电力电子课程设计.doc

姓名: 李渺

学号: 1002160112

系（院）: 邮电与信息工程学院专业: 电气自动化

班级: 01班

授课老师: 胡为兵

总成绩:

变频技术简介

设计说明，含设计题目，作用，设计依据（技术要求）

正文

小结

参考资料

一、变频技术简介

随着科学的发展，变频器的使用也越来越广泛，不管是工业设备上还是家用电器上都会使用到变频器，可以说，只要有三相异步电动机的地方，就有变频器的存在，要熟练地使用变频器，还必须掌握三相异步电动机的特性，因为变频器与三相异步电动机有着密切的联系。

1、变频调速基本原理

交流变频调速器（简称变频器）是建立在微处理器、电力电子学、电机学、现代控制理论基础之上的现代机电一体化高新技术产品。其工作原理是将三相工频交流电整流成直流电，再由直流电转换成交流电（交－直－交）。根据要求，可以从0～50Hz（或更高频率）之间输出任意频率。因此，通过对变频器输出频率的控制，实现交流电动机的调速，最终达到对传动负载的精确定量控制。：是应用当今国际最新变频技术产品——交流变频调速器，对交流电机进行无级调速控制的高新技术。变频调速控制系统主要由电控设备、变频器、交流电动机、传动机械及传感器等部分组成。变频控制系统可进行开环控制，也可进行闭环控制。开环系统的控制是通过设定值的改变，来实现对被控制对象输出值的直接控制。闭环控制系统是通过被控制对象反馈系统与设定值的动态比较，自动调节被控电机的转速，从而实现对被控制对象输出的控制。

2、变频调速的特点

变频调速的主要特点是通过变频器改变输出频率及输出电压，实现交流电机转速或被控对象输出的控制。此外，还具有以下优点：

①．由于变频器在启动过程中，输出频率由0Hz平滑地逐渐上升，电压从0V按比例上升到额定电压，电机无任何启动冲击，避免了由于电机启动产生的大电流对电机、电网、电气元件及所拖动机械设备的冲击和损坏。变频器在停止过程中，输出频率由运行频率平滑地逐渐下降到0Hz，电压从运行电压按比例逐渐到0V，实现了电动机软停止。

②．变频启动可防止运输机械类载重物体受冲击和翻滚，提高传动设备的使用寿命。

③．无级调速，自动化程度高，可实现无人管理。

④．保护功能完善，减少设备维修、故障等。

⑤．节能效果明显。

3、变频调速的节能分析

风机、泵类、压缩机等负载属于平方转距负载，其耗电量约占工业总耗电量的70%，采用变频调速技术，其耗电量一般平均可减至额定功率的60%～70％。下面以一台75kW水泵（同样可以选择风机等平方转矩负载）为例，分析其在变频状态运行下的节能效果。

由于水泵属于平方转矩负载，选择变频器采用 V/f 输出模式，根据变频调速理论，电机转速与输入电源频率成正比，即水泵流量与频率成正比，而水泵的输出轴功率则与转速的立方成正比，即轴功率与额定功率之比等于输出频率与额定频率比的立方，公式如下：

P / P0 = ( f / f0 )3

其中：P是变频器为电机供电所消耗的功率，P0是电机额定功率，f是变频器输出频率，f0是额定频率。

设变频器平均运行频率（即∑ fi hi /∑hI）为35Hz，

P=P0（35/50）3=0.343 P0=25.725kW

变频节电率=（P0–P）/ P0=65.7%

因此，对75 kW电机，应用变频技术每年产生的直接节约的电能为：

75kW x 24h x 365D x 65.7%=431,649 kWh;

若每度电能按0.50元计算，则每年节约电费为：

431,649 kWh x 0.50元=215,824.50元。

注：流量减少也有微量的节电效果，但压力损耗引起的电能消耗是无法避免的。

由上述分析可知，变频调速技术的应用具有明显的节能效果，如果实际需要平均供水量如上所述，通过节电一项很快即可收回设备投资。若再考虑应用变频调速的完善保护等功能，延长了设备使用寿命，减少维护、损坏、停产等问题，其间接效益就更大了。为此，大力应用变频技

术有着广泛的经济效益和社会效益。

二、设计说明

1、设计题目：交流电机变频调速技术

2、作用：

随着电力技术的迅速发展,交流电机变频调速技术取得了突破性的进步,进入了普及应用阶

段。在我国,变频器也正越来越广泛地被采用,与此同是地,如何正确地选好、用好已成为广大用户十分突出的问题了。交流变频调速的优异特性：

(1) 调速时平滑性好，效率高。低速时，特性静关率较高，相对稳定性好。

(2) 调速范围较大，精度高。

(3) 起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显。

(4) 变频器体积小，便于安装、调试、维修简便。

(5) 易于实现过程自动化。

(6) 在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低

3、设计依据：

变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。常用三相交流异步电动机。定子由铁心及绕组构成，转子绕组做成笼型，俗称鼠笼型电动机。当在定子绕组上接入三相交流电时，在定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转磁场，它与转子绕组产生相对运动，使转子绕组产生感应电势，出现感应电流，此电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，使电动机转动起来。电机磁场的转速称为同步转速，用n1表示：n1=60f/p(r/min)(1) 式中：

f——三相交流电源频率，一般为50Hz。

p——磁极对数。当p=1时，n1=3000r/min；p=2时，n1=1500r/min。可见磁极对数p越多，转速n1越慢。

转子的实际转速n比磁场的同步转速n1要慢一点，所以称为异步电机，这个差别用转差率s表示：s=[n1－n）/n1]×100％（2）

当加上电源转子尚未转动瞬间，n=0，这时s=1；起动后的极端情况n=n1，则s=0，即s在0～1之间变化。一般异步电机在额定负载下的s=（1～6）％。综合式（1）和式（2）可以得出：n=60f（1－s）/p（3）

三、正文

摘要：本文通过对交流电机的变频调速的优异特性、简单设计和发展现状、趋势的分析，对交流电机的变频调速进行了深入研究和探讨，说明其电路结构及系统组成。

关键词：变频交流调速，交流电机， IGBT， CPLD， PWM