【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目: 4KW異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝及調(diào)試五、設(shè)計(jì)應(yīng)完成的圖紙4kW鼠籠電動(dòng)機(jī)變頻系統(tǒng)的示意圖，原理結(jié)構(gòu)框圖。該系統(tǒng)的電路原理圖。與電路原理圖相對(duì)應(yīng)的安裝位置圖、布線圖。各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)原理圖以及相應(yīng)的測(cè)試曲線圖。六、主要參考資料《電機(jī)與拖動(dòng)》（電力版）《電力拖動(dòng)與控制》（機(jī)工版）《電機(jī)調(diào)速的原理及系統(tǒng)》（電力版）《電力電子變流技術(shù)》（機(jī)工版）《電氣變頻調(diào)速設(shè)計(jì)技術(shù)》（電力版）《電力拖動(dòng)控制線路與技能訓(xùn)練》（勞動(dòng)社會(huì)保障版）《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》（機(jī)工版）《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》（電力版）《自動(dòng)控制原理》（電力版）《電機(jī)與拖動(dòng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》七、進(jìn)度要求周次工作內(nèi)容地點(diǎn)1熟悉任務(wù)書，收集資料自定2~4工程設(shè)計(jì)（確定方案、選擇變頻設(shè)備），設(shè)備購(gòu)置；熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并選擇實(shí)驗(yàn)用儀器、備件。自定；實(shí)驗(yàn)樓一層5~6先去工廠參觀，再出草圖并進(jìn)行設(shè)備安裝。實(shí)驗(yàn)樓一層10~11按圖進(jìn)行一、二次接線。實(shí)驗(yàn)樓一層12~14設(shè)備調(diào)試、通電實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)樓一層、二層15~16撰寫論文初稿，定稿自定17教師審稿，論文裝訂，答辯，評(píng)定成績(jī)教室八、其它要求設(shè)計(jì)期間，周六、日連續(xù)進(jìn)行，每周一上午8：00檢查進(jìn)度情況。做實(shí)驗(yàn)時(shí)注意人身、設(shè)備安全及公共財(cái)物完好。按統(tǒng)一要求規(guī)范論文格式，并用A4紙打印論文。論文正文字?jǐn)?shù)一般應(yīng)不少于10000漢字，譯文字?jǐn)?shù)不少于3000漢字。 4KW異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝及調(diào)試【摘要】異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速是交流變頻調(diào)速的一種。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐，掌握異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速原理及其配套設(shè)備的性能，針對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的工作原理，運(yùn)行特性及主要優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的主要設(shè)備構(gòu)成原理圖。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書中所提供的原始資料；以及各種輔助設(shè)備等資料，通過相關(guān)的試驗(yàn)完成了本次設(shè)計(jì)。通過本次設(shè)計(jì)使我加強(qiáng)了異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的認(rèn)識(shí)，使我在課堂上所學(xué)的知識(shí)得到鞏固、補(bǔ)充和發(fā)展，提高獨(dú)立分析解決問題的能力。關(guān)鍵詞：異步電動(dòng)機(jī) 變頻器 變頻調(diào)速 4KW inverter induction motor speed control system design, installation, debuggingABSTRACTVVVF induction motor is an AC variable frequency speed control. Design practice, through graduation and master the principle of induction motor VVVF and equipment performance, work against the principle of induction motors, operating characteristics and main advantages and disadvantages, bined with laboratory equipment constitute the main schematic. According to the book design of the raw data provided。 