毕业论文基于变频调速的研究异步电机最大效率的控制

2020-03-0311:47:06 发表评论
摘要毕业论文基于变频调速的研究异步电机最大效率的控制rn__毕业设计论文____题目基于输入频率的异步电机变频调速的最大效率控制__(院)系电气信息学院专业电气工程及其自动化班级0706学号200701010626__学生姓名熊闯__导师姓名林友杰__完成日期2011年6月8日__诚信声明____本人声明:__1、本人所呈交的毕业设计(论文)是在老师指导下进行的研究工__作及取得的研究成果;__2、据查证,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,毕业设计(论__文)中不包含其他人已经公开发表过的研究成果,也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料;__3、我承诺,本人提交的毕业设计(论文)中的所有内容均真实、__可信。____作者签名:日期:年月日____毕业设计(论文)任务书题目:__姓名熊闯系基于输入频率的异步电机变频调速最大效率控制电气系__职称专业电气工程讲师班级0706学号谢卫才26指导老师林友杰__一、基本任务及要求:教研室主任__设计内容:在掌握异步电动机常用的节能控制方法的基础上,初步设计基于输入频率的__异步电机节能控制。在T型等效电路的基础上推导异步电机在变频调速下的运行效率与电__压、频率等的关系式,设计基于输入频率的异步电机节能控制系统。并通过仿真进行验证。__3000W,380V,64A,50Hz。2862rpm,电机参数为:绕组Y接。其它参数:R1=255Ω__R2=171Ω,X1σ=31Ω,X2σ=245Ω,Rm=1465Ω,Xm=74Ω。__设计要求:1、建立正确的基于输入频率的电机节能控制模型;__2、有详细的设计方案;__3、通过仿真验证节能效果(与普通的恒压频比控制方法比较即可);____二、进度安排及完成时间:__1、月日~月日:查阅资料;撰写文献综述和开题报告;确定总体方案;__2、月日~月日:毕业实习、撰写实习报告;__3、月日~月日:毕业设计;__4、月日~月日:撰写毕业设计论文;__5、月日~月日:指导老师评阅、电子文档上传FTP;__6、月日~月日:毕业设计答辩;__7、月日~月日:毕业设计成绩评定;__8、月日~月日:毕业设计资料归档;____目录__摘要I__ABSTRACTII__第一章绪论错误!未定义书签。__11引言错误!未定义书签。__12课题的目的与意义错误!未定义书签。__13课题发展现状和前景展望错误!未定义书签。__14课题主要内容和要求错误!未定义书签。__第二章变频调速基本原理错误!未定义书签。1异步电动机调速错误!未定义书签。__2异步电动机变频调速错误!未定义书签。__21变频器与逆变器、斩波器错误!未定义书签。__22变压变频调速(VVVF)错误!未定义书签。__23变压变频协调控制错误!未定义书签。__第三章节能控制原理和数学模型错误!未定义书签。1数学模型错误!未定义书签。__2给定转速下的最优效率控制原理错误!未定义书签。__第四章最大效率控制硬件系统的设计错误!未定义书签。__1系统主电路的设计错误!未定义书签。__2整流电路错误!未定义书签。__3逆变电路错误!未定义书签。__4主电路设计错误!未定义书签。__5驱动电路的设计错误!未定义书签。__6转速检测系统设计错误!未定义书签。__7电流检测及过流保护电路错误!未定义书签。__8系统结构框图错误!未定义书签。__第五章软件控制系统的初步设计错误!未定义书签。__1软件部分主要设计错误!未定义书签。__2PID算法和流程图错误!未定义书签。__3电机速度采集算法错误!未定义书签。__4UF判断单元计算错误!未定义书签。__结束语错误!未定义书签。参考文献错误!未定义书签。致谢错误!未定义书签。附录错误!未定义书签。____基于输入频率的异步电机变频__调速最大效率控制__摘要:简单的叙述了异步电机变频调速系统的发展现状,得出变频调速应用在异步__电机上的必要性。介绍了交流变频调速系统的基本原理、构成,其中包括变频器的工作原理。通过建立数学模型来说明如何实现异步电机最大效率的控制。分析交-直-交变频器主电路的工作原理,介绍变频器使用的电力电子器件以及组成的每一个支路,阐述IGBT的驱动电路,另外介绍使用单片机来分析数据和计算,然后驱动IGBT来实现变频控制,实现变频调速系统最大效率的控制设计方法。本文最关键的地方在于建立数学模型,通过数学模型来说明这种最大效率控制方式的原理。