变频调速系统设计 毕业论文 开题报告

吉林化工学院信息与控制工程学院

毕业设计开题报告

变频调速系统设计

Designs of Frequency Conversion Speed Regulation System

学生学号：06510233

学生姓名：

专业班级：自动0602

指导教师：

职称：讲师

起止日期：2010.3.8～2010.3.22

吉林化工学院

Jilin Institute of Chemical Technology

1．课题来源及选题的目的和意义

课题的来源：自选课题

选题的目的及意义：

通常在工业生产、产品加工制造业中风机设备主要用于锅炉燃烧系统、烘干系统、冷却系统、通风系统等场合，根据生产需要对炉膛压力、风速、风量、温度等指标进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况。而最常用的控制手段则是调节风门、挡板开度的大小来调整受控对象。这样，不论生产的需求大小，风机都要全速运转，而运行工况的变化则使得能量以风门、挡板的节流损失消耗掉了。在生产过程中，不仅控制精度受到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗。从而导致生产成本增加，设备使用寿命缩短，设备维护、维修费用高居不下。泵类设备在生产领域同样有着广阔的应用空间，提水泵站、水池储罐给排系统、工业水（油）循环系统、热交换系统均使用离心泵、轴流泵、齿轮泵、柱塞泵等设备。而且，根据不同的生产需求往往采用调整阀、回流阀、截止阀等节流设备进行流量、压力、水位等信号的控制。这样，不仅造成大量的能源浪费，管路、阀门等密封性能的破坏；还加速了泵腔、阀体的磨损和汽蚀，严重时损坏设备、影响生产、危及产品质量。 风机、泵类设备多数采用异步电动机直接驱动的方式运行，存在启动电流大、机械冲击、电气保护特性差等缺点。不仅影响设备使用寿命，而且当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备，时常出现泵损坏同时电机也被烧毁的现象。 近年来，出于节能的迫切需要和对产品质量不断提高的要求，加之采用变频调速器（简称变频器）易操作、免维护、控制精度高，并可以实现高功能化等特点；因而采用变频器驱动的方案开始逐步取代风门、挡板、阀门的控制方案。 变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：

)1(60)1(1s p

f s n n s -=-= 式中n 、f 、s 、p 分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数

通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频器就是基于上述原理采用交-直-交电源变换技术，电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。

2．本课题所涉及的内容国内外研究现状综述

从总体上看我国变频调速技术水平较国际先进水平差距10 ~ 15年。

国外现状：在大功率交-交变频（循环变流器）调速技术方面，法国阿尔斯通已能提供单机容量达3万kW的电气传动设备用于船舶推进系统。在大功率无换向器电机变频调速技术方面，意大利ABB公司提供了单机容量为6万kW的设备用于抽水蓄能电站。在中功率变频调速技术方面，德国西门子公司Simovert A电流型晶闸管变频调速设备单机容量为10 ~ 2600 kVA和Simovert P GTO PWM变频调速设备单机容量为100 ~ 900 kVA，其控制系统已实现全数字化，用于电力机车、风机、水泵传动。在小功率交流变频调速技术反面，日本富士BJT变频器最大单机容量可达700 kVA，IGBT变频器已形成系列产品，其控制系统也已实现全数字化。

国内已经有较多的变频器生产厂，但大部分的产品都是V／F控制和电压空间矢量控制变频器，使用在调速精度和动态性能要求不高的负载上应该没有问题。工业应用中绝大部分都是这种负载，变频器在这种场合应用最重要的要求是可靠性，国产变频器占国内市场份额不高的主要原因是产品品质不过硬。V／F控制和电压空间矢量控制变频器比矢量控制变频器从技术上来看要简单得多，由于国内厂家大部分都是手工作坊式的生产，工艺欠佳，检测手段有限，品质的一致性和稳定性难以保证。同样是V／F控制的变频器，国外的产品比国内的产品品质要好，这可能是生产工艺方面的差距。差距最大的是半导体功率器件的制造业，至今在国内这仍是一个空白。