and a variety of auxiliary equipment, such as information related to the test through the pletion of the design of the times. Design through the strengthening of the induction motor I VVVF awareness, I have learned in the classroom to consolidate the knowledge to plement and development of an independent analysis to improve problemsolving abilities.Keywords: asynchronous motor ；VVVF inverter ；eddy current dynamometer目錄【摘要】 5ABSTRACT 6前言 9第1章 概述 10 10 12第2章 三相式鼠籠電機(jī)的變頻調(diào)速原理 15 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理和運(yùn)行狀態(tài) 15 16第3章 4KW異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20 20 20 電氣元件安裝布置圖 24第4章 變頻調(diào)速系統(tǒng)元器件的選擇 25 25 調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成及其主要設(shè)備 26第5章 變頻調(diào)速實(shí)驗(yàn)臺(tái)的安裝 31 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的安裝步驟及工藝要求 31 接線檢查 32第6章 系統(tǒng)的調(diào)試 33 電動(dòng)機(jī)工頻條件下的空載實(shí)驗(yàn) 33 電動(dòng)機(jī)工頻條件下的負(fù)載實(shí)驗(yàn) 34 36附錄 41小 結(jié) 49參考文獻(xiàn)： 50英文原文 51譯文 59前言隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，特別是近幾年來，異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速技術(shù)的迅速發(fā)展和推廣應(yīng)用，使得異步電動(dòng)機(jī)在工礦企業(yè)中應(yīng)用越來越廣泛。但在這種技術(shù)還沒完全掌握時(shí)，要求從事異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行人員要不斷提高專業(yè)技術(shù)水平。為此，本論文針對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性，對(duì)異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)作了簡(jiǎn)要分析，并做了大量試驗(yàn)。本設(shè)計(jì)共分六章，第一章 概述，敘述了本論文的大致內(nèi)容；第二章 三相鼠籠電機(jī)的變頻調(diào)速原理，講述了異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理及變頻調(diào)速原理；第三章 4KW三相異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，分三節(jié)：主電路原理圖的設(shè)計(jì)、主控制原理圖和電氣安裝圖；第四章 電器設(shè)備的選擇；第五章 系統(tǒng)的安裝；第六章 系統(tǒng)的調(diào)試。本論文由王廣惠老師審稿，在編寫過程中編者做了許多努力，同組的其他同學(xué)也提出了許多寶貴意見和建議。由于本人水平有限，加上時(shí)間倉(cāng)促，論文中難免存在不少的問題和不足之處，歡迎各位老師及時(shí)批評(píng)指正。第1章 概述交流電動(dòng)機(jī)特別是異步電動(dòng)機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、維修方便等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用。但其調(diào)速性能在以前趕不上直流電動(dòng)機(jī)，所以交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速技術(shù)一直是世界各國(guó)研究的課題。20世紀(jì)60年代以后，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體變流技術(shù)應(yīng)用到交流調(diào)速系統(tǒng)中，特別是大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，都為交流調(diào)速的進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)造了條件。人們研究出很多類型的交流調(diào)速系統(tǒng)，其中有些方法的調(diào)速性能已可與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美。因此，交流調(diào)速得到日益廣泛的應(yīng)用，目前在調(diào)速傳動(dòng)領(lǐng)域交流電動(dòng)機(jī)已有取代直流電動(dòng)機(jī)的趨勢(shì)。早期的交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法，如采用繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、籠型異步電動(dòng)機(jī)變極調(diào)速，在定子繞組串電抗器調(diào)速等都存在效率低，不經(jīng)濟(jì)等缺點(diǎn)。交流變頻調(diào)速的優(yōu)越性早在20世紀(jì)20年代就已被人們認(rèn)識(shí)，但受到元器件的限制，當(dāng)時(shí)只能用閘流管構(gòu)成逆變器，由于技資大，效率低，體積大而未能推廣。20世紀(jì)50年代中期，晶閘管的研制成功，開創(chuàng)了電力電子技術(shù)發(fā)展的新時(shí)代。由于晶閘管具有體積小、重量輕、響應(yīng)快、管壓低等一系列優(yōu)點(diǎn)，交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)有了飛躍發(fā)展，出現(xiàn)了交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速、串級(jí)調(diào)速等系統(tǒng)。