恒压频比控制调速系统的绪论.docx

摘要电能作为现今人类社会最重要能源之一，人们对电能的利用越来越重视。异步电动机的优点：价格低廉、运行稳定、结构简单、制造方便、维护简单等，所以异步电动机在电力拖动系统中运用越来越常见，逐渐成为电力拖动的主流。本论文介绍了基于稳态等效电路的异步电动机稳态模型，阐述异步电动机调速的三种方法和气隙磁通，又论述了变压变频调速的基本原理，基频以下和基频以上三相异步电动机调速情况，讨论基频以下的电压补偿控制。由电力电子器件组成的静止式功率变换器，叫做变频器，分为交-直-交变频器和交-交变频器。对上述两种变频器做了阐述，又介绍了SPWM（正弦波脉宽调制）技术控制方式，最后设计出采用转速开环电压频率协调控制的方案，能满足对调速性能要求不高并且在一定范围内实现高效率的调速的负载。关键字：变频器 调速 异步电动机 SPWM第一章 绪论1.1 课题的背景及意义人来社会越来越离不开能源，能源有多种形式，例如光能、原子能、热能、化学能、机器能、电能等。而电能作为最重要能源之一，因此人们对电能的利用也越来越重视。与其他的能源比较，电能有着集中管理和大量生产、传输和分配容易、转换经济、易于实现自动控制，它还是一种对环境污染很小的洁净再生能源，所以电能在科学技术、国防建设、交通运输、信息传输、工农业生产、及平常生活等很多领域有着很广的应用。电动机是把电能转换成为机械能，成为各种机器的动力之源，是很重要的用电设备，应用在很多国民经济的机器中，全国的电动机所使用的电能占总比例的60%-70%。按照电量制式分类，电动机分成两类：一种直流电动机，一种交流电动机。交流电动机又有异步电动机和同步电动机两种，它的种类最多、用途不同、形式多种多样。统计资料显示，交流电动机消耗电量大概是电机总消耗电量的85%，因此，交流电动机的使用度占国民经济中很重要的份量。逆变技术、现代控制理论、计算机技术、电力电子技术、电子学等的发展可以促进电机调速系统的高速成长。现今电力电子技术使用频率最高之一的就是电机调速，其有非常大魅力，并且有非常大挑战难度。据资料统计，其有非常广的市场，现今世界上已经超过100亿的各式各样的电机在应用。将电能转换成机械能的重要设备是电动机，在实际生产中，一按照生产设备的工艺要求调节和控制电动机的机械旋转速度，二需要电动机有很高的电能-机械能转换效率。对保证产品质量、节约电量和保证生产效率有重要影响的是电动机调速的好坏。电动机再加上它的控制设备称作电力传动控制系统。在电力传动自动控制系统中，直流调速系统的控制对象是直流电动机；交流调速系统的控制对象是交流电动机。交流电机又有两类，一异步电动机调速系统；二同步电动机调速系统。大家都知道，由于直流电动机的数学模型简单，转速、转矩易于调节和控制，当使用转速、电流双闭环直流调速系统能满足很好的静、动调速情况，所以在高精度、调速且可逆的拖动技术领域中，直流调速占了很长的时期和很重要的位置，不过，因为在电刷和机械式换向器中直流电动机有下面的几个弱点，所以用直流调速系统会有很多不便。1、 由于电刷需要经常更换，对机械式换向器的维修与检查频率很高，结果导致维护直流调速系统成本大、工作任务多，还可能会影响它的生产效率。2、 特别是加长换向器与电枢的直径长度，以便让机械换向器稳定运行，会产生电机转动惯量太大的现象。当生产工艺对灵敏性非常敏感时，就对使用直流调速方式增加了很大的困难。3、 直流电动机的使用环境也有很大的限制，比如腐蚀强、粉尘浓度高、易燃、易爆炸等很多环境。4、 有很多工业环境都需要大功率、高转速的电机，但是由于电机的换向电压、电流以及机械式换向器表面线速度都有限制最大值，超过最大值会大幅度增强调速系统的复杂化，还有制造结构的成本与难度，所以当使用直流调速控制低压大电流直流电机时，会有很大的浪费。基于上述原因，使用直流调速系统有很多的困难。另一方面，使用无换向器的交流电动机构成的交流调速系统可以克服这些困难，对很多工业环境电机的调速需要给予应对。对于交流电动机，特别指出鼠笼型异步电动机，有很多长处，比如，运行使用稳定、维护频率低、转动惯量很低、制造方便、构造简便、适宜各种环境。1.2 国内外研究现状与发展在很长一段时间里，因为科技技术的瓶颈，没有处理好当交流电动机做调速电机引起的一系列故障，所以存在了效率不高，浪费电量，控制速度不好的调速方式，例如：1、在绕线式异步电动机中使用的在转子中加入电阻和在机组中加入多级调速方式。2、在鼠笼型异步电动机中用到的电磁调节速度和定子调节电压调节速度的方式。