變頻器的原理及應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計

(此文檔為word格式，下載后您可任意編輯修改！)畢業(yè)設(shè)計（論文）變頻器的原理及應(yīng)用Theprincipleandapplicationoffrequencyconverter班級機電一體化122班指導(dǎo)教師卓自明職稱導(dǎo)師單位論文提交日期徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書課題名稱變頻器的原理及應(yīng)用課題性質(zhì)班級機電一體化122班學(xué)生姓名葛鵬指導(dǎo)教師導(dǎo)師職稱一．選題意義及背景二．畢業(yè)設(shè)計（論文）主要內(nèi)容：三．計劃進度：四．畢業(yè)設(shè)計（論文）結(jié)束應(yīng)提交的材料：1、2、3、指導(dǎo)教師教研室主任年月日年月日論文真實性承諾及指導(dǎo)教師聲明學(xué)生論文真實性承諾本人鄭重聲明：所提交的作品是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果，內(nèi)容真實可靠，不存在抄襲、造假等學(xué)術(shù)不端行為。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。如被發(fā)現(xiàn)論文中存在抄襲、造假等學(xué)術(shù)不端行為，本人愿承擔(dān)本聲明的法律責(zé)任和一切后果。畢業(yè)生簽名：日期：指導(dǎo)教師關(guān)于學(xué)生論文真實性審核的聲明本人鄭重聲明：已經(jīng)對學(xué)生論文所涉及的內(nèi)容進行嚴格審核，確定其內(nèi)容均由學(xué)生在本人指導(dǎo)下取得，對他人論文及成果的引用已經(jīng)明確注明，不存在抄襲等學(xué)術(shù)不端行為。指導(dǎo)教師簽名：日期：變頻器的原理及應(yīng)用摘要：變頻器在交流拖動系統(tǒng)應(yīng)用中呈現(xiàn)優(yōu)良的控制性，可以實現(xiàn)軟起動和無級調(diào)速，進行加減速控制，使電動機獲得高性能，而且具有顯著的節(jié)能效果。所以應(yīng)用變頻調(diào)速可以提高生產(chǎn)機械的控制精度、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，從而利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化。因此變頻器近年來在工業(yè)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)得到了廣泛的應(yīng)用。但變頻器在實際應(yīng)用和維護檢修中也暴露出一些問題需要引起重視。關(guān)鍵詞:（注：其它的內(nèi)容均不用黑體）TheprincipleandapplicationoffrequencyconverterAbstractAbstract：presentsexcellentfrequencyconvertercontrolintheapplicationofACdrivesystem,canrealizethesoftstartandsteeplesspeedregulation,decelerationcontrol,toenablethemotortoobtainofvariablefrequencyspeedregulationcanimproveproductionmachinerycontrolaccuracyandproductionefficiencyandproductquality,thustorealizetheautomationofproductionprocess.Sotheinverterinrecentyearsintheindustrialproductionofvarioussectorswidelyused.ButtheinverterattentioninpracticalapplicationandmaintenancealsoexposedsomeproblemsneedKeywords:（注：其它的內(nèi)容均不用黑體）目錄摘要(Ⅰ)Abstract(Ⅱ)第一章******(1)1.1******.........................................................*1.1.1******...................................................*1.1.2******...................................................*1.2******.........................................................*……第二章******........................................................*……參考文獻.............................................................*附錄.............................................................