变频调速电动机的应用及故障研究-正文、文献、致谢.doc

个人收集整理-仅供参考个人收集整理-仅供参考 个人收集整理-仅供参考 PAGE / NUMPAGES 个人收集整理-仅供参考 1 绪论 随着现代化生产技术地提高，如今在大型地生产企业车间内地各种设备传动部件大都离不开电动机，而在许多场合都要求电动机能够调速使用.在工业发达国家中，交流调速技术已在冶金、电力、铁路、运输、油田、化工等各个领域得到普及.变频器是从20世纪中叶发展起来地一种交流调速设备，主要用于交流电机地变频调速，其在电气传动系统中占据地地位日趋重要，已获得巨大地节能效果. 自20世纪50年代诞生世界上第一个晶闸管以来，就以其在功率放大、快速响应、小功耗、高效等方面地优势推动了直流调速控制系统地快速发展，但其造价高、换相环节存在不足.70年代陆续发明了功率晶体管、门极可关断晶闸管、场效应管、绝缘栅晶体管等，成为第二代电力电子器件.与此同时，对于异步电动机地高阶、非线性、强耦合多变量系统数学模型地研究，解决了异步电动机矢量控制地理论，从此交流电机变频调速技术突飞猛进地发展起来，成为了交流调速取代直流调速地里程碑.b5E2R。 随着功率集成电路地出现，它把驱动、保护、检测和功率输出单元集中在一个芯片上，成为第三代电力电子器件，交流变频调速技术上升到新地高度.发达国家在结合现代微处理器控制技术、电力电子技术、电极传动技术地基础上，相继推出了一系列地变频器并不断进行更新换代.这些高精度、多功能、智能化地变频器将调速效率和精度提高到了前所未有地水平.目前，国际上又推出谐振式逆变器，使开关元件在零电压或零电流时导通和关断、将开关损耗减少到最小程度，用较小地电感电容加入到主回路中、可得到大功率输出，共振无尖峰地高压输出，实现无阻尼.p1Ean。 2 变频调速地基本原理 2.1 变频调速工作原理 交流异步电动机地转子转速可用式(1-1)表示： (1-1) 式中：——定子供电电源地频率； ——电动机地极对数； ——电动机地转差率. 由此可见，若均匀地改变定子供电频率，则可以平滑地改变电动机地转速，即电动机地转速与供电频率成正比.由此可知，变频调速技术地关键是如何调制出可变频率地正弦波电源.DXDiT。 变频技术大致可分为交——直——交变频与交——交变频两种. 交——直——交变频器由三部分组成：可控硅整流电路，其作用是将交流电变为直流电；可控硅逆变电路，其作用是将整流输出地直流电变换为频率可调地交流电；在整流和逆变之间地滤波环节对整流后地电压或电流进行滤波.根据滤波方式不同分为电压型变频器和电流型变频器.目前多以电压型变频器为主，它不仅可改变逆变器输出电压，而且具有抑制谐波功能，是一种比较理想地方式.RTCrp。 交——交变频器是由两组反并联地整流电路组成，直接将电网地交流电通过变频电路同时调节电压和频率，变成电压和频率可调地交流电输出.其优点是直接交换、减少换流电路、减少损耗、效率高、波型好，缺点是调速范围小、控制线路复杂、功率因数低，故现场使用较少.5PCzV。 2.2 交——直——交变频器地工作原理 变频器是利用电力半导体器件地通断作用将工频电源变换为另一频率地电能控制装置，分整流和逆变两部分，即将交流电通过整流器变为直流电源，再经过逆变器将其变为电压频率可调地交流电源.jLBHr。 整流地基本工作原理如图1所示： 图1 整流工作原理 图1中整流电路中采用四个二极管接成桥式结构.利用二极管地电流导向作用，在U2正半周内D1、D4导通而D2、D3截止，RL上得到上正下负地输出电压；负半周内正好相反，D1、D4截止而D2、D3导通，RL上地电压依然是上正下负.因此，在交流电源地正、负半周内，整流电路地负载上都有方向不变地脉动直流电压和电流.xHAQX。 将直流转换为交流地装置为逆变器，其工作原理如图2所示： 图2 使用SCR地逆变器原理图 由图2可知，供电电源是一直流电源，晶闸管承受正向电压，当晶闸管KP1、KP4地门极触发导通时，使其触发导通，晶闸管KP2、KP3关断；当KP2、KP3门极触发导通时，KP1、KP4关断.这两组晶闸管不断地轮流切换，从而实现了由直流电源供电，而在负载R上得到频率可控地交流电压即实现了从直流到交流地逆变.LDAYt。 在交流电动机地调速系统中，常常要求电动机不管在高速时运行还是在低速时运行，都要维持电动机地磁通密度为一恒定值.Zzz6Z。 2.3 变频器地选用 由于变频器地过载能力没有电机地能力强，一旦电机发生过载，损坏地首先是变频器.因此变频器地选用应根据使用要求、现场环境及负载大小进行考虑.dvzfv。 首先，电子器件在高于额定温度后每升高10℃寿命下降一半，故选择变频器时要有完善地通风冷却系统. 其次，根据用途选用不同地变频器.一般用途可采用输