三相交流异步电动机变频调速的实现及应用

课程设计报告课题名称三相交流异步电动机变频调速的实现及应用姓名学号系专业年级电气自动化指导教师职称年月日1目录摘要第一章绪论1.1背景1.2课程目的1.3课程意义1.4课程主要工作第二章相关技术与理论2.1.电动机的基本结构2.1.1定子部分2.1.2转子部分2.1.3电动机的其他附件2.2电动机分类2.3三相异步电动机的工作原理2.4变频器的结构2.5变频器的工作原理第三章变频器差率调速3.1三相异步电动机的调速方法3.3.1绕线式电动机转子串电阻调速方法3.3.2液力耦合器调速方法3.3.3变极对数调速方法3.3.4串级调速方法3.3.5电磁转差离合器调速方法3.2用什么控制系统3.3工作过程3.4注意事项第四章结束语谢辞参考文献2摘要随着工业的不断发展，三相异步电动机的需求会越来越大，三相异步电动机的应用越来越广泛，三相异步电动机的操作系统是一个非常庞大而复杂的系统，它不仅为现代化工业、家庭生活和办公自动化等一系列应用提供基本操作平台，而且能提供多种应用服务，使人们的生活质量有了大幅度的提高，摆脱了人力劳作的模式。而三相异步电动机主要应用于工业生产的自动化操作中是三相异步电动机的主要应用之一，因此本课程设计课题将主要以在工业中三相交流异步电动机调频变速方法的应用过程可能用到的各种技术及实施方案为设计方向，为工业生产提供理论依据和实践指导。关键词：三相交流异步电动机变频器ABSTRACTWithourindustrialdevelopment,withathreewireasynchronousmotorrequirementswill,withathreewireasynchronousmotorisfindingwiderandwiderapplication,withathreewireasynchronousmotoroftheoperatingsystemisaverylargeandcomplexsystems,itonlyformodernindustry,thefamilylifeandofficeautomationandanumberofapplicationstoprovidebasicoperatingplatform,andcanprovidemultipleapplications,thepeople'squalityoflifehavealargemargin,Fromhumanlabormodelsofmotors.andwithathreewireasynchronousmainlyappliedtoindustrialproductionofautomationiswithathreewireasynchronousoperationofthemotorofthemainapplicationandthiscurriculumdesignissueswillbemainlyinindustrywithathreewireexchangetostartasyncmotoroftheapplicationmaybemadetovarioustechnicalandimplementationofsolutionsforthedesigndirectionandofferatheoreticalbasisforindustrialproductionandpracticeofinstruction.keywordthree-phaseacasynchronousmotorfrequencyconverters3第一章绪论1.1背景电动机是把电能转换成机械能的设备。在机械、冶金、石油、煤炭、化学、航空、交通、农业以及其他各种工业中，电动机被广泛地应用着。随着工业自动化程度不断提高，需要采用各种各样的控制电机作为自动化系统的元件，人造卫星的自动控制系统中，电机也是不可缺少的。此外在国防、文教、医疗及日常生活中(现代化的家电工业中)电动机也愈来愈广泛地应用起来与单相电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。1.2课程目的笼式三相异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。正由于此，通过此课程设计，实现三相异步电动机的变频调速控制与应用。1.3课程意义这次课程设计可以使我们在学校学的理论知识用到实践中，使我们在学习中起到主导地位，是我们在实践中掌握相关知识，能够培养我们的职业技能，课程设计是以任务引领，以工作过程为导向，以活动为载体，给我们提供了一个真实的过程，通过设计和运行，反复调试、训练、便于我们掌握规范系统的电机方面的知识，同时也提高了我们的动手能力。1.4课程内容在这次课程设计中，我们的主要工作在于1.电机的结构与工作原理2.变频器的结构与原理3.变频器的调速方法及工作过程4.使用电动机中的注意事项及故障处理1第二章相关技术与理论2.1电动机的基本结构（如图）2.1.1定子部分1、定子铁心作用：电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。定子铁心槽型有以下几种：半闭口型槽：电动机的效率和功率因数较高，但绕组嵌线和绝缘都较困难。一般用于小型低压电机中。半开口型槽：可嵌放成型绕组，一般用于大型、中型低压电机。所谓成型绕组即绕组可事先经过绝缘处理后再放入槽内。开口型槽：用以嵌放成型绕组，绝缘方法方便，主要用在高压电机中。2、定子绕组作用：是电动机的电路部分，通入三相交流电，产生旋转磁场。构造：由三个在空间互隔120°电角度、队称排列的结构完全相同绕组连接而成，这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。定子绕组的主要绝缘项目有以下三种：（保证绕组的各导电部分与铁心间的可靠绝缘以及绕组本身间的可靠绝缘）。（1）对地绝缘：定子绕组整体与定子铁心间的绝缘。