3．本课题有待解决的主要关键技术问题

变频调速技术作为高新技术、基础技术和节能技术，已经渗透到经济领域的所有技术部门中，而主要有待解决关键技术有如下:

（1）.三相交流电动机的控制方案。

（2）主电路的设计和外围配件的选择。

（3）控制电路的设计和外围配件的选择。

（4）变频器的控制方法。

（5）调速系统的仿真实现

4．课题研究的内容和实施方案（主要包括研究内容、拟采用的研究方法、技术路线、预期成果、所采取方案的可行性分析等）

课题的内容为：

利用交流变频原理设计了交-直-交电压型SPWM变频器，逆变电路运用了IGBT模块，仿真出波形，达到预期的结果，验证此方案的可行性。

变频调速系统主要由整流器、中间直流环节和逆变器等组成，

（1）调速系统控制方案确定

（2）主电路设计

（3）控制电路设计

（4）仿真实现。

课题要求为

(1)熟悉交流调速原理

(2)掌握电气控制原理

(3)掌握变频调速原理

(4)掌握仿真软件的基本使用方法

5．完成本课题的工作计划及进度安排(包括文献查阅、外文翻译、开题报告、方案设计与实现、计算与实验、论文撰写等)

设计总共16周。具体安排如下：

2010.03.01～2010.03.07：调研、收集资料（书籍和案例）、外文翻译；

2010.03.08～2010.03.22：撰写开题报告

2010.03.23～2010.03.30：完成系统需求分析，画出需求分析框图和系统结构图，最后确定方案；

2010.04.01～2010.05.18：控制系统的具体实现；

2010.05.19～2010.06.02：系统调试和修改；

2010.06.01～2010.06.12：论文撰写、装订与提交，准备答辩。

6．参考文献（开题报告中参考文献数量一般应在8～12篇左右，建议其中，外文不少于3篇，学术期刊类文献不少于5篇）

[1]易继锴江祥贤侯媛彬.电气传动自动控制原理与设计[M].北京:北京工业大学出

版社，1997.10-9

[2] 张燕宾著.SPWM变频调速应用技术[M].北京：机械工业出版社，2005.97-132

[3]李凤阁，佟为明等主编. 电气控制与可编程序控制器应用技术[M]. 北京：机械工业出版社, 2008.182-241

[4]王树编著.变频调速系统设计与应用[M].北京：机械工业出版社,2005.110-168

[5]刘松编著.电力拖动自动控制系统[M].北京：清华大学出版社,2006.51-61.

[6]李天义异步电机矢量控制系统的节能研究[J] -电力电子技术2009(7)

[7] 董讷.李楠异步电动机轻载节能控制系统研究[J] -机电工程技术2009(7)

[8]罗海福等.一种参数模糊自适应模糊PID的设计与仿真[J].自动化与仪器仪表，2001,95(3):1～3

[9] B ose B K.Patel N R.Rajashekara K A neuro- fuzzy-based on-Line efficiency

optimization control of a stator flux-oriented direct vector-controlled induction motor drive 1997(2)

[10]Matsuse K Katsuta Fast rotor flux control of vector controlled induction

motor operating at maximum efficiency for electric vehicles 1996 [11]Rowan T M.Lipo T A A quantitative analysis of induction motor performance

improvement by SCR voltage control 1983(3)

7．指导教师审阅意见

指导教师（签字）：年月日8．系主任或指导小组意见

系主任或指导小组组长（签字）：年月日

说明：

1. 本报告前6项内容由承担毕业论文(设计)课题任务的学生独立撰写；

2. 本报告必须在第八学期开学三周内交指导教师审阅并提出修改意见；

3. 学生须在小组内进行报告，并讨论；

4. 本报告作为指导教师、专业系或毕业论文(设计)指导小组审查学生能否承担该毕业设计(论文) 课题和是否按时完成进度的检查依据，并接受学校和教学院的抽查。