《三相异步电动机变频调速系统的设计》.doc

本科毕业设计开题报告题 目三相异步电动机变频调速系统的设计来源工程实际1、 研究目的和意义 异步电机调速系统的种类很多，但是效率很高、性能最好、应用最广的是变频调速，它可以构成高动态性能的交流调速系统来取代直流调速系统，是交流调速的主要发展方向。目前变频器不但在传统的电力拖动系统中得到了广泛的应用，而且已扩展到了工业生产的所有领域，以及空调器、洗衣机、电冰箱等家电中。与其它交流电机调速方式对比，变频调速的优点：平滑软启动，降低启动冲击电流，减少变压器占有量，确保电机安全；在机械允许的情况下可通过提高变频器的输出频率提高工作速度；无级调速，调速精度大大提高；电机正反向无需通过接触器切换；非常方便接入通讯网络控制，实现生产自动化控制；变频器总体来说用在启动频繁的马达上，节能效果明显。2、 国内外发展情况（文献综述） 最早的调速系统为直流调速，它的供电系统早期是水银整流器。但随着生产力的提高，对传动系统要求也随之提高，直流调速器就出现了许多弊端，在很多方面也都存在限制。所以结构更简单、运行更可靠、更便于维护、价格更低廉的交流调速器随之诞生，但是异步电动机当时调速性并不乐观，难以满足生产发展的要求。直到上世纪80年代，电力电子的发展变成了用晶闸管整流供电和现代控制论的迅猛发展是交流调速器取代直流调速成为必然。进入90年代，通用变频器以优异的控制性能，在调速领域独树一帜，并在工业领域及家电产品中得到迅速推广。此外，变频技术和变频制造从一般意义的拖动技术中分离出来，成为世界各国在工业自动化和机电一体化领域中争抢先站的阵地，各发达国家更是在该技术领域注入极大地人力物力，使之目前已进入高新技术行业。在进入21世纪的今天，电力电子器件的基片已从硅变换为碳化硅，使电力电子新元件具有了耐高压、低损耗、耐高温的优点。3、 研究/设计的目标（1）异步电机的等效电路的设计（2）变频器主电路各部分设计，确定主电路各部分参数（3）完成过、欠压保护电路设计及过电流保护设计（4）变频器工作流程图设计与绘制4、 设计方案（研究/设计方法、理论分析和原理图等）本文设计的交直交变频器由以下几部分组成，如图所示：系统原理框图 （ 供电电源：电源部分因变频器输出功率的大小不同而异，小功率的多用单相220V，中大功率的采用三相380V电源。因为本设计中采用中等容量的电动机，所以采用三相380V电源。整流电路：整流部分将交流电变为脉动的直流电，必须加以滤波。在本设计中采用三相不可控整流。它可以使电网的功率因数接近1。滤波电路：因在本设计中采用电压型变频器，所以采用电容滤波，中间的电容除了起滤波作用外，还在整流电路与逆变电路间起到去耦作用，消除干扰。逆变电路：逆变部分将直流电逆变成我们需要的交流电。在设计中采用三相桥逆变，开关器件选用全控型开关管IGBT。电流电压检测：一般在中间直流端采集信号，作为过压，欠压，过流保护信号。控制电路：采用8051单片机和SPWM波生成芯片SA4828，控制电路的主要功能是接受各种设定信息和指令，根据这些指令和设定信息形成驱动逆变器工作的信号。这些信号经过光电隔离后去驱动开关管的关断。）方案：（1）通过分析分别画出异步电机的定、转子图。为了方便定量分析定、转子之间的各种数量关系，可将定、转子放在同一电路中。由于定子、转子回路的频率、绕组、匝数不同，故必须进行折算。根据电机学原理，在特定条件下，可得到电动机的T型等效电路。由电机学知识可知：电机转速n与电源频率f成正比，因此改变输入电源的频率就可以改变电机同步转速，进而达到异步电机调速的目的。（2）V/f比恒定控制是异步电机变频调速中最基本的控制方式。在改变频率进行调速时，必须采取措施保持磁通恒定为额定值。由电机理论，计算定子的感应电势有效值，并计算电机的电磁转矩。通过计算可知：变频调速时必须使气隙磁通不变，满足以上要求从而确定变频调速的控制方式。（3）主电路一般由整流电路、直流电路和逆变电路三部分组成。通过对输出功率的计算来完成整流电路的设计；为保证逆变电路和控制电源能够得到较高质量的电流或电压，必须对整流电路的输出进行平滑，来减少电压或电流的波动，从而完成中间直流电路及逆变电路部分的设计。（4）通过计算分析得到三极管的截止、导通状态，完成过、欠压保护部分的设计，并对其进行调试，调试方法为：如果电路未起到保护作用，或不够灵敏，应检查或通过电位器来调整反相器输入电平的高低。变频器过电流保护的主要功能是当电流超过某一额定值时，变频器通过自关断电力电子器件切断输出电流或调整电动机的运行状态，减少变频器的输出电流。变频器为实现过电流保护，需从硬件和软件两个方面来采取措施，这时需要及时调整保护电路和驱动电路的各部分异常。才能完成过电流保护设计。（5）通过对以上各部分电路的分析，利用相关软件可绘制出变频器工作流程图，达到完善程序设计的目的。5、方案的可行性分析：（1）参考了相关的文献和记录，并在老师的指导下制定了可行的计划。（2）指导老师从电机自动化方面的教学和科研工作，具有丰富的经验，在设计过程中遇到的问题可以随时得到老师详尽的简答。（3）学校图书馆收藏了许多有关专业方面的知识书籍和期刊等，还提供了网络化的机房，可以在中国知网网、维普网、超星数字图书馆等查询有关资料及电子图书等；（4）通过三年多的大学学习，本人已经积累了一定的相关方面的经验，对本课题所涉及的相关知识有一定的了解，（5）多次参加实习，包括电厂见习，生产实习等，已经有了一定的实践基础。6、 时间进程完 成 内 容1-2周查阅资料3-4周对资料进行整合5-6周根据设计要求及设计初步方案确立详细的设计方案7-8周准备各种软件正式进入设计阶段9-11周主电路及控制电路的设计12-14周绘制有关的电路图及变频器流程图15-16周撰写论文17周完成毕业设计18周参加论文答辩7、参考文献1李先彬.电力系统自动化,中国电力出版社,2005.2邱关源.电路,等教育出版社,2005.3张保会.电力系统继电保护,中国电力出版社,2010.4王廷才.变频调速系统设计与应用,机械工业出版社,2012.5周志敏.变频调速系统设计与维护,中国电力出版社,2007.6周志敏.变频调速系统工程设计与调试,人民邮电出版社,2009.7张占彪.试论变频调速异步电动机在设计中的注意要点,2014.8电气应用2011年总索引.电气应用,2012.9崔坚.西门子S7可编程控制器STEP7编程指南,机械工业出版社,2007.10Low-voltage distribution design specifications S. China plans Press.2006.11变频器基本原理特点EB/OL.http:/blog.sina.com.cn/s/blog_4bd5346e0100bpbw.html,2010.12刘雪波.变频调速电机节能应用分析,科协论坛.2010.13蒋国贵.对于交流电动机变频调速的研究分析,2011.指导教师意见: 教师签字： 年 月 日毕业设计领导小组意见: 组长签字：年 月 日