2011年高考语文试题参考答案(全国卷)

郑州大学毕业设计（论文）第1页第1章绪论随着生产技术的不断发展，直流拖动的薄弱环节逐步显露出来。由于换向器的存，直流电机的维护量加大，单机容量、最高转速以及使用环境都受到限制。人们开始转向结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉的异步电动机。但异步电动机的调速性能难以满足生产的需要。于是，从20世纪30年代开始，人们致力于交流调速技术的研究，然而进展缓慢。在相当长的时期内，直流调速一直以其优异的性能统治着电气传动领域。20世纪60年代以后，特别是70年代以来，电力电子技术、控制技术和微电子技术的飞速发展，使得交流调速性能可以与直流调速相媲美。目前，交流调速已进入逐步代替直流调速的时代。1.1变频器的应用变频器主要用于交流电动机（异步电机或同步电机）转速的调节，是公认的交流电动机最理想、最有前途的调速方案，除了具有卓越的调速性能之外，变频器还有显著的节能作用，是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。自上世纪80年代被引进中国以来，变频器作为节能应用与速度工艺控制中越来越重要的自动化设备，得到了快速发展和广泛的应用。1.2变频器与节能变频器产生的最初用途是速度控制，但目前在国内应用较多的是节能。中国是能耗郑州大学毕业设计（论文）第2页大国，能源利用率很低，而能源储备不足。在2003年的中国电力消耗中，60—70％为动力电，而在总容量为5．8亿千瓦的电动机总容量中，只有不到2000万千瓦的电动机是带变频控制的。据分析，在中国，带变动负载、具有节能潜力的电机至少有1．8亿千瓦。因此国家大力提倡节能措施，并着重推荐了变频调速技术。应用变频调速，可以大大提高电机转速的控制精度，使电机在最节能的转速下运行。以风机水泵为例，根据流体力学原理，轴功率与转速的三次方成正比。当所需风量减少，风机转速降低时，其功率按转速的三次方下降。因此，精确调速的节电效果非常可观。与此类似，许多变动负载电机一般按最大需求来生产电动机的容量，故设计裕量偏大。而在实际运行中，轻载运行的时间所占比例却非常高。如采用变频调速，可大大提高轻载运行时的工作效率。因此，变动负载的节能潜力巨大。作为节能目的，变频器广泛应用于各行业。以电力行业为例，由于中国大面积缺电，电力投资将持续增长，同时，国家电改方案对电厂的成本控制提出了要求，降低内部电耗成为电厂关注焦点，因此变频器在电力行业有着巨大的发展潜力，尤其是高压变频器和大功率变频器。1.3变频器与工艺控制（速度控制）目前，中国的设备控制水平与发达国家相比还比较低，制造工艺和效率都不高，因此提高设备控制水平至关重要。由于变频调速具有调速范围广、调速精度高、动态响应好等优点，在许多需要精确速度控制的应用中，变频器正在发挥着提升工艺质量和生产效率的显著作用。郑州大学毕业设计（论文）第3页第2章变频器简介2.1变频器基础（1）VVVFVariableVoltageandVariableFrequency的缩写，意为改变电压和改变频率，也就是人们所说的变压变频。（2）CVCFConstantVoltageandConstantFrequency的缩写，意为恒电压、恒频率，也就是人们所说的恒压恒频。我们使用的电源分为交流电源和直流电源，一般的直流电源大多是由交流电源通过变压器变压，整流滤波后得到的。交流电源在人们使用电源中占总使用电源的95％左右。无论是用于家庭还是用于工厂，单相交流电源和三相交流电源，其电压和频率均按各国的规定有一定的标准，如我国大陆规定，直接用户单相交流电为220V，三相交流电线电压为380V，频率为50Hz，其它国家的电源电压和频率可能于我国的电压和频率不同，如有单相100V/60Hz，三相200V/60Hz等等，标准的电压和频率的交流供电电源叫工频交流电。通常，把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC），这个过程叫整流。