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三菱变频器对异步电动机调速控制系统设计【13300字】【优秀机械毕业设计论文】

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三菱 变频器 对于 异步电动机 调速 控制系统 设计 优秀 优良 机械 毕业设计 论文
资源描述:

文档包括:
说明书一份。42页。13300字左右。
任务书一份。
开题报告一份。
计划周记进度检查表一份。

毕 业 设 计论 文 任 务 书
一、题目及专题:
1、题目   三菱变频器对异步电动机调速控制 
2、专题  三相异步电机调速控制系统设计   
二、课题来源及选题依据
电能适宜于大量生产、集中管理、远距离运输和自动控制,比其他各种形式的能两更有优越性。人类对能量利用和控制的能力决定着社会的生产潜能, 从而又影响着人类生活方式的进步。目前,全球每年电能的用量大约为10^4kW?h,并且还在以每年10亿kw?h的速度增长。电机是将电能从最初的能源形式转换过来的重要桥梁,又是再将大部分电能转换为机械能的装置。电机在电力工业、工矿企业、农业、交通运输业、国防、科学文化及日常生活等方面都是十分重要的设备。在电力工业中,将机械能装换为电能的发电机以及将电网电压升高或降低的变压器,都是电力系统中的关键设备。在很多地方都需要不同特性的电机来驱动和控制。随着工业企业电气化、自动化、电脑化的发展,还需要众多的各种容量的精密控制电机,作为整个自动控制系统中的重要元件。
三、本设计(论文或其他)应达到的要求:
① 熟练地掌握电动机的原理和控制的方法。 
② 熟练掌握三菱变频器的安装及其原理。 
③ 熟练掌握三菱变频器对异步电动机的调速。 
④ 掌握电动机与变频器之间的连接和注意事项。 
⑤能够熟练掌握CAD对电路图等等的绘制。 
摘 要
随着变频调速异步电动机在国内外市场上日益扩大应用,自90年代中期以来,我国有众多电动机生产企业设计、研制和生产适用于不同应用的各种系列变频调速三相异步电动机,例如:通用变频调速电动机系列、起重冶金变频调速电动机系列、隔爆变频调速电动机系列、电梯变频调速电动机系列、辊道变频调速电动机系列、牵引变频调速电动机系列等。从目前情况看,这些系列电动机能基本满足国内市场的需求原理是当定子三绕组通三相对称电流后,定转子产生旋转磁场,根据右手定则,转子绕组产生感应电动势,由于绕组是闭合的,所以产生感应电流,根据左手定则,转子绕组相当于空间绕组,进而产生电磁转距,合成磁转距大于阻转距时,电机起动,重点是三相异步电动机变频调速,一方面当f1<fN时,为恒转矩调速,转矩不变,额定转速降低,增大起动转矩Tst,另一方面当f1>fN时,为恒功率调速,调速前后功率不变,额定转速升高,减小启动转矩Tst。变频调速可以实现宽范围内的平滑调速,变频调速电机以简单的结构、优良的调速性能、较高的调速比,应用越来越广泛 。本论文的主要就是利用三菱变频器,对三相异步电动机进行变频的调速。

关键词:三相异步电动机;三菱变频器;变频调速

Abstract
With the increasing application of VVVF asynchronous motors in the domestic and foreign markets, since the middle of 90's, China's motor manufacturers design, development and production is suitable for various series of Variable-Frequency Adjustable-Speed Three-Phase Asynchronous Motor, different applications such as: General VVVF motor series, crane and metallurgical VVVF motor series, flameproof inverter motor series, VVVF elevator motor series, roller VVVF motor series, inverter-fed motor series. Judging from the current situation, these series motors can basically meet the needs of the domestic market is the principle when the stator winding through three symmetrical three-phase current, stator and rotor rotating magnetic field is generated, according to the right-hand rule, the rotor winding induced electromotive force, the winding is closed, so generate induction current, according to the left, the rotor winding is equivalent to space winding, and electromagnetic torque, starting motor magnetic torque is greater than the resistance of synthesis of torque,, the focus is variable frequency speed control of three-phase asynchronous motor, hand when F1 < fN, for constant torque speed, torque is not changed, the rated speed is reduced, increase the starting torque of Tst, on the other hand, when F1 > fN, for constant power speed, speed regulation and constant power, rated speed increased, reduce the starting torque Tst. VVVF can achieve smooth speed wide range, frequency conversion motor with simple structure, good performance of speed regulation, high speed adjustment, more and more extensive application. The main of this paper is to utilize Mitsubishi inverter frequency, speed control of three-phase asynchronous motor.

