DZ244电机多速段运行的变频控制
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长安大学毕业设计开题报告表课题名称电机多速段运行的变频控制课题来源自选项目课题类型工程设计指导教师冯晓明学生姓名杨 璐学 号2403040206专 业电子信息工程一、课题的意义交流调速中最有发展前景的技术当属变频调速。变频调速是以变频器向交流发电机供电,并可以构建开环或闭环系统。变频器可将原先固定电压及频率的交流电源转换为可调电压和可调频率的交流电源,变频器已经成为现代交流调速的核心部件。目前变频器正向着PWM型变频器和多重化技术方向发展,交-交变频器在低速大容量系统中的应用有着明显上升的趋势。在各种变频器中,电压型PWM方式的交-直-交变频器发展最快。从20世纪70年代末80年代初开始,由于电力电子器件的飞速发展,变频技术的不断完善,使得变频器性能得到大幅度提升,同时交流电动机的控制技术也在逐步提高,由于这些因素,促使现代交流调速达到了很高的水平。随着新型电力电子器件的不断绒线,变频技术也获得了飞速发展。就中、小容量交流电机控制而言,采用全控器件的全数字控制PWM变频器已经实现了通用化。全数字控制方式的软件功能不但考虑到通用变频器自身的内在性能,而且还融入了大量的使用经验和技术技巧,使得通用变频器的可靠性、可使用性、可维修性得以充实。由于通用变频器具有调速范围宽、调速精度高、动态响应快、运行效率高、功率因数高、操作方便且便于同其他设备接口连接等一系列优点,所以应用十分广泛,社会效益非常显著。二、国内外发展状况近十年来,随着电力电子技术、微电子学、计算机技术、自动控制技术的迅速发展,电力船东领域正发生着交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术的革命。交流变频调速以其优异的调速和起、制动功能,高效率、高功率因数和节电效果,被国内外认为最有发展前途的调速方式,成为当今节电、改善工艺流程以及提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。1)我国变频调速技术的发展概况在电气传动领域,人们关心的是如何合理地使用电动机以节约电能和有目的地控制机械的运转状态(位置、速度、加速度等),在实现电能-机械能之间的转换过程中达到优质、高产、低耗的目的。近年来交流调速中最活跃、发展最快的就是变频调速技术,是交流调速的基础和主干内容,其根本原因在于变频调速在节能和调速特性等方面优良的特性优于其它调速方式,当然,电力电子器件发展、计算机技术、自动控制技术的迅速发展也为它的实现提供了基础。我国关于变频调速的研究开始于20世纪60年代初期,当时典型的技术是交-交变频器供电的交流变频调速船东;继此之后80年代主体技术为电压或电流型六脉冲逆变器供电的交流变频调速传动;从90年代中期至今,随着电力电子器件、调制技术以及控制技术的发展,BJT(IGBT)PWM逆变器供电的交流变频调速传动空前发展,并得到广泛应用。我国是一个发展中国家,许多产品的科研开发能力仍落后于发达国家。目前国内变频调速方面主要的产品状况如下: 在中、小功率变频调速中主要是IGBT的PWM逆变器供电的交流变频调速设备。这类设备的市场很大,总容量占的比例虽然不大,但台数多,需求增长快。 电流源型晶闸管逆变器供电的交流变频调速设备。目前功率装置由国内自行生产,数字化控制装置的控制设备由国外进口,应用软件有国内自行开发设计。 产品的生产状态是功率装置由国内自行生产,数字化控制装置的控制设备由国外进口,应用软件由国内自行开发设计,但系统可靠性发面与国外还有很大差距。2)国外变频调速技术的现状当前国外交流变频技术高速发展,主要有以下几个特点: 近些年来不断涌现出高电压、大电流的大功率电力电子器件以及大功率强劲的并联、串联技术的发展应用,使得高电压、大功率变频器产品的生产及应用得到很大发展。 矢量控制、磁链控制、直接转矩控制、模糊控制等新的控制理论为高性能的变频器提供了理论基础;16位、32位高速处理微处理器,数字信号处理器(DSP),精简指令集计算机和高级专用集成电路技术的快速发展,使得变频器朝高精度、多功能化方向发展。国外产品已实现控制全数字化、产品系列化、功能多样化,产品已进入很成熟的阶段。 