20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的變頻調(diào)速，比上述兩種調(diào)速方式效率更高，性能更好，在近30年得到了迅速發(fā)展。變頻調(diào)速具有高效率、寬范圍和高精度等特點(diǎn)，是目前運(yùn)用最廣泛且最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的種類很多，從早期提出的電壓源型變頻器開始，相繼發(fā)展了電流源型，脈寬調(diào)制等各種變頻器。目前變頻調(diào)速的主要方案有：（1）交交變頻調(diào)速系統(tǒng)如圖1—1所示。它只有一個(gè)變換環(huán)節(jié)，把恒壓恒頻（CVCF）的交流電源直接變換成VVVF輸出，因此又稱直接式變壓變頻器。常用的交交變壓變頻器輸出的每一相都是一個(gè)由正、反兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)的可逆線路。也就是說，每一相都相當(dāng)于一套直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的反并聯(lián)可逆線路。三相交交變頻電路可以由3個(gè)單相交交變頻電路組成，如果每組可控整流裝置都用橋式電路，含6個(gè)晶閘管（當(dāng)每一橋臂都是單管時(shí)），則三相可逆線路共需36個(gè)晶閘管。因此，這樣的交交變壓變頻器雖然在結(jié)構(gòu)上只有一個(gè)變換環(huán)節(jié)，省去了中間直流環(huán)節(jié)，看似簡(jiǎn)單，但所用的器件數(shù)量卻很多，總體設(shè)備相當(dāng)龐大。 圖1—1交交變頻器（2）交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)，如圖1—2所示。交直交變壓變頻器先將工頻交流電源通過整流器變換成直流，再通過逆變器變換成可控頻率和電壓的交流。由于這類變壓變頻器在恒頻交流電源和變頻交流輸出之間有一個(gè)“中間直流環(huán)節(jié)”，所以又稱間接式的變壓變頻器。此次設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)所用變頻器就是交直交變壓變頻器。圖12交直交變壓變頻器（3）其他。例如同步電動(dòng)機(jī)自控式變頻調(diào)速，正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）變頻調(diào)速，矢量控制變頻調(diào)速等。這些變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展很大程度上依賴于大功率半導(dǎo)體器件的制造水平。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是可關(guān)斷晶鬧管GT0，電力晶體管GTR，絕緣門極晶體管IGBT，MOS晶閘管及MTC等具有自關(guān)斷能力全控功率元件的發(fā)展，再加上控制單元也從分離元件發(fā)展到大規(guī)模數(shù)字集成電路及采用微機(jī)控制，從而使變頻裝置的快速性，可靠性及經(jīng)濟(jì)性不斷提高，變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能也得到不斷完善。 SPWM控制技術(shù)正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）技術(shù)在變頻器中得到廣泛的應(yīng)用。SPWM變頻器調(diào)壓調(diào)頻一次完成，整流器無需控制，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，而且由于以全波整流代替了相控整流，因而提高了輸入端的功率因數(shù)，減小了高次諧波對(duì)電網(wǎng)的影響。此外，由于輸出波形由方波改進(jìn)為PWM波，減少了低次諧波，從而解決了電動(dòng)機(jī)在低頻區(qū)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問題，也降低了電動(dòng)機(jī)的諧波損耗和噪聲。PWM技術(shù)的應(yīng)用是變頻器的發(fā)展主流。SPWM的調(diào)制原理是使變頻器的輸出脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)面積相等，改變調(diào)制波的頻率和幅值即可調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓的頻率和幅值。SPWM變頻器的輸出電壓雖然接近于正弦波，但感應(yīng)電動(dòng)機(jī)本身因?yàn)闅庀洞磐?、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子電流是強(qiáng)耦合的，所以調(diào)速性能不如直流電動(dòng)機(jī)，采用矢量控制技術(shù)可提高其調(diào)速性能。矢量控制的原理是采用坐標(biāo)變換的方法，以產(chǎn)生相同的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)和變換后功率不變?yōu)闇?zhǔn)則，建立三相交流繞組，兩相交流繞組和直流繞組三者之間的等效關(guān)系，從而求出與交流電機(jī)等效的直流電機(jī)模型，即實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的解耦，以便按照對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的控制方法對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，矢量控制要求由磁通觀測(cè)器測(cè)出實(shí)際轉(zhuǎn)子磁鏈幅值及相位，因此如何利用先進(jìn)理論和技術(shù)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子磁鏈位置的精確觀測(cè)是矢量控制技術(shù)的重要課題。