Key words: threephase asynchronous motor ;Mitsubishi inverter ;frequency control

目 录
摘 要 III
ABSTRACT IV
目 录 V
1 绪论 1
1.1 本课题的研究内容和意义 1
1.2 国内外的发展概况 2
1.3 本课题应达到的要求 3
2 三相异步电动机的研究 4
2.1 三相异步电动机的结构 4
2.2 三相异步电动机的转动原理 5
2.3 异步电机的等效电路 6
2.4 异步电动机的调速原理及方法 7
2.5 电动机和电源的连接 8
3 三菱变频器 9
3.1 三菱变频器的结构 9
3.2 三菱变频器的操作面板 10
3.3 三菱变频器的安装 11
3.4 三菱变频器的接线 12
4 三菱变频器的变频系统设计 17
4.1 三菱变频器的操作系统 17
4.2 频率系统的设定 19
4.3 三菱变频器系统的调速设定 22
4.4 加减速时间设定 24
4.5 保护系统的设计 26
4.6 调速系统的软件设计 26
4.7 变频器出错对策 27
4.7.1 电机保持不转 27
4.7.2 电机旋转方向相反 27
4.7.3 速度与设定值相差很大 27
4.7.4 加减速不平稳 27
4.7.5 速度不能增加 28
5 结论与展望 29
5.1 结论 29
5.2 展望 29
致谢 30
参考文献 31

课题来源
自拟题目
科学依据(包括课题的科学意义;国内外研究概况、水平和发展趋势;应用前景等)
(1)课题科学意义
电动机作为把电能转换为机械能的主要设备,在实际应用中,一是要使电动机具有较高的机电能量转换效率;二是根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。电动机的调速性能的好坏对提高产品质量,提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。众所周知,直流电动机的转速容易控制和调节,采用转速电流双闭环直流调速系统可获得优良的静动态调速特性。因此长期以来,在变速传动领域中,直流调速一直占据主导地位。但是,由于直流电动机的机械式换向器和电刷存在着诸多弱点,因此有时直流调速也受到限制。然而,采用无换向器的交流电动机组成的交流调速系统代替直流调速系统可以突破这些限制,满足生产发展对调速、传动的各种不同的要求。交流电机调速技术的发展,特别是变频器传动本身固有的优势,必将使之应用于社会生产的各个领域,以体现出不同的功能,达到不同的目的,收到相应的效益。因此,本论文通过对变频器的研究,对于交流变频调速系统理论的应用,有着实际的意义和一定的应用价值。
(2)三相异步电动机变频调速系统的研究现状及其发展前景
随着变频技术的不断的发展,通用变频器以其优异的控制性能现已在调速领域、工业领域及家电产品中得到迅速推广。此外,变频技术和变频器制造己经从传统的拖动技术中分离出来,现已成为各国在工业自动化和机电一体化领域中争强占先的阵地,而发达国家更是在该技术领域投入了极大的人力、物力、财力,逐步向高新技术行业发展。
(1)网络智能化
智能化的变频器可以进行故障自诊断、遥控诊断以及部件自动置换,从而保证变频器的长寿命。利用互联网可以实现多台变频器联动等综合管理控制系统。
(2)专业化和一体化
变频器的制造专业化,可以使变频器在某一领域的性能更强,如风机、水泵、电梯、起重机械和张力控制专用变频器等。此外变频器与电动机一体化的发展趋势,使变频器成为电动机的一部分,逐渐向体积小、易控制的方向发展。
(3)适应新能源
以太阳能和风力为能源的燃料电池以其低廉的性能已得到广泛的应用。这些发电设备的最大特点是容量小而分散,将来的变频器就要适应这样的新能源,既要高效,又要低耗。随着电力电子技术、微电子技术和现代控制技术的快速发展,变频调速传动技术也随之取得了日新月异的进。主要表现在交流调速装置的大容量化、变频器的高性能化和多功能化、结构的小型化等方面。
研究内容
① 熟练地掌握电动机的原理和控制的方法 
② 熟练掌握三菱变频器的安装及其原理 
③ 熟练掌握三菱变频器对异步电动机的调速 
④ 掌握电动机与变频器之间的连接和注意事项 
⑤ 能够熟练掌握CAD对电路图等等的绘制 
拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析
研究方法:
通过参阅借来的参考资料,并对三相异步电动机和三菱变频器进行实体的观察,认真的研究,了解他们的基本内容,与指导老师一起合作完成毕业设计。
技术线路:
提出任务分析对系统的需求确定任务要求,完成任务书。方案的设计阶段对三相异步电动机进行分析和提问,并提出一些解决的方案。组合几种方案进行整理。选定最好的方案进行实操,并对一系列的数据进行整理。合理的试用一些参考文献和说明书。
技术可行性:
作为研究内容所需要的软件CAD,
研究计划及预期成果
研究计划:
2012年11月12日-2013年1月20日:按照任务书要求查阅论文相关参考资料,填写业设计开题报告书。 , 
2013年2月11日-2013年2月235日:找一篇相关的外文期刊并翻译。构建框架,完成第一章绪论。
2013年3月4日-2013年3月8日:完成总的结构方案设计。
2013年3月11日-2013年4月20日:开始着手设计系统。
2013年4月22日-2013年5月3日:着手写说明书初稿,修改,完成初稿。
2013年4月22日-2013年5月10日:修改说明书并打印,整理资料主被答辩。
预期成果:
对三相异步电动机的变频调速有了逐步的了解,并且可以很好地完成系统的设计。

特色或创新之处
①主题明确,有针对性,稳定,易操作,通用性强。
② 使用简易,功能完善。
已具备的条件和尚需解决的问题
① 技术条件:整体的构架基本明确,有很好的参考资料。
②尚未解决的问题:技术还不够成熟。

内容简介:
