【正文】 速 牽引調(diào)速用于運輸機械，例如電力機車、輕軌及工程和軍事車輛的電驅(qū)動。過去由于交流電機調(diào)速困難，都采用直流電機調(diào)速。目前變頻器的應用領域 2 大體上可以分為以下三大類： 調(diào)速 (1) 節(jié)能調(diào)速 幾乎在所有的行業(yè)中 ,風機和泵類通用機械都由交流電動機拖動 ,它的用電量占全國總電量的 1/3 左右 .在過去這類電機都直接接入電網(wǎng) ,不能實現(xiàn)調(diào)速 ,由于選擇設備時都按最大電流加裕量選取 ,實際中又不需要這么大 ,只好采用擋板和閥門來調(diào)節(jié) ,浪費了大量電能 .采用變頻調(diào)速后 ,通過改變電機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量 ,一般可節(jié)電 30%~50%。交流變頻調(diào)速技術(shù)是電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和控制技術(shù)高度發(fā)展的產(chǎn)物，是當今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進步的一種主要手段。由于電機和電力電子裝置 、 單片微型計算機相結(jié)合 ，出現(xiàn)了各種性能和形態(tài)迥異的“一體化電機”。在大型發(fā)電設備方面，已研制出 300MW 和 600MW 水氫氫冷汽輪發(fā)電機， 300MW 雙水內(nèi)冷和全氫冷汽輪發(fā)電機， 650MW 核電機組；還相繼研究出 12 250、 300、 400 和 550MW 的水輪發(fā)電機。對比國內(nèi)外變頻調(diào)速現(xiàn)狀，對其特點進行分析，本文將重點對于變頻電路將要面對的四個領域發(fā)展進行研究。 圖紙要求 :按工程制圖標準制圖，圖面整潔，布局合理，線條粗細均勻，圓弧連接光滑，尺寸標注規(guī)范，文字注釋必須使用工程字書寫。 學生答辯時對自述部分應寫出書面提綱，內(nèi)容包括課題的任務、目的和意義，所采用的原始資料或參考文獻、設計的基本內(nèi)容和主要方法、成果結(jié)論和評價。 （ 4）三相異步電機變頻調(diào)速控制策略的研究。 二 設計內(nèi)容及要求 設計內(nèi)容： 課題組全體成員通過方案論證優(yōu)化設計出三相異步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)搭建仿真平臺。 I 一、 課題名稱：三相異步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)研究 二、指導教師： 三、設計內(nèi)容與要求 一 課題概述 本課題進行三相異步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)的主電路、控制策略、系統(tǒng)仿真以及諧波分析等方面的研究。 （ 1） 5KW 三相異步電機變頻調(diào)速主回路的設計。 （ 5）交流調(diào)速系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢研究。 答辯小組質(zhì)詢課題的關鍵問題，質(zhì)詢與課題密切相關的基本理論、知識、設計與計算方法、實驗方法、測試方法，鑒別學生獨立工作能力、創(chuàng)新能力。 曲線圖表要求：所有曲線、圖表、線路圖、程序框圖、示意圖等不準用徒手畫，必須按國家規(guī)定的標準或工程要求繪制。 關鍵詞： 變頻調(diào)速 發(fā)展和趨向 四個領域 IV Abstract ： VVVF in the past 20 years more and more widely used, especially in the power electronics technology, Computer technology and the automatic control of the rapid development of technology makes VVVF began gradually to replace the DC converter. Based on the summarization of the motor and the fundamental principle of variable frequency control and classification, and on the basis of variable frequency speed regulation through to the analysis of the present situation for its future development and trend of the research. Contrast variable frequency speed regulation at home and abroad present situation, carries on the analysis of its characteristics, the paper will be key for variable frequency circuit will be facing four areas of development for research. Keywords ： Variable frequency speed regulation Development and trend 目 錄 論 ................................................................... 1 ................................................ 1 ...................................................... 1 ................................. 3 .......................................... 4 ......................................................... 5 .............................................. 5 .......................................................... 5 ................................................ 6 ................................................ 8 .............................................. 8 變頻調(diào)速的基本原理 ............................................ 8 變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) ........................................... 13 三相異步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)的方案設計 ............................ 15 三相異步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方式 ............................ 16 ................................... 17 ....................................... 19 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀對比 ........................................... 