Y80M1-2三相异步电动机变频调速装置设计
摘 要
随着电力电子技术、计算机技术以及自动控制技术的迅猛发展，电机变频调速在近20年来得到越来越广泛的应用。
变频调速电机以简单的结构、优良的调速性能、较高的调速比、使用可靠性等优点得到了各行业的认同。本次课题主要基于Y80M1-2三相异步电动机变频调速设计过程来阐述的，在总结异步电机与变频调速的基本原理和结构的基础上，使用PWM脉宽调制技术完成设计，并绘制出三相异步电动机变频调速电气原理图，以达到三相异步电动机变频调速的目的。
关键词：三相异步电动机；变频调速；PWM脉宽调制
第一章 概述
1.1研究背景
随着人类的发展能源需求正极大地影响着全球经济发展，我国同样也面临着经济增长对能源需求的压力。充分有效地利用能源已成为紧迫的问题，就目前而言，电能是全世界消耗最多的能源之一，同时也是浪费最多的能源之一，为解决能源问题必须从电能着手，其中有代表性的就是电机的节能。电机是一种将电能转换成机械能的设备，它的用途广泛，在现代社会生活中随处可见电机的身影，因此可见，电机是能源消耗大户之一，我国电机总装机容量己达4亿千瓦，年耗电量达6000亿千瓦时，占工业耗电量的80%，然而直到目前，我国各类在用电机80%以上还是中小型异步电动机，加之设备的陈旧，管理、控制技术跟不上，所浪费的电能甚多。因此，随着电力电子领域新技术的飞速发展，交流变频调速系统在工业领域得到了广泛应用。三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。变频调速电机以简单的结构、优良的调速性能、较高的调速比、使用可靠性等优点得到了各行业的认同。[1]
1.2三相异步电机概述
三相异步电机(Triple-phase asynchronous motor)是靠同时接入380V三相交流电源（相位差120度）供电的一类电动机，由于三相异步电机的转子与定子旋转磁场以相同的方向、不同的转速成旋转，存在转差率，所以叫三相异步电机。
与单相异步电动机相比，三相异步电机结构简单，制造方便，运行性能好，并可节省各种材料，价格便宜，但功率因子滞后，轻载功率因子低，调速性能稍差。三相异步电机是感应电机，定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场。通电启动后，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，即旋转磁场与转子存在相对转速，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。
1.3变频装置概述
变频装置是异步电动机调速系统中的关键设备。变频装置是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。变频调速是改变电动机定子电源的变频，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频装置，变频装置可分成交流－直流－交流变频装置和交流－交流变频装置两大类，目前国内大都使用交－直－交变频装置。其特点：
1、效率高，调速过程中没有附加损耗；
2、应用范围广，可用于笼型异步电动机；
3、调速范围大，特性硬，精度高；
4、技术复杂，造价高，维护检修困难。
该方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。
变频装置实际上就是一个逆变器。它首先是将交流电变为直流电，然后用电子组件对直流电进行开关变为交流电。一般功率较大的变频装置用可控硅，并设一个可调频率的装置，是频率在一定范围内可调，用来控制电机的转数，使转数在一定范围内可调。变频装置广泛应用与交流电机的调速中，变频装置技术是现代电力传动技术重要发展的方向，随着电力电子技术的发展，交流变频技术从理论到实际逐渐走向成熟。
1.4变频调速技术的发展
变频调速系统的核心部件是变频装置。变频装置是将固定电压、固定频率的交流电变换为可调电压、可调频率的交流电的装置。变频调速系统近年来已广泛应用于工业生产和日常生活的许多领域中。变频调速系统具有调速精度高、动态响应快、运行效率高、节约能源、调速范围广和便于自动控制等诸多优势，被认为是最有发展前途的调速方式。
1.5异步电动机变频调速系统的现状与发展方向
自从电机调速系统广泛应用以来，由于直流调速系统的性能指针优于交流调速系统，可以得到良好的动、静态特性，使直流电气传动在很长时间内在电气传动领域中占据主导地位。但由于直流电动机本身结构上存在有电刷和机械维护不便、使用环境受到一定的限制。然而即能克服直流电动机固有的缺点，又具有制造成本低、结构简单、转动惯量小、且交流电动动态响应性能好、效率高、运行可靠、维护方便、抗恶劣环境能力强等一系列优点的交流调速系统，随着高性能、高精度的新型调速系统的不断出现和发展，逐渐可以得到同直流调速系统一样好的性能指针。
