毕业设计矿用变频电源分析与设计

12014届毕业设计说明书课题名称：矿用变频电源分析与设计专业系班级学生姓名指导老师完成日期2014届毕业设计任务书一、课题名称：矿用变频电源分析与设计二、指导老师：三、设计内容与要求1、课题概述随着我国煤炭生产自动化程度的不断提高，矿用变频器在煤矿井下采、掘、运等机械设备和井上通、压、排、提等四大件的调速应用中发挥了良好的调速性能和节能降耗的作用。本课程拟电力电子技术和自动控制课程基础上分析设计出一矿用变频电源，主要技术参数要求如下：额定功率：500KW、800KW、1200KW、1500KW额定电压：3300V电路形式：三电平或者多电平散热形式：热管或水冷结构形式：防爆控制方式：矢量控制使用环境：井下2、设计内容与要求第一章、前言1.1.意义及必要性1.2.需求分析1.3.变频电源发展趋势1.4.矿用变频技术发展现状及趋势第二章、变频电源基础2.1.整流电路基础2.2.逆变电路基础2.3.滤波电路基础2.4.变频控制电路基础第三章、（500KW、800KW、1200KW、1500KW每四人一组）变频电源分析设计3.1电源方案设计3.2.主电路分析设计3.3.各部分电路分析设计3.3.1.整流电路分析设计3.3.2.斩波电路分析设计3.3.3.逆变电路分析设计3.3.4.滤波电路分析设计3.4.控制电路方案分析设计第四章、结论与展望3、其它要求：①画出系统各环节电路图或原理图②系统各环节的原理介绍；③说明书中不能有复印与图片出现四、设计资料1、《新型半导体器件及其应用实例》电子工业出版社2、《逆变器整流电源》机械工业出版社3、《现代逆变技术及其应用》科学出版社4、《新型开关电源设计与应用》科学出版社5、《半导体变流技术》机械工业出版社6、《电力电子设备设计和应用手册》机械工业出版社7、中国知网I摘要近年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频器在各个领域中的应用都非常广泛。例如：在冶金、石油、化工、纺织、电力、建材、煤炭等行业，有的工艺不允许电机直接启动，需要由变频器调速和协调工作才能满足工艺要求。这是必须采用变频器的。比如冶金行业需要采用变频器的电机大概达到70%。变频器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，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。AbstractInrecentyears,withtherapiddevelopmentofpowerelectronicstechnology,computertechnology,automaticcontroltechnology,theACdriveandcontroltechnologytobecomeoneofthefastestgrowingtechnology,electricdrivetechnologyisfacingahistoricrevolutionthatreplacedACvariablespeedDCspeedandcomputernumericalcontroltechnologytoreplaceanalogcontroltechnologyhasbecomeatrend.Inverterapplicationsinvariousfieldsareveryextensive.Forexample:Inmetallurgy,petroleum,chemical,textile,electricity,buildingmaterials,coalandotherindustries,andsomedonotallowmotordirectstarttheprocessrequirescoordinationbythegovernorandthedrivetomeettheprocessrequirements.Thisisamustdrive.Forexample,themetallurgicalindustryprobablyneedtousethedrivemotortoreach70%.Driveistheuseofpowersemiconductordevicesrolewillbeoff-frequencypowerconversionpowercontroldevicetoanotherfrequencytoachievetheACinductionmotorsoftstarters,frequencycontrol,improverunningaccuracy,changingthepowerfactor,overcurrent/overvoltage/overloadprotectionandotherfunctions.II引言上世纪80年代以来，随着电气技术的发展，高压大功率交流电动机变频调速技术起到越来越大的作用，在能源、钢铁、机械、化工及交通等领域中，处处可见大中容量的交流电动机调速系统。而电力电子技术在大中容量的交流电动机调速系统是必不可少的环节，电力电子技术是运用电子技术、控制方法，通过功率开关器件将电能进行转换、控制和优化利用，通过与数字控制技术紧密结合，迅速发展成为一个跨学科的高新技术。变频器是通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。通常，把能将电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称为变频器。目前用于交流同步或异步电动机转速调节，是交流电动机调速方案中最理想的。而且变频器节能效果非常明显，在最近几十年企业技术改造和生产设备更新中，起到很大的作用。