起重机械矢量变频器应用及低频性能改善

论文摘要

电动机的调速性能如何对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。20世纪80年代以前,在变速传动领域中,直流调速一直占据主导地位。到60年代随着电力电子技术的发展,才使交流调速得以迅速发展。它的调速性能已可与直流调速系统的性能相媲美,有取代直流调速系统的趋势。最近几年,随着新型电力电子器件的不断涌现和计算机技术的飞速发展,高性能的交流电动机变频调速系统得到了广泛的应用。本文首先论述了变频调速的基础技术,简述了磁场定向矢量控制系统的原理,以及分析了起重机的控制系统的机械特性和要求。根据PWM波形生成原理,以及系统的设计要求,设计和调试了转速负反馈控制系统。本文还介绍了电动机的起动方式及其特性,分析了速度闭环控制系统在低频区域的特性,叙述了系统在低频区域存在的一些问题,针对变频器运行中的谐波和准方波问题,逐一进行了分析,并提出了改进措施,解决电动机的重载起动问题。相关的实验及波形分析证实,改进后的设备达到了预期的需求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外动态
• 1.3 课题的主要内容和意义
• 第二章 起重机械变频应用总体方案设计
• 2.1 起重机械负载分析
• 2.1.1 电力拖动系统动力学分析
• 2.1.2 负载的转矩和旋转中转矩的计算
• 2.1.3 起重机械负载特性和负载要求
• 2.1.4 电力传动系统稳定运行的条件
• 2.2 起重机械变频系统的应用设计
• 2.2.1 起重机械变频方式的选择
• 2.2.2 起重机械矢量变频器的应用结构设计
• 2.2.3 测量设备的选择与设计
• 2.2.4 起重机械矢量变频系统的状态监控
• 2.3 实验方案设计
• 2.3.1 调速系统的结构说明
• 2.3.2 调速系统的选型及配套设备
• 2.4 小结
• 第三章 西门子MASTERDRIVES VC 变频器矢量控制原理
• 3.1 三相异步电动机的矢量控制原理
• 3.1.1 三相异步电动机的数学模型
• 3.1.2 矢量控制三相异步电动机的空间矢量方程
• 3.1.3 三相异步电动机的磁场定向控制系统原理
• 3.2 西门子变频器矢量控制原理分析
• 3.2.1 磁场定向控制系统
• 3.2.2 西门子MASTERDRIVES 变频调速器的系统分析
• 3.3 西门子MASTERDRIVES 变频调速器直观的分析工具与判读
• 3.4 小结
• 第四章 速度闭环控制下的矢量控制变频器调试
• 4.1 参数和功能图的读图说明
• 4.2 参数菜单和参数输入
• 4.3 速度闭环矢量控制的功能图
• 4.4 参数设置
• 4.5 变频器对电动机进行自动辩识的模型数据
• 4.6 基本附加功能实现
• 4.7 小结
• 第五章 矢量控制变频传动启动力矩的改善
• 5.1 三相变频异步电动机的原理及特性分析
• 5.1.1 三相变频异步电动机的工作原理
• 5.1.2 三相变频异步电动机转子静止与旋转时的分析
• 5.2 变频传动时的电动机特性与力矩分析
• 5.2.1 三相异步电动机的机械特性
• 5.2.2 变频传动时的电动机特性和力矩
• 5.2.3 磁路饱和对磁场定向和电动机的影响
• 5.3 矢量控制速度闭环变频传动的电动机启动力矩分析与改善方向
• 5.4 改善措施的效果分析和不利分析
• 5.5 其他改善措施的探索
• 5.6 小结
• 第六章 低频段转矩速度平稳输出的改进探讨
• 6.1 电动机参数对磁场定向矢量控制的影响
• 6.2 谐波及其对低频段运行性能的影响
• 6.2.1 空间高次谐波对异步电动机的特性的影响
• 6.2.2 变频驱动时谐波（时间谐波）对电动机的特性影响
• 6.2.3 准方波方式下的转矩脉动
• 6.3 改进低频段转矩速度输出的主要方向和措施
• 6.4 小结
• 第七章 全文总结
• 7.1 主要工作回顾
• 7.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献