變頻器在節(jié)能領域的應用畢業(yè)設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 術使得不僅轉矩極限可調，甚至轉矩的控制精度都能達到3％～5％左右。在工頻狀態(tài)下，電機只能通過檢測電流值或熱保護來進行控制，而無法像在變頻控制一樣設置精確的轉矩值來動作。（5）受控的停止方式如同可控的加速一樣，在變頻調速中，停止方式可以受控，并且有不同的停止方式可以選擇(減速停車、自由停車、減速停車＋直流制動)，同樣它能減少對機械部件和電機的沖擊，從而使整個系統更加可靠，壽命也會相應增加。（6）可逆運行控制在變頻器控制中，要實現可逆運行控制無須額外的可逆控制裝置，只需要改變輸出電壓的相序即可，這樣就能降低維護成本和節(jié)省安裝空間。（7）減少機械傳動部件 由于目前矢量控制變頻器加上同步電機就能實現高效的轉矩輸出, 從而節(jié)省齒輪箱等機械傳動部件, 最終構成直接變頻傳動系統。從而就能降低成本和空間, 提高穩(wěn)定性。當然，使用變頻器進行工藝控制，其優(yōu)點還有很多，根據不同的工藝控制選擇不同的變頻器運行方式，所產生的效果也不一樣。第3章 變頻器簡介 變頻器基礎（1） VVVF是 Variable Voltage and Variable Frequency 的縮寫，意為改變電壓和改變頻率，也就是人們所說的變壓變頻。（2） CVCF是 Constant Voltage and Constant Frequency 的縮寫，意為恒電壓、恒頻率，也就是人們所說的恒壓恒頻。我們使用的電源分為交流電源和直流電源，一般的直流電源大多是由交流電源通過變壓器變壓，整流濾波后得到的。交流電源在人們使用電源中占總使用電源的95％左右。無論是用于家庭還是用于工廠，單相交流電源和三相交流電源，其電壓和頻率均按各國的規(guī)定有一定的標準，如我國大陸規(guī)定，直接用戶單相交流電為220V， 三相交流電線電壓為380V，頻率為50Hz，其它國家的電源電壓和頻率可能于我國的電壓和頻率不同，如有單相100V/60Hz，三相 200V/60Hz等等，標準的電壓和頻率的交流供電電源叫工頻交流電。通常，把電壓和頻率固定不變的工頻交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。為了產生可變的電壓和頻率，該設備首先要把電源的交流電變換為直流電（DC），這個過程叫整流。把直流電（DC）變換為交流電（AC）的裝置，其科學術語為“inverter”(逆變器)。一般逆變器是把直流電源逆變?yōu)橐欢ǖ墓潭l率和一定電壓的逆變電源。對于逆變?yōu)轭l率可調、電壓可調的逆變器我們稱為變頻器。變頻器輸出的波形是模擬正弦波，主要是用在三相異步電動機調速用，又叫變頻調速器。對于主要用在儀器儀表的檢測設備中的波形要求較高的可變頻率逆變器，要對波形進行整理，可以輸出標準的正弦波，叫變頻電源。一般變頻電源是變頻器價格的15—20倍。由于變頻器設備中產生變化的電壓或頻率的主要裝置叫“inverter”，故該產品本身就被命名為“inverter”，即：變頻器。變頻器也可用于家電產品。使用變頻器的家電產品中，不僅有電機（例如空調等），還有熒光燈等產品。用于電機控制的變頻器，既可以改變電壓，又可以改變頻率。但用于熒光燈的變頻器主要用于調節(jié)電源供電的頻率。汽車上使用的由電池（直流電）產生交流電的設備也以“inverter”的名稱進行出售。 