基于变频调速技术的节能改造研究

论文摘要

我国一次能源紧缺,而能源利用率较低,为产值能耗比最高的国家之一;另外,我国供电网结构比较复杂,冲击性负荷较多,很多场合偏低,因此改造潜力巨大。变频调速技术以其显著的节电效果、具有较高的供电功率因数、优良的调速性能以及广泛的适用性而成为发展的主流方向。本文选择基于变频调速技术的节能改造方法,开发设计了一套高压变频调速装置。首先给出了高压变频器系统的结构,由变压器柜、功率单元柜、控制柜、进出线柜和旁路柜等组成;变压器柜用于放置移相整流变压器,接入10kV电源,输出功率单元柜低压电源,还包括变压器自身的风冷设施和温度检测装置;功率单元柜主要放置24个功率单元;控制柜主要由控制器、PLC和触摸屏等组成,承担变频器控制、报警、打印等功能;进出线柜和旁路柜主要是电源进出线通道。然后设计了高压变频调速装置的控制系统,包括主控系统、上层控制器、PLC控制器、与工业控制系统的接口、人机界面、功率单元控制系统以及控制系统电源。并且设计了高压变频调速装置的保护功能模块,包括过电流保护和功率单元直流过电压保护。最后分析了异步电机变频调速的最优控制原理,建立了异步电机的数学模型,概述了异步电机中的功率合理匹配原理,得到了基于功率匹配的最优控制策略。本装置是结合大功率全控型电力半导体器件和先进控制理论的新型电力电子装置,一般应用于电力、冶金、化工等高能耗企业的高压风机、泵类等负载的变频调速,可以显著地提高负载与电网接入点处的功率因数,并能大幅度节省电能消耗。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及其意义
• 1.2 课题研究内容
• 1.2.1 装置的研制过程
• 1.2.2 主要技术参数
• 1.2.3 功能与特点
• 第2章 高压变频的硬件设计
• 2.1 高压变频器介绍
• 2.2 功率单元内元器件的选取
• 2.3 功率单元预充电环节
• 2.4 缓冲电路设计
• 2.5 多绕组移相整流变压器设计
• 第3章 高压变频控制系统的设计
• 3.1 主控系统设计
• 3.1.1 主控板主要芯片简介
• 3.1.2 主控板原理简介
• 3.1.3 主控机箱内板卡说明
• 3.2 FPGA 发生多路 PWM 的原理
• 3.2.1 移相多路 PWM 发生原理
• 3.2.2 PWM 发生及功率单元状态信息回传的实现
• 3.3 QUARTUS II 仿真结果
• 3.4 上层控制器设计
• 3.5 PLC 控制器程序设计
• 3.5.1 系统控制结构设计
• 3.5.2 程序结构
• 3.6 与工业控制系统的接口设计
• 3.7 人机界面
• 3.8 功率单元控制系统设计
• 3.9 控制系统电源设计
• 第4章 保护功能设计
• 4.1 过电流保护
• 4.2 功率单元直流过电压保护
• 第5章 异步电机变频调速的最优控制原理
• 5.1 异步电机的数学模型
• 5.1.1 异步电机考虑磁路饱和数学模型
• 5.1.2 考虑铁耗等效电阻的异步电机的数学模型
• 5.2 高压变频器使用的控制方式
• 5.3 电机中的功率合理匹配原理
• 5.4 高压变频器调速的最优控制的运用
• 5.5 基于功率匹配的最优控制策略
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文和参加科研情况
• 作者简介
• 论文摘要