变频器的原理及应用.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流变频器的原理及应用.精品文档.毕业设计(论文)变频器的原理及应用The principle and application of frequency converter班级 机电一体化122班 学生姓名 葛鹏 学号 1232207212 指导教师 卓自明 职称 导师单位 论文提交日期 徐州工业职业技术学院毕业设计(论文)任务书课题名称 变频器的原理及应用 课题性质班 级 机电一体化122班 学生姓名 葛鹏 学 号1232207212 指导教师导师职称 一选题意义及背景二毕业设计(论文)主要内容:三计划进度:四毕业设计(论文)结束应提交的材料:
2、1、2、3、指导教师 教研室主任 年 月 日年 月 日论文真实性承诺及指导教师声明学生论文真实性承诺本人郑重声明:所提交的作品是本人在指导教师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果,内容真实可靠,不存在抄袭、造假等学术不端行为。除文中已经注明引用的内容外,本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。如被发现论文中存在抄袭、造假等学术不端行为,本人愿承担本声明的法律责任和一切后果。毕业生签名: 日 期: 指导教师关于学生论文真实性审核的声明本人郑重声明:已经对学生论文所涉及的内容进行严格审核,确定其内容均由学生在本人指导下取
3、得,对他人论文及成果的引用已经明确注明,不存在抄袭等学术不端行为。指导教师签名: 日 期: 变频器的原理及应用摘要:变频器在交流拖动系统应用中呈现优良的控制性,可以实现软起动和无级调速,进行加减速控制,使电动机获得高性能,而且具有显著的节能效果。所以应用变频调速可以提高生产机械的控制精度、生产效率和产品质量,从而利于实现生产过程的自动化。因此变频器近年来在工业生产各环节得到了广泛的应用。但变频器在实际应用和维护检修中也暴露出一些问题需要引起重视。关键词:(注:其它的内容均不用黑体)The principle and application of frequency converterAbstr
4、actAbstract:presentsexcellentfrequency convertercontrolin the application ofACdrive system,canrealize the soft startandsteeples speed regulation,decelerationcontrol,to enable the motor toobtain high performance,but also hasthe obvious effect of energy saving.So the application ofvariable frequency s
5、peed regulationcan improve productionmachinerycontrol accuracy andproduction efficiency and product quality,thustorealize the automation of production process.So theinverterin recent years in theindustrialproduction of various sectorshas been widely used.But the inverterattentionin practical applica
6、tionand maintenancealso exposed some problemsneedKey words:(注:其它的内容均不用黑体)目录摘要Abstract第一章 *11.1 *1.1.1 *1.1.2 *1.2 *第二章 *参考文献 *附录 *致谢 *第一章、概述 1.1 交流调速的发展概况 交流变频调速的优越性早在20世纪20年代就己被人们所认识,但受到器件的限制,未能推广。50年代初,中小型感应电动机多采用晶闸管调压调速;大中型绕线式感应电动机采用晶闸管静止型电气串级调速系统。70年代发展起来的变频调速,比上述两种调速方式效率更高,性能更好。交流变频调速的方法是异步电机最有
7、发展前途的调速方法。随着电力电子技术的不断发展,性能可靠、匹配完善、价格便宜的变频器会不断出现,这一技术会得到更为广泛、普遍的应用。对于可调速的电力拖动系统,工程上往往根据电动机电流形式分为直流调速系统和交流调速系统两类。它们最大的不同之出主要在于交流电力拖动免除了改变直流电机电流流向变化的机械向器-整流子。 交流调速系统大致经历过以下几个阶段: 1) 异步电动机调压调速系统:调压调速过去常用的方法是在定子回路中串入饱和电抗器,或在定子侧加自耗铜材料,体积小,控制方便。用晶闸管功率变换器来完成馈送任务,这就构成了由绕线异步电动机与晶闸管变换器共同组成的调压器,通过控制触发脉冲的相位角,便可控制
8、加在负载上的电压大小,很快成为交流调压器的主要形式,但由于相位控制时,晶闸管导通后负载上获得的电压形不是电网提供的完整的工频电压波形,因此产生了成分复杂的谐波。 2) 串级调速系统:绕线转子异步电动机串级调速是将转差功率加以利用的一种经济、高效的调速方法,改变转差率的传统方法是在转子回路中串入不同的电阻以获得不同斜率的机械特性,从而实现速度的调节。这种方法简单方便,但是调速是有级的、不平滑,并且转差功率消耗在电阻发热上,效率低,自大功率器件问世后,人们采用在转子回路中串联晶闸管功率变换器来完成馈送任务,这就构成了由绕线异步电动机与晶闸管变换器共同组成的晶闸管串级调速系统。由于晶闸管的逆变角的可
9、以平滑连续的改变,使得电动机转速也能平滑连续的调节。另外转差功率又可以通过逆变器回馈到交流电网,提高了效率。串级调速的缺点是功率因数较低,采用强迫换流、改进型三相四线逆变器、逆变器的不对称控制以 2 及转子直流回路加斩波器控制等,可以提高功率因数。其中采用强迫换流方式可使用门极可关断晶闸管(GTO)构成,这样可以省去关断晶闸管用的储能电路,使逆变电路简单、体积小。 1.2 变频器技术的发展趋势 在进入21世纪的今天,电力电子器件的基片已从Si(硅)变换为SiC(碳化硅),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I
10、T技术的迅速普及,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 智能化的变频器买来就可以用,不必进行那么多的设定,而且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,甚至是以工厂为单位的变频器综合管理控制系统。 2.专门化和一体化 变频器的制造专门化,可以使变频器在某一领域的性能更强,如风机、水泵用变频器、电梯专用变频器、起重机械专用变频器、张力控制专用变频器等。除此以外,变频器有与电动机一体化的趋势,使变频器成为电动机的一部分,可以使体积更小,控制更方便。 3.环保无公害 保护环境,制造
