《三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)》.doc

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告題 目三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)源工程實(shí)際1、 研究目的和意義 異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的種類(lèi)很多，但是效率很高、性能最好、應(yīng)用最廣的是變頻調(diào)速，它可以構(gòu)成高動(dòng)態(tài)性能的交流調(diào)速系統(tǒng)來(lái)取代直流調(diào)速系統(tǒng)，是交流調(diào)速的主要發(fā)展方向。目前變頻器不但在傳統(tǒng)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，而且已擴(kuò)展到了工業(yè)生產(chǎn)的所有領(lǐng)域，以及空調(diào)器、洗衣機(jī)、電冰箱等家電中。與其它交流電機(jī)調(diào)速方式對(duì)比，變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)：平滑軟啟動(dòng)，降低啟動(dòng)沖擊電流，減少變壓器占有量，確保電機(jī)安全；在機(jī)械允許的情況下可通過(guò)提高變頻器的輸出頻率提高工作速度；無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速精度大大提高；電機(jī)正反向無(wú)需通過(guò)接觸器切換；非常方便接入通訊網(wǎng)絡(luò)控制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化控制；變頻器總體來(lái)說(shuō)用在啟動(dòng)頻繁的馬達(dá)上，節(jié)能效果明顯。2、 國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況（文獻(xiàn)綜述） 最早的調(diào)速系統(tǒng)為直流調(diào)速，它的供電系統(tǒng)早期是水銀整流器。但隨著生產(chǎn)力的提高，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)要求也隨之提高，直流調(diào)速器就出現(xiàn)了許多弊端，在很多方面也都存在限制。所以結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、運(yùn)行更可靠、更便于維護(hù)、價(jià)格更低廉的交流調(diào)速器隨之誕生，但是異步電動(dòng)機(jī)當(dāng)時(shí)調(diào)速性并不樂(lè)觀(guān)，難以滿(mǎn)足生產(chǎn)發(fā)展的要求。直到上世紀(jì)80年代，電力電子的發(fā)展變成了用晶閘管整流供電和現(xiàn)代控制論的迅猛發(fā)展是交流調(diào)速器取代直流調(diào)速成為必然。進(jìn)入90年代，通用變頻器以?xún)?yōu)異的控制性能，在調(diào)速領(lǐng)域獨(dú)樹(shù)一幟，并在工業(yè)領(lǐng)域及家電產(chǎn)品中得到迅速推廣。此外，變頻技術(shù)和變頻制造從一般意義的拖動(dòng)技術(shù)中分離出來(lái)，成為世界各國(guó)在工業(yè)自動(dòng)化和機(jī)電一體化領(lǐng)域中爭(zhēng)搶先站的陣地，各發(fā)達(dá)國(guó)家更是在該技術(shù)領(lǐng)域注入極大地人力物力，使之目前已進(jìn)入高新技術(shù)行業(yè)。在進(jìn)入21世紀(jì)的今天，電力電子器件的基片已從硅變換為碳化硅，使電力電子新元件具有了耐高壓、低損耗、耐高溫的優(yōu)點(diǎn)。3、 研究/設(shè)計(jì)的目標(biāo)（1）異步電機(jī)的等效電路的設(shè)計(jì)（2）變頻器主電路各部分設(shè)計(jì)，確定主電路各部分參數(shù)（3）完成過(guò)、欠壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)及過(guò)電流保護(hù)設(shè)計(jì)（4）變頻器工作流程圖設(shè)計(jì)與繪制4、 設(shè)計(jì)方案（研究/設(shè)計(jì)方法、理論分析和原理圖等）本文設(shè)計(jì)的交直交變頻器由以下幾部分組成，如圖所示：系統(tǒng)原理框圖 （ 供電電源：電源部分因變頻器輸出功率的大小不同而異，小功率的多用單相220V，中大功率的采用三相380V電源。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中采用中等容量的電動(dòng)機(jī)，所以采用三相380V電源。整流電路：整流部分將交流電變?yōu)槊}動(dòng)的直流電，必須加以濾波。在本設(shè)計(jì)中采用三相不可控整流。它可以使電網(wǎng)的功率因數(shù)接近1。濾波電路：因在本設(shè)計(jì)中采用電壓型變頻器，所以采用電容濾波，中間的電容除了起濾波作用外，還在整流電路與逆變電路間起到去耦作用，消除干擾。逆變電路：逆變部分將直流電逆變成我們需要的交流電。在設(shè)計(jì)中采用三相橋逆變，開(kāi)關(guān)器件選用全控型開(kāi)關(guān)管IGBT。電流電壓檢測(cè)：一般在中間直流端采集信號(hào)，作為過(guò)壓，欠壓，過(guò)流保護(hù)信號(hào)?？刂齐娐罚翰捎?051單片機(jī)和SPWM波生成芯片SA4828，控制電路的主要功能是接受各種設(shè)定信息和指令，根據(jù)這些指令和設(shè)定信息形成驅(qū)動(dòng)逆變器工作的信號(hào)。這些信號(hào)經(jīng)過(guò)光電隔離后去驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷。）方案：（1）通過(guò)分析分別畫(huà)出異步電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子圖。為了方便定量分析定、轉(zhuǎn)子之間的各種數(shù)量關(guān)系，可將定、轉(zhuǎn)子放在同一電路中。由于定子、轉(zhuǎn)子回路的頻率、繞組、匝數(shù)不同，故必須進(jìn)行折算。