变频调速开环vf控制系统参数的设置与应用.docx
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1、课 程 设 计三相异步电动机(15KW 电机变频调速开环V/F 掌握系统参数的设置与应用616G5学校:XXXX 大学院系:机电工程学院专业:电气工程及其自动化指导教师:XXX姓名:XXX学号:0805107XX设计要求学生应生疏各种电气设备,电动机,变频器,传感器,PID 调整器等。要求完成资料收集工作、提出设计方案并完成全部设计工作。在设计工作中, 对所供给的各局部图纸应符合制图标准,并要求全部电气工程符号应承受国家统一标准。目录 沟通调速系统概述二 变频调速系统概述三 电机选择及参数四 安川变频器616g5特点与优势五 三相异步电动机5.5KW变频调速开环V/F 掌握系统616g5 参数
2、设定六 完毕语参考文献 沟通调速系统概述1.1 沟通调速系统的特点对于可调速的电力拖动系统,工程上往往把它分为直流调速系统和沟通调速系统两类。这主要是依据承受什么电流制型式的电动机来进展电能与机械能的转换而划分的,所谓沟通调速系统,就是以沟通电动机作为电能机械能的转换装置,并对其进展掌握以产生所需要的转速。纵观电力拖动的进展过程,交、直流两大调速系统始终并存于各个工业领域, 虽然由于各个时期科学技术的进展使得它们所处的地位有所不同,但它们始终是随着工业技术的进展,特别是随着电力电子元器件的进展而在相互竞争。在过去很长一段时期,由于直流电动机的优良调速性能,在可逆、可调速与高精度、宽调速范围的电
3、力拖动技术领域中,几乎都是承受直流调速系统。然而由于直流电动机其有机械式换向器这全都命的弱点,致使直流电动机制造本钱高、价格昂贵、维护麻烦、使用环境受到限制,其自身构造也约束了单台电机的转速,功率上限, 从而给直流传动的应用带来了一系列的限制。相对于直流电动机来说,沟通电动机特别是鼠笼式异步电动机具有构造简洁,制造本钱低,结实耐用,运行牢靠, 维护便利,惯性小,动态响应好,以及易于向高压、高速和大功率方向进展等优点。因此,近几十年以来,不少国家都在致力于沟通调速系统的争论,用没有换向器的沟通电动机实现调速来取代直流电动机,突破它的限制。随着电力电子器件,大规模集成电路和计算机掌握技术的快速进展
4、,以及现代掌握理论向沟通电气传动领域的渗透,为沟通调速系统的开发争论进一步制造了有利的条件。诸如沟通电动机的串级调速、各种类型的变频调速,特别是矢量掌握技术的应用,使得沟通调速系统逐步具备了宽的调速范围、较高的稳速精度、快速的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能。现在从数百瓦的伺服系统到数百千瓦的特大功率高速传动系统,从一般要求的小范围调速传动到高精度、快响应、大范围的调速传动,从单机传动到多机协调运转,已几乎都可承受沟通调速传动。沟通调速传动的客观进展趋势已说明,它完全可以和直流传动相媲美、相抗衡,并有取代的趋势。1.2 变流调速系统的进展趋势近十几年来,随着现代掌握理论、型大功率
5、电力电子器件、型变频技术以及微型计算机数字掌握技术等在实际应用中相继取得了重大进展,使得沟通调速技术有了很大进展。今后的沟通调速技术将在以下几个方面得到进一步的进展。(1) 沟通调速系统的高性能化沟通电动机是个多变量、强耦合、非线性被控对象,仅用电压/频率V/f 恒定掌握,不能满足对调速系统的要求。今后的产品将普遍承受矢量掌握技术, 提高调速性能,到达和超过直流调速水平。矢量变换掌握是一种的掌握理论和掌握技术,它的想法是设法摸拟直流电动机的掌握特点来进展沟通电动机的掌握。调速的关键问题是转矩掌握问题, 直流电动机调速性能好的根本缘由就在于它的转矩掌握简洁,而沟通电动机的转矩则难于掌握。为使沟通
6、电动机得到和直流电动机一样的掌握性能,必需通过电机统一理论和坐标变换理论,把沟通电动机的定子电流分解成磁场定向坐标的磁场电流重量和与之相垂直的坐标转矩电流重量,把固定坐标系变换为旋转坐标系解耦后,沟通量的掌握变为直流量的掌握便等同于直流电动机。即假设在调速过程中始终维持定子电流的磁场电流重量不变,而掌握转矩电流重量,它就相当于直流电机中维持励磁不变,而通过掌握电枢电流来掌握电机的转矩一样,能使系统具有较好的动态特性。矢量掌握方法的提出访沟通传动系统的动态特性得到了显著的改善,这无疑是沟通传动掌握理论上一个质的飞跃。但是经典的矢量掌握方法比较简单,它要进展坐标变换,且需准确测算出转子磁链的大小和