__关键词:变频调速单片机数学模型最大效率____Basedontheinputofthefrequencyofasynchronousmotor__speedcontrolmaximumefficiency__Abstractthesimpledescribedtheinductionmotorvariablefrequencyspeedregulation__system_itisconcludedthatthestatusquoofthedevelopmentofvariablefrequencyspeed__regulationintheapplicationofthenecessityofinductionmotorIntroducedtheacconversion__andspeedgoverningsystemofbasicprinciple_structure_includingtheworkingprincipleof__frequencyconverterByestablishingamathematicalmodeltoexplainhowtoachieve__maximumefficiencycontrolofinductionmotorAnalysis-straightintofrequencyconverter-intotheworkingprincipleofthemaincircuit_thispaperintroducestheuseoffrequencyconverter__powerelectronicsdeviceandcompositionofeachbranch_andexpoundstheIGBTdriving__circuit_anddescribestheuseofsinglechiptoanalyzethedataandcalculation_andthendrive__IGBTinverter_realizetoachievemaximumefficiencyvariablefrequencyspeedregulation__systemofcontroldesignmethodThispapermosttheplaceofkeyisestablishedthe__mathematicalmodel_throughthemathematicalmodeltoillustratethemaximumefficiency__controlmodeofprinciple__Keywords:VariablefrequencyspeedregulationSingle-chipmicrocomputer__MathematicalmodelMaximumefficiency____第一章绪论__11引言__在交、直流电机的发展史上,适于宽幅度调速的场合,直流电机一直处于主宰地位。__但直流电动机本身在结构上存在严重的问题,它的机械接触式换向器不仅结构复杂,制__造费时,价格昂贵,而且在运行中容易产生火花,而且还存在换向器机械强度不高,易__于磨损,需要经常维修等问题。随着现代电机的控制理论、控制器、电力电子技术以及__计算机辅助设计技术的飞速发展,交流调速系统日臻完善,特别是变频器的问世,给交__流电机逐步取代直流电机提供了可能性。早在本世纪20年代,人们就认识到变频调速__是交流电动机的一种最好的调速方法。__变频技术是电力电子技术的主要组成部分,它主要用于需要交流电源的电压、频率__可调或恒压、恒频的用电设备,如交流电机、中频电源及各种专用电源的中间环节等。这一技术的产生和发展为交流调速开拓了广阔的天地。国外交流调速在电气传动行业己__占绝对优势,虽然国内直流调速还在大量使用,但近年来凡新建的电气传动系统均采用__交流调速,其发展势头是迅速的。变频技术在供电电源方面的应用主要是将过去用发电__机、变压器产生交流电的地方用变频电源取代和将计算机、电焊机、电子装置等用直流__电源的地方改为以变频技术为核心的开关电源。变频技术在电源中的应用,极大地减小__了电源装置的体积,提高了效率,产生了巨大的经济效益。__由于三相异步电动机结构简单、运行可靠、使用维护方便,因此人们对交流无级调__速,一直倾注着极大兴趣。近年来,电力电了技术的飞速发展。为交流电机变频调速开__辟了广阔的前景目前,国际上已普遍采用了SPWM正弦脉宽调制技术来调节电机的电源__电压和频率,从而出现了交流变频电动机与SPWM装置构成的新型交流变频调速系统,__并广泛使用了恒转矩调速和驱动水泵、风机等递减转矩的场合。由于交流变频调速系统__的输出特性能较好地适应负载机械特性,不仅有助于节能,而且还为自动控制提供了广__阔前景。__目前,在不少发达工业国家,交流变频调速技术已经取得了很大发展,其中小容量__的SP-WM变频装置已批量生产,国内同类产品也相继问世。近年来又大力开发矢量控制__调速系统,其调速性能可与直流传动相媲美。但是_由于变频调速在调速过程中供电频__率须在一个较大范围内变化,电机的运行特性和设计参数均相应有所改变。为了提高交__流变频调速系统的性能,实现其最大效率的控制,设计出在实现的客户要求为前提的相__应变频器已成为当务之急。本设计将重点讲述和设计实现对异步电机最大效率的控制。__12课题的目的与意义__其实节能方式有多种,其中有正确选择使用电机,提高电机的功率因数,通过对电__机进行调速节能和电机的结构改进进行节能,还有通过变频进行节能。