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论文技巧大全-交流电机调速系统设计

2021-05-25 14:08:12

  随着经济的发展与自动控制技术的发展,以及社会的需要,使得交流电机调速系统在工业领域上面得到了十分广泛的应用。本文基于实际的工业生产需求,设计了一套交流电机调速系统。由于PLC可编程控制系统的功能强大,便于操作,可靠性强,可设计多种程序来适应各种工况等优点。因此常被用于设备的控制及数据的采集等领域。本次设计也采用PLC可编程控制系统控制工业实际变频器以便于达到控制交流电动机的启停,调速功能。在此基础上配合触摸屏设备,使得此调速系统的操作更加智能,更加直观、不易出现误触和误操作。即可以使得整个交流电机调速系统更为直观,更为智能化与自动化。因此,本文设计了一套包括:触摸屏、PLC、变频器、三相交流异步电动机的交流电机调速系统。

  世界上最早制成电动机的人是德国的雅克比。雅克比在研究制造电动机时,最早是在两个U型的电磁铁之中,放置了一个含有六个臂的轮子。并且这六个臂的任意一个臂都有条形磁铁。这样通电后两种磁铁之间就产生了相互作用力,因为这个原理就使得这个轮子转动了起来。[1]直到第一台可以称为实用的直流发动机问世,电动机才被广泛的应用。1870年比利时的工程师格拉姆发明了直流发电机,格拉姆在电动机的设计上发现了在直流电机当中,直流电动机与直流发电机的结构和原理都十分的相似。于是他向人们证明了,当你给直流发电机通上一定的电源的时候,直流发电机的转子也转动了起来。1888年交流电动机被美国的发明家特斯拉发明。交流电动机是特斯拉根据电磁感应原理制成,因此大家又把它称之为感应电动机,感应电动机的优点十分的明显,因为其使用的是交流电,所以不需整流操作,没有火花。并且交流电动机的结构较之前也简单得多。1902年同步电动机的构想被瑞典的丹尼尔森首先提出。同步电动机的转速固定不变,依赖定子来产生旋转磁场。在20世纪,电机的生产制造以及相应的电机技术发展都成为了一个衡量国家现代化的标志。随着这些年相应的有关技术,例如:计算机技术,电力电子技术,自动控制技术的发展与进步。电机的使用场所也逐步扩大,不再像当初一样,仅仅局限于工业。现在在家庭,商业,农业上都被应用的更加广泛。

  1.2交流调速的背景

  在交流调速的系统中,交流电动机含有以下几种调速的方法:变频调速,变转差率调速以及变极调速。在这三种调速方式中变频调速的方式毫无疑问是具有绝对性的优势,而且随着变频调速系统的调速性能增加、可靠性的增加以及价格的降低,变频调速的优势会更加明显。通过变频器向交流异步电机供电来达到电机调速的方式,并可以根据实际工况需要构成开环与闭环系统的方式即被称为变频调速。所以在20世纪中交流调速系统中最为重要的部件就是变频器。

  交流电机变频调速方法有以下四个优点:

  (1)交流变频调速的调速平滑性较好,效率高,可靠性高、相对的稳定性好。

  (2)交流变频调速调速范围大。

  (3)变频器的体积较小,便于安装、维修、调试。

  (4)交流变频调速易于实现自动化控制。

  近些年以来交流调速中发展最快的技术就是交流变频调速技术。这是一种最有展前途的交流调速方式,也是交流调速的基础。[2]交流变频调速是一种最为古老的的交流电动机调速方法,交流电动机使用变频调速技术不仅可以实现电动机的无极调速也保证了调速系统的可靠性和稳定性。并且可以根据不同的工况环境需求,通过调节电压和频率的关系来给电动机调速。而且其可以很好地保证电动机调速时的动态性能,因此优点被广泛使用。

  1.3交流调速技术的国内现状

  纵观整体,在我国交流调速技术仍与国际上的交流调速技术水平方面,我国仍然差着一定的距离。在大功率的交-交、无换向器电机的变频调速技术上面也有着很大的差距。这些差距的原因就是在我国,只有少数的科研单位才有能力去进行相应技术的研究与相应设备的制造。其余单位是有心无力。但是又有很多的场景对于这些方面的产品,而我国国内生产的几乎都是普通的V/f控制,只有很少的一部分产品会采用适量矢量控制的方法,但是这极少的产品的相应生产制造技术不足,其品质尚不能满足我国市场的需要,因此我国相关的部门及单位仍然需要在国际上进口相应的设备来满足我国需求。

  我国的交流变频调速技术的产业情况如下:

  (1)我国变频控制技术,以及变频器的制造技术都较国际水平有一定距离。我国虽然也投入了一定的资源,但是由于各个企业的力量不够几种,所以我国尚还不能形成一定的制造规模。

  (2)我国在变频器制造中所需要的半导体器件也并没有达到一定的制造规模,也需要从国外进口。

  (3)产销量少,可靠性及工艺水平不高。

  (4)有因为上述原因,使得大多数人选择从国外进口相应设备。更使得相应生产厂家没有足够资金去提升技术与生产的规模。

  交流调速技术仍是各个国家发展的重点,对此技术仍需要进行更多的研究与发展。交流调速技术的发展方兴未艾,非线性解耦控制、人工神经网络自适应控制和模糊控制等各种新的控制策略的不断涌现,展现出更为广阔的前景,必将进一步推动交流调速技术的蓬勃发展。[3]

  1.3本文设计的主要内容

  本文主要是根据实际的变频器、触摸屏等设备,设计出一套由触摸屏、PLC、变频器和交流电动机四个模块组成的交流电机调速系统。要求完成的任务主要有:

  (1)掌握变频器工作原理并调试;

  (2)MCGS触摸屏调试;

  (3)西门子PLC编程控制;

  (4)交流电机变频调速系统调试;

  第二章交流电机调速系统基本原理及结构图

  2.1三相交流异步电动机结构及原理

  三相交流异步电机是一种可以把电能转化为机械能的设备。电动机主要由三部分所构成:定子、转子和气隙。

  (1)定子:定子由定子三相绕组、定子铁心和机座组成。

  (2)转子:异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组及转轴组成。

  (3)气隙:为保证转子能够转动,定子与转子间必须留有一定的距离。定子与转子之间的间隙被称为气隙。

  三相交流异步电机的工作原理:当定子的对称三相绕组连接到三相电源上时,对称三相绕组内将通入对称的三相交流电流,这样就会随之在空间内产生旋转磁场,旋转磁场会沿定子内部的圆周方向旋转,当磁场旋转时,转子绕组的导体切割磁通将产生感应电动势E。由于电动势E的存在,转子绕组中将产生转子电流I。根据安培电磁力定律,转子电流与旋转磁场相互作用将产生电磁力F,该力在转子的轴上形成电磁转矩,且转矩的作用方向与旋转磁场的旋转方向相同,转子受此转矩作用,便按旋转磁场的旋转方向旋转起来[4]。