所示，本实用新型所述的速度电流双闭环的起动过程包括下述步骤：
第I阶段0-t1,加电启动
1)突加给定电压U=n* 后，Id 上升，当Id小于负载电流IdL时，电机还不能转动,
2)当Id ≥IdL后，电机开始起动，由于机电惯性作用，转速不会很快增长，因而转速调节器ASR的输入偏差电压的数值仍较大，其输出电压保持限幅值U*im，强迫电流Id 迅速上升,
3)当电机电流Id = Idm，输入电压Ui= 最大输出电压Uim*电流调节器很快就压制Id了的增长,使电机电流不超过规定的容许最大过载电流Idm,
第II阶段t1-t2,恒流加速
在这个阶段中，系统为在恒值电压流U*im给定下的电流调节系统，基本上保持电流Id恒定，因而系统的加速度恒定，转速呈线性增长,
第III阶段t2以后,转速调节
当转速上升到给定值时，转速调节器ASR的输入偏差减少到零，但其输出却由于积分作用还维持在限幅值Uim*，所以电机仍在加速，使转速超调。
转速超调后，ASR输入偏差电压变负，使它开始退出饱和状态，Ui*和Id很快下降。但是，只要Id仍大于负载电流IdL，转速就继续上升,
此后，转速增加阻力矩也增加，使电机转速下降。当下降至设定速度以下时，ASR输入偏差电压变正，使输出电压Ui*上升，进入转速调节阶段t3 、t4。
起重机一般有4—5套传动系统；分别为主起升、副起升、大车和小车；因此在驾驶室内有4—5套主令控制器，在大车车架上一般安装主起升电气控制柜、副起升电气控制柜、大车控制柜和小车控制柜。每个主令控制器上有7—8根引出线，分别与对应电气控制柜内的本实用新型的全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制系统的主令输入模块相连接，经主控模块对输入信号的采集与分析整理，发出输出信号，实现对起重机各个系统的控制。
如图3所示，所述的显示模块为全中文/英文显示的显示模块，包括菜单键、左移键、备用键、上移键、电机正转指示灯、电机反转指示灯、报警批示灯、制动器运行批示灯、液晶显示屏、复位键、显示板电池、右移键、确认键和下移键。
Claims (6)
1.一种全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制装置，其特征在于包括速度给定模块，与此速度给定模块相连接的速度PI调节器, 与此速度PI调节器相连接的电流PI调节器, 与此电流PI调节器相连接的主控模块, 与主控模块相连接的显示模块、驱动模块, 与此电流PI调节器的比较器相连接的电动机的电流取样模块, 与此速度PI调节器的比较器相连接的电动机的速度采样反馈模块， 分别与速度给定模块、速度PI调节器、电流PI调节器、主控模块、显示模块、驱动模块相连接的开关电源，所述的电流PI调节器-主控模块-驱动模块-电动机的电流取样模块构成电流闭环控制装置, 所述的速度PI调节器-主控模块-驱动模块-电动机的速度采样反馈模块构成速度闭环控制系统，所述的电流闭环控制系统与速度闭环控制系统构成速度电流双闭环交流电动机调压调速控制系统。
2.根据权利要求1所述的全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制装置，其特征在于所述的驱动模块由六组反向并联晶闸管组成。
3.根据权利要求1所述的全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制装置，其特征在于所述的主控模块包括主令信号输入模块、分析处理模块、I/O输出模块, 所述的主令输入电压为AC220V或DC24V。
4.根据权利要求1所述的全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制装置，其特征在于所述的显示模块为全中文/英文显示的显示模块，包括菜单键、左移键、备用键、上移键、电机正转指示灯、电机反转指示灯、报警批示灯、制动器运行批示灯、液晶显示屏、复位键、显示板电池、右移键、确认键和下移键。
5.根据权利要求3所述的全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制装置，其特征在于所述的主令信号输入模块分别与起重机的主起升、副起升、大车和小车传动系统的主令控制器上的引出线相连接。
6.根据权利要求1所述的全数字速度电流双闭环交流电动机调压调速控制装置，其特征在于所述的速度采样反馈模块采用数字滤波控制算法，即速度采样均采用控制算法，对采样值进行滤波，获取速度信号，同时还设有旋转编码器接口与电动机的旋转编码器相连接。
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| CN107819420A (zh) * | 2017-11-10 | 2018-03-20 | 成都富临精工新能源动力有限公司 | 一种电动汽车amt换档下驱动电机速度调节器优化方法 |
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: LIAONING GUOYUAN TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: ANSHAN CRANE CONTROLLERS CO., LTD. Effective date: 20150701 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20150701 Address after: 427 No. 114000 Anshan city of Liaoning Province Qianshan District Tonghai Road Patentee after: LIAONING GUOYUAN TECHNOLOGY CO., LTD. Address before: 114011, No. 18, Xin Jie Gong Road, Qianshan District, Liaoning, Anshan Patentee before: Anshan Crane Control Equipment Co., Ltd. |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20170110 Address after: 114000 Liaoning city of Anshan province high tech Zone Mountain Road No. 263 (North Building 8 floor 1-2) Patentee after: Liaoning AODA Intersoft Technology Co. Ltd. Address before: 427 No. 114000 Anshan city of Liaoning Province Qianshan District Tonghai Road Patentee before: LIAONING GUOYUAN TECHNOLOGY CO., LTD. |
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