编号 无锡 太湖学院 毕业设计(论文) 相关资料 题目 : 三菱变频器对异步电动机调速控制 三相异步电动机调速控制系统设计 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号: 0923135 学生姓名: 周 磊 指导教师: 宋广雷 (职称: 副教授 ) (职称: ) 2013年 5月 25日 目 录 一、毕业设计(论文)开题报告 二、毕业设计( 论文)外文资料翻译及原文 三、学生 “毕业论文(论文)计划、进度、检查及落实表 ” 四、实习鉴定表 无锡 太湖学院 毕业设计(论文) 开题报告 题目: 三菱变频器对异步电动机调速控制 三相异步电动机调速控制系统设计 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号: 0923135 学生姓名: 周 磊 指导教师: 宋广雷 (职称: 副教授 ) (职 称: ) 2012年 11 月 25日 课题来源 自拟题目 科学依据 (包括课题的科学意义;国内外研究概况、水平和发展趋势;应用前景等) ( 1)课题科学意义 电动机作为把电能转换为机械能的主要设备,在实际应用中,一是要使电动机具有较高的机电能量转换效率;二是根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。电动机的调速性能的好坏对提高产品质量,提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。众所周知,直流电动机的转速容易控制和调节,采用转速电流双闭环直流调速系统可获得优良的静动态调速特性。因此长 期以来,在变速传动领域中,直流调速一直占据主导地位。但是,由于直流电动机的机械式换向器和电刷存在着诸多弱点,因此有时直流调速也受到限制。然而,采用无换向器的交流电动机组成的交流调速系统代替直流调速系统可以突破这些限制,满足生产发展对调速、传动的各种不同的要求。 交流电机调速技术的发展,特别是变频器传动本身固有的优势,必将使之应用于社会生产的各个领域,以体现出不同的功能,达到不同的目的,收到相应的效益。因此,本论文通过对变频器的研究,对于交流变频调速系统理论的应用,有着实际的意义和一定的应用价值。 ( 2) 三相异 步电动机变频调速系统的研究现状 及其发展前景 随着变频技术的不断的发展,通用变频器以其优异的控制性能现已在调速领域、工业领域及家电产品中得到迅速推广。此外,变频技术和变频器制造己经从传统的拖动技术中分离出来,现已成为各国在工业自动化和机电一体化领域中争强占先的阵地,而发达国家更是在该技术领域投入了极大的人力、物力、财力,逐步向高新技术行业发展。 ( 1)网络智能化 智能化的变频器可以进行故障自诊断、遥控诊断以及部件自动置换,从而保证变频器的长寿命。利用互联网可以实现多台变频器联动等综合管理控制系统。 ( 2)专业 化和一体化 变频器的制造专业化,可以使变频器在某一领域的性能更强,如风机、水泵、电梯、起重机械和张力控制专用变频器等。此外变频器与电动机一体化的发展趋势,使变频器成为电动机的一部分,逐渐向体积小、易控制的方向发展。 ( 3)适应新能源 以太阳能和风力为能源的燃料电池以其低廉的性能已得到广泛的应用。这些发电设备的最大特点是容量小而分散,将来的变频器就要适应这样的新能源,既要高效,又要低耗。随着电力电子技术、微电子技术和现代控制技术的快速发展,变频调速传动技术也随之取得了日新月异的进。主要表现在交流调速装置的大容 量化、变频器的高性能化和多功能化、结构的小型化等方面 。 研究内容 熟练地掌握电动机的原理和控制的方法 熟练掌握三菱变频器的安装及其原理 熟练掌握三菱变频器对异步电动机的调速 掌握电动机与变频器之间的连接和注意事项 能够熟练掌握 电路图等等的绘制 拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析 研究方法: 通过参阅借来的参考资料,并对三相异步电动机和三菱变频器进行实体的观察,认真的研究,了解他们的基本内容,与指导老师一起合作完成毕业设计。 技术线路: 提出任务分析对系统的需求确定任务要求,完成任务书。方案的设计阶段对三相异步电动机进行分析和提问,并提出一些解决的方案。组合几种方案进行整理。选定最好的方案进行实操,并对一系列的数据进行整理。合理的试用一些参考文献和说明书。 技术可行性: 作为研究内容所需要的软件 研究计划及预期成果 研究计划: 2012 年 11 月 12 日 1 月 20 日 :按照任务书要求查阅论文相关参考资料,填写业设计开题报告书。 , 2013 年 2 月 11 日 2 月 235 日 :找一篇相关的外文期刊并翻译。构建框架,完成第一章绪论。 2013 年 3 月 4 日 3 月 8 日: 完成总的结构方案设计 。 2013 年 3 月 11 日 4 月 20 日: 开始着手设计系统 。 2013 年 4 月 22 日 5 月 3 日: 着手写说明书初稿,修改,完成初稿 。 2013 年 4 月 22 日 5 月 10 日: 修改说明书并打印,整理资料主被答辩 。 预期成果: 对三相异步电动机的变频调速有了逐步的了解,并且可以很好地完成系统的设计。 特色或创新之处 主题明确,有针对性,稳定,易操作,通用性强 。 使用简易,功能完善 。 已具备的条件和尚需解决的问题 技术条件:整体的构架基本明确,有很好的参考资料。 尚未解决的问题:技术还不够成熟 。 