1、 指导教师：开题时间： 2014 年 10月20日 1 选题的目的和意义通过对水下造粒变频装置及电气控制系统的设计，了解变频调速的原理。采用变频调速系统的主要目的，一是为了满足提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等要求；二是为了节约能源、降低生产成本。因此采用变频调速后，不仅获得了相当可观的经济效益，而且提高了运行设备的安全性和可靠性，面对世界能源短缺的现状，变频调速技术的研究应用有着重大的现实意义和巨大的社会、经济效益。变频调速在电动机运行方面的优势也很明显：变频调速系统的自身损耗小，工作效率高，电机总是保持在低转差率运行状态，减少转子损耗，可实现软启
2、，制动功能，减少启动电流冲击。在世界能源紧缺的今天，开展变频调速技术的研究，推广其应用，有着非常重大的现实意义和巨大的经济效益及社会效益 。在水下造粒装置中从气相反应器来的聚乙稀粉料、添加剂、碳黑母料等由挤出机的进料装置送入螺杆挤出机，并在其中熔化、均化，造粒以形成一定形状的颗粒。为了造粒的需要，将挤出机出口的熔体，由齿轮增压泵提升熔体压力，送至造粒机进行水下切粒、冷却、脱水、干燥气送至储料仓。齿轮增压泵根据生产工艺不同的要求，需要调速来改变压力，因此采用变频调速。因为粒子大小，尺寸要求不同，所以切粒机由变频电动机机调速驱动。采用变频调速技术大大提高了颗粒的规格，稳定精确的提高了产品的质量，并
3、且能很好的达到节能降耗的效果。变频调速技术已成为节约能源及提高产品质量的有效措施。很多用户实践的结果证明，节电率一般在10% 30%，有的高达40%，更重要的是生产中一些技术难点也得到解决。2 变频调速技术在国内、外的现状及发展趋势2.1 国外现状 变频调速以其优异的调速和启制动性能，高效率、高功率因数和节能效果，广泛的适用范围及其他许多优点，已成为高性能交流调速领域中世界各国备受关注和重点发展的技术之一。变频器越来越广泛地应用在冶金、机械、石油、化工、纺织、造纸、食品等各个行业以及风机、水泵等节能场合，并取得了显著的经济效益。变频调速技术涉及到电力、电子、电工、信息与控制等多个学科领域。随着
4、电力电子技术、计算机技术和自动控制技术的发展，以变频调速为代表的近代交流调速技术有了飞速的发展。交流变频调速传动克服了直流电机的缺点，发挥了交流电机本身固有的优点，并且很好地解决了交流电机调速性能先天不足的问题。变频调速理论已形成较为完整的科学体系，成为一门相对独立的学科。变频装置有交-直-交系统和交-交系统两大类。交-直-交系统又分为电压型和电流型，其中，电压型变频器在工业中应用最为广泛。国外交流变频调速技术的现状具有以下特点：（1）在功率器件方面，近年来高电压、大电流的SCR、GTO、IGBT、IGCT等器件的生产以及并联、串联技术的应用，使高电压、大功率变频器产品的生产及应用成为现实。（
5、2）在微电子技术方面，16位、32位的高速处理器以及DSP和ASIC（专用集成电路ApplicationSpecificIC）技术的快速发展，为实现变频器高精度、多功能化提供了硬件手段。（3）在控制理论方面，矢量控制、磁通控制、转矩控制、智能控制等新的控制理论为研制高性能变频器的发展提供了相关理论基础。（4）在产品化生产方面，基础工业和各种制造业的高速发展，促进了变频器相关配套件的社会化、专业化生产。基础工业和各种制造业的高速发展，变频器相关配套件社会化、专业化生产。在大功率交-交变频（循环变流器）调速技术方面，法国阿尔斯通已能提供单机容量达3万kW的电气传动设备用于船舶推进系统。在大功率无换
6、向器电机变频调速技术方面，意大利ABB公司提供了单机容量为6万kW的设备用于抽水蓄能电站。在中功率变频调速技术方面，德国西门子公司Simovert A电流型晶闸管变频调速设备单机容量为10 2600 kVA和Simovert P GTO PWM变频调速设备单机容量为100 900 kVA，其控制系统已实现全数字化，用于电力机车、风机、水泵传动。在小功率交流变频调速技术反面，日本富士BJT变频器最大单机容量可达700 kVA，IGBT变频器已形成系列产品，其控制系统也已实现全数字化。2.2 国内现状我国电气传动产业始于1954 年。当时，在机械工业部属下建立了我国第一个电气传动成套公司，即现在的
7、天津电气传动设计研究所的前身。现在，我国有200家左右的公司、工厂和研究所从事变频调速技术的工作。随着改革开放，经济高速发展，形成了一个巨大的市场，它既对国内企业，也对外国公司敞开。很多最先进的产品从发达国家进口，在我国运行良好，满足了我国生产和生活需要。国内许多合资公司生产当今国际上先进的产品，国内的成套部分在自行设计制造的成套装置中采用外国进口和合资企业的先进设备，自己开发应用软件，能为国内外重大工程项目提供一流的电气传动控制系统，在变频调速技术的应用和研究上取得了很大的成绩。但应看到，由于国内自行开发、生产产品的能力弱，对国外公司的依赖仍很严重。在国家“八五”科技攻关计划中，交流调速技术
