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交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書-文庫(kù)吧資料

2025-06-04 23:08本頁(yè)面
  

【正文】 成反比例降低。定子降壓補(bǔ)償只能補(bǔ)償于額定轉(zhuǎn)速方向調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性,而對(duì)向高于額定轉(zhuǎn)速方向調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性不能補(bǔ)償。轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償法的原理是:針對(duì)頻率 降低時(shí),電源電壓 成比例地降低引起的fU的下降過(guò)低,采用適當(dāng)?shù)奶岣唠妷?的方法來(lái)保持磁通量 恒定,使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩回UUm?升,因此,有些變頻器說(shuō)明書又稱它為轉(zhuǎn)矩提升(Torque Boost) 。變頻后機(jī)械特性的降低將是電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載能力減弱,影響交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的使用。此時(shí)如果仍以 代替 ,將帶來(lái)很大的誤差。1U?顯然,被忽略的定子阻抗壓降在電壓 中所占的比例大小決定了它的影響。圖 電動(dòng)機(jī)低于額定轉(zhuǎn)速方向調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性從圖 中可以看出,當(dāng)電動(dòng)機(jī)向低于額定轉(zhuǎn)速 方向調(diào)速時(shí),曲線近似平行地下0n降,減速后的電動(dòng)機(jī)仍然保持原來(lái)較硬的機(jī)械特性;但是臨界轉(zhuǎn)矩卻隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的下降而逐漸減小,這就是造成了電動(dòng)機(jī)負(fù)載能力的下降。這種情況下,可以人為地適當(dāng)提高定子電壓以補(bǔ)償電阻壓降的影響,使氣隙磁通基本保持不變。I當(dāng)電機(jī)在額定運(yùn)行情況下,電機(jī)定子電阻和漏阻抗的壓降較小, 和 可以看成1UE近似相等,所以保持 =常數(shù)即可。因此這種控制又稱為恒磁通變頻調(diào)速,屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。因此,在調(diào)節(jié)頻率的同時(shí),必須對(duì)定子電壓進(jìn)行協(xié)調(diào)控制,但控制方式隨運(yùn)行頻率在基頻以下和基頻以上而不同。在 不變時(shí),而定子電源頻率 減小,又將引起 增加,1 1f增加將導(dǎo)致磁路飽和,勵(lì)磁電流升高,從而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)發(fā)熱,嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過(guò)熱m?而損壞電動(dòng)機(jī)。由電機(jī)理論知道,電機(jī)定子的感應(yīng)電勢(shì)有效值是: ??則 即 (210)另外,電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為: (211)其中 —與電動(dòng)機(jī)有關(guān)的常數(shù);TC—轉(zhuǎn)子每相電路功率因數(shù);2cos?—轉(zhuǎn)子電壓與電流的相位差;—電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。在勵(lì)磁不足時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩將降低,而勵(lì)磁過(guò)強(qiáng)時(shí)又會(huì)使鐵心中的磁通處于飽和狀態(tài),是電動(dòng)機(jī)中流過(guò)很大的勵(lì)磁電流,增加電動(dòng)機(jī)的功率損耗,降低電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)。06f?01%s???06(1)()fsns??Vf Vf交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)12三相交流異步電動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中鐵心磁通接近飽和狀態(tài),從而使鐵心材料得到充分的利用。它是在改變變頻器輸出電壓頻率的同時(shí)改變輸出電壓的幅值,以維護(hù)電機(jī)磁通基本恒定,從而在較寬的調(diào)速范圍內(nèi),使電動(dòng)機(jī)的效率、功率因數(shù)不下降。綜合(2s s7)和(28)式可以得出: (29)由式(29)可以看出,對(duì)于成品電機(jī),其極對(duì)數(shù) 已經(jīng)確定,轉(zhuǎn)差率 的變化不ps大,則電機(jī)的轉(zhuǎn)速 與電源頻率 成正比,因此改變輸入電源的頻率就可以改變電機(jī)nf的同步轉(zhuǎn)速,進(jìn)而達(dá)到異步電機(jī)調(diào)速的目的。當(dāng) =1 是,f pp=3000r/min; =2 時(shí), =1500r/min。使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)起來(lái)。