按照有关标准和国际惯例，供电电压若小于1kV时称为低压，若在1kV~10kV之间称为中压，大于10kV以上则称为高压，但是，由于中压和高压的变频器或电机有着许多共同的特点，控制策略类似，所以统称中高压变频器或中高压电机。中高压变频器能够使电机无级调速，在工业生产中，能够满足对电机调速控制的要求，不仅可以提高产品的产量和质量，又降低生产成本，而且大幅度节约能源资源。目前，在煤炭、冶金、石油、化工等行业，大量大功率传动系统占主导作用，如大功率风机、泵类电机，为提高生产效率和产品质量，中高压大容量变频调速系统已经广泛应用其中；在社会方面，为解决环境污染、资源浪费，变频调速系统也是一种最直接、最有效的方法之一，如高速电气化铁路、城市轻轨以及电动汽车等，不仅可以大大减少空气污染，而且节能效果显著。由此可见，高性能的中高压大功率变频调速装置的市场潜力巨大，应用前景十分广阔。论文目录摘要引言第一章前言1.1.意义及必要性1.2.需求分析1.3.变频电源发展趋势1.4.矿用变频技术发展现状及趋势第二章变频电源基础2.1.整流电路基础2.2.逆变电路基础2.3.滤波电路基础2.4.变频控制电路基础第三章变频电源分析设计3.1.电源方案设计3.2.主电路分析设计3.3.各部分电路分析设计3.3.1.整流电路分析设计3.3.2.斩波电路分析设计3.3.3.逆变电路分析设计3.3.4.滤波电路分析设计3.4.控制电路方案分析设计第四章结论与展望-1-第一章前言1.1.意义及必要性意义随着电力电子技术、微电子技术及计算机技术的迅速发展，变频调速技术和矢量控制技术得到了日益完善。变频器以其卓越的性能和优点，动摇了直流调速系统长期以来在提速系统中的统治地位。近几年来，变频器在国民经济各行业中得到了广泛的应用和推广，变频器在皮带运输机上的应用便是其中一例。煤炭企业是耗电大户，其电耗成本占其生产成本相当大的比例，其中有很大一部分电能是白白浪费掉的，因此其节电潜力是很大的。煤矿生产中可使用变频调速的设备很多，如通风机、空气压缩机、水泵、给煤机、调车绞车、输送机(皮带、刮板)、提升机、采煤机以及焦化厂鼓风机等[2-4]。利用变频调速技术对煤矿企业现有设备进行改造，完全能达到改善工况、节省电费、提高效率的目的。必要性随着社会的发展和科技的进步，煤炭行业市场的竞争也越来越激烈。煤矿的安全生产和产量任务在不断增加，对安装工程的质量标准化也在提高，如何在工作中提高业务能力和学习理论知识是广大机电工人的重要话题。当前，在适应高标准机械化矿井的发展，改变陈旧思想理念的同时，努力提高安装质量是非常重要的。因此，加强改变矿用变频电源必要的。1.2.需求分析机遇与挑战：核心器件依赖进口成国产发展瓶颈高压和中压变频器有长足发展市场前景广阔。市场数据：我国每年需求形成约100亿元市场空间。随着电力电子技术、计算机技术以及自动控制技术的迅速发展，电气传动技术正面临一场新革命。在电气传动领域，变频调速系统因效率高、性能好而成为主流。受益于节能减排、绿色环保等战略的拉动作为变频调速的重要设备，变频器产业成为未来几年市场潜力非常巨大的产业之一。变频器技术新动向:-2-信息技术的发展带动了变频技术的发展，变频调速因具有调速精度高、启动能耗低，占地少、工艺先进、功能丰富、操作简便、通用性强、易形成闭环控制等特点，被认为是最理想的调速方案，代表电气传动的发展方向。高压大功率变频器因其在电磁兼容、电磁辐射、串联技术等方面存在很大的技术开发难度，因此也成为世界各大电气公司竞争的热点。目前国内诸多变频器生产厂家都在高压变频器领域投入大量的人力与物力，力求在目前变频器技术方面占领制高点。尽管如此，变频器的核心器件始终依赖进口，成为制约国产变频器发展的瓶颈。为应对来自不同应用领域的挑战，变频器也在不断更新换代，产品越来越多样化。总的来说，新一代的变频器应具有以下特点：一是全数字化、功能齐全，能够补偿负载变化，特别是分布式的具有通信、联网功能并具有可编程功能。二是简单或行业专用的变频器以及实现了机电一体化、小型化。三是网络化和系统化，通过网络连接减少生产成本，通过现场总线模块，将不同型号的变频器以同一种编程语言和通信协议进行组态。此外，伴随新型高压电力电子器件的问世，高压和中压变频器也有长足的发展。在今后的几年内，矩阵式变频器、绿色变频器等新型变频器将很快面世。国内变频器现状:目前国内市场上的变频器厂家有300多家。由于我国变频器配套产业的实力相对较弱，国产品牌无论在加工制造、工业设计等技术方面都与国外品牌存在一定差距。目前，外资品牌在国内变频器市场的占有率约为7成，本土变频器企业主要生产V/F控制产品，对于性能优越、技术含量高的矢量变频器，国内绝大多数企业开发的产品还不够成熟。因此，中国的变频器市场依旧以价格导向为主，但随着本土品牌的兴起，内资变频器企业的市场份额正逐步扩大，特别是近几年出现加速替代外资品牌的趋势。虽然尚未具备和国际顶级品牌展开全面竞争的实力，但在部分细分产品和市场上显示出一定的竞争优势，市场份额逐步扩大。从整体看，目前我国变频器行业的竞争日趋激烈。由于市场极具吸引力，不但市场已形成一定规模，而且潜在容量也十分可观，不断吸引着行业新参与者。随着国内厂家的技术进步和质量稳定性的提升，加上服务和价格方面的优势，预计未来几年高端产品被国外厂家垄断的市场局面将有所改观。-3-变频器市场前景广阔:变频器技术的发展，使变频器在电力、水泥、电梯、矿山、冶金、交通等现代化领域得到空前的推广和应用。据中国工业电器协会变频器分会统计，近年来，我国变频器市场每年需求大约形成100亿元的市场空间。而且，随着用户需求的进步和多样化，国内变频器产品的功能在不断完善和增加，集成度和系统化程度也越来越高，并且已经出现某些专用变频器产品，这都为我国变频器市场的进一步扩大奠定了基础。资料显示，近年来，我国变频器市场一直保持着12%～15%的增长率，预计至少在今后5年内，变频器市场需求仍将保持10%以上的增