指导教师意见 指导教师签名: 年 月 日 教研室(学科组、研究所)意见 教研室主任签名: 年 月 日 系意见 主管领导签名: 年 月 日 英文原文 1 he is he by by by to be by to to is to to by ut of to by to he is an to at In in to be to is is to a is to In 0 in to be to no to in ou At C we %, 0%70%, on 0%, is 0%, s we of by C C s to C C a on In to C is in it is in s it is in it is of of it is in of In s C 5%90% in C 0%15%. of we C a in s ur is a so s of 0s in of a it to in in in is in to is is to s As as in 85 as s is it of of in In so in in , in in in In in In 162as as SP in In so on we in in C 1) of in a 2) of is in we of a 3) in is 4) 5) in on C is by to be in of At to is on he 0th is on so 1) is a of O. 971. It is by as a 2) at of in at to In as so in 983 so on 987, At in in is :50, :75 or 3) s M. to to in to is of in 0 of is to by it 4) s A. to WM by in to on on at WM of of at of WM in . WM is At in of is as a of WM in At is WM on WM WM 5) he in is of be at in by SP a of in a be in a at 4 in At on of of be in a to be of in be by so AS be 6) he is in by it to to of in of in it a of in to a of 周次 起止日期 工作计划、进度 每周主要完成内容 存在问题、改进方法 指导教师意见并签字 备 注11月 12日 2月 2日查阅相关资料,完成开题报告 按照任务书要求查阅论文相关参考资料,填写毕业设计开题报告书 参考资料不太详细,论文中相关的设计结构比较分散,要将各论文中设计的部件整合起来一起研究分析4012年 12月 3日 月 20日 指导专业实训,要求了解企业结构 进入工厂实习,了解企业生产流程 初次进入工厂实习,对生产结构不太熟悉,要多动手做,加强熟悉工作流程11 2013年 2月 11日 6日 查找一篇与论文相关的学术性英文资料,要求是期刊论文 查找一篇关于三相异步电动机的学术性英文资料 如何查找英文资料还不太清楚,要多加学习12 2013年 2月 18日 3日 严格按照要求翻译英文资料,其中公式必须用公式编辑器输入 翻译英文资料 翻译中遇到很多专业术语,翻译语句不通顺,加强英语练习,通顺语句13 2013年 3月 4日 日 指导完成总的结构方案设计 确定基于三菱变频器调速系统的设计方案,整理设计思路 设计思路不够明确,对于所要完成的任务还不是十分清楚,要明确目标,设定计划14 2013年 3月 4日 日 了解三相异步电动机的工作原理 熟悉三相异步电动机的工作原理 部分系统组成不清楚,多查找相关资料,了解系统15 2013年 3月 11号 6日 完成三菱变频器的调速系统的初期设计 完成系统硬件设计,并检查修改 对于各个硬件关系不太清楚,要清楚各硬件间的关联16 2013年 3月 18日 3日 指导完成调速系统的的设计 完成软件的设计,并检查修改 部分原理不知如何运行,多查找相关资料,查找运行方式17 2013年 3月 25日 0日 完成调速系统的的设计 完成系统软件设计,并检查修改 软件如何运行不太清楚,要查阅相关资料,熟悉软件运行方式存档编码:无锡太湖学院 2013 届毕业作业周次进度计划、检查落实表系别:信机系 班级:机械93 学生姓名 :周磊 课题(设计)名称:三菱变频器对异步电机调速控制三相异步电机调速控制系统设计 开始日期: 2012年 11月 12日周次 起止日期 工作计划、进度 每周主要完成内容 存在问题、改进方法 指导教师意见并签字 备 注18 2013年 4月 1日 日 完善三菱变频器调速系统设计 完成对应功能图的设计,并画出相应图纸 进一步的了解如何的调速19 2013年 4月 8日 3日 完善三菱变频器调速系统设计 了解变频器的工作原理 了解变频器的注意事项20 2013年 4月 15日 0日 完善三菱变频器调速系统设计 运用变频器的原理进行调速 对遇到的问题 进行解答21 2013年 4月 22日 7日 指导说明书初稿写作 根据所下载的资料,构思并开始写说明书 对各章应写哪些内容比较模糊,可根据设计的系统,着重介绍个程序22 2013年 4月 29日 日 指导说明书二稿写作、修改将整篇文章的脉络、细节加以完善,用词准确,不出现病句等。 有很多细节错误,将文章再复查一边,避免出现语句上的和细节方面的错误23 2013年 5月 6日 0 指导修改说明书并定稿 说明书按照模板进行修改 格式经常出错,耐心修改,要熟练使用013年 5月 13日 8日 说明书及相关资料打印装订 打印说明书及相关资料 论文格式严格按照学校的规范进行修改,完善25 2013年 5月 20日 5日 指导学生整理资料,准备答辩 整理资料,并熟读资料,做好充分准备 存在很多细节方面的错误,应认真检查并及时改正说明: 1、 “工作计划、进度 ”、 “指导教师意见并签字 ”由指导教师填写, “每周主要完成内容 ”, “存在问题、改进方法 ”由学生填写。2、本表由各系妥善归档,保存备查。