根據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)異步電動(dòng)機(jī)的使用容量約占拖動(dòng)總?cè)萘康陌顺梢陨?,因此了解異步電?dòng)機(jī)的調(diào)速原理十分重要。根據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)異步電動(dòng)機(jī)的使用容量約占拖動(dòng)總?cè)萘康陌顺梢陨希虼肆私猱惒诫妱?dòng)機(jī)的調(diào)速原理十分重要。變頻后的機(jī)械特性將會(huì)在下一小節(jié)中K介紹。因此在調(diào)速過(guò)程中, 、 的變化規(guī)律常常是關(guān)注的重點(diǎn)。上述分析說(shuō)明: 的大小影響著電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力, 越小,為了保證過(guò)載能力K?K?不變,電動(dòng)機(jī)所帶的負(fù)載就越小。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在K點(diǎn)時(shí),電磁轉(zhuǎn)矩為臨界轉(zhuǎn)矩 ,它表示了電動(dòng)機(jī)所有能產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)KT矩,此時(shí)的轉(zhuǎn)差率叫臨界轉(zhuǎn)差率,用 表示。式中, 為額定轉(zhuǎn)矩。 ,在起動(dòng)點(diǎn)上,電動(dòng)機(jī)已接通電源,但尚未起動(dòng)。)(Tfn? 異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線950mT???21212[()()]epsUrTfx?????,2coseTMC????交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)10只要確定曲線上的幾個(gè)特殊點(diǎn),就能畫出電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。f 異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí),其轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系,即 ,它()nfT?可由(23)所決定的 曲線變換而來(lái)。mPn/minrNm?(2)電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式 (23)式中 ——轉(zhuǎn)矩常數(shù);TC    ——主磁通。 電動(dòng)機(jī)的T形等效電路圖:——?jiǎng)?lì)磁電阻,是表征異步電動(dòng)機(jī)鐵心損耗的等效電阻;mr——?jiǎng)?lì)磁電抗,是表征鐵心磁化能力的一個(gè)參數(shù);X——?jiǎng)?lì)磁電流;0I——機(jī)械負(fù)載的等效電阻, 在 上消耗的功率就相當(dāng)于異步電動(dòng)LR LR機(jī)輸出的機(jī)械功率;21sLr???交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)9等參數(shù)——經(jīng)過(guò)折算后的轉(zhuǎn)子參數(shù)。根據(jù)電機(jī)學(xué)原理,在下列假定條件下:,各繞組的自感和互感都是線性的;;。為了方便定量分析定、轉(zhuǎn)子之間的各種數(shù)量關(guān)系,應(yīng)將定子、轉(zhuǎn)子放在一個(gè)電路中。其有效值1.可計(jì)算如下: (21)??交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)8式中:        —?dú)庀洞磐ㄔ诙ㄗ用肯嘀懈袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值;1E—定子頻率;f—定子每相繞組中串聯(lián)匝數(shù);1N—基波繞組系數(shù);K—極氣隙磁通。定子和轉(zhuǎn)子之間在電路上沒(méi)有任何聯(lián)系, [3]。 選用電動(dòng)機(jī)原始參數(shù)在這次設(shè)計(jì)中,采用中等容量的電動(dòng)機(jī),具體數(shù)據(jù)如下:額定功率: ;?額定電壓: ;380UV額定電流: ;額定轉(zhuǎn)速: ;45/minNnr效 率: ;%8??功率因數(shù): ;cos0.?過(guò)載系數(shù): ;2?電壓波動(dòng): ;1?極 對(duì) 數(shù): ??刂齐娐罚翰捎?8051 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)。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。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。在本設(shè)計(jì)中采用三相不可控整流。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。 系統(tǒng)原理框圖及各部分簡(jiǎn)介本文設(shè)計(jì)的交直交變頻器由以下幾部分組成,如圖 所示。與之相比,電流型變頻器施加于負(fù)載上的電流值穩(wěn)定不變,其特性類似于電流源,它主要應(yīng)用在大容量的電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)以及大容量風(fēng)機(jī)、泵類節(jié)能調(diào)速中。