把直流电（DC）变换为交流电（AC）的装置，其科学术语为“inverter”(逆变器)。一般逆变器是把直流电源逆变为一定的固定频率和一定电压的逆变电源。对于逆变郑州大学毕业设计（论文）第4页为频率可调、电压可调的逆变器我们称为变频器。变频器输出的波形是模拟正弦波，主要是用在三相异步电动机调速用，又叫变频调速器。对于主要用在仪器仪表的检测设备中的波形要求较高的可变频率逆变器，要对波形进行整理，可以输出标准的正弦波，叫变频电源。一般变频电源是变频器价格的15－－20倍。由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫“inverter”，故该产品本身就被命名为“inverter”，即：变频器。还有荧光灯等产品。器主要用于调节电源供电的频率。用的由电池（直流电）产生交流电的设备也以“inverter”的名称进行出售。2.2变频器基本原理简单地讲，变频器是利用交流电动机的转速与所供交流电的频率成正比的原理，改变电动机的供电频率从而达到改变电动机转速的目的。变频器通常采用交—直—交的方式，即先由交流电整流成直流，通过计算机芯片的运算，控制电力逆变元件，如GTR（大功率晶体管）、IGBT（绝缘栅双极型功率管）等，将直流电源逆变成新的频率与电压的交流电源，从而达到控制电动机转速的目的。郑州大学毕业设计（论文）第5页2.3变频器的分类按照不同的分类标准，变频器可以分为若干类别。按照主电路工作方式分类，可以分为电压型和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM、PWM控制变频器；按照工作原理分类，主要分为V/F控制变频器、转差控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，主要分为通用变频器、专用变频器等。另外，按照变频器所控制电动机的电压等级，变频器可以分为低压(110V，220V，380V等)、中压(660V/690V，1140V，2300V)和高压(3KV，3.3KV，6KV，6.6KV，10KV等)变频器，高压变频器通常采用IGBT多级串联的技术，而中压变频器和低压变频器不需要，由于这一技术方面明显的分界线，使得业内人士通常把中低压变频器归为一个大类，和高压变频器分开。郑州大学毕业设计（论文）第6页第3章变频器在恒压供水领域上的应用随着变频调速技术和可编程控制器的飞速发展，以及其应用面广、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要装置之一，在工业生产领域得到广泛使用，在其它领域(如民用和家庭自动化)的应用也得到了迅速的发展。由于变频调速技术和可编程程序控制器的应用灵活方便，在恒压供水系统中亦得到广泛的应用。采用PLC作为中心控制单元，利用变频器与PID结合，根据系统状态可快速调整供水系统的工作压力，达到恒压供水的目的，提高了系统的工作稳定性，得到了良好的控制效果以及明显的节能效果。介绍恒压供水之前先要了解供水系统的一些基本特性。3.1供水系统的基本模型供水系统的基本模型如图5-1所示oo水流速度摩擦损耗泵水压力泵泵水面吸入口吸入口全场程实际场程HHTB（m）（m）h3h2h0h1L0(a)(a)(b)图1-1供水系统的基本模型全场程的概念基本模型图5-1供水系统的基本模型图中：L0——水泵中心的位置；郑州大学毕业设计（论文）第7页h0——吸水口的水位；h1——水平面的水位；h2——管道最高处的水位；h3——在管道高度不受限制的情况下，水泵能够泵水上扬的最高位置的水位。它可以用来说明水泵的泵水能力，在真实的管道系统中，这个位置并不存在，因而是虚拟的。这是因为，水泵的泵水能力，只有在大于管道的实际最高位置情况下，才能正常供水。3.2供水系统的基本出参数（1）流量：流量是单位时间内流过管道内某一截面的水流量，在管道截面不变的情况下，其大小决定于水流的速度。符号是Q。（2）扬程H：H是供水系统把水从一个位置上扬到另一个位置时的水位的变化量，数值上等于对应的水位差。（3）实际扬程HB：供水系统中，实际的最高水位h2与最低水位h1之间的水位差，即供水系统实际提高的水位，称为实际扬程。