编号 无锡 太湖学院 毕业设计(论文) 题目: 三菱变频器对异步电动机调速控制 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号: 0923135 学生姓名: 周 磊 指导教师: 宋广雷 (职称 : 副教授 ) (职称: ) 2013 年 5 月 25 日 无锡 太湖学院本科毕业设计(论文) 诚 信 承 诺 书 本人郑重声明:所呈交的毕业设计(论文) 三 菱变频器对异步电动机调速控制 三相异步电动机调速控制系统设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果,其内容除了在毕业设计(论文)中特别加以标注引用,表示致谢的内容外,本毕业设计(论文)不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级: 机械 93 学 号: 0923135 作者姓名: 2013 年 5 月 25 日 I 无锡 太湖学院 信 机 系 机械工程及自动化 专业 毕 业 设 计论 文 任 务 书 一、题目及专题: 1、 题目 三菱变频器对异步电动机调速控制 2、专题 三相异步电机调速控制系统设计 二、课题来源及选题依据 电 能适宜于大量生产、集中管理、远距离运输和自动控制,比其他各种形式的能两更有优越性。人类对能量利 用和控制的能力决定着社会的生产潜能, 从而又影响着人类生活方式的进步。目前,全球每年电能的用量大约为 104h,并且还在以每年 10 亿 h 的速度增长。电机是将电能从最初的能源形式转换过来的重要桥梁,又是再将大部分电能转换为机械能的装置。电机在电力工业、工矿企业、农业、交通运输业、国防、科学文化及日常生活等方面都是十分重要的设备。在电力工业中,将机械能装换为电能的发电机以及将电网电压升高或降低的变压器,都是电力系统中的关键设备。在很多地方都需要不同特性的电机来驱动和控制。随着工业企业电气化、自动化、电 脑化的发展,还需要众多的各种容量的精密控制电机,作为整个自控制系统中的重要元件。 三、本设计(论文或其他)应达到的要求: 熟练地掌握电动机的原理和控制的方法 。 熟练掌握 三菱变频器的安装及其原理 。 熟练掌握 三菱变频器对异步电动机的调速 。 掌握 电动机与变频器之间的连接和注意事项 。 能够熟练掌握 电路图等等的绘制 。 四、接受任务学生: 机械 93 班 姓名 周 磊 五、开始及完成日期: 自 2012 年 11 月 7 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、设计(论文)指导(或顾问): 指导教师 签名 签名 签名 教 研 室 主 任 学科组组长研究所所长 签名 系主任 签名 2012 年 11 月 7 日 要 随着变频调速异步电动机在国内外市场上日益扩大应用 , 自 90 年代中期以来 , 我国有众多电动机生产企业设计、研制和生产适用于不同应用的各种系列变频调速三相异步电动机 , 例如 :通用变频调速电动机系列、起重冶金变频调速电动机系列、隔爆变频调速电动机系列、电梯变频调 速电动机系列、辊道变频调速电动机系列、牵引变频调速电动机系列等。 从目前情况看 , 这些系列电 动机能基本满足国内市场的需求原理是当定子三绕组通三相对称电流后, 定转子产生旋转磁场,根据右手定则 ,转子绕组产生感应电动势,由于绕组是闭合的,所以产生感应电流,根据左手定则,转子绕组相当于空间绕组,进而产生电磁转距,合成磁转距大于阻转距时,电机起动 ,重点是三相异步电动机变频调速, 一方面当 ,为恒转矩调速,转矩不变,额定转速降低,增大起动转矩 一方面当,为恒功率调速,调速前后功率不变,额定转速升高,减小启动转矩 频调速可以实现宽范围内的平滑调速,变频调速电机以简单的结构、优良的调速性能、较高的调速比,应用越来越广泛 。本论文的主要就是利用三菱变频器,对三相异步电动机进行变频的调速。 关键词: 三相 异步电动机;三菱变频器;变频调速 in 0s, s is of is is to is so to is to is of of is of 1 of of is to of V 目 录 摘 要 . . 录 . V 1 绪论 . 1 课题的研究内容和意义 . 1 内外的发展概况 . 2 课题应达到的要求 . 3 2 三相异步电动机的研究 . 4 相异步电动机的结构 . 4 相异步电动 机的转动原理 . 5 步电机的等效电路 . 6 步电动机的调速原理及方法 . 7 动机和电源的 连接 . 8 3 三菱变频器 . 9 菱变频器的结构 . 9 菱变频器的操作面板 . 10 菱变频器的安装 . 11 菱变频器的接线 . 12 4 三菱变频器的变频系统设计 . 17 菱变频器的操作系统 . 17 率系统的设定 . 19 菱变频器系统的调速设定 . 22 减速时间设定 . 24 护系统的设计 . 26 速系统的软件设计 . 26 频器出错对策 . 27 机保持不转 . 27 机旋转方向相反 . 27 度与设定值相差很大 . 27 减速不平稳 . 27 度不能增加 . 28 5 结论与展望 . 29 论 . 29 望 . 29 致谢 . 30 参考文献 . 31 菱变频器对异步电机调速控制 三相异步电机调速控制系统设计 1 1 绪论 课题的研究内容和意义 近年来,电动机作为主要的动力设备被广泛的应用于工农业生产、国防科技、日常生活等各个方面,其负荷约占总发电量的 60%成为用电量最多的电气设备,根据采用的控制方式不同,电动机分为直流电动机和交流电动机两大类。其中交流电动机形式多样,用途各异,拥有数量最多。交流电动机又分为同步电动机和异步电动机两大类,根据统计,交流电动机用电量占电机总用电量的 85%左右,可见 交流电动机应用的广泛性及其在国民生产中的重要地位。 电动机作为把电能转换为机械能的主要设备,在实际应用中,一是要使电动机具有较高的机电能量转换效率;二是根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。电动机的调速性能的好坏对提高产品质量,提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。