(2)電壓型變頻器電壓型變頻器的特點(diǎn)是中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件采用大電容器作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)來(lái)緩沖無(wú)功功率,直流環(huán)節(jié)電壓比較平穩(wěn),直流環(huán)節(jié)內(nèi)阻較小,相當(dāng)于電壓源,故稱電壓型變頻器。:交直交變頻器是先把工頻交流通過(guò)整流器變成直流,然后再直流變換成頻率電壓可調(diào)的交流,又稱間接變頻器,交直交變頻器是目前廣泛交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)5應(yīng)用的通用變頻器。因而多用于低速大功率系統(tǒng)中,如回轉(zhuǎn)窯、軋鋼機(jī)等。:它的功能是把一種頻率的交流電直接變換成另一種頻率可調(diào)電壓的交流電(轉(zhuǎn)換前后的相數(shù)相同) ,又稱直接式變頻器。隨著電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展,靜止式的變頻電源成為了變頻器的主要形式。因此,本論文通過(guò)對(duì)變頻器的研究,對(duì)于交流變頻調(diào)速系統(tǒng)理論的應(yīng)用,有著實(shí)際的意義和一定的應(yīng)用價(jià)值。建立在電機(jī)統(tǒng)一理論和機(jī)電一體化理論基礎(chǔ)上的各種先進(jìn)控制方案,通過(guò)快速檢測(cè)電流實(shí)現(xiàn) PWM 控制的變頻技術(shù),通過(guò)直接控制轉(zhuǎn)矩來(lái)快速控制轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速自調(diào)整技術(shù),以及具有很強(qiáng)抗干擾能力的變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)等等,都極大地豐富了電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域的內(nèi)容。各種性能優(yōu)越的新型電力半導(dǎo)體器件的出現(xiàn),如既能控制導(dǎo)通又能控制關(guān)斷的門極可關(guān)斷晶閘管 GTO;具有良好功率轉(zhuǎn)換效率和適于在高頻大功率情況下工作的 MOSFET;既有 MOS 管柵極驅(qū)動(dòng)電壓功率小和驅(qū)動(dòng)線路簡(jiǎn)單,又有雙極性功率晶體管導(dǎo)通飽和壓降小優(yōu)點(diǎn)的絕緣柵雙極性大功率管 IGBT;以及內(nèi)部既有大功率開(kāi)關(guān)器件,又有各種驅(qū)動(dòng)電路和過(guò)壓、過(guò)流等保護(hù)電路的智能型功率模塊 IPM 等器件的應(yīng)用,不僅使交流調(diào)速系統(tǒng)控制裝置體積小,效率高,而且還更容易實(shí)現(xiàn)各種功能復(fù)雜但在結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單的控制方案,更加充實(shí)和推動(dòng)了變頻器理論的進(jìn)一步發(fā)展。隨著交流傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)調(diào)速的理論問(wèn)題的突破和調(diào)速裝置(主要指變頻器)性能的完善,交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的性能差的缺點(diǎn)已經(jīng)得到了克服,目前,交流調(diào)速系統(tǒng)的性能已經(jīng)可以和直流系統(tǒng)相媲美,甚至可以超過(guò)直流系統(tǒng)。直流調(diào)速系統(tǒng),由于其良好的調(diào)速性能,很長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)在調(diào)速領(lǐng)域內(nèi)占據(jù)首位。它只需要滿足各種生產(chǎn)條件對(duì)它提出的起動(dòng)和穩(wěn)速運(yùn)行的要求就可以,調(diào)速的任務(wù)是由皮帶和齒輪來(lái)完成。 研究的目的與意義在工業(yè)發(fā)展的初級(jí)階段,人們主要使用集中傳動(dòng)?,F(xiàn)在電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)以驚人的速度向前發(fā)展,變頻調(diào)速傳動(dòng)技術(shù)也隨之取得了日新月異的進(jìn)步?,F(xiàn)在以太陽(yáng)能和風(fēng)力為能源的燃料電池以其低廉的價(jià)格嶄露頭角,有后來(lái)居上之勢(shì)。保護(hù)環(huán)境,制造“綠色”產(chǎn)品是人類的新理念。變頻器的制造專門化,可以使變頻器在某一領(lǐng)域的性能更強(qiáng),如風(fēng)機(jī)、水泵用變頻器、電梯專用變頻器、起重機(jī)械專用變頻器、張力控制專用變頻器等。隨著IT技術(shù)的迅速普及,以及人類交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)3思維理念的改變,變頻器相關(guān)技術(shù)的發(fā)展迅速,未來(lái)主要朝以下幾個(gè)方面發(fā)展 [2]:智能化的變頻器買來(lái)就可以用,不必進(jìn)行那么多的設(shè)定,而且可以進(jìn)行故障自診斷、遙控診斷以及部件自動(dòng)置換,從而保證變頻器的長(zhǎng)壽命。我國(guó)的變頻器深圳華為電氣(現(xiàn)己經(jīng)改名安圣電氣)、伴靈電氣、成都森蘭、大連普傳科技都是變頻器研究、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)的高新技術(shù)企業(yè),擁有雄厚的技術(shù)實(shí)力,相信不久的將來(lái)可以取代國(guó)外品牌,創(chuàng)建我們自己的國(guó)產(chǎn)名牌。