1、设备管理与维修2023 翼9(下)0引言随着油田开发规模和程度的提高,对电力的依赖性与日俱增;随着冶金行业对节能减排要求的不断深入,应用频率控制技术成为其发展的必然方向。随着我国电子行业的迅速发展1,以及电力系统的自动化控制技术的不断进步,频率控制技术已被越来越多地采用。实践证明,变频调速技术已广泛地用于工业领域2。1变频调速原理旋转磁场的旋转速度,即同步转速可以从电机公式导出:P0=60gi(1)定义转子转速为 p,根据电机阻力理论,推导出异步电机的转差率 r:r=P0-pP0(2)式(1)、式(2)中,p 为转子转速;P0为磁场速度;i 为电机的极对数;g 为工频频率。用变频调速来控制异步
2、电机,每个磁极的磁通量都要保持不变。若降低了磁场,就会使电机的磁芯达到最大的磁通量,从而使其不能达到最大的输出。如果磁通增大,铁芯的磁通就会饱和,导致励磁电流过高,而过高的温度甚至可能损坏电机。根据式(1)、式(2),可推导出异步调速电机的转速:p=P0(1-r)=60g(1-r)i(3)其中,异步电机的极对数 i 为固定值,异步电机的转速 p 与工频 g 成线性比例,因此只要工频改变,异步电动机的速度就可以改变。近年来,随着半导体技术的发展和数字控制的普及,矢量控制的运用范围从高性能发展到一般的传动,出现了变频空调、冰箱、变频洗衣机等产品。因此,采用变频技术进行节电改造,有着广泛的应用价值。
3、2系统建模以自动抽油机为例进行数学建模,在此基础上应用一种基于PID 的模糊算法来实现电机的变频调速,并对其进行仿真计算。该方法能得到最优的电机工作状态,这对该模式的优化有很大的作用,并通过对比与观测得到最优结果。该方法的建立直接影响到整个系统的模拟和操作,而该传递功能则为下一步的算法控制奠定了基础。以下是导出和展示的系统模型的流程。与开环速度控制方式比较,闭环变频控制能够达到更优的稳定速度控制。采用滑动角度转速的变频器可以达到恒定的转速,采用闭环方式可以极大改善变频器的运行效率。从电机的基本理论和机电理论来看,电机的扭矩是电机的核心参数。不计损耗的异步电机力学计算,恒值控制的异步电机机械转矩
4、为:Dv=Iq赘=3IR12S忆2/t灼1(S1+S2忆/t)2+(H1+H2忆)2(4)其中,在定值控制下,R1/灼1的值是固定的,式(4)可以改写为:Dv=3IR1灼1蓸蔀2t灼1S忆2(tS1+S2忆)2+t(H1+H2忆)2(5)当电机稳定运行时,t 较小,分母中包含 t 的项可以忽略,得到转矩的近似关系式:Dv=3IR1灼1蓸蔀2t灼1S2忆(6)滑动角速度可以定义为:灼t=t灼1(7)则式(6)可表示为:Dv=3IR1灼1蓸蔀2灼tS2忆(8)由于电机驱动抽油机运转,具有驱动负载的性能,因此建立恒定旋转负载下电驱动系统的运动公式:Dv-D1=MI伊鄣灼鄣d忆(9)z灼/zd 表示斜
5、率,即时角速度可以表示为 灼t:灼t=t灼=灼1-灼(10)电机的实际转速可按式(11)计算:P0=60g1iP=60灼2仔i扇墒设设设设设缮设设设设设(11)由转差率定义和 灼1=2仔g1,可以得到:摘要:基于 PLC 控制技术和变频调速工作原理,对电动自动抽油机进行数学建模,将 PID 模糊控制器应用于电机的变频调速,并通过对电机的数学模型进行优化,以获得最大的转矩系数。对抽油机变频电气自动化节能系统进行实验分析,结果表明基于 PLC 的变频技术是一种抽油机自动化节能的有效技术。关键词:PLC;变频技术;电气自动化;设备管理中图分类号:TM921.5文献标识码:BDOI:10.16621/
6、ki.issn1001-0599.2023.09D.17基于 PLC 和变频技术的电机调速研究柳新枝,罗燕杰(阿克苏地区中等职业技术学校,新疆阿克苏843000)輧輴设备管理与维修2023 翼9(下)r=P0-pP0=灼1-灼灼1(12)选择 Y132S1-2 型三相异步电机,技术参数见表 1。在电机的变频控制中,为使其结构简单,采用电机的参数,然后利用MATLAB 中的 Simulink 进行仿真,得到系统的旋转关系。表 1Y132S1-2 型三相异步电机技术参数3试验分析3.1试验准备(1)在抽油机、变频器、电机等设备组装完成后,对系统进行软件、硬件的调试,并对系统进行试验、数据分析。首先
7、,在实验室中进行常规的无负荷测试,对设备的各个部件进行测试。在室内进行负荷测试,对比和分析测试结果。本试验的试验台能够对电机在无负载时的速度进行有效检测。通过一个预先设定的数值,实际的速度通过一个探测设备(光电编码器)来测定,并且把该预定的数值和实际值相比较。在室内试验电机加载时,采用张力计进行载荷模拟,以张力计的数目为载荷。(2)在温度 15 益、湿度 37%的条件下进行试验。PLC 采用西门子 S7-300、MM440 变频器、3 台 Y132S1-2 型异步电机、E6C2-CWZ3E 型旋转编码器。载荷采用 JHYT 型油田负荷型。采用 C#作为计算机编程语言,MATLAB 作为模拟工具
8、。3.2试验结果(1)在电机无负荷运转进入平稳工况的试验。在电机进入平稳工况后的实际速度变化情况见图 1。可以看出,在空载工况下,由于电机自身和外界的影响,电机的运行曲线有微小波动。(2)电机空载运行时预设值与实际值对比实验。转速从小到大(预设值:频率和转速可以相互转换),检测装置编码器反馈的转速值和误差。速度测量误差曲线如图 2 所示。对两组数据进行了测试,以保证其可靠性。由试验曲线可知,最大速度偏差在4%,随着转速的逐渐增大,误差逐渐减小。(3)电机空载运行时预设值与实际值的对比试验(采用 FuzzyPID 算法来进行控制)。由低至高的速度(设定的数值:可以将频率和速度互相转化),并对设备
9、编码机的反馈进行测量。测速误差曲线如图 3 所示。模糊 PID复合控制的转速误差明显减小,该方法具有较高的准确度和较高的识别度,可以达到零速度的检测。4结束语本文着重阐述了变频调速电机节能控制的实验研究、实验环境及设备选择,并对实验结果进行分析和比较。实验室试验主要分析电机的运动稳定性,空载运行时电机预设值与实际值的对比实验,并加入模糊控制实验,将恒载下电机的预设值与实验实测值进行对比,对不同负荷下的功率、转速和误差进行分析。在试验中加入了 PID 模糊控制器,使其速度稳定且测量误差很低。参考文献1郑军.关于 PLC 和变频器实现电气自动化控制的分析 J.冶金管理,2022(19):50-52.2黄晓胤,王薇,葛阳,等.情景式 VR 技术在电力企业员工技术教育培训中的应用 J.科技与创新,2022(19):161-163,168.编辑李波参数含义数值R1额定电压360 Vg1额定频率60 Hzi极对数3M转动惯量0.03 kg m2图 1单位时间电机转速图 2速度测量误差图 3速度测量误差(Fuzzy PID 算法控制)輧輵