11、“绿色”产品是人类的新理念。21世纪的电力拖动装置应着重考虑:节能,变频器能量转换过程的低公害,使变频器在使用过程中的噪声、电源谐波对电网的污染等问题减少到最小程度。 4.适应新能源 现在以太阳能和风力为能源的燃料电池以其低廉的价格崭露头角,有后来居上之势。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。现在电力电子技术、微电子技术和现代控制技术以惊人的速度向前发展,变频调速传动技术也随之取得了日新月异的进步。这种进步集中体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,结构的小型化一些方面。 1.3 PLC技术的发展概况 可编程控制器(Pr
12、ogrammable Controller)是计算机家族中的一员,是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller),简称PLC,它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展,这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围,因此,今天这种装置称作可编程控制器,简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆,所以将可编程控制器简称PLC。 PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数
13、和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。第二章 变频器的简介和原理2.1 变频器的简要概述 2.1.1 变频器的概念(frequency changer / frequency converter)是一种用来改变交流电频率的电气设备。此外,它还具有改变交流电电压的辅助功能。过去,变频器一般被包含在电动发电机、旋转转换器等电气设备中。随着半导体电子设备的出现,人们已经可以生产完全独立的变频器。2.1.2 变频器的组成变频器主要是由主电路、控制电路组成。 1
14、、) 主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分,变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器,直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器,其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成,将工频电源变换为直流功率的“整流器”,吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”,以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。 (1)整流器:最近大量使用的是二极管的变流器,它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器,由于其功率方向可逆,可以进行再生运转。(2)平波回路:在整流器整流后的直流电压中,含有电源6倍频率的脉动电压,此外逆变器
15、产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动,采用电感和电容吸收脉动电压(电流)。装置容量小时,如果电源和主电路构成器件有余量,可以省去电感采用简单的平波回路。(3)逆变器:同整流器相反,逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率,以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。以电压型PWM逆变器为例示出开关时间和电压波形。 2、)控制电路是给异步电动机供电(电压、频率可调)的主电路提供控制信号的回路,它有频率、电压的“运算电路”,主电路的“电压、电流检测电路”,电动机的“速度检测电路”,将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”,以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。
16、(1)运算电路:将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算,决定逆变器的输出电压、频率。(2)电压、电流检测电路:与主回路电位隔离检测电压、电流等。(3)驱动电路:驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。(4)速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg、plg等)的信号为速度信号,送入运算回路,根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。(5)保护电路:检测主电路的电压、电流等,当发生过载或过电压等异常时,为了防止逆变器和异步电动机损坏,使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。2.2 变频器的基本原理变频器的工作原理是把市电(380V、50Hz)通
17、过整流器变成平滑直流,然后利用GTR或IGBT)组成的三相逆变器,将直流电变成可变电压和可变频率的交流电,由于采用微处理器编程的正弦脉宽调制(SPWM)方法,使输出波形近似正弦波,用于驱动异步电机,实现无级调速。2.3 变频器的选型2.3.1 变频器的选型选用变频器要按照生产机械的类型、调速范围、静态速度精度、起动转矩的要求,决定选用那种控制方式的变频器。通常负载有三种类型:恒转矩负载、风机泵类负载和恒功率负载。因此选用变频器首先要搞清电动机所带负载的性质。不同负载类型,选不同类型的变频器。并且两者功率要相互匹配。良好的选型是保证变频器长周期安全运行的前提。2.3.2 变频器基本参数的设定1、
18、出厂设置 常用变频器,一般出厂时,厂家对每一个参数都有一个默认值,这些参数叫工厂值。在这些参数值的情况下,用户能以面板操作方式正常运行的。 2、频率限制 即设定变频器输出频率的上、下限幅值。一般情况下电机散热靠本身风扇进行冷却,因此下限频率不能低于15HZ。如果工艺要求经常低速运行(小于15HZ),则电机要另加散热风扇。上限频率幅值不能超出50HZ,否则损坏电机。如果工艺要求频率大于50HZ,需配置专用电机。3、电机参数在相应参数组中设定电机的功率、电流、电压、转速、最大频率,这些参数可以从电机铭牌中直接得到。 4、加减速时间 加减速时间就是输出频率从0上升到最大频率和从最大频率下降到0所需时
19、间。设定时要满足在电动机加速时防止过电流,减速时以防止过电压。这需要根据负载特性定出最佳加减速时间。以使运转中不发生过电流、过电压报警为原则,将加减速时间缩短。 5变频器的控制方式 转差频率控制 转差频率控制就是通过控制转差频率来控制转矩和电流。转差频率控制需要检出电动机的转速,构成速度闭环,速度调节器的输出为转差频率,然后以电动机速度与转差频率之和作为变频器的给定频率。与U/f控制相比,其加减速特性和限制过电流的能力得到提高。另外,它有速度调节器,利用速度反馈构成闭环控制,速度的静态误差小。然而要达到自动控制系统稳态控制,还达不到良好的 矢量控制 矢量控制,也称磁场定向控制。它是70年代初由
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- 变频器 原理 应用
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