毕业综合实践成果报告

北京科技大学成人教育学院毕业设计第1页共17页北京科技大学成人教育学院毕业设计（论文）题目：带式输送机变频调速设计函授站（分部）：太钢函授站专业：电气自动化班级：10级姓名：安立新学号：110102123指导教师：赵建宏2012年05月07日北京科技大学成人教育学院毕业设计第2页共17页带式输送机变频调速设计摘要：随着交流电动机变频调速技术的发展和在生产生活当中日益广泛的应用。它的宽调速范围，高稳态精度，快速动态响应，高工作效率以及可以四象限运行等优异性能已越来越突出地展现在我们的面前。本文以炼铁厂储运作业区带式输送机运输系统为研究对象，阐述了由变频调速驱动带式输送机运行取代原恒速运行的带式输送机的优越性。关键词：带式输送机电机，变频器，可编程序控制器北京科技大学成人教育学院毕业设计第3页共17页BeltconveyorvariablefrequencydesignSummary：WiththedevelopmentandtheincreasinglywidelyusedintheproductionlifeoftheACmotorfrequencycontroltechnology.Theexcellentperformanceofitswidespeedrange,highsteadyprecision,fastdynamicresponse,highefficiency,aswellasfour-quadrantoperationhasbecomeincreasinglyprominentinfrontofus.TheIronworkswarehousingandshippingzonebeltconveyorsystemforthestudy,andexpoundedthesuperioritytoreplacetheoriginalconstantspeedbeltconveyorbeltconveyoroperationoftheVVVFdrive.Keywords:beltconveyormotors,inverters,programmablelogiccontroller北京科技大学成人教育学院毕业设计第4页共17页毕业设计说明书目录1、绪论1.1带式输送机传动系统结构及现状简介1.2研究变频调速的意义2、变频调速设计2.1变频器相关知识介绍2.2电动机类型、容量、磁极对数等的选择2.3有关电机与负载之间匹配的分析与计算2.3.1决定电动机与负载之间的传动比2.3.2电动机起动转矩的校核2.3.3电机机过载能力的校核2.4变频哭喊的类型、容量、型号等的选择2.5主电路的设计及外围选配件的选用2.6变频器的安装使用维护2.7可编程序控制器在储运作业区应用简介2.8PLC控制变频器电器3、总结3.1本文的结论3.2本文的不足3.3未来展望叁考文献北京科技大学成人教育学院毕业设计第5页共17页1、绪论1.1带式输送机传动系统结构及现状简介带式输送机作为一种特殊运输设备广泛应用于煤矿的采煤，矿山的采矿，大型重工业企业的原材料运输及其它工业企业的流水作业等。它是由电动机、减速机、传动滚筒、输送带、托辊及支架以及其它辅助及保护设备组成。它的驱动电机通常采用恒速笼型三相异步电动机，因三相交流异步电动机转子侧的电流不从外部引入，而由电磁感应产生，所以具有结构简单牢固，体积小，重量轻，价格低廉，便于维护等优点，备受人们的青睐。与其他电动机相比，它在工农业生产设备中的占有率一直处于绝对领先的地位。随着工农业生产的不断发展和进步，人们对调速的要求越来越高，但异步电动机在调速方面一直处于性能不佳的状态。一直由直流电机主宰，虽然改变异步电动机定于侧的电流频率就可以调节转速，它是由异步电动机的基本原理所决定的。但是异步电动机诞生于19世纪80年代，而变频调速技术发展到迅速普及的实用阶段，却是在20世纪80年代，变频调速技术从愿望到实现却整整经历了百年之久。