众所周知,直流电动机的转速容易控制和调节,采用转速电流双闭环直流调速系统可获得优良的静动态调速特性。因此长期以来,在变速传动领域中,直流调速一直占据主导地位。但是,由于直流电动机的机械式换向器和电刷存在着诸多弱点,因此有时直流 调速也受到限制。然而,采用无换向器的交流电动机组成的交流调速系统代替直流调速系统可以突破这些限制,满足生产发展对调速、传动的各种不同的要求。 20 世纪 60 年代以后,由于生产发展的需要和节省电能的要求,促使世界各国重视交流调速技术的研究和开发。尤其是 20 世纪 70 年代以后,由于科学技术的迅速发展为交流调速的发展创造了极有利的技术条件和物质基础。大致体现在一下四个方面: 1、电力电子的蓬勃发展促进了交流技术的迅速发展和交流调速系统装置的现代化。 2、脉宽调制( 术的发展与研究。 3、矢量交换控制技术的诞生和发 展,奠定了现代交流调速系统高性能化的基础。 4、微型计算机控制技术与大规模集成电路的迅速发展和广泛应用为现代交流调速系统提供了技术手段和保障 。变频调速技术是一种以改变交流电动机的供电频率来到交流电动机调速目的及技术。大家知道,从大范围来分,电动机有直流电动机和交流电动机。由于直流电动机调速容易实现,性能好,因此,过去生产机械的调速多用直流电动机。但直流电动机固有的缺点是,由于采用直流电源,它的滑环和碳刷要经常拆换,故费时费工,成本高,给人们带来不少的麻烦。因此人们希望,让简单可靠价廉笼型交流电动机也能像直流电 动机那样调速。这样就出现了定子调速、变极调速、滑差调速、转子串电阻调速和串极调速等交流调速方式;由此出现了滑差电 机、绕线式电机、同步时交流电机。 异步电机可以采用调压调速、改变极对数调速、串电阻调速、变频调速等。在交流调速诸多方式中,变频调速是最有发展前途的一种交流调速方式,也是交流调速的基础和主干内容,变频装置有交 直 交系统和交 交系统两大类。交 直 交系统在传统电压型和电流型变频器的基础上正向着脉宽调制 变频器和多重化技术方向发展,而交 交变频器应用于低速大容量可逆系统上升趋势现代电力电子、微电 子技术和计算机技术的飞速发展,以及控制理论的完善、各种工具的日渐成熟,尤其是专用集成电路、 锡太湖学院 学士学位论文 2 近来令人瞩目的发展,促进了交流调速的不断发展。目前异步电机变频调速控制已经成为一门集电机、电力电子、自动化、计算机控制和数字仿真为一体的新兴学科。 交流调速技术的发展过程表明,现代工业生产及社会发展的需要推动了交流调速的飞速发展;现代控制理论、电力电子技术的发展和应用,微机控制技术及大规模集成电路的发展和应用为交流调速的飞速发展创造了技术和物质条件。实践证明,交流调速系统的应用为工农业生产及节省电能 方面带来了巨大的经济和社会效益。现在,交流调速系统正在逐步的代替直流调速系统,交流调速系统在电气传动领域占据统治地位已是不争的事实。 总之,交流电机调速技术的发展,特别是变频器传动本身固有的优势,必将使之应用于社会生产的各个领域,以体现出不同的功能,达到不同的目的,收到相应的效益。因此,本论文通过对变频器的研究,对于交流变频调速系统理论的应用,有着实际的意义和一定的应用价值。 本设计所设计的题目属于间接变频调速技术。它主要包括整流部分、逆变部分、控制部分及保护部分等。逆变环节为三相 内外的发展概况 随着变频技术的不断的发展,通用变频器以其优异的控制性能现已在调速领域、工业领域及家电产品中得到迅速推广。此外,变频技术和变频器制造己经从传统的拖动技术中分离出来,现已成为各国在工业自动化和机电一体化领域中争强占先的阵地,而发达国家更是在该技术领域投入了极大的人力、物力、财力,逐步向高新技术行业发展。 近年来,电力电子器件的基片已从 )变换为 化硅) ,使电力电子新元件具有耐高压、低功耗、耐高温的优点;并制造出体积小、容量大的驱动装置;永久磁铁电动机也正在开发研制之中。 随着 术的迅速普及,以及人类思维理念的改变,变频器相关技术的发展迅速,未来主要朝以下几个方面发展: ( 1)网络智能化 智能化的变频器可以进行故障自诊断、遥控诊断以及部件自动置换,从而保证变频器的长寿命。利用互联网可以实现多台变频器联动等综合管理控制系统。 ( 2)专业化和一体化 变频器的制造专业化,可以使变频器在某一领域的性能更强,如风机、水泵、电梯、起重机械和张力控制专用变频器等。此外变频器与电动机一体化的发展趋势,使变频器成为电动机的一部分,逐渐向体积小、易控制的方向发展。 ( 3)适应新能源 以太阳能 和风力为能源的燃料电池以其低廉的性能已得到广泛的应用。这些发电设备的最大特点是容量小而分散,将来的变频器就要适应这样的新能源,既要高效,又要低耗。随着电力电子技术、微电子技术和现代控制技术的快速发展,变频调速传动技术也随之取得了日新月异的进。主要表现在交流调速装置的大容量化、变频器的高性能化和多功能化、结构的小型化等方面。 三菱变频器对异步电机调速控制 三相异步电机调速控制系统设计 3 课题应达到的要求 熟练地掌握电动机的结构和工作原理,了解三菱变频器,对一些操作系统的了解,很好的利用三菱变频器对三相异步机进行调速。 无锡太湖学院 学士学位论文 4 2 三相异步电动机的研究 相异步电动机的结构 三相异步电动机的构造 三相异步电动机的两个基本组成部分为定子 ,固定部分 ,转子和旋转部分。此外还有端盖、风扇等附属部分如图 示。 图 相电动机的结构示意图 ( 1) 定子 三相异步电动机的定子由三部分组成: 表 2子的组成部分 定子 定子铁心 由厚度为 ,相互绝缘的硅钢片叠成,硅钢片内圆上有均匀分布的槽,其作用是嵌放定子三相绕组 定子绕组 三组用漆包线绕制好的,对称地 嵌入定子铁心槽内的相同的线圈。这三相绕组可接成星形或三角形。 机座 机座用铸铁或铸钢制成,其作用是固定铁心和绕组 ( 2) 转子 三菱变频器对异步电机调速控制 三相异步电机调速控制系统设计 5 三相异步电动机的转子由三部分组成: 表 2子的组成部分 转子 转子铁心 由厚度为 ,相互绝缘的硅钢片叠成,硅钢片外圆上有均匀分布的槽,其作用是嵌放转子三相绕组 。 