完整版《三相异步电动机变频调速系统设计》

本科毕业设计开题报告

题

目

三相异步电动机变频调速系统的设计

本源

工程本质

1、研究目的和意义

异步电机调速系统的种类好多，但是效率很高、性能最好、应用最广的是变频调速，它可

以组成高动向性能的交流调速系统来取代直流调速系统，是交流调速的主要发展方向。目前变

频器不仅在传统的电力拖动系统中获取了广泛的应用，而且已扩展到了工业生产的所有领域，

以及空调器、洗衣机、电冰箱等家电中。与其他交流电机调速方式比较，变频调速的优点：平

滑软启动，降低启动冲击电流，减少变压器占有量，保证电机安全；在机械赞同的情况下可通

过提高变频器的输出频率提高工作速度；无级调速，调速精度大大提高；电机正反向无需经过

接触器切换；特别方便接入通讯网络控制，实现生产自动化控制；变频器整体来说用在启动频

繁的马达上，节能收效明显。

2、 国内外发展情况（文件综述）

最早的调速系统为直流调速，它的供电系统早期是水银整流器。

但随着生产力的提高，

对传动系统要求也随之提高，直流调速器就出现了好多弊端，在好多方面也都存在限制。因此 结构更简单、运行更可靠、更便于保护、价格更廉价的交流调速器随之出生，但是异步电动机

当时调速性其实不乐观，难以满足生产发展的要求。

直到上世纪 80 年代，电力电子的发展变成了用晶闸管整流供电和现代控制论的迅猛发展是

交流调速器取代直流调速成为必然。

进入 90 年代，通用变频器以优异的控制性能，在调速领

域独树一帜，并在工业领域及家电产品中获取迅速实行。其他，变频技术和变频制造从一般意 义的拖动技术中分别出来，成为世界各国在工业自动化和机电一体化领域中争抢先站的阵地，

各发达国家更是在该技术领域注入极大地人力物力，使之目前已进入高新技术行业。在进入

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世纪的今天，电力电子器件的基片已从硅变换为碳化硅，使电力电子新元件拥有了耐高压、低

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耗费、耐高温的优点。

3、研究 / 设计的目标

（1）异步电机的等效电路的设计

（2）变频器主电路各部分设计，确立主电路各部分参数

（3）完成过、欠压保护电路设计及过电流保护设计

（4）变频器工作流程图设计与绘制

4、设计方案（研究 /设计方法、理论解析和原理图等）

本文设计的交直交变频器由以下几部分组成，以下列图：

保护 吸取电路

供电 电源

主电路 控制电路

整流 电路

滤波 电路

逆变 电路

电机

主电路电流 电压检测 隔断 驱动

8051

SPWM波

单片机 生成芯片

系统原理框图

（ 供电电源： 电源部分因变频器输出功率的大小不同样而异，

小功率的多用单相

220V ，中大功率的采用三相

380V 电源。由于本设计中采用中等容量的电动机，因此采用三相

380V 电源。

整流电路：整流部分将交流电变成脉动的直流电，必定加以滤波。在本设计中采用三相不可以控整流。它

可以使电网的功率因数凑近

1。

滤波电路：因在本设计中采用电压型变频器，因此采用电容滤波，中间的电容除了起滤波作用外，还在

整流电路与逆变电路间起到去耦作用，除掉搅乱。

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逆变电路：逆变部分将直流电逆变成我们需要的交流电。在设计中采用三相桥逆变，开关器件采用全控

型开关管 IGBT 。

电流电压检测：一般在中间直流端采集信号，作为过压，欠压，过流保护信号。

控制电路： 采用 8051 单片机和 SPWM 波生成芯片

SA4828，控制电路的主要功能是接受各种设定信息和

指令，依照这些指令和设定信息形成驱动逆变器工作的信号。

这些信号经过光电隔断后去驱动开关管的关断。 ）

方案：（ 1）经过解析分别画出异步电机的定、转子图。为了方便定量解析定、转子之间的各种数量关系，可将定、转子放在同一电路中。由于定子、转子回路的频率、绕组、匝数不同样，故必定进行折算。依照电机学原理

