电机变频控制系统设计【开题报告】

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1、毕业设计开题报告电气工程及其自动化电机变频控制系统设计一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义：自从发明了电，且电动机实用化之后，由于能源干净，使用方便，电动机给产业机械带来了革命，得以迅速发展与普及，并与控制理论结合起来，成为可变驱动的代表。在我国60%的发电量是通过电动机消耗掉的，因此调速传动是一个重要行业，一直得到重视，加上近年来交流调速中最活跃、发展最快的就是变频调速技术，长期以来，交流电的频率一直是固定的，变频调速技术的出现使频率变为可以充分利用的资源。1958年美国GE公司开发成功的晶闸管，使电力电子技术行业开始

2、发展，也带动了与其密切关系的变频器的发展，而当快速晶闸管的出现，促进了变频器的实用化，为感应电动机的可变驱动打开了新门路。GTO、IGBT、功率MOSFET等高速器件的也逐渐开始了实用化，特别是IGBT适于高速开关，扮演了PWM控制变频器的主角。随着功率器件的发展,国外的变频调速技术也高速发展，近年来高电压、大电流的SCR、GTO、IGBT、IGCT等器件的生产以及并联、串联技术的发展应用,使高电压、大功率变频器产品的生产及应用成为现实；控制理论和微电子技术的发展、矢量控制、磁通控制、转矩控制、模糊控制等新的控制理论为高性能的变频器提

3、供了理论基础。基础工业和各种制造业的高速发达,变频器相关配套件社会化、专业化生产。在大功率交-交变频调速技术方面，法国阿尔斯通已能提供单机容量达30000kW的电气传动设备用于船舶推进系统。在大功率无换向器电动机变频调速技术方面，意大利ABB公司提供了单机容量为60000kW的设备用于抽水蓄能电站。在中功率变频调速技术方面，德国西门子公司SimovertA电流型晶闸管变频调速设备单机容量为10～2600kVA和SimovertPGTOPWM变频调速设备单机容量为100～900kVA，其控制系统已经实现数字化，用于电力机车、风机、水泵传

4、动,在小功率交流变频调速技术方面，日本富士BJT变频器最大单机容量可达700kVA，IGBT变频器已经形成系列产品其控制系统也已经实现全数字化。国内变频器的发展大致是这样的，70年代初国内出现了以晶闸管为器件组成的变流器，80年代出现了循环交流器供电的变频调速传动以及电压或电流型6脉冲逆变器供电的变频调速传动，90年代新型电力电子器件的出现，PWM技术的交流调速技术的研制成功，出现了BJT（IGBT）PWM逆变器供电的交流变频调速传动。国内变频调速技术水平较国际先进水平有不小的差距，国内在大功率交交、无换向器电动机等变频技术方面，只有

5、少数科研单位有能力制造，在数字化及系统可靠性方面与国外还有相当差距，而这方面产品在诸如抽水蓄能电站机组起动及运行、大容量风机、压缩机和轧机传动、矿井卷扬机方面有很大需求，在中小功率变频技术方面，国内学者作了大量的变频理论的基础研究，早在80年代，已成功引入矢量控制的理论，针对交流电机具有多变量、强耦合、非线性的特点，采用了线性解耦和非线性解耦的方法，探讨交流电机变频调速的控制策略，从事基于DSP的非线性解耦交流变频调速控制系统的研究，取得了一定的成果。当然先进的控制技术的发展和实现是需要相应的硬件做基础的，即控制技术的发展完全得益于微

6、处理机技术的发展自1991年INTEL公司推出8X196MC系列以来专门用于电动机控制的芯片在品种速度功能性价比等方面都有很大的发展，如美国德州仪器的MS320C240DSP及TMS320LF24407等都是颇具代表性的产品。在现代自动化控制领域中，以现代控制论为基础,融入模糊控制、专家控制、神经网络控制等新的控制理论，为高性能变频调速提供了理论基础，16位、32位高速微处理器以及信号处理器(DSP)和专用集成电路(ASIC)技术的快速发展，则为实现变频调速的高精度、多功能提供了硬件手段。纵观我国变频调速技术的应用，总的说来走的是一个

7、由试验到实用，由零星到大范围，由辅助系统到生产装置，由单纯考虑节能到全面改善工艺水平，由手动控制到自动控制，由低压中小容量到高压大容量。我国变频调速技术的应用已取得显著成绩，主要表现在下面二个方面：(1)变频调速技术的应用范围已发展到新阶段，以石油、石化、冶金、机械等行业为例，都经过了单系统试用、大量使用和整套装置系统使用3个发展阶段。(2)变频调速技术已成为节约能源及提高产品质量的有效措施。2004年很多用户实践的结果证明节电率一般在10%～30%，有的高达40%，更重要的是生产中一些技术难点也得到解决。例如包钢1150轧机采用变频

8、装置后，年平均事故时间达到工作时间的0.1%以下，大幅度提高了产品质量和产量，且年节约电费约50万元。变频器代表着电力电子技术，如果将电动机的功率技术、半导体器件的电力电子技术通过控制技术融合在一起，可以应对市场的各种需