7、方向,比较麻烦,且其精度受转子参数变化的影响很大。近年来又消灭了一种对沟通电动机实现直接转矩掌握的方法,它避开了矢量掌握中的两次坐标变换及求矢量的模与相角的简单计算工作量,而直接在定子坐标系上计算电动机的转矩与磁通,通过转矩的砰砰掌握,使转矩响应时间掌握在一拍以内,且无超调,掌握性能比矢量掌握还好。此法虽尚未形成商品化的产品,但却是很有进展前景的一种的掌握原理。沟通电动机调速掌握理论,从V/f 恒定掌握法到矢量掌握法是一个飞跃,从矢量掌握法到直接转矩掌握法将是其次个飞跃。(2) 全控型大功率型电力器件沟通电动机调速技术的进展是和电力电子技术的进展分不开的,50 年月世界上消灭了电力半导体器件的
8、晶闸管,为沟通电动机调速技术的进开放拓了道路。但是作为第一代电力半导体器件的晶闸管没有自关断力量,需要利用电源或负载的外界条件来实现换相,因此用晶闸管来实现的交直交变频装置的核心的逆变器,必需配以大功率的强迫换相线路才能实现牢靠的逆变。所以,人们始终在致力于研制出一种大功率,正反间均可用较小的功率进展导通与关断掌握的全控型器件,以便用较简洁的手段即可实现简单的逆变工作。经过 10 年左右的研制,场效应晶体管MOSFET,巨型晶体管GTR及门极关断GTO 晶闸管等全控型器件问世,并在实际应用中取得了抱负效果。从半控型器件向全控型器件的过渡标志着变频装置进入了可以与直流调速装置在性能 /价格比上相
9、比美,这是沟通调速技术产生飞跃的又一个重要的突破。目前,全控型电力电子器件正沿着大电流、高电压、快通断、低损耗、易触发、好保护、小体积、集成化等方向连续进展,又消灭了绝缘门极双极晶体管IGBT和绝缘栅门极关断IGTO晶体管等,即具有电压型掌握、输入阻抗 大、驱动功率小、掌握电路简洁、开关损耗小、通断速度快、工作频率高、器件容量大及热稳定性好的特点,又具有通态电压低、耐压高和承受电流大等优点。这类器件是 90 年月变频装置的主流。电力电子器件进展的更进一步的目标将是把掌握、触发、保护等功能再集成化进来,从而形成电力电子与微电子技术相结合的产物,构成最一代的功率集成器件PIC。它将为最一代高牢靠、
10、小型化、电机与电控装置可能合而为一的将来型沟通电动机调速系统供给的进展根底。(3) 脉宽调制技术在沟通电动机的调速过程中,通常要求调频和调压同时进展,早期调压多用相控技术,用相控方式生成的变频电压电源含有大量的谐波重量,功率因数低, 动态响应慢,线路简单,无法满足高性能调速系统的要求。近年在广泛承受自关断元器件的状况下,逆变器普遍承受了脉宽调制技术,成功地解决了电源侧功率因数低的问题,同时也削减了谐波重量对电网的影响。为了限制开关损耗,脉宽调制的频率通常选在 3001000Hz 左右,但这个频率正好在人耳的敏感区,所以电机运行时的噪声是一个问题。为解决这个问题现在有几种不同的进展趋 势。一种是
11、承受型的谐振式逆变器,可以把开关频率提高到 20KHz 以上的超声区,从而去除噪声;另一种是在现有的元器件根底上,优选调制策略,降低脉宽调制的频率至人耳不敏感区,从而降低噪声。总之,争论开关损耗小,功率因数高,谐波重量小,噪声低,运转平稳的逆变器是今后进展的方向。脉宽调制技术的进展与应用使变频装置性能优化,可以适用于各类沟通电动机,为沟通调速的普及制造了条件。(4) 数字技术的应用随着计算机技术突飞猛进的进展,16 位乃至 32 位微处理机的应用越来越普及,且由于微处理机的运算速度提高、价格下降等因素的消灭,在电气传动中掌握系统硬件由模拟技术转向数字技术,全部承受数字掌握,充分发挥微机掌握的综
12、合优点。数字调速技术不仅使传动系统获得高精度、高牢靠性、还为的掌握理论与方法供给了物质根底。微型计算机在性能、速度、价格、体积等方面的不断进展与沟通电动机调速理论的现实化供给了最重要的保证。从进展趋势看,沟通数字调速有以下两个进展方向:一是承受专用的硬件、大规模集成电路IC;专用硬件可以降低设备的投资,提高装置的牢靠性。研制沟通调速系统专用的 IC 芯片,可使掌握系统硬件小型化、简洁化。二是承受通用计算机硬件、软件模块化,可编程化,通用硬件可编程序掌握,应用范围广, 但价高造。从国际上承受数字调速的状况来看,前者一般多用于中小容量的标准系列产品,后者多用于大型工程大容量的传动系统。二 变频调速