由于相关的基础工业和各种制造业的高速发展,已经使变频器调速装置相关配套件的生产社会化、专业化,产品可靠性更高。三、本课题的研究内容、方法、手段及预期成果用改变异步电动机定子电压来实现调节电动机转速的控制系统称为调压调速系统。这种系统电路简单、调试方便、成本低廉,多用于对调速性能要求不高的中、小容量拖动装置中。 异步电动机变电压调速时,若采用普通电动机则调速范围很窄,采用高转子电阻的力矩电动机时,调速范围虽然可以大一些,但机械特性变软,负载变化时的静差率太大。开环控制很难解决这个矛盾。对于恒转矩性质的负载,调速范围要求在D2时,一般需采用带负反馈的闭环控制系统,调速性能要求不高时也可采用定子电压反馈代替转换反馈信号。 变频调速控制系统的应用范围很广,各种机组都有其具体的要求。例如造纸机除要求可靠、迅速外,还要求动态速降小,恢复时间短,因此在设计时必须满足这些要求。 为了达到这些目的,对于动态、静态指标要求比较高的生产工艺系统,在变频调速控制系统中要求经常利用速度反馈、电流反馈、电压反馈、张力反馈、位置反馈等。总之,是利用反馈组成一个控制策略优良的字条系统来改善系统的性能。对于动态、静态指标要求不高的生产工艺系统,在变频调速控制系统中也有电流反馈、位置反馈等。但是这些反馈一般都是开关量型的,因此通常用于变频调速控制系统的保护。闭环调速控制系统设计的关键在于调节器的设计。调节器分为先行调解器和智能调节器。在变频调速控制系统中,如果对外是转速环,现在已经拥有较为成熟的控制方案。例如通用变频器采用矢量控制,其转速环的结构和智流调速系统是一样的,可以建立与直流调速系统一样的数学模型,而且并不复杂,采用PID控制就已经能够取得基本满意的效果。但是如果对外环不是转换环,例如外环是位置环或张力环等,尤其是变频器网络系统,控制对象具有多变量、变参数、非线性,使得线性PID调节器常常不能胜任,不能使系统在各种工况下都保持设计时的性能指标。为了解决常规PID调解器的不足,人们开始把智能控制引入到变频调速控制系统中。智能控制可以不问对象的数字模型,仿照人的智能,只根据系统误差及其变化来决定控制器的输出,并自动调整控制器。变频调速控制系统的基本设计步骤: 无论生产工艺提出的动态、静态指标要求如何,其变频调速控制系统的设计过程基本相同,其基本设计步骤是: 了解生产工艺对转换变化的要求,分析影响转速变化的因素,根据自动控制的形成理论,建立调速控制系统的原理框图。 了解生产工艺的操作过程,根据电气控制电路的设计方法,建立调速控制系统的电气控制电路原理框图。 根据负载情况和生产工艺的要求选择电动机、变频器及其外围设备。,最好如果选用能够思想线运行的通用变频器。 根据掌握被控对象数学模型的已知情况,决定是选择常规PID调解器还是选择智能调节器。 根据所选设备绘制调速控制系统的控制电路原理图。四、任务完成的阶段安排及时间安排序号 设计各阶段名称 日期1 系统设计原理性和可行性分析 2008.3. 3-2008.3.242 信息收集及资料整理 2008.3.24-2008.4.143 完成系统设计 2008.4.14-2008.5.124 完成设计论文 2008.5.12-2008.6. 8五、参考资料1 谭弗娃金如麟,谢宝昌.电机拖动与控制基础M .上海:上海交通大学出版社,2002:105一11O2 张勇主.电机拖动与控制M北京:机械工业出版社,2001:78953 卢子广.电力驱动系统实时控制虚拟实验平台J中国电机工程学报, 2003.23(4):ll91234 张登山.三电平双PWM 变频凋速系统研究J中国电机工程学报, 2003.33(4):22245 陈培民,杨冠鲁.基于电压空间矢量的嵌入式变频器的设计J.微计算机信息,200622(2):51536 陈伯时.电力拖动自动控制系统M.北京:机械工业出版社,2003:45-56. 指导教师意见及建议:指导教师签名: 年 月 日注:1、课题来源分为:国家重点、省部级重点、学校科研、校外协作、实验室建设和自选项目;课题类型分为:工程设计、专题研究、文献综述、综合实验。 2、此表由学生填写,交指导教师签署意见后方可开题。
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