21 ......................................... 26 ............................................. 26 電力電子器件的蓬勃發(fā)展 ....................................... 26 脈寬調(diào)制 (PWM) 技術(shù) ........................................... 26 矢量變換控制技術(shù)及直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù) ............................ 27 微型計算機控制技術(shù) ........................................... 28 ................................ 28 控制理論和控制技術(shù)方面的研究與開發(fā) ............................ 29 PWM 模式改進與優(yōu)化研究 ....................................... 29 中壓變頻裝置的研究與開發(fā) ..................................... 29 變頻主電路拓撲結(jié)構(gòu)研究與開發(fā) .................................. 30 心得體會 .................................................................. 31 謝 辭 .................................................................. 32 參考文獻 .................................................................. 33 1 論 我國電機工業(yè)發(fā)展狀況 解放前，我國電機工業(yè)極端落后，全國只有少數(shù)幾個城市有電機制造廠；這些廠規(guī)模小，設備差，生產(chǎn)力底下，產(chǎn)品規(guī)格混亂 ，材料多依賴進口。電力變壓器的最大容量已經(jīng)做到 400MVA，電壓最高為 500KV。 上述各種類型的電機，除了滿足我國生產(chǎn)和生活領域中各種不同的需求外，尚有部分電機出口。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動性能，高效率、 高功率因數(shù)和節(jié)約效果，廣泛的適用范圍及其許多優(yōu)點而被國內(nèi)外公認為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。除節(jié)電外，通過調(diào)速還能實現(xiàn)工藝優(yōu)化，帶來最大效益。直流電機結(jié)構(gòu)復雜、體積大、維護困難，因此隨著變頻調(diào)速技術(shù)的日趨成熟，直流調(diào)速逐漸被變頻調(diào)速取代。這類調(diào)速裝置由于工作環(huán)境惡劣（電壓波動、振動、海拔及環(huán)境溫度范圍 大等），對產(chǎn)品耐電壓波動、結(jié)構(gòu)、冷卻等方面都有特殊要求。 （ 4） 特種調(diào)速 在某些場合，對調(diào)速精度、調(diào)速范圍有特殊要求，例如要求極高速度，極寬調(diào)速范圍等，為滿足這些要求，電機和變頻器都是特制的。 3 變頻電源 3 變頻器除了與電機配合使用外，還常常單獨作電源使用。 自電機調(diào)速系統(tǒng)廣泛應用以來，由于直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標優(yōu)于交流調(diào)速系統(tǒng)，而且采用轉(zhuǎn)速、 電流雙 閉環(huán)系統(tǒng)，可以得到良好的動、靜態(tài)特性，所以直流電氣傳動在很長時間內(nèi)在電氣傳動領域中占據(jù)主導地位換向器，使直流電動機制造成本增大。 控制策略的應用：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)速裝置上應用和嘗試?？刂葡到y(tǒng)的軟化對 CPU 芯片提出了更高的要求，為了實現(xiàn)高性能的交流調(diào)速，要進行矢量的坐標變換，磁通矢量的在線計算和適應參數(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)控制的在線實時調(diào)節(jié)等，都需要存儲多種數(shù)掘和快速實時處理大量信息。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)間效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點而被國內(nèi)外公認為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。第一類是發(fā)電機，它把機械能轉(zhuǎn)換為電能；通過原動機先把各類一 次能源蘊藏的能量 轉(zhuǎn)化為機械能，然后通過發(fā)電機把機械能轉(zhuǎn)換為電能，經(jīng)輸、配電網(wǎng)絡送往城市各工礦企業(yè)、家庭等各種用電場合。利用水力資源，和水輪機配合，可制成水輪發(fā)電機；利用煤、石油等 資源的熱能，和鍋爐，汽輪機配合，可制成汽輪發(fā)電機。從放電量看，已居世界第二位。 根據(jù)應用場合的要求和電源的不同 ，電動機有直流電動機、交流同步電動機、交流感應電動機，以及滿足不同需求的控制電機和特 種電動機。我國是一個擁有十多億人口的大國 ，水力、煤炭等資源十分豐富，相信在今后，電力和電機制造工業(yè) 將會得到最快的發(fā)展。 b. 電機的種類 電動機機應用廣泛，種類繁多、性能各異，分類方法也很多。 同步電動機還可分為永磁同步電動機、磁阻同步電動機和磁滯同步電動機。 、電容運轉(zhuǎn)式電動機、電容起動運轉(zhuǎn)式電動機和分相式電動機。控制用電動機又分為步進電動機和伺服電動機等。它是隨著生產(chǎn)力的發(fā)展而發(fā)展的，反過來，電動機的發(fā)展也促進了社會生產(chǎn)力的不斷提高。拖動各種生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)，可以采用氣動，液壓傳動和電力拖動。在交流電出現(xiàn)以前，直流電力拖動是唯一的一種電力拖動方式， 19 世紀末期，由于研制出了經(jīng)濟實用的交流電動機，致使交流電力拖動在工業(yè)中得到了廣泛的應用，但隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，特別是精密機械加工與冶金工業(yè)生產(chǎn)過程的進步，對電力拖動在起動，制動，正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速精度與范圍等靜態(tài)特性和動態(tài)響應方面提出了新的，更高的要求。尤其是 70 年代以來，大規(guī)模集成電路和計算機控制技術(shù)的發(fā)展，為交流電力拖動的廣泛應用創(chuàng)造了有利條件。隨著電工技術(shù)的發(fā)展，對電能的轉(zhuǎn)換、控制以及高效使用的要求越來越高。 b. 改變轉(zhuǎn)差率，會帶來較大的轉(zhuǎn)差損耗，效率降低，調(diào)速范圍受影響。磁通量太小，浪費鐵芯，太大則導致勵磁電流過大，甚至過熱損壞電機。但最大轉(zhuǎn)矩 MAXT 隨 1f 下降而減小，因為 1f 高時， 1U 和 1E 的數(shù)值較大，定子阻抗壓降 )( 139。 10 Ts10 abmsTm 圖 恒壓頻比控制異步電機機械特性 （ 2）基頻以上調(diào)速（恒功率調(diào)速） 有時為了擴大調(diào)速范圍，可以使 Nff ?1 從而使 Nnn?1 但是定子電壓卻不能大于電源額定電壓 NU ，最高只維持 NUU?1 不變。 1fNf101U