正确选择使用电__机主要是优先使用高效电机且减小选用电机的浮装容量,杜绝“大马拉小车”的现象,__是电机的负载率始终保持在80以上。虽然高效电机的初期成本相对于普通电机的成本__会相应的增加一部分,但是从长期的角度来看初期的成本完全可以从后期节省出来,所__以相对而言是划算的;提高电机的功率因数是因为异步电机的功率因数是随着负载的变__化而变化的,额定负载时的功率因数较高,空载时的功率因数较低,由于异步电机在运__行过程中会在电网中吸取大量的感性无功功率,使得电网中的功率因数被恶化,系统的__运行效率下降。因此通常采取无功补偿的方法予以调整。一般无功补偿的方法有并联电__容器和对大容量的绕线式电机按照其同步方式运行以及安装功率因数静补偿装置等等;__调速节能主要有串级调速节能和变压调速节能,都具有比较良好的节能效果。随着电力__电子技术的发展异步电机高效节能器(或称软启动器)应用日益广泛。他是移相控制原__理和自动控制原理相结合的产物,其节能的效果也相当的显著。电机的结构改进主要从__两个方面进行改进,其一是更换磁性槽楔,改用磁性槽楔后,能使气隙磁密分布趋于均__匀,降低齿谐波的影响,降低脉振损耗和表面损耗,并能够使气隙的有效长度缩小因而__提高效率。其二是采用新的绝缘材料增大导线截面积,采用新的绝缘材料,在槽满率不__变的前提下适当增大导线截面积,电机的运行效率可以得到提升。而变频节能是一种先__进的节能技术,为了通过变频实现节能,也就是实现其最大效率。目前电动机的高效节__能控制方案有多种,包括基于模型的最优励磁控制、最小输入功率控制、最小定子电流__控制和恒功率因数控制等。前三者是在线寻优的算法,有一定的盲目性,且效率不一定__能达到最优;因最大效率时的功率因数在整个调速范围并不恒定,恒功率因数控制也不__能达到效率最优。它们没有直接从电动机效率最优的电压频率等变量考虑,控制方案较__为复杂。__本设计主要讨论的是基于输入频率的异步电机变频调速的最大效率控制。在考虑铁__耗等效电阻的基础上,研究了异步电动机在变频调速情况下基于输入频率的节能控制原__理。研究表明在转速既定及其他电量不受约束情况下,电动机变频运行时的最大效率只__与输入电源的频率有关,而与负载转矩大小无关。在变频调速时,调节输入频率等于由__给定转速确定的最佳频率值,并保持给定转速运行,可以使电动机效率最大。因此本设__计着重论述了基于输入频率节能控制的影响因素及实现方案。____13课题发展现状和前景展望__异步电动机由于结构简单、价格便宜、维修方便等优点被广泛使用。但其调速性能__在以前赶不上直流电动机,所以交流电动机的调速技术一直是世界各国研究的课题。20__世纪60年代以后,随着电力电子技术的发展,半导体变流技术应用到交流调速系统中,特别是大规模集成电路和计算机控制技术的发展,以及现代控制理论的应用,都为交流__调速的进一步发展创造了条件。人们研究出很多类型的交流调速系统,其中有些方法的__调速性能已可与直流调速系统相媲美。目前在调速传动领域交流电动机已有取代直流电__动机的趋势。__在交流调速的研究与制造过程中,硬件的设计与组装占了相当大的比重。电机制造__以及调速装置的制造需要大批的技术熟练工人,对人员的素质有一定要求。然而相对于__国际上先进的变频调速技术,我国变频器生产技术的落后表现在多个方面。首先在变频__技术研究方面投人的人力物力不集中,没有形成市场竟争力,这是落后的根本。其次配__套产业以及工艺加工设备的落后,难以适应变频器生产的发展。国产变频器无论在产品__性能上还是在外观设计上都落后于国外,只相当于国外20世纪80年代的水平。在变频__器领域,国内企业还很年轻,要走的路还很长。不过由于在国外相关产业的人工成本相__对较高,在近十年内,交流调速的制造业有可能向发展中国家转移。对中国来说,这也__是一个机遇,如果我们抓住这个机会,再利用本身的市场有利条件,有可能在我国形成__交流调速系统的制造业中心,使我国工业上一个新的台阶。__很据当今现状,由于在电机选型时要求满足最大负荷需求等原因,在实际生产中绝__大部分的电动机处于轻载运行状态。在目前广泛应用的变频调速系统中异步电动机在轻__载时仍运行于额定磁通,其运行效率与额定工作点相比明显下降。因此,对于长期轻载__运行或负载变化范围较宽的变频驱动异步电动机,依然存在很大的节能空间。电动机效__率优化的问题已经引起了各国学者的广泛关注。因此本课题具有很大的研究价值。____14课题主要内容和要求__对于此次设计所主要研究的内容为:__(1)了解各种节能方式的特点和本设计的优点__(2)对变频调速的原理以及结构进行了解;__(3)对节能控制的原理和数学模型有一定的了解;__(4)设计基于频率最优效率控制系统的硬件部分;__(5)设计基于频率最优效率控制系统的软件部分;__(6)根据电压和频率的关系设计出合适的反馈系统。____

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