根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，在特定條件下，可得到電動(dòng)機(jī)的T型等效電路。由電機(jī)學(xué)知識(shí)可知：電機(jī)轉(zhuǎn)速n與電源頻率f成正比，因此改變輸入電源的頻率就可以改變電機(jī)同步轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到異步電機(jī)調(diào)速的目的。（2）V/f比恒定控制是異步電機(jī)變頻調(diào)速中最基本的控制方式。在改變頻率進(jìn)行調(diào)速時(shí)，必須采取措施保持磁通恒定為額定值。由電機(jī)理論，計(jì)算定子的感應(yīng)電勢(shì)有效值，并計(jì)算電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。通過(guò)計(jì)算可知：變頻調(diào)速時(shí)必須使氣隙磁通不變，滿(mǎn)足以上要求從而確定變頻調(diào)速的控制方式。（3）主電路一般由整流電路、直流電路和逆變電路三部分組成。通過(guò)對(duì)輸出功率的計(jì)算來(lái)完成整流電路的設(shè)計(jì)；為保證逆變電路和控制電源能夠得到較高質(zhì)量的電流或電壓，必須對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑，來(lái)減少電壓或電流的波動(dòng)，從而完成中間直流電路及逆變電路部分的設(shè)計(jì)。（4）通過(guò)計(jì)算分析得到三極管的截止、導(dǎo)通狀態(tài)，完成過(guò)、欠壓保護(hù)部分的設(shè)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試方法為：如果電路未起到保護(hù)作用，或不夠靈敏，應(yīng)檢查或通過(guò)電位器來(lái)調(diào)整反相器輸入電平的高低。變頻器過(guò)電流保護(hù)的主要功能是當(dāng)電流超過(guò)某一額定值時(shí)，變頻器通過(guò)自關(guān)斷電力電子器件切斷輸出電流或調(diào)整電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，減少變頻器的輸出電流。變頻器為實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)，需從硬件和軟件兩個(gè)方面來(lái)采取措施，這時(shí)需要及時(shí)調(diào)整保護(hù)電路和驅(qū)動(dòng)電路的各部分異常。才能完成過(guò)電流保護(hù)設(shè)計(jì)。（5）通過(guò)對(duì)以上各部分電路的分析，利用相關(guān)軟件可繪制出變頻器工作流程圖，達(dá)到完善程序設(shè)計(jì)的目的。5、方案的可行性分析：（1）參考了相關(guān)的文獻(xiàn)和記錄，并在老師的指導(dǎo)下制定了可行的計(jì)劃。（2）指導(dǎo)老師從電機(jī)自動(dòng)化方面的教學(xué)和科研工作，具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題可以隨時(shí)得到老師詳盡的簡(jiǎn)答。（3）學(xué)校圖書(shū)館收藏了許多有關(guān)專(zhuān)業(yè)方面的知識(shí)書(shū)籍和期刊等，還提供了網(wǎng)絡(luò)化的機(jī)房，可以在中國(guó)知網(wǎng)網(wǎng)、維普網(wǎng)、超星數(shù)字圖書(shū)館等查詢(xún)有關(guān)資料及電子圖書(shū)等；（4）通過(guò)三年多的大學(xué)學(xué)習(xí)，本人已經(jīng)積累了一定的相關(guān)方面的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)本課題所涉及的相關(guān)知識(shí)有一定的了解，（5）多次參加實(shí)習(xí)，包括電廠(chǎng)見(jiàn)習(xí)，生產(chǎn)實(shí)習(xí)等，已經(jīng)有了一定的實(shí)踐基礎(chǔ)。6、 時(shí)間進(jìn)程完 成 內(nèi) 容1-2周查閱資料3-4周對(duì)資料進(jìn)行整合5-6周根據(jù)設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)初步方案確立詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案7-8周準(zhǔn)備各種軟件正式進(jìn)入設(shè)計(jì)階段9-11周主電路及控制電路的設(shè)計(jì)12-14周繪制有關(guān)的電路圖及變頻器流程圖15-16周撰寫(xiě)論文17周完成畢業(yè)設(shè)計(jì)18周參加論文答辯7、參考文獻(xiàn)1李先彬.電力系統(tǒng)自動(dòng)化,中國(guó)電力出版社,2005.2邱關(guān)源.電路,等教育出版社,2005.3張保會(huì).電力系統(tǒng)繼電保護(hù),中國(guó)電力出版社,2010.4王廷才.變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用,機(jī)械工業(yè)出版社,2012.5周志敏.變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與維護(hù),中國(guó)電力出版社,2007.6周志敏.變頻調(diào)速系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)與調(diào)試,人民郵電出版社,2009.7張占彪.試論變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)中的注意要點(diǎn),2014.8電氣應(yīng)用2011年總索引.電氣應(yīng)用,2012.9崔堅(jiān).西門(mén)子S7可編程控制器STEP7編程指南,機(jī)械工業(yè)出版社,2007.10Low-voltage distribution design specifications S. China plans Press.2006.11變頻器基本原理特點(diǎn)EB/OL.http:/blo