转子绕组 转子绕组有两种形式: 鼠笼式 笼式异步电动机。 绕线式 线式异步电动机。 转轴 转轴上加机械负载 鼠笼式电动机由于构造简单,价格低廉, 工作可靠,使用方便,成为了生产上应用得最广泛的一种电动机。 为了保证转子能够自由旋转,在定子与转子之间必须留有一定的空气隙,中小型电动机的空气隙约在 间。 相异步电动机的转动原理 1 基本原理 为了说明三相异步电动机的工作原理,我们做如下演示实验,如图 示。 图 相异步电动机工作原理 (1) 演示实验:在装有手柄的蹄形磁铁的两极间放置一个闭合导体,当转动手柄带动蹄形磁铁旋转时,将发现导体也跟着旋;若改变磁铁的转向,则导体的转向也跟着改变。 (2) 现象解 释:当磁铁旋转时,磁铁与闭合的导体发生相对运动,鼠笼式导体切割磁力线而在其内部产生感应电动势和感应电流。感应电流又使导体受到一个电磁力的作用,于是导体就沿磁铁的旋转方向转动起来,这就是异步电动机的基本原理。 转子转动的方向和磁极旋转的方向相同。 (3) 结论:欲使异步电动机旋转,必须有旋转的磁场和闭合的转子绕组 。 无锡太湖学院 学士学位论文 6 步电机的等效电路 异步电动机的转子能量是通过电磁感应而得来的。定子和转子之间在电路上没有任何联系,其电路如图 图 步电动机的定、转子图 图 参数: 定子的相电压 , 定 子的相电流 , 定子每相绕组的电阻和漏抗; 流、漏电抗; 每相定子绕组反电动势,它是定子绕组切割旋转磁场而产生的。 其有效值可计算如下: 1 1 1 14 . 4 4 f N K ( 式中 : 1E 气隙磁通在定子每相中感应电动势有效值; 1f 定子频率; 1N 定子每相绕组中串联匝数; 1基波绕组系数; m 极气隙磁通。 由电动机的基础知识可知:转子回路的频率 12 ,与转差率成正比,所以转子回路中的各电量也都与转差 率成正比。 为了方便定量分析定、转子之间的各种数量关系,将定子、转子放在同一个电路。根据电机学原理,在下列假定条件下: 绕组的自感和互感都是线性的; 可以得到电动机的 T 形等效电路图,由于交流异步电动机三相对称,所以现只取 A 相进行计算分析。 A 相的 T 形等效电路如图 2示 。 图 2动机的 T 形等效电路图 图 参数: 励磁电阻,是表征异步电动机铁心损耗的等效电阻; 三菱变频器对异步电机调速控制 三相异步电机调速控制系统设计 7 励磁电抗,是表征铁心磁化能力的一个参数; 励磁电流; 机械负载的等效电阻,在 在 消耗的功率就相当于异步电动机输出的机械功率; 2222 、 I 等参数 经过折算后的转子参数。 步电动机的调速原理及 方法 交流调速是通过改变电定子绕组的供电的频率来达到调速的目的的,但定子绕组上接入三相交流电时,定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转的磁场,它与转子绕组产生感应电动势,出现感应电流,此电流与旋转磁场相互作用,产生电磁转矩。使电动机转起来。电机磁场转速称为同步转速,用 0n 表示: 00 ( 式中 : f 为三相交流电源频率,一般是 50p 为磁极对数。当 p =1 是, 0n =3000r p =2 时, 0n = 1500r 由上式 这个 可知磁极对数 p 越多,转速 0n 就越慢,转子的实际转速 n 比磁场的同步转速 0n 要慢一点,所以称为异步电动机,差别用转差率 s 表示: %10 000 n 在加上电源转子尚未转动瞬间, n =0,这时 s =1;启动后的极端情况 n = 0n ,则 s =0,即 s 在0 1 之间变化,一般异步电动机在额定负载下的 s =1% 6%。综合( ( 可以得出: 0 6 0 ( 1 )( 1 ) n s p ( 由式( 以看出,对于成品电机,其极对数 p 已经确定,转差率 s 的变化不大,则电机的转速 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的同步转速,进而达到异步电机调速的目的。变频调速的构成,要实现变频调速,必须有频率可调的交流电源,但电力系统却只能提供固定频率的交流 电源,因此需要一套变频装置来完成变频的任务。历史上曾出现过旋转变频机组,但由于存在许多缺点而现在很少使用。现代的变频器都是由大功率电子器件构成的。相对于旋转变频机组,被称为静止式变频装置,是构成变频调速系统的中心环节。一个变频调速系统主要由静止式变频装置、交流电动机和控制电路 3 大部分组成 静止式 变频装置的输入是三相式单相恒频、恒压电源,输出则是频率和电压均可调的三相交流电。至于控制电路,变频调速系统要比直流调速系统和其他交流调速系统复杂得多,这是由于被控对象 感应电动机本身的电磁关系以及变频器的控制均较复杂所致。因此变频2r无锡太湖学院 学士学位论文 8 调速系统的控制任务大多是由微处理机承担。变频器在工控中主要应用于异步电动机调速、启动控制,异步电机的旋转速度为什么能够自由地改变。异步电机的同步转速 n = 60f/p n: 同步速度 f:电源频率 p:磁极对。 动机和电源的 连接 图 动机和电源的连接 三菱变频器对异步电机调速控制 三相异步电机调速控制系统设计 9 3 三菱变频器 菱变频器的结构 交 交变频器主电路 目前通用型变频器绝大多数是交 直 交型变频器, 通常以电器变频器为通用,其主电路图,(见图),它是变频器的核心电路,由整流电路(交 直交换),直流滤波电路(能耗电路),及逆变电路(直 交变换)组成。 变频器最早是用旋转发电机组作为可变频率电源供给交流电动机。随着电力半导体器件的发展,静止式的变频电源成为了变频器的主要形式。静止式变频器从变换环节分为两大类:交 交变频器和交 ( 1)交 把一种频率的交流电直接变换成另一种频率可调电压的交流电(转换前后的相数相同),又称直接式变频器。由于中间不经过直流环节,不需换流,故效率很 高。因而多用于低速大功率系统中,如回转窑、轧钢机等。