中小容量的變頻器 85%為日本產(chǎn)品和臺(tái)灣產(chǎn)品所占領(lǐng),如富士(FUJI),三墾( SAMCO )、東芝(TOSHIBA)、松下(PANASONIC)、三菱( MITSUBISHI)、安川以及臺(tái)灣的臺(tái)達(dá)。就變頻技術(shù)而言,目前日本、美國(guó)及法國(guó)、荷蘭、丹麥等國(guó)家可以說(shuō)是齊頭并進(jìn),不分伯仲。 變頻器的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì) 變頻器的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)入 90 年代,通用變頻器以其優(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。它主要包括整流部分、逆變部分、控制部分及保護(hù)部分等。常用的方法有正弦波(調(diào)制波)與三角波(載波)比較的 SPWM 法、磁場(chǎng)跟蹤式 SPWM法和等面積 SPWM 法等。它又分為諧振變頻和方波變頻。它分為直接變頻(又稱交交變頻),即把市電直接變成比它頻率低的交流電,大量用在大功率的交流調(diào)速中。現(xiàn)在的變頻器功能很多,操作也很方便,其壽命和可靠性也較以前有了很大的進(jìn)步。它功能豐富,可以適用于不同的負(fù)載和場(chǎng)合,特別是進(jìn)入20世紀(jì)90年代,隨著半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件IGBT、矢量控制技術(shù)的成熟,微機(jī)控制的變頻調(diào)速成為主流,調(diào)速后異步電動(dòng)機(jī)的靜、動(dòng)態(tài)特性已經(jīng)可以和直流調(diào)速相媲美。這個(gè)時(shí)期的變頻裝置,多為分立元件,它體積大、造價(jià)高,大多是為特定的控制對(duì)象而研制的,容量普遍偏小,控制方式也很不完善,調(diào)速后電動(dòng)機(jī)的靜、動(dòng)態(tài)性能還有待提高,特別是低速的性能不理想,因此僅用于紡織、磨床等特定場(chǎng)合。但如何得到一個(gè)單獨(dú)向異步電動(dòng)機(jī)供電的經(jīng)濟(jì)可靠的變頻電源,一直是交流變頻調(diào)速的主要課題。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了變頻調(diào)速技術(shù),它一出現(xiàn)就以其優(yōu)異的性能逐步取代其它交流電機(jī)調(diào)速方式,乃至直流電機(jī)調(diào)速,而成為電氣傳動(dòng)的中樞 [1]。這樣就出現(xiàn)了定子調(diào)速、變極調(diào)速、滑差調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、串極調(diào)速等交流調(diào)速方式。但直流機(jī)固有的缺點(diǎn):由于采用直流電源,它的滑環(huán)和碳刷要經(jīng)常拆換,故費(fèi)時(shí)費(fèi)工,成本高,給人們帶來(lái)太大的麻煩。從大的范圍來(lái)分,電機(jī)有直流電機(jī)和交流電機(jī)。 SA4828 Wave GeneratorfVfV交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)1第 1 章 緒論 變頻調(diào)速技術(shù)簡(jiǎn)介變頻調(diào)速技術(shù)是一種以改變交流電動(dòng)機(jī)的供電頻率來(lái)達(dá)到交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速目的的技術(shù)。另外,本文對(duì)SA4828三相SPWM波發(fā)生器的使用和編程進(jìn)行了詳細(xì)介紹,完成了整個(gè)系統(tǒng)控制部分的軟硬件設(shè)計(jì)。本文對(duì)變頻調(diào)速理論,逆變技術(shù),SPWM產(chǎn)生原理進(jìn)行了研究,在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種新型數(shù)字化三相SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng),以8051控制專用集成芯片 SA4828為控制核心,采用IGBT作為主功率器件,同時(shí)采用EXB840構(gòu)成IGBT的驅(qū)動(dòng)電路,整流電路采用二極管,可使功率因數(shù)接近1,并且只用一級(jí)可控的功率環(huán)節(jié),電路結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。 (6)第十三周至第十五周:撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。 (4)第八周至第九周:系統(tǒng)組成與工作原理;主電路與控制電路設(shè)計(jì)。 (2)第四周至第五周:畢業(yè)實(shí)習(xí)。 學(xué)生(簽名) 年 月 日 湖 南 工 程 學(xué) 院 應(yīng) 用 技 術(shù) 學(xué) 院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) ( 論 文 ) 任 務(wù) 書 設(shè)計(jì)(論文)題目: 交流異步電機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓名 專業(yè) 班級(jí)
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