*致謝..............................................................*第一章、概述1.1交流調(diào)速的發(fā)展概況交流變頻調(diào)速的優(yōu)越性早在20世紀20年代就己被人們所認識，但受到器件的限制，未能推廣。50年代初，中小型感應(yīng)電動機多采用晶閘管調(diào)壓調(diào)速；大中型繞線式感應(yīng)電動機采用晶閘管靜止型電氣串級調(diào)速系統(tǒng)。70年代發(fā)展起來的變頻調(diào)速，比上述兩種調(diào)速方式效率更高，性能更好。交流變頻調(diào)速的方法是異步電機最有發(fā)展前途的調(diào)速方法。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，性能可靠、匹配完善、價格便宜的變頻器會不斷出現(xiàn)，這一技術(shù)會得到更為廣泛、普遍的應(yīng)用。對于可調(diào)速的電力拖動系統(tǒng)，工程上往往根據(jù)電動機電流形式分為直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)兩類。它們最大的不同之出主要在于交流電力拖動免除了改變直流電機電流流向變化的機械向器--整流子。交流調(diào)速系統(tǒng)大致經(jīng)歷過以下幾個階段：1）異步電動機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)：調(diào)壓調(diào)速過去常用的方法是在定子回路中串入飽和電抗器，或在定子側(cè)加自耗銅材料，體積小，控制方便。用晶閘管功率變換器來完成饋送任務(wù)，這就構(gòu)成了由繞線異步電動機與晶閘管變換器共同組成的調(diào)壓器，通過控制觸發(fā)脈沖的相位角，便可控制加在負載上的電壓大小，很快成為交流調(diào)壓器的主要形式，但由于相位控制時，晶閘管導(dǎo)通后負載上獲得的電壓形不是電網(wǎng)提供的完整的工頻電壓波形，因此產(chǎn)生了成分復(fù)雜的諧波。2)串級調(diào)速系統(tǒng)：繞線轉(zhuǎn)子異步電動機串級調(diào)速是將轉(zhuǎn)差功率加以利用的一種經(jīng)濟、高效的調(diào)速方法，改變轉(zhuǎn)差率的傳統(tǒng)方法是在轉(zhuǎn)子回路中串入不同的電阻以獲得不同斜率的機械特性，從而實現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)。這種方法簡單方便，但是調(diào)速是有級的、不平滑，并且轉(zhuǎn)差功率消耗在電阻發(fā)熱上，效率低，自大功率器件問世后，人們采用在轉(zhuǎn)子回路中串聯(lián)晶閘管功率變換器來完成饋送任務(wù)，這就構(gòu)成了由繞線異步電動機與晶閘管變換器共同組成的晶閘管串級調(diào)速系統(tǒng)。由于晶閘管的逆變角的可以平滑連續(xù)的改變，使得電動機轉(zhuǎn)速也能平滑連續(xù)的調(diào)節(jié)。另外轉(zhuǎn)差功率又可以通過逆變器回饋到交流電網(wǎng)，提高了效率。串級調(diào)速的缺點是功率因數(shù)較低，采用強迫換流、改進型三相四線逆變器、逆變器的不對稱控制以2及轉(zhuǎn)子直流回路加斬波器控制等，可以提高功率因數(shù)。其中采用強迫換流方式可使用門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)構(gòu)成，這樣可以省去關(guān)斷晶閘管用的儲能電路，使逆變電路簡單、體積小。1.2變頻器技術(shù)的發(fā)展趨勢在進入21世紀的今天，電力電子器件的基片已從Si（硅）變換為SiC（碳化硅）,使電力電子新元件具有耐高壓、低功耗、耐高溫的優(yōu)點；并制造出體積小、容量大的驅(qū)動裝置；永久磁鐵電動機也正在開發(fā)研制之中。隨著IT技術(shù)的迅速普及，以及人類思維理念的改變，變頻器相關(guān)技術(shù)的發(fā)展迅速，未來主要朝以下幾個方面發(fā)展：1.網(wǎng)絡(luò)智能化智能化的變頻器買來就可以用，不必進行那么多的設(shè)定，而且可以進行故障自診斷、遙控診斷以及部件自動置換，從而保證變頻器的長壽命。利用互聯(lián)網(wǎng)可以實現(xiàn)多臺變頻器聯(lián)動，甚至是以工廠為單位的變頻器綜合管理控制系統(tǒng)。2.專門化和一體化變頻器的制造專門化，可以使變頻器在某一領(lǐng)域的性能更強，如風(fēng)機、水泵用變頻器、電梯專用變頻器、起重機械專用變頻器、張力控制專用變頻器等。除此以外，變頻器有與電動機一體化的趨勢，使變頻器成為電動機的一部分，可以使體積更小，控制更方便。3.環(huán)保無公害保護環(huán)境，制造“綠色”產(chǎn)品是人類的新理念。21世紀的電力拖動裝置應(yīng)著重考慮：節(jié)能，變頻器能量轉(zhuǎn)換過程的低公害，使變頻器在使用過程中的噪聲、電源諧波對電網(wǎng)的污染等問題減少到最小程度。4.適應(yīng)新能源現(xiàn)在以太陽能和風(fēng)力為能源的燃料電池以其低廉的價格嶄露頭角，有后來居上之勢。這些發(fā)電設(shè)備的最大特點是容量小而分散，將來的變頻器就要適應(yīng)這樣的新能源，既要高效，又要低耗?，F(xiàn)在電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)以驚人的速度向前發(fā)展，變頻調(diào)速傳動技術(shù)也隨之取得了日新月異的進步。