變頻器基本原理簡單地講，變頻器是利用交流電動機的轉速與所供交流電的頻率成正比的原理，改變電動機的供電頻率從而達到改變電動機轉速的目的。變頻器通常采用交—直—交的方式，即先由交流電整流成直流，通過計算機芯片的運算，控制電力逆變元件，如GTR（大功率晶體管）、IGBT（絕緣柵雙極型功率管）等，將直流電源逆變成新的頻率與電壓的交流電源，從而達到控制電動機轉速的目的。 變頻器的分類 按照不同的分類標準，變頻器可以分為若干類別。按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型和電流型變頻器；按照開關方式分類，可以分為PAM、PWM控制變頻器；按照工作原理分類，主要分為V/F控制變頻器、轉差控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，主要分為通用變頻器、專用變頻器等。 另外，按照變頻器所控制電動機的電壓等級，變頻器可以分為低壓(110V，220V，380V等)、中壓(660V/690V，1140V，2300V)和高壓(3KV，6KV，10KV等)變頻器，高壓變頻器通常采用IGBT多級串聯的技術，而中壓變頻器和低壓變頻器不需要，由于這一技術方面明顯的分界線，使得業(yè)內人士通常把中低壓變頻器歸為一個大類，和高壓變頻器分開。 變頻器控制方式 控制技術的發(fā)展完全得益于微處理機技術的發(fā)展。自從1991年INTEL公司推出8X196MC系列以來，專門用于電動機控制的芯片在品種、速度、功能、性價比等方面都有很大的發(fā)展。如日本三菱電機開發(fā)用于電動機控制的M3770M7906單片機和美國德州儀器的TMS320C240DSP等都是頗具代表性的產品。變頻器的控制方式可以分為非智能和智能控制。其中，非智能控制方式包括V/F控制、轉差頻率控制、矢量控制、直接轉矩控制等；智能控制方式包括模糊控制、人工智能控制、專家系統等，目前還處在理論探索階段，市場上尚沒有相關產品。本節(jié)主要簡要介紹目前市場上主流應用的幾種控制方式。 （1）V/F控制方式 早期變頻器一般采用V/F控制方式，如東芝TOSVERT－130系列、FUJIFVRG5／P5系列，SANKENSVF系列等系列變頻器，大多數為開環(huán)恒壓頻比（V／F=常數）的控制方式。它是基于在改變電源頻率進行調速的同時，又要保證電機的磁通量不變的思想提出的。其優(yōu)點是控制結構簡單，尤其適合應用在風機、水泵上，缺點是低速時因電機定子電阻和逆變器死區(qū)效應的存在而調速性能下降、轉矩響應慢，比較適合應用于對低頻調速性能要求不高的場合。（2）轉差頻率控制 它是一種直接控制轉矩的控制方式，是在V/F控制的基礎上，根據已知的異步電機的轉速對應的電源頻率以及希望得到的轉矩來調節(jié)變頻器的輸出頻率，以控制電機的輸出轉矩。利用轉差頻率控制方式，需要在控制系統中安裝速度傳感器，有時還加有電流反饋，對頻率和電流進行控制，是一種閉環(huán)控制方式，使變頻器具有良好的穩(wěn)定性，并對急速的加減速和負載變動有良好的響應特性。 （3）矢量控制 電流矢量控制方法，也稱轉子磁場定向控制，該方法于70年代提出。矢量控制方法實現了電機轉矩和磁場的獨立控制，使交流電動機的控制性能可以和直流電動機相媲美，開創(chuàng)了交流調速和直流調速相競爭的時代，典型產品如德國西門子的6SE70通用型系列。矢量控制方法發(fā)展至今，以其優(yōu)越的控制性能，在變頻器行業(yè)得到了最為廣泛的應用，國外的高性能變頻器普遍采用矢量控制方法。 （4）直接轉矩控制 1985年德國魯爾大學Depenbrock教授首先提出直接轉矩控制理論（DirectTorqueControl簡稱DTC）。該方法可以實現很快的轉矩響應速度，其控制性能可以和矢量控制相媲美。1995年ABB公司首先推出的ACS600直接轉矩控制系列是該控制方法的典型產品，但目前直接轉矩控制技術在變頻器行業(yè)未得到普遍使用，迄今為止仍只有ABB一家推出。第4章 常用變頻器介紹及應用領域 常用變頻器簡述交流變頻器在我國經過了十幾年的發(fā)展，在產品種類、性能和應用范圍等方面都有了很大的提高。目前，國內市場上流行的通用變頻器品牌多大十幾種，(如歐美國家的品牌有西門子、ABB、Vacon（瓦控）、DANFOSS(丹佛斯)、Lenze（倫茨）、KEB(科比)、.（統一）、歐陸、Moeller(金鐘默勒)、Schneider(施耐德)、SIEI（西威）等，日本的品牌有富士、三菱、安川、三墾、日立、松下、東芝、明電、春日、東洋等；韓國LG、三星、現代；港澳臺地區(qū)的品牌有普傳、臺達、臺安、東元、正頻、寧茂、九德松益、愛德利等；國產的品牌有康沃、安邦信、惠豐、森蘭、阿爾法、時代、格立特、海利、佳靈、富凌、英威騰等。歐美國家的產品以性能先進、適應環(huán)境性強而著稱；日本產的產品以外形小巧、功能多而出名；港澳臺地區(qū)的產品以符合國情、功能簡單實用而流行；而國產的產品則以大眾化、功能簡單、功能專用、價格低廉的優(yōu)勢廣泛應用。目前。在工業(yè)中使用的變頻器可以分為通用變頻器和專用變頻器兩大類，衡量通用變頻器性能的主要指標有控制方式、啟動轉矩、轉矩控制精度、速度控制精度、控制信號種類、速度控制方式、多段速度設定、載波頻率、頻率跳躍功能、通信接口等。新型的通用變頻器基本都具備這些功能，其功能、操作、維護及應用方面均基本相似，差別僅在于不同品牌的通用變頻器有其特定的定義及獨特之處，但用戶不一定全用到這些性能指標。而是根據需要選擇能滿足需要的功能及指標，并以此作為衡量選擇通用變頻器的標準。隨著通用變頻器的功能增多，通用變頻器的應用范圍日益廣泛，使用者可以通過通用變頻器的數字操作面板進行操作，也可以用遠程操作板進行操作，還可以通過可選件的操作面板進行擴展功能的設定和調整；另外，可以使智能端子進行數字或模擬設定，用可編程控制器或通過個人計算機進行控制，還可以通過現場總線進行控制等。新型的通用變頻器一般具備有標準通信接口，用戶可以利用通信接口通過上位機監(jiān)視、控制現場的通用變頻器。通用變頻器的性能雖然日臻完善，但從產品和實際應用上看，中小容量通用變頻器的主流仍以U/f控制方式為主，目前市場上銷售的通用變頻器大都將其列為通用型機型。矢量控制方式通用變頻器以進入實用化應用階段并普及應用，早期的矢量控制方式變頻器需要與專用電動機配套使用，這是由于其性能依賴于電動機參數的準確性，新型無速度傳感器矢量控制方式通用變頻器具有參數自適應功能，能自動辨識電動機參數，并進行跟蹤控制，因此，可保證系統工作在最佳狀態(tài)。無速度傳感器矢量控制方式通用變頻器的技術關鍵是通過檢測的電壓和電流修正電動機模型、估算電動機的速度，并作為矢量控制所需的速度，并作為矢量控制所需的速度信息，間接地對磁通進行控制。因此應用時需要正確的將電動機的銘牌數據輸入到通用變頻器中，以便通用變頻器能夠正確辨識和計算所需參數。為了改善矢量控制方式通用變頻器的速度控制特性，廣泛采用了32位數字信號處理器，將采樣時間縮短到100um以下，針對轉子電阻的影響，采用了新的控制策略和參數自動識別，即具有參數自整定功能。無速度傳感器矢量控制方式通用變頻