隨著電力電子器件制造技術(shù)的發(fā)展和新型電路變換器的不斷出現(xiàn)，現(xiàn)代控制理論向交流調(diào)速領(lǐng)域的滲透，特別是微型計(jì)算機(jī)及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)正向高頻化、數(shù)字化和智能化方向發(fā)展。控制策略的應(yīng)用：由于電力電子電路良好的控制特性及現(xiàn)代微電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，使幾乎所有新的控制理論，控制方法都得以在交流調(diào)速裝置上應(yīng)用和嘗試。從最簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制發(fā)展到基于動(dòng)態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制和基于動(dòng)態(tài)模型保持定子磁鏈恒定的直接轉(zhuǎn)矩控制。近年來電力電子裝置的控制技術(shù)研究十分活躍，各種現(xiàn)代控制理論，如自適應(yīng)控制和滑模變結(jié)構(gòu)控制，以及智能控制（如專家系統(tǒng)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等）和無速度傳感的高動(dòng)態(tài)性能控制都是研究的熱點(diǎn)，這些研究必將把交流調(diào)速技術(shù)發(fā)展到一個(gè)新的水平。微機(jī)數(shù)字控制：微機(jī)控制或稱數(shù)字控制，其優(yōu)點(diǎn)是：使硬件簡(jiǎn)化，柔性的控制算法使控制靈活、可靠，易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律，便于故障診斷和監(jiān)視。控制系統(tǒng)的軟化對(duì)CPU芯片提出了更高的要求，為了實(shí)現(xiàn)高性能的交流調(diào)速，要進(jìn)行矢量的坐標(biāo)變換，磁通矢量的在線計(jì)算和適應(yīng)參數(shù)變化而修正磁通模型，以及內(nèi)部的加速度、速度、位置的重疊外環(huán)控制的在線實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)等，都需要存儲(chǔ)多種數(shù)據(jù)和快速實(shí)時(shí)處理大量信息?？梢灶A(yù)見，隨著計(jì)算機(jī)芯片容量的增加和運(yùn)算速度的加快，交流調(diào)速系統(tǒng)的性能將得到很大的提高。隨著工業(yè)實(shí)用化的高性能、高可靠性變頻調(diào)速器的不斷出現(xiàn)，交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速傳動(dòng)愈來愈得到廣泛應(yīng)用。應(yīng)用面最廣的是風(fēng)機(jī)、泵類交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速運(yùn)行。通過調(diào)整電動(dòng)機(jī)的供電頻率和電壓，該恒速運(yùn)行為調(diào)速運(yùn)行，達(dá)到對(duì)風(fēng)量、風(fēng)壓、流量和揚(yáng)程的控制，能夠顯著的降低能耗，大大減少電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)和所拖動(dòng)機(jī)械設(shè)備的沖擊，在運(yùn)行中減少機(jī)械設(shè)備的磨損和噪聲。例如：變頻調(diào)速在風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用。以往當(dāng)需要對(duì)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量進(jìn)行控制時(shí)，多采用調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)入口、出口擋板的方法，利用增加風(fēng)阻開改變風(fēng)量。這種控制方式存在節(jié)流損耗而浪費(fèi)電能的缺點(diǎn)。由于風(fēng)機(jī)的軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，所以，采用改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法對(duì)風(fēng)量和風(fēng)壓實(shí)施控制是最合理經(jīng)濟(jì)的。本次設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，電動(dòng)機(jī)同軸連接一個(gè)渦流測(cè)功機(jī)。渦流測(cè)功機(jī)相當(dāng)于是電動(dòng)機(jī)所帶的負(fù)載。通過改變與電動(dòng)機(jī)同軸的渦流測(cè)功機(jī)電流的大小可以改變加在電動(dòng)機(jī)上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。本次設(shè)計(jì)的在電機(jī)實(shí)驗(yàn)室原有的4KW鼠籠電機(jī)—渦流測(cè)功機(jī)設(shè)備的基礎(chǔ)上，選擇合理的電氣元件、變頻器等設(shè)備。構(gòu)成異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速開環(huán)系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求在三相交流電源和電動(dòng)機(jī)定子之間加裝一臺(tái)變頻器，通過調(diào)節(jié)變頻器的輸出使電動(dòng)機(jī)定子電壓的頻率能連續(xù)改變，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速。同時(shí)，利用實(shí)驗(yàn)室閑置的自耦調(diào)壓器與變頻器配合使用，可以