這種進步集中體現(xiàn)在交流調(diào)速裝置的大容量化，變頻器的高性能化和多功能化，結(jié)構(gòu)的小型化一些方面。1.3PLC技術(shù)的發(fā)展概況可編程控制器(ProgrammableController)是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController)，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機(PersonalComputer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC。PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。第二章變頻器的簡介和原理2.1變頻器的簡要概述2.1.1變頻器的概念（frequencychangerfrequencyconverter）是一種用來改變交流電頻率的電氣設(shè)備。此外，它還具有改變交流電電壓的輔助功能。過去，變頻器一般被包含在電動發(fā)電機、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器等電氣設(shè)備中。隨著半導(dǎo)體電子設(shè)備的出現(xiàn)，人們已經(jīng)可以生產(chǎn)完全獨立的變頻器。2.1.2變頻器的組成變頻器主要是由主電路、控制電路組成。1、）主電路是給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類:電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。（1）整流器：最近大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進行再生運轉(zhuǎn)。（2）平波回路：在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。裝置容量小時，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路。（3）逆變器：同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時間使6個開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到3相交流輸出。以電壓型PWM逆變器為例示出開關(guān)時間和電壓波形。2、）控制電路是給異步電動機供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號的回路，它有頻率、電壓的“運算電路”，主電路的“電壓、電流檢測電路”，電動機的“速度檢測電路”，將運算電路的控制信號進行放大的“驅(qū)動電路”，以及逆變器和電動機的“保護電路”組成。（1）運算電路：將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。（2）電壓、電流檢測電路：與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。（3）驅(qū)動電路：驅(qū)動主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。（4）速度檢測電路:以裝在異步電動機軸機上的速度檢測器(tg、plg等)的信號為速度信號，送入運算回路，根據(jù)指令和運算可使電動機按指令速度運轉(zhuǎn)。（5）保護電路:檢測主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。2.2變頻器的基本原理變頻器的工作原理是把市電（380V、50Hz）通過整流器變成平滑直流，然后利用GTR或IGBT）組成的三相逆變器，將直流電變成可變電壓和可變頻率的交流電，由于采用微處理器編程的正弦脈寬調(diào)制（SPWM）方法，使輸出波形近似正弦波，用于驅(qū)動異步電機，實現(xiàn)無級調(diào)速。2.3變頻器的選型2.3.1變頻器的選型選用變頻器要按照生產(chǎn)機械的類型、調(diào)速范圍、靜態(tài)速度精度、起動轉(zhuǎn)矩的要求，決定選用那種控制方式的變頻器。通常負載有三種類型：恒轉(zhuǎn)矩負載、風(fēng)機泵類負載和恒功率負載。因此選用變頻器首先要搞清電動機所帶負載的性質(zhì)。不同負載類型，選不同類型的變頻器。并且兩者功率要相互匹配。良好的選型是保證變頻器長周期安全運行的前提。2.3.2變頻器基本參數(shù)的設(shè)定1、出廠設(shè)置常用變頻器，一般出廠時，廠家對每一個參數(shù)都有一個默認值，這些參數(shù)叫工廠值。在這些參數(shù)值的情況下，用戶能以面板操作方式正常運行的。2、頻率限制即設(shè)定變頻器輸出頻率的上、下限幅值。一般情況下電機散熱靠本身風(fēng)扇進行冷卻，因此下限頻率不能低于15HZ。如果工藝要求經(jīng)常低速運行（小于15HZ），則電機要另加散熱風(fēng)扇。上限頻率幅值不能超出50HZ,否則損壞電機。如果工藝要求頻率大于50HZ，需配置專用電機。3、電機參數(shù)在相應(yīng)參數(shù)組中設(shè)定電機的功率、電流、電壓、轉(zhuǎn)速、最