13、系统2.1 变频掌握起动变频调速技术是随沟通电机无级调速的需要而诞生的。20 世纪 60 年月后半期开头,电力电子器件从 SCR(晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)、BJT(双极型功率晶体管 )、MOSFET(金属氧化物半导体场效应管 )、SIT(静电感应晶体管 )、SITH(静电感应晶闸管)、MCT(MOS 掌握晶体管)、MCT(MOS 掌握晶闸管)进展到今日的 IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管),器件更促使电力变换技术的不断进展。从 20 世纪 70 年月开头,脉宽调制变压变频(PWM-VVVF)调速争论引起了人们的高度重视,到 20 世纪 80 年
14、月作为变频技术核心的 PWM 模式优化问题吸引着人们的深厚兴趣,并得出诸多优化模式,其中以鞍形波 PWM 模式效果最正确。自上世纪 80 年月后半期始,美、日、德、英等兴旺国家的 VVVF 变频器开头投入市场并得到广泛应用。2. 2 变频调速四种掌握方案的分析依据作业方式的不同和电机种类、变频器型式的不同,就有各种变频调速掌握方案。这里仅争论交-直-交(AC-DC-AC)变频器。开环掌握的通用变频器三相异步电机变频调速系统。掌握框图如图 1 所示。图 1开环异步电机变频调速(VVVF-通用变频器 M-异步电机)该掌握方案构造简洁,牢靠性高。由于是开环掌握方式,其调速精度和动态响应特性不格外抱负
15、,尤其在低速区域电压调整比较困难,不行能得到较大调速范围和较高调速精度。异步电机存在转差率,转速随负荷力矩变化而变异,故承受这种V/F 掌握的通用变频器异步电机开环变频调速方法,仅适用于要求不高的场合(例如风机、水泵等)。无速度传感器的矢量掌握变频器异步电机变频调速系统。掌握框图如图 2 所示。比照图 1 和图 2 掌握框图,两者的差异仅在使用的变频器不同。使用无速度传感器矢量掌握的变频器,可以分别对异步电机的磁通和转矩电流进展检测、掌握,自动转变电压和频率,使指令值和检测实际值到达全都,从而实现矢量掌握。虽说是开环掌握系统,但却大大提升了静态精度和动态品质,转速精度偏差在 0. 5% 左右、
16、转速响应较快。图 2矢量掌握变频器的异步电机变频调速(VVVF-矢量变频器)对作业要求不格外高的情形,承受矢量变频器无传感器开环异步电机变频调速是格外适宜的,可实现掌握方式简洁、牢靠性高的效果。带速度传感器矢量掌握变频器的异步电机闭环变频调速系统。掌握框图如图 3所示。图 3异步电机闭环掌握变频调速(PG-速度脉冲发生器)矢量掌握异步电机闭环变频调速是一种抱负的掌握方式。它具有很多优点: a)从零转速进展速度掌握,即甚低速亦能运行,因此调速范围很宽广,可达 100: 1 或1000: 1 的范围;b)可以对转矩实行准确掌握;c)系统的动态响应速度甚快;d)电机的加速度特性很好等。然而,带速度传
17、感器矢量掌握变频器的异步电机闭环变频调速技术性能虽好,到底需要在异步电机轴上安装速度传感器,严格讲是降低了异 步电机构造结实、牢靠性高的特点。在某些状况下,电机本身或环境因素无法安装速度传感器,多了反响电路环节,故障机率高。因此,除了非承受不行的状况外, 对于调速范围、转速精度和动态品质要求不很高的条件场合 ,则往往承受无速度传感器的矢量变频器开环系统替代。 永磁同步电机开环掌握的变频调速系统。 掌握框图如图 4所示。图 4永磁同步电机开环掌握变频调速(SM-同步电机PM. SM-制变永磁式)假设将图 1 中异步电机(IM)换成永磁同步电机(PM. SM),就是第四种变频调速掌握方案。该方案具
18、有掌握电路简洁,牢靠性高的特点。由于是同步电机,其转速始终等于同步转速 n0=60F/P,只取决于电机供电频率 F,而与负载大小无关(除非负载力矩大于或等于失步转矩。同步电时机失步,转速快速停顿),其机械特性曲线为一根平行横轴直线,确定硬特性。假设承受高精度的变频器(数字设定频率精 度可达 0. 01% ),在开环掌握情形下,同步电机的转速精度亦为 0. 01%。由于在开环掌握方式下,同步电机转速精度与变频器频率精度相全都,所以特别适合多电机同步传动。对静态转速精度要求甚高(0. 5% 0. 01% )的化纤纺丝机,是既抱负又简洁的首选方案。至于同步电机变频调速系统的动态品质问题 ,假设承受通
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