随着电力电子器件制造技术的发展和新型电路变换器的不断出现，现代控制理论向交流调速领域的渗透，特别是微型计算机及大规模集成电路的发展，交流电动机调速技术正向高频化、数字化和智慧化方向发展。 由于电力电子电路良好的控制特性及现代微电子技术的不断进步，使几乎所有新的控制理论，控制方法都得以在交流调速装置上应用和尝试。从最简单的转速开环恒压频比控制发展到基于动态模型按转子磁链定向的向量控制和基于动态模型保持定子磁链恒定的直接转矩控制。
近年来电力电子装置的控制技术研究十分活跃，各种现代控制理论，如自适应控制和滑模变结构控制，以及智能控制（如专家系统、模糊控制、神经网络、遗传算法等）和无速度传感的高动态性能控制都是研究的热点，这些研究必将把交流调速技术发展到一个新的水平。
1.6本论文设计的主要内容
本次课题主要基于Y80M1-2三相异步电动机变频调速设计过程来阐述的，主要内容如下：
1. 在总结异步电机与变频调速的基本原理和结构的基础上，使用PWM脉宽调制技术完成主电路、控制电路和电源电路的设计；
2. 绘制出三相异步电动机变频调速电气原理图，以达到三相异步电动机变频调速的目的。
目 录
摘 要 I
Abstract I
目 录 II
第一章 概述 1
1.1研究背景 1
1.2三相异步电机概述 1
1.3变频装置概述 2
1.4变频调速技术的发展 2
1.5异步电动机变频调速系统的现状与发展方向 2
1.6本论文设计的主要内容 3
第二章 变频装置 4
2.1变频装置调速运行的节能原理 4
2.2 变频装置技术的发展趋势 5
2.3变频装置主回路 6
第三章 三相异步电动机 8
3.1三相异步电动机原理 8
3.2异步电动机的机械特性 8
第四章 变频调速 11
4.1变频调速基本原理 11
4.2 异步电动机变频调速运行原理 12
4.3 变频调速的基本控制方式 13
第五章 三相异步电动机变频调速系统的设计 15
5.1主电路设计 15
5.2控制电路设计 15
5.3电源电路设计 17
第六章 脉宽调制技术 18
6.1 脉宽调制型变频PWM 18
6.2 PWM型变频电路的主要特点 18
6.3 PWM逆变电路、波形及方框图 19
6.4 脉宽调制波的产生 20
6.5 用PWM发生器实现变频调速 21
总 结 22
致 谢 23
参考文献 24
附 件 24
附件一 变频装置主回路 24
附件二 控制回路 24
参考文献
[1] 天涯孤翔.三相异步电动机变频调速系统设计 开题报告.
http://wenku.baidu.com/view/05e6913731126edb6f1a10f6.html
[2] 梁昊.最新变频装置标准实施和设计.北京：电力出版社，2005-12
[3] 670935674.三相异步电动机变频调速系统设计. http://wenku.baidu.com/view/85b03520192e45361066f59f.html
[4] xixu9527.三相异步电动机及其控制线路，
http://wenku.baidu.com/view/b879b30ff78a6529647d5382.html
[5] zhangzhanun．交流异步电动机变频调速系统设计
http://wenku.baidu.com/view/f762ed4dcf84b9d528ea7a85.html
[6] liuhongqing14.毕业设计--交流变频调速系统.
http://wenku.baidu.com/view/c5f2420dba1aa8114431d92c.html
[7] 陈国呈．PWM变频调速及软开关电力变换技术[Z].北京：机械工业出版社，2001-3.
[8] MICROMASTER 420通用型变频装置使用大全[M].2012-3.
[9] 吕汀．石红梅．变频技术原理与应用[Z].北京：机械工业出版社，2003-1.
[10] 刘辉.三相异步电动机变频调速的实现[C]．长沙：湖南师范大学，1991-6.
[11] 罗辉. 基于DSP的三相异步电动机变频调速系统研究与设计[C]. 成都：西南石油大学，2008-4.
[12] 崔纳新. 变频调速异步电动机效率优化控制的研究进展[N]. 电工技术学报, 2004-5.
附 件
附件一 变频装置主回路
附件二 控制回路
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