（4）全扬程HT：是水泵能够泵水上扬的最高水位h3与吸入口水位h0之间的水位差。全扬程的大小说明了水泵的泵水能力。（5）损失扬程HL：全扬程与实际扬程之差，即为损失扬程。供水系统为了保证供水，其全扬程必须大于实际扬程，这多余的扬程主要用于：抵偿各部分管道内的摩擦损失；提高及控制水的流速。HB、HT和HL之间的关系是：HT=HB+HL（5-1）（6）管阻R：R是阀门和管道系统对水流的阻力。因为不是常数，难以简单地用公式郑州大学毕业设计（论文）第8页来定量的计算，通常用扬程与流量间的关系曲线来描述，故对其单位常不提及。（7）压力P：压力是表明供水系统中某一位置水压的物理量。其大小在静态时主要取决于管路的结构和所处的位置，而在动态情况下，则还与流量与扬程之间的平衡情况有关。3.3供水系统的特性和工作点3.3.1扬程特性以管路中的阀门开度不变为前提，表明在某一转速下，全扬程与流量间的关系的曲线HT=f（Q），称为扬程特性曲线，如图5-2所示。图5-2扬程特性曲线在供水系统中，水泵是供水的“源”，因此，扬程特性可以看成是“水源特性”，或者说，是“水源”的外特性。意思是说用户用水越多，管道中的摩擦损耗就越大，供水系统的全扬程就越小。因此扬程特性是反映用户的用水需求状况对全扬程的影响的。在这里，流量的大小取决于用户，因此，是用水流量，用Qu表示。3.3.2管阻特性以水泵的转速不变为前提，表明阀门在某一开度下，全扬程与流量间关系的曲线HT=f（Q），称为管阻特性曲线。管阻特性曲线是表明由管阻来控制供水能力的特性曲线。在这里，流量的大小取决于阀门的开度，是由供水来决定的，故管阻特性的流量可以认为是供水流量，用QG表示。当供水流量QG接近于0HTH0HNBHNHTBHLH①②G　　　　　　　　0QQAN图1-2供水系统的基本特性郑州大学毕业设计（论文）第9页时，所需的扬程等于实际扬程。其物理意义是：如果全扬程小于实际扬程的话，将不能供水。因此，实际扬程也是能够供水的基本扬程。需要说明的是：在实际的供水管道中，流量具有连续性，并不存在供水流量与用水流量的差别。这里的QG和QU是为了便于说明供水能力和用水需求之间的平衡关系假设的量。3.3.3供水系统的工作点扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的工作点，如图5-2中的N点。在这一点，供水系统既满足了扬程特性，也符合了管阻特性。供水系统处于平衡状态，系统稳定运行，如阀门开度为100%、转速为100%，则系统处于额定状态，这时的工作点称为额定工作点，或自然工作点，如图中的N点即是。3.3.4供水功率供水系统向用户供水时所消耗的功率PG（KW）称为供水功率，供水功率与流量和扬程的乘积成正比：PG=Cp·H·T·Q（5-2）式中CP—比例常数。由图5-2可以看出：供水系统的额定功率与面积0ANG成正比。3.4调节流量的方法和比较郑州大学毕业设计（论文）第10页如上所述，在供水系统中，最根本的控制对象是流量，因此，要讨论节能问题，必须从考察调节流量的方法入手。常见的方法有阀门控制法和转速控制法两种。3.4.1阀门控制法图5-3调节流量的方法比较即通过关小或开大阀门来调节流量，而转速则保持不变阀门控制法是指：水泵本身的供水能力不变，而是通过改变水路中的阻力大小来强行改变流量，以适应用户对流量的需求。这时，管阻特性将随阀门开度的改变而改变，但扬程特性则不变。如图5-3所示，设用户需求流量QX为额定流量的60%，当通过关小阀门来实时，管阻特性将改变为曲线3，而扬程特性则仍为曲线1，故供水系统的工作点移至E点，这时：流量减小为QE；扬程增加为HE；由式（5-2）知，阀门开度则保持不变。3.4.2转速控制法即通过改变水泵的转速来调节流量，而阀门开度则保持不变转速控制法指的是通过改变水泵的供水能力来满足用户对流量的需求，当水泵的转速改变时，扬程特性将随之改变，而管阻特性则不变。仍以用户所需流量等于60%QN为例，当通过降低转速使QX=60%QN时，扬程特性为曲线4，管阻特性则仍为曲线2，故工作点移