究其原因，首先从目前迅速普及的“交直交”变频器的基本结构来看，“由交流变直流的整流技术是很早就解决了的。而由直流变交流的逆变过程实际是不同组合开关交替地接通和关断的过程，它必须满足一定条件的开关器件。第一，能够承受足够大的电压和电流；第二，允许长时间频繁地接通和关断；第三，接通和关断的控制必须十分方便。从20世纪70年代开始，电力晶体管的成功开发，才比较满意地满足了上述条件，从而为变频调速技术的开发，发展和普及奠定了基础。20世纪80年代，又进一步开发成功了绝缘栅双极型晶体管，其工作频率比电力晶体管提高了一个数量级，从而使变频调速技术又向前迈进了一步。由于电动机绕组中反电动势的大小是和频率成正比的，因此在改变频率的同时还必须改变电压，故变频器常简写成VVVF。VVVF的实现，虽然不如逆变电路那样对于开关器件具有强烈的依赖性，但简化到足以推广普及的阶段，却是在20世纪70年代提出了正弦波脉宽调制技术（SPWM）并不断完善之后。其次，在不采取任何措施的情况下，异步电动机在变频后的机械特性远逊色于直流电动机变压后的机械特性，这将大大影响变频调技术的应用范围。20世纪70年代末，矢量控制技术的提出和实现，使异步电动机变频后的机械特性达到了可以和直流电动机变压后的机械特性相媲美的程度。与此同时，计算机技术和大规模集成电路的飞速进步，极大地简化了实施SPWM及矢量控制等复杂技术的方法，增强和扩展了变频器的功能，使变频调速技术迅猛地发展起来。随着计算机网络技术的发展，变频传动正在进入一个以通信网络技术为核心的发展时期，网络化和计算机集中控制正在成为传动系统的主要发展趋势，带式输送机变频传动取代恒速传动也将成为必然趋势。目前，我厂及储运作业区所使用的带式输送机的驱动电机全都是三相异步电动机且为恒转速拖动。恒转速拖动三相异步电动机虽然结构简北京科技大学成人教育学院毕业设计第6页共17页单，性能可靠，机械维护量几乎为零，并且通过主控PLC控制只有起动和停止两种最简单的状态，没有变频调速的参与，但是它与变频调速的三相异步电动机相比有如下缺点：①不论空载、轻载、重载转速都不变，额定负载时的功率因数为0.7-0.9；空载时功率因数极低只有0.2-0.3，这就造成在空载、轻载时的能源浪费。②由于起动转速也为额定转速，所以，对设备冲击较大，设备寿命缩短，且在恒转速下各部分无功磨损量大。1.2研究变频调速的意义由于近年来变频调速技术发展很快，使用变频调速取代直流调速，取代原来不易使用直流电机的环境和现场的占拖动系统85%的交流恒速拖动系统成为可能，从而克服了异步电动机调速困难，功率因数低引起的耗能和起动性能差的缺点，在节能方面为企业带来可观的经济效益。变频调速给人们生活带来了巨大好处也不容忽视，在人们的生活当中也扮演着越来越重要的角色。比如说家用空调由原来的“双位控制”变为连续恒温控制，温度稳定，感觉舒适，在开始运行一段时间内可自动适当加速使温度较快达到用户设定的温度。冰箱使用变频调速后，可提高保鲜水平，当电动机工作频率达到90HZ时，可实现速冻。夜深人静时，降低电动机的工作频率，可实现无声运行。洗衣机使用变频调速后，在洗涤过程中，处于恒转矩运行状态，但在甩干时却具有恒功率的特点，如设计得好，可充分利用电动机在额定频率以上的特性。采用变频调速后，明显的节能效果只是经济效益的一个比较重要的方面，但绝不是经济效益的全部。此外，还有以下几方面的经济效益。（1）减少故障率的经济效益直流电机调速性能虽然优越，但它的故障率很高，每次发生故障必将造成如下损失：①正在加工过程中的工件报废造成的损失；②在处理和维修期间不能进行生产造成的损失；③维修费用本身的损失等等。（2）延长设备寿命的经济效益主要有以下几种情形：①由于平均转速下降而使设备寿命延长。如风机、水泵、空气压缩机等在全速运行时，由于阻转矩很大，各部分的磨损以及主要部件所受到的压力都很大。采用了变频调速后，由于平均转速的降低，应力和磨损都大为减小，使机器的寿命得到延长。