（2）相间绝缘：各相定子绕组间的绝缘。（3）匝间绝缘：每相定子绕组各线匝间的绝缘。3、机座作用：固定定子铁心与前后端盖以支撑转子，并起防护、散热等作用。构造：机座通常为铸铁件，大型异步电动机机座一般用钢板焊成，微型电动机的机座采用铸铝件。封闭式电机的机座外面有散热筋以增加散热面积，防护式电机的机座两端端盖开有通风孔，使电动机内外的空气可直接对流，以利于散热。22.1.2转子部分1、三相异步电动机的转子铁心：作用：作为电机磁路的一部分以及在铁心槽内放置转子绕组。构造：所用材料与定子一样，由0.5毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成，硅钢片外圆冲有均匀分布的孔，用来安置转子绕组。通常用定子铁心冲落后的硅钢片内圆来冲制转子铁心。一般小型异步电动机的转子铁心直接压装在转轴上，大、中型异步电动机（转子直径在300~400毫米以上）的转子铁心则借助与转子支架压在转轴上。2、三相异步电动机的转子绕组作用：切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流，并形成电磁转矩而电动机旋转。构造：分为鼠笼式转子和绕线式转子。（1）鼠笼式转子：转子绕组由插入转子槽中的多根导条和两个环行的环组成。若去掉转子铁心，整个绕组的外形像一个鼠笼，故称笼型绕组。小型笼型电动机采用铸铝转子绕组，对于100KW以上的电动机采用铜条和铜端环焊接而成。（2）绕线式转子：绕线转子绕组与定子绕组相似，也是一个对称的三相绕组，一般接成星形，三个出线头接到转轴的三个集流环上，再通过电刷与外电路联接。2.1.3电动机其他附件其他部分包括端盖、风扇等。端盖除了起防护作用外，在端盖上还装有轴承，用以支撑转子轴。风扇则用来通风冷却电动机。三相异步电动机的定子与转子之间的空气隙，一般仅为0.2mm～1.5mm。气隙太大，电动机运行时的功率因数降低；气隙太小，使装配困难，运行不可靠，高次谐波磁场增强，从而使附加损耗增加以及使启动性能变差2.2电动机的分类三相异步电动一般为系列产品，其系列、品种、规格繁多，因而分类也较繁多。1按电动机尺寸大小分类大型电动机：定子铁心外径D＞1000mm或机座中心高H＞630mm。中型电动机：D=500~1000mm或H=355~630mm。大型电动机：D=120~500mm或H=80~315mm。2按电动机外壳防护结构分类3按电动机冷方式分类3电动机按冷却方式可分为自冷式、自扇冷式、他扇冷式等。可参见国家标准GB/T1993-93《旋转电机冷却方式》。4按电动机的安装形式分类IMB3：卧式，机座带底脚，端盖上无凸缘。IMB5：卧式，机座不带底脚，端盖上有凸缘。IMB35：卧式，机座带底脚，端盖上有凸缘。5按电动机运行工作制分类S1；连续工作制S2：短时工作制S3~S8：周期性工作制6按转子结构形式分类三相笼型异步电动机三相绕线型异步电动机2.3电动机的工作原理电动机的工作原理是建立在电磁感应定律、全电流定律、电路定律和电磁力定律等基础上的。当磁极沿顺时针方向旋转，磁极的磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动势。电动势的方向由右手定则来确定。因为运动是相对的，假如磁极不动，转子导条沿逆时针方向旋转，则导条中同样也能感应出电动势来。在电动势的作用下，闭合的导条中就产生电流。该电流与旋转磁极的磁场相互作用，而使转子导条受到电磁力F，电磁力的方向可用左手定则确定。由电磁力进而产生电磁转矩，转子就转动起来。42.4变频器结构原理图2.5变频器结构与工作原理介绍变频器主要由模块，CPU控制板，电源驱动板组成，见上图．L1为进线电抗器，一般需外接，L2为直流电抗器，大部份变频器需要外接，象施耐德，丹佛斯变频器都内置了直流电抗器。PM1为整流模块，PM2为逆变模块，一般小功率变频器是将整流和逆变整合在一起，大功率变频器整流和逆变都是分开的，功率越大电流越大，因为单一的整流和逆变的电流有限，所以整流和逆变可以并联使用。PM3是制动晶体，15KW以下的变频器都内置制动晶体，外接一个制动电阻就能做能耗制动。5C1，C2是滤波电容，变频器功率越大，电容的容量就越大，滤波电容的耐压一般是450V，因为380V级的变频器整流滤流后的电压是600V，所以可以将两个耐压为450V的滤波电容串联使用，总的耐压就可以达到900V。R1是启动电阻，它的作用是在上电的时候限制滤波电容的充电电流，当电容充电完成后接触器K1动作，R1被旁路。R2和R3的作用有两个：一是作放电电阻，关机后将电容上的电尽放放掉，另一个是均压，保持滤波电容上的电压相等。CT是霍尔电流互感器，比如台安变频器的互感器型号是HY-15P，它的含义是通过互感器初级电流为0-15A时互感器的输出电压是0-4V。互感器也有输出电流型的。大部份变频器都是用的霍尔电流互感器，象西门子，华为等变频器用的是另一种检测方法，在输出U，V，W分别串联一个小电阻，通过检测电阻上的压降来检测电流。SA1-SA3是进线压敏电阻，可以抑制瞬态过电压，起到保护变频器的作用。T1是380V/220V电源变压器，小功率变频器的风扇都是12V或24V供电的，电源取自开关电源部份，大功率变频器的风扇是220V的，所以加了个变压器转换一下。电源驱动板的作用：一是提供变频器所有的供电电源，二是将控制板的IGBT驱动信号进行隔离放大。控制板相当于变频器的大脑，通过操作面板做人机对话，实现各种控制功能。6第二章变频器的差率调速3.1三相异步电动机的异步调速方法交流电动机比起直流电动机来,省去了换向器,使得结构更简单、结实、紧凑,它具有维修工作量小、运行效率高、转动惯量小、动态响应快的特点。过去由于对它缺少相应的控制手段,实现速度的调节比较困难,所以在20世纪的大部分年代里,交流电动机主要在不调速的场合应用。近年来,由于电力电子和微电子技术的飞速发展,新器件和新的控制系统的不断推出,使交流电气传动也具有与直流电气传动同样优良的调速性能,从而使交流调速得到