从上世纪60年代之后，因为需要节约电量以及工业工艺的限制，地球上每个国家都开始发展交流调速技术，特别在上世纪70年代之后，当电力电子技术高速发展以及控制理论取得的重大成果，交流调速以及变频调速装置取得很大的成果，其获得的成果阐述以下：1、 大容量交流调速系统取得成果东芝公司在上世纪90年代卖给日本某钢铁厂的晶闸管交-交变频器供电的笼型异步电动机传动系统，其PN为18000KW，也是第一次使用矢量变换控制原理实现的非常大容量交流电动机传动系统，是使用好性能、高容量交流传动系统工业使用的一个里程牌。接下来，优良性能逐渐变好，交流传动系统的容量逐渐增加，其发展方向更是多种多样、调节实现数字化、性能指标不断完善以及增加单机容量。强性能以及高容量的传动系统有六类：GT0交-直-交电压型PWM变频器供电的异步电动机传动系统；晶闸管交-直-交电流型变频器供电的无换向器电动机传动系统；晶闸管有环流交-交变频器供电的异步电动机传动系统；晶闸管有环流交-交变频器供电的同步电动机传动系统；晶闸管无环流交-交变频器供电的异步电动机传动系统；晶闸管无环流交-交变频器供电的同步电动机传动系统。1、 无环流交-交变频器供电的交流传动系统多用于容量很高、转速很小的生产环境。2、 有环流交-交变频器供电的传动系统多用于性能非常灵敏、高容量、一般及高速度的生产环境。3、 同步电动机以及晶闸管变流器合起来称作无换向器电动机。其使用自控式变频，有交-直-交变频器以及交-交变频器。其中交-直交变频器使用方面非常多，因为其忍受压力非常小，使用的晶闸管数量也很少。4、 GTO电压型PWM变频器多用于对性能要求非常灵敏，高容量的生产环境，多个CUP全数字化孔子，采用PWM控制方式，还有矢量控制方式。特别在控制技术的层次，交流传动系统采用新的数字化方式，既可以在很短时间内完成很多任务，还可以使很多现代的技术已经理论应用实践，极大增强了系统的灵敏性。2、 中、小容量变频装置取得的成果一般中、小容量变频调速系统为0-600KW，其设备发展向着规模化、实用化、标准化生产。全球变频器产量最多的日本，0-600KW变频器在中国占的份额也最多，首先打进中国市场的是三肯、富士公司，接下来许多公司的变频器都来啦，然后欧美很多公司也挤入中国，例如德国的Siemens公司，英国的CT公司，美国的AB公司，0-600KW偏频器一般使用二极管整流，自关断器件逆变的交-直-交电压型变频控制方法，对应的图形是正弦波电流。目前，变频器几乎都使用微机全数字化控制，0-600KW变频器最突出的优点是通用化，如下:1、 宽范围的输出频率 一般的变频器能投入到中频电动机的调速调节，还能投入到工频电动机调速调节，其输出频率更可大于或等于400Hz。2、非常高的分辨率与非常高的精度现今的变频器能满足精确调速的工业需求，其灵敏度更高，能计算到0.002Hz。3、转差率补偿能力为了对转矩时刻计算以及检查，使用DSP高速数字化/32位微机调节，能就负载转矩的高低采取是否补偿转差，这样即使在转速开环控制方式下，异步电动机还是可以稳定使用，有不错的硬特性。4、转矩提升能力因为时刻检查以及调节能让电动机的转矩变大到额定转矩的1.5倍，所以可以投入到如起重机、窑炉等需要大转矩的设备生产中。5、转矩限制能力在实际生产中，负载不会突然变化产生大电流，因为可以调节转差把电动机的转矩控制在不超过预定的值。6、可以自动加、减速当电动机加、减速的时候，可以使用转矩限制能力，依照负载转矩高、低调节增速、减速过程，这就可以调节转差。7、跳过某一频率为了躲过机械共振现象，当稳定运行或启动的时候，需要提前设一个参数跳过与机械共振的频率。8、随时断电自动以及启动因为有机械惯性，当电源突然断掉后，在电力供上时电动机转速或许没有成为0,。对应于此时电动机转速能计算出来相应的输出频率，然后把此频率当做启动频率，可以满足不能停电设备的要求。9、联网以及通信能力现今的变频器为了能满足联网功能，都设置了RS-482、RS-485等通信接口。10、提前设置参数能力现今可以对很多参数做到提前预置，消费者能从很多种情况下选取，调节时间范围很宽0.2-3600s，更有S曲线加减速，指数曲线加减速，线性加减速种类。机械特性的硬度能提前设定，为了适应多种传动系统的变化调节，一般情况下，变频器有1-20种可以提前设定的参数。一般变频器可以改变不一样的控制模块来增多其用途，但是使用费用不变。现今生产把功率变频器、驱动电路、控制器放在一个模块上叫做微型变频器。0-600kw容量变频器已经有强性能、自动化、智能化、小噪声、微机化发展趋势。1.3本设计与仿真需要做的工作根据本论文题目v/f