，在特定条件下，可获取电动机的 T型等效电路。由电机学知识可知：电机转速 n 与电源频率 f 成正比，因此改变输入电源的频率就可以改变电机同步转速，进而达到异步电机调速的目的。

（ 2）V/f 比恒定控制是异步电机变频调速中最基本的控制方式。在改变频率进行调速时，必定采用措施保持磁通恒定为额定值。由电机理论，计算定子的感觉电势有效值，并计算电机的电磁转矩。经过计算可知：变频调速时必定赌气隙磁通不变，满足以上要求进而确立变频调速的控制方式。

（ 3）主电路一般由整流电路、直流电路和逆变电路三部分组成。经过对输出功率的计算来完成整流电路的设计；为保证逆变电路和控制电源可以获取较高质量的电流或电压，必定对整流电路的输出进行圆滑，来减少电压或电流的颠簸，进而完成中间直流电路及逆变电路部分的设计。

（ 4）经过计算解析获取三极管的截止、导通状态，完成过、欠压保护部分的设计，并对其进行调试，调试方法为：若是电路未起到保护作用，或不够矫捷，应检查或经过电位器来调整反相器输入电平的高低。变频器过电

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流保护的主要功能是当电流高出某一额定值时，变频器经过自关断电力电子器件切断输出电流或调整电动机的运行状态，减少变频器的输出电流。变频器为实现过电流保护，需从硬件和软件两个方面来采用措施，这时需要及时调整保护电路和驱动电路的各部分异常。才能完成过电流保护设计

。

（ 5）经过对以上各部分电路的解析，利用相关软件可绘制出变频器工作流程图，达到完满程序设计的目的。

5、方案的可行性解析：

（1）参照了相关的文件和记录，并在老师的指导下拟定了可行的计划。

（2）指导老师从电机自动化方面的授课和科研工作，拥有丰富的经验，在设计过程中遇到的问

题可以随时获取老师详尽的简答。

（3）学校图书馆收藏了好多相关专业方面的知识书籍和期刊等，还供应了网络化的机房，可以

在网、维普网、超星数字图书馆等盘问相关资料及电子图书等；

（4）经过三年多的大学学习，自己已经积累了必然的相关方面的经验，对本课题所涉及的相关

知识有必然的认识，

（5）多次参加实习，包括电厂见习，生产实习等，已经有了必然的实践基础。

6、时间进度

完

查阅资料

对资料进行整合

成 内 容

1-2 周 3-4 周 5-6 周

依照设计要求及设计初步方案确立详尽的设计方案

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7-8 周 9-11 周

准备各种软件正式进入设计阶段 主电路及控制电路的设计

绘制相关的电路图及变频器流程图

撰写论文

12-14 周

15-16 周

17 周

完成毕业设计

18 周 参加论文争辩

7、参照文件

[1] 李先彬 . 电力系统自动化 , 中国电力初版社 ,2005.

[2] 邱关源 . 电路 , 等教育初版社 ,2005.

[3] 张保会 . 电力系统继电保护 , 中国电力初版社 ,2010.

[4] 王廷才 . 变频调速系统设计与应用 , 机械工业初版社 ,2012.

[5] 周志敏 . 变频调速系统设计与保护 , 中国电力初版社 ,2007.

[6] 周志敏 . 变频调速系统工程设计与调试 , 人民邮电初版社 ,2009.

[9] 崔坚 . 西门子 S7 可编程控制器 STEP7编程指南 , 机械工业初版社 ,2007. [10]Low-voltage distribution design specifications [S]. China plans Press.2006.

[11] 变频器基本源理特点 [EB/OL].http://blog.sina.com.cn/s/blog_4bd5346e0100bpbw.html,2010.

[12] 刘雪波 . 变频调速电机节能应用解析 , 科协论坛 .2010. [13] 蒋国贵 . 对于交流电动机变频调速的研究解析,2011. [7] 张占彪 . 试论变频调速异步电动机在设计中的注意要点,2014. [8] 《电气应用》 2011 年总索引 . 电气应用 ,2012.

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指导教师建议 :

毕业设计领导小组建议 :

教师签字：

组长签字：

年 月 日 年 月 日

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