毕业论文 --高炉卷扬机变频调速系统的设计.doc

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第1章绪论1.1变频调速发展概述

本世纪70年代以后,电气传动各相关领域学科相继取得了巨大的突破,交流调速的控制方式发展因之突飞猛进,采用交流调速的场合正愈来愈多。

最初的变频调速是采用恒压频比控制方式,它根据异步电机简化等效电路确定的电压V和频率F的比值进行变频调速,电压是指基波的有效值.后来增加了电流环,称它为转差频率控制,改善了性能并且己经实用化。但是系统只是从稳态公式推导出的平均值控制,完全不考虑过渡过程,因此系统的稳定性、启动及低速时的转矩动态响应存在难以克服的不足。为了提高低频时电动机产生的转矩不足,通常采用提升电压以及随负载变化补偿定子绕组电压降的办法,用以增加变频调速

的调速范围。

1.2变频调速基本原理

变频调速是改变电动机定子电源的频率,从而改变其同步转速的调速方法。变频可以调速这个概念,可以说是交流电动机“与生俱来”的。同步电动机不消说,即使是异步电动机,

其转速也是取决于同步转速(即旋转磁场的转速)的:

n=no(1-s)(1-1)

式中:n电动机的转速,m/min

N?电动机的同步转速,r/min

s电动机的转差率s=(n?-n/)=△n/n?

(1-2)而同步转速则主要取决于频率

(1-2)

no=60f/p

式中:f——输入频率,

p电动机的磁极对数

由式(1-1)与式(1-2)可知变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系:

n=60f(1-s)/p(1-3)由上式可知,在电动机磁极对数不变的情况下,通过改

变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。

其中s为异步电机的转差率,s=(n?-n)/n?

由上面的公式可以看出,改变电源的供电频率可以改变电机的转速。在对异步电机调速时,希望电机的主磁通保持额定值不变。任何电动机的电磁转矩都是磁通和电流相互作用的结果,主磁通小了,铁心利用不充分,同样的转子电流下,电磁转矩小,电动机的负载能力下降;主磁通大了,会使电动机的磁路饱和,并导致励磁电流畸变,励磁电流过大,严重时会使绕组过热损坏电机。主磁通是由励磁电流产生的,两者之间的

关系是由磁化特性决定的。

由电机理论知道,三相异步电机定子每相电动势的有效值为E?=4.44fm?φ。.其中E1为气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值(V),f?为定子频率(Hz),n?为定子每相绕组匝

数,φ。为极磁通里(Wb)。由上式可见主磁通中.是由E1和f。

共同决定的,如果保持E1和fj之比不变,就可以保持主磁通不

变。

1.3SPWM逆变技术

SPWM间接变压变频装置先将工频交流电通过整流器变成

直流电,再经过逆变器将直流电变换成可控频率和幅值的交流电,故又称为交一直一交变压变频装置。其系统原理框图如图2-3所示在这类装置中,用不控器件整流,而逆变部分用SPWM变频器调压调频一次完成,整流器无需控制,简化了电路结构;而且由于以全波整流代替了相控整流,所以提高了输入端的功率因数,减小了谐波对电网的影响。此外,因输出波形由方波改进为SPWM波,减少了谐波,从而解决了电动机在低频区的

转矩脉动问题,也降低了电动机的谐波损耗和噪声。

AC

AC

AC

全控整

50KHZ

CVCF

VVVF

调压调频

SPWM逆变

DC

图1-1SPWM间接变压变频装置

SPWM逆变器输出谐波减少的程度取决于逆变器件的开关频率,而开关频率则受器件开关时间的限制。采用MOSFET时,

开关频率可高达10kHz以上,其输出电流已非常逼近正弦波。

所以,这种装置己成为当前最有发展前途的一种装置形式。

1.4变频调速技术的意义

在电力拖动领域,解决好电动机的无级调速问匆具有十分重要的意义。例如:

(1)可以大大提高工农业生产设备的加工精度、工艺永平以及工作效率等,从而提高产品的质量和数量;

(2)采用变频调速后,系统可靠性提高了,维护减小了,从而减轻了工人的劳动强度,提高了经济效益;

(3)对干风机和泵类负载,如果用变频调速后,节电率很高。

第2章设计方案的确定

2.1高炉卷扬机的工作流程

2.1.1高炉卷扬机的结构特点

料车式上料机料车式上料机结构紧凑,占地面积小,对于中小高炉,有足够的上料能力,能实现自动控制,并且运转可靠。料车上料机运动示意图见图所示。

料车式上料机的结构特点主要有两点:

(1)工作过

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