8、被列为重点科技攻关项目。在“九五”计划中，交流调速及相关技术也受到重视。但是我国电力半导体器件虽然经过较长时间的发展，总体水平仍然很低，几乎不具备新产品的独立开发能力。IGBT、GTO器件的生产虽引进了国外技术，但一直未形成规模经济效益，变频器产品所用半导体功率器件的制造也几乎是空白，这在一定程度上影响了变频调速技术的发展。从总体上看我国电气传动的技术水平较国际先进水平差距10-15年。在大功率交-交变频技术、无换向器电机等方面，国内虽然有少数科研单位有能力制造，但在数字化及系统可靠性方面与国外相比，还有相当差距。在中小功率变频技术方面，国内几乎所有的产品都是采用普通V/F控制，仅有少量样机采
9、用矢量控制，品种与质量还不能满足市场需要，只能靠大量进口产品满足需求。2.3变频调速技术的发展趋势（1）矢量控制技术基本思想是把交流电机模拟成直流电机进行控制。它是以转子磁场定向，采用矢量交换的方法实现交流电动机的转速和磁链控制的完全解耦。迄今为止，矢量控制技术已经获得了长足的发展。（2）无速度传感器矢量控制技术近年来高性能异步电机调速系统得到广泛的应用，而速度传感器的安装、维护以及低速性能等方面的问题，影响了异步电机调速系统的简便性、廉价性和可靠性。无速度传感器异步电机的控制已越来越受到人们的关注和重视。（3）直接转矩控制技术1985年，德国的M.Depenblock首次提出DTC和理论。它
10、直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，采用定于磁场定向而无需解耦电流，直接控制电动机的磁链和转矩，着眼于转矩的快速响应，以获得高效的控制性能。这种控制技术与矢量控制技术相比，对电机参数不敏感，不受转子参数的影响，简单易行，在很大程度上克服了矢量控制技术的缺点，具有广阔的发展和应用前景。（4）PWM控制技术随着电压型逆变器在高性能电力电子装置，如交流传动、不间断电源和有源滤波器的应用越来越广泛，PWM控制技术作为这些系统的共用及核心技术，引起人们的高度重视，并得到深入研究。（5）数字化控制技术控制技术的数字化是静止变频装置的核心技术，是今后的发展趋势。目前市场上的变频装置几乎全面实现了数字
11、化控制，由于元件的高性能和小型化，使变频装置实现了控制的高精度。3 选题的主要工作生产工艺流程图3.1设计任务基本掌握一般生产装置电气控制系统的设计程序，步骤和方法。全面掌握水下造粒装置的生产工艺要求，生产机械的技术要求、环境要求等拟定设计方案，参照国家有关的电气设计规范标准，设计出生产装置的电气原理图、电气接线图，并做出详细的设计说明，提供所有电气设备器件、规格明细。3.2设计的主要内容（1）确定电气控制方案和选择不同型号的电动机。（2）设计电气自动控制线路，画出电气控制流程图，并据此选择电器元件和设计电气原理图。（3）通过设计掌握水下造粒装置各部分的电气原理，调速系统在电气控制中的应用，以
12、及三相交流变频器的结构、功能、规格和接线方法，以及温度控制仪的控制方法。（4）掌握水下造粒装置各部分元器件的选择，包括温控仪的选择、交流接触器的选择、变频器的选择、固态继电器的选择。3.3设计方案（1）拟定电气设计任务书（2）确定电力拖动方案以及控制方案（3）选择电动机，包括电动机的类型、电压等级、容量及转速，并选择出具体型号。（4）设计电气控制的原理框图，包括主电路、控制电路，确定各部分之间的关系，拟定各部分的技术要求。4.完成课题所需条件通用型变频器、标准信号发生器、仪表、元件、造粒机生产实习场合、Auto CAD绘图软件。5.课题的进度安排第13阶段 整理前期工作内容并搜集相关资料，进行
13、实地考察参观。第45阶段 确定翻译的外文文献并翻译,并撰写开题报告第67阶段 了解掌握变频器和变频调速的原理和应用第89阶段 了解造粒机的装置结构、生产工艺对调速的具体工作第1011阶段 掌握水下造粒装置的各器件的原理第1213阶段 对水下造粒装置电气控制部分做设计及说明第1415阶段 处理非等温数据，对所有数据进行分析，总结第1617阶段 撰写论文第18阶段 论文答辩6.参考文献1.邓星钟主编. 机电传动控制（第三版）. 武汉：华中科技大学出版社，2001.2.王树编著. 变频调速系统设计与应用. 北京：机械工业出版社，2005.13.廖晓钟编著. 电力电子技术与电气传动. 北京：北京理工大学出版社，2000.4.我国变频调速技术的发展及应用. 机电信息 2004年第3期5.变频调速技术发展趋势探讨. 机电国际市场 2002年第6期指导教师意见 指导教师签字： 年 月 日