但这种控制方式决定了最高输出频率只能达到电源频率的 1/3 1/2,所以不能高速运行。 ( 2)交 交型变频器:是先把工频交流通过整流器变成直流,然后再直流变换成频率电压可调的交流,又称间接变频器,交 交变频器是目前广泛应用的通用变频器。它根据直流部分电流、电压的不同形式,又可分为电压型和电流型两种: 电流型变频器:是中间直流环节采用大电感器作为储能环节来缓冲无功功率,即扼制电流的变化,使电压波形接近正弦波,由于该直 流环节内阻较大,故称电流源型变频器。 电压型变频器:是中间直流环节的储能元件采用大电容器作为储能环节来缓冲无功功率,直流环节电压比较平稳,直流环节内阻较小,相当于电压源,故称电压型变频器。 由于交 交型变频器是目前广泛应用的通用变频器,作为电压源向交流电动机提供交流电功率,所以其主要优点是运行几乎不受负载的功率因数或换流的影响,它主要适用于中、小容量的交流传动系统。所以本次设计中选用此种间接变频器,在交 交变频器的设计中,虽然电流型变频器可以弥补电压型变频器在再生 制动时必须加入附加电阻的缺点,并有着无须附加任何设备即可以实现负载的四象限运行的优点,但是考虑到电压型变频器的通用性及其优点,在本次设计中采用电压型变频器。 无锡太湖学院 学士学位论文 10 图 直 交变频器主电路 菱变频器的操作面板 图 作面板 三菱变频器对异步电机调速控制 三相异步电机调速控制系统设计 11 表 3作面板按键 按 键 说 明 键 正转运行指令键 键 可用于选择操作模式或设定模式 键 用于确定频率和参数的设定 键 用于连续增加或降低运行频率按下这个键 可改变频率 在设定模式中按下此键则可连续设定参数 键 用于给出正转指令 键 用于给出反转指令 键 用于停止运行 用于保护功能动作输出停止时复位变频器 表 3作面板表示 表 示 说 明 示频率时灯亮 A 表示电流时灯亮 频器运行时灯亮正转时 /灯亮反转时 /闪亮 示显示模式时灯亮 U 操作模式时灯亮 部操作模式时灯亮 菱变频器的安装 1 小心使用 变频器使用了塑料零件 , 因此 , 为了不造成破损 , 请小心地使 用 , 其次 , 不要仅在前盖板上使用太大的力 。 2 请安置在不易受震动的地方 下 请注意台车冲床等的震动 3 注意周围的温度 周围温度对变频器的寿命影响很大 , 因此 , 安装场所的周围温度不能超过允许温度 (10C +50C) 4 请安装在不可燃的表面上 变频器可以达到的最高温度为 150度。 安装在不可燃烧的表面上。 安装在金属上面可以有利于散热。 无锡太湖学院 学士学位论文 12 安装的地方要够宽敞。 5 请避免高温多湿的场所 请避免太阳光直射高温和多湿的场所 。 6 请回避油雾易燃性气体棉尘和尘埃等等漂浮的场所 将变频器安装在清 洁的场所或安装在可阻挡任何悬浮物质的封闭型屏板内 。 7 注意变频器安装在控制柜内的散热方法 在两台或两台以上变频器以及通风扇安装在一个控制内时应注意正确的安装位置以确保变频器周围温度在允许值以内 。 安装位置不正确会使变频器周围温度上升降低通风效果 8 变频器要用螺丝垂直且牢固地安装在安装板上。 菱变频器的接线 1. 设定器操作频率高的情况下请使用 2旋钮电位器 2. 使端子 3. 端子 是公共端子请不要接地 4. 端子 4让两端子间短路 一旦短路会造成变频器损坏。 三菱变频器对异步电机调速控制 三相异步电机调速控制系统设计 13 图 频器的连接图 主电路端子 主电路端子如图( a)所示 控制电路端子 控制电示路端子如图( b)所 无锡太湖学院 学士学位论文 14 图 电路端子和控制电路端子 ( 1) 主电路端子说明 表 3电路端子说明 子记号 端子名称 说明 2,注 ) 电源输入 连接工频电源。 当使用高功率因数整流器时,不要接任何东西。 U, V, W 变频器输出 接三相鼠笼电机 +, 接制动电阻器 在端子 +间连接选件制动电阻器 三菱变频器对异步电机调速控制 三相异步电机调速控制系统设计 15 表 3电路端子说明 续表 ( 2)控制回路端子说明 表 3制电路端子 +; - 连接制动单元 连接选件制动单元或高功率因数整流器 +, 接改善功率因数 抗器 拆开端子 +连接选件改善功率因数 用直流电抗器 接地 变频器外壳接地用 必须接大地 类型 端子记号 端子名称 说明 输入信号 接点输入 转启动 号处于 正转 处于 停止 号同时处 相当于给出停止指令 转启动 号 逆转 停止 M,段速度选择 用 M 和 号的组合可以选择 多段速度 输入端子功能选 择 用 于改变端子功 能 入停止 号为 0上 时 变频 器输出停止 用电磁制动停止电机 时 用于断开变频器的输出 位 用于解除保护回路动作的保持状态 使端子 号 处于 以上 ,然后断开 共输入端 子 (漏型 ) 接点输入端子的公共 端 直流 24V,C 端子 )电源 的输出公共端 无锡太湖学院 学士学位论文 16 表 3制电流端子 续表 源输出和外部晶体管公共端接点入公共端(源型) 当连接晶体管输出 集电极开路输出 例如可编程 控制器时 将晶体管输出用的外部电源公共端接这 个端子时 可以防止因漏电引起的误动作 端子 4V,源输出 模 拟 10 频率设定用电源 5容许负荷电流 10 频率设定(电压) 输入 0 5V(或 0 10V)时 ,5V(或 10V)对应于为最大 输出频率 输入输出成比例 输入直流 0 5V(出厂 设定 )和 0 10切换 ,用 行 输入阻抗 10K ,容许最大电压为 20V 4 频率设定(电流) 输入 0 ,20最大输出频率 ,输入 ,输出成比例 只在端子 注 )处于 该输入信号有效 ,输入阻抗约 250 , 容许最大电流为 30
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本文标题:三菱变频器对异步电动机调速控制系统设计【13300字】【优秀机械毕业设计论文】
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