②由于起动和停止过程得到改善而使设备寿命延长，许多设备在直接起动和停机时，将因受到较大的冲击而影响其使用寿命。例如各种设备中的压缩机和直接起动和停机时，因内部压力变化过大而影响使用寿命等。③彻底消除水锤效应，使管道寿命延长，采用变频调速后，由于加速和减速过程可以预置得比较缓慢，从而彻底消除了水锤效应，延长了水泵和管道的寿命。这方面尚无准确的数字，但据部分用户反映设备的使用寿命至少延长了一倍以上，毫无疑问，这也是一种相当可观的经济效益。（3）提高产品质量的经济效益主要有如下几个方面：①因实现无级调速而使质量提高。例如：某厂用于研磨轴承外围的无心磨床。原来齿轮调速，其转速不可能调整得恰到好处，配用变频调速后，操作人员可以一边观察火花，一边调节转速，可以使加工过程达到最佳状态，从而提高了轴承表面的光洁程度。北京科技大学成人教育学院毕业设计第7页共17页②因实现了闭环控制而使质量提高。例如：某塑料厂的空气压缩机配用变频器后，实现了恒压供气，产品质量因压缩空气的压力稳定而得到了提高。③因检测准确而使质量提高。例如：某纺织厂的浆纱机，有12个单元同步运行，原来凭手感通过调整V带来进行微调，非但费力，且调整精度难以控制。采用了变频调速后，可使变频器显示输出电流，通过观察各单元电动机的电流大小作为进行微调的依据，非但调节方便，而且使产品的档次得到了提高，产品的质量提高了，其价值也必升高，经济效益难以估量。（4）其他方面的经济效益例如：某钢厂的轧钢设备通过燃烧重油来加热钢材，原来由人工控制，非但费油，并且烟囱里黑烟滚滚，常被环保部门罚款。配用变频器后，实现了恒压供油，即节省了重油，烟囱里也不再冒黑烟了，也不再被罚款了。又如果某厂锅炉的鼓风机和引风机在采用了变频调速后，非但节省了电和煤，而且烟囱里冒白烟，并且由于风机的转速下降，噪声也大为减小，这无疑也是不容忽视的经济效益。以上叙述充分证明了变频调速技术的巨大优越性，发展变频调速意义重大。北京科技大学成人教育学院毕业设计第8页共17页2、变频调速设计2.1变频器相关知识介绍2.1.1变频调速原理变频器通常是将频率固定的单相或三相交流电变换成频率，连续可调的三相交流电源。当频率连续可调时，电动机的同步转速也连续可调，又因异步电动机的转子转速总是比同步转速略低一些。所以，当同步转速连续可调时，转子转速也连续可调。由于磁极对数不同的异步电动机在相同频率时的转速是不相同的，所以即频率的调节范围相同，转速的调节范围也是各不相同。2.1.2变频器的类别（1）按变换环节分为交一交变频器和交直交变频器交一交变频器是把频率固定的交流电源直接变换成频率连续可调的交流电源。其主要优点是没有中间环节，故变换效率高，但其连续可调的频率范围窄，一般为额定频率的1/2以下，它主要用于容量较大的低速拖动系统中。交一直一交变频器是先把频率固定的交流电整流成直流电，再把直流电逆变成频率连续可调的三相交流电，由于把直流电逆变成交流电的环节较易控制，因此在频率的调节范围及改善变频后的电动机的特性方面，都具有明显的优势，目前迅速普及应用的主要是这一种，本设计采用的也是这一种。（2）按电压的调制方式分为脉幅调制PAM和脉宽调制PWM。脉幅调制是变频器输出电压的大小通过改变直流电压的大小来进行调制，在中小容量变频器中，这种方式几乎淘汰。脉宽调制是变频器输出电压的大小通过改变输出脉冲的占空比来进行调制。目前普遍应用的是占空比按正弦规律安排的正弦波脉宽调制（SPWM）方式。（3）按直流环节的储能方式分为电流型和电压型。电流型：直流环节的储能元件是电感线圈电压型：直流环节的储能元件是电容器2.1.3变频器的额定值和频率指标1、输入侧的额定值，主要是电压和相数，在我国中小容量变频器中输入电压的额定值有三种。①380V，三相，这是绝大多数。②220V，三相，主要用于某些进口设备中。③220V，单相，主要用于家用小容量变频器中。2、输出侧的额定值①输出电压：由于变频器在变频的同时也要变压，所以输出电压的额定值是指输出电压