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1、论 文变频器在行车中电机无级调速姓名专 业机电一体化技术指导老师2011年7月15日 目 录摘 要11引 言II2机电一体化的简介概况23机电一体化系统的特点和变频器的无级调速43.1 机电一体化系统的特点43.2变频器在行车中的无极调速5结束语7参考文献8摘 要摘要:机电一体化是一种复合技术,是机械技术与微电子技术、信息技术互相渗透的产物,是机电工业发展的必然趋势。文章简述了机电一体化技术的概况和变频器在电机中的无极调速。 关键词:机械工业 机电一体化 变频器 无级调速1 引 言现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电
2、子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。2 机电一体化的简介概况近数十年来，自动化技术的应用范围越来越广泛，应用程度也越来越深入。自动化技术的普遍应用，极大地把人类从繁杂的体力劳动和不安全的工作环境中解放出来，显著地改善了人类的工作环境和提高了人类的生活质量。机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根
3、本区别。机械工程技术有纯技术发展到机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体力。但是发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还能赋予许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制自动诊断与保护等。即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的眼神，具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。随着时代的进步，机电一体化技术也越来越受到人们的重视，它的使用也越来越广泛。机电一体化是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智
4、能化、模块化、网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。机电一体化主要应用在：数控机床、计算机集成制造系统(CIMS)、柔性制造系统(FMS)、工业机器人等这些领域。3 机电一体化系统的特点和变频器的无级调速 目前，随着科技的发展，机电一体化技术不断更新，其性能不断完善、功能不断增强，下面我进行其特点阐述：3.1 机电一体化系统的特点机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器检测、执行机构、控制及信息处理和动力系统等五部分组成。因此,为加速推进机电一体化的发展,必须从以下几方面着手。 (1)机械本体技术 机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产
5、品一般都是以钢铁材料为主,为了减轻质量除了在结构上加以改进,还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量,才有可能实现驱动系统的小型化,进而在控制方面改善快速响应特性,减少能量消耗,提高效率。 (2)传感器技术 传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面,提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰,目前有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信息传感器来说,目前主要发展非接触型检测技术。(3)执行机构 执行机构是运动部件在控制信息的作用下完成要求的动作，实现产品的主要功能，电、液、气等执行元件和机械传动装置作为执行机构已被广泛采用。(4)控制及信息处理技术 机电一体化与微电子学的显
6、著进步、信息处理设备(特别是微型计算机)的普及应用紧密相连。为进一步发展机电一体化,必须提高信息处理设备的可靠性,包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性,进而提高处理速度,并解决抗干扰及标准化问题。(5)动力系统动力系统按照控制的要求，为系统提供能力和动力，去驱动执行机构工作以完成预定的。 (6)接口技术 为了与计算机进行通信,必须使数据传递的格式标准化、规格化。接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修,而且可以简化设计。目前,技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口,来解决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。 (7)软件技术 软件与硬件
7、必须协调一致地发展。为了减少软件的研制成本,提高生产维修的效率,要逐步推行软件标准化,包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。3.2 变频器在行车中的无极调速现在机电一体化技术在工业生产中得到广泛应用，就以我厂的“一罐到底”工程来说，新配备的两台行车，分别为起重量是130吨和80吨的，现行车采用的是无级调速，下面我就对电机无级调速进行介绍：电机的调速的方法有种：一、变极对数调速方法（这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的）。二、变频调速方法（变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法）。三、串级调速方法（串级调速是
8、指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差，达到调速的目的）。四、绕线式电动机转子串电阻调速方法（绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行）。五、定子调压调速方法（当改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机械特性曲线，从而获得不同转速）。六、电磁调速电动机调速方法。七、液力耦合器调速方法。对于我厂的调速方法是变频调速方法：对于成品电机，则电机的转速与电源频率成正比，因此改变输入电源的频率就可以改变电机的同步转速，进而达到异步电机调速的目的。我厂设备调速采用的是改变交流电的频率，用的是变频器，但是，为了保持在调速时电机的最大转矩不变
9、，必须维持电机的磁通量恒定，因此定子的供电电压也要作相应调节，所以，现在的变频器不仅仅把固定不变的交流电频率改变还把其电压也改变。也被称为“可变频率，可变电压驱动装置（VFD）”。（一）变频器调速及节能原理实现变频调速的装置称为变频器。变频器一般由整流器、滤波器、驱动电路、保护电路以及控制器（MCUDSP）等部分组成。变频调速技术是20世纪80年代末兴起的一种新型电力传动调速技术，集电力电子、自动控制、微电子、电机学等技术于一体的高新技术，以其优异的调速性能、显著的节电效果在国民经济各领域有着广泛的适用性，被国内外公认为是世界上应用最广、效率最高、最理想的电气传动方案，是电气传动的发展方向。变
10、频调速通过改变电机频率和改变电压来达到电机调速目的，核心是变频调速器，为提高产品质量和产量、节约能源、降低消耗、提高企业经济效益提供了重要的新手段。所谓变频就是利用大功率电子器件(如巨型晶体管GTR、绝缘栅双极型功率晶体管IGBT)将380V、50H的市电变换为用户所要求的交流电源或其他电源。常见的变频技术有交-交变频技术(直接变频)和交-直-交变频技术(间接变频)。变频器的工作过程：首先将单相或三相交流电源通过整流及电容滤波装置将其转换为直流电压，在计算机的控制下，借助一种耐高压的电子逆变器桥路，使逆变器输出端获得一定形状的矩形脉冲波形。在这里，通过改变矩形脉冲的宽度控制其电压幅值；通过改变
11、调制周期控制其输出频率，从而在逆变器上同时进行输出电压和频率的控制，而满足变频调速对Uf协调控制的要求。PWM（脉冲宽度调制）的优点是能消除或抑制低次谐波，使负载电机在近正弦波的交变电压下运行，转矩脉冲小，调速范围宽。 采用PWM控制方式的电机转速受到上限转速的限制。如对压缩机来讲，一般不超过7000rrain。而采用PAM控制方式的压缩机转速可提高15倍左右，这样大大提高了快速增速和减速能力。同时，由于PAM在调整电压时具有对电流波形的整形作用，因而可以获得比PWM更高的效率。此外，在抗干扰方面也有着PWM无法比拟的优越性，可抑制高次谐波的生成，减小对电网的污染。采用该控制方式的变频调速技术
12、后，电机定子电流下降64 ，电源频率降低30 ，出胶压力降低57 。由电机理论可知，异步电机的转速可表示为： n=60f 8（18）p f s为电机定子频率（也即是电网频率），P电机定子的绕组极对数，s为转差率。由上式可知，只要转差率不太大，可以近似认为转速n与f s成正比，这就意味着连续平滑的改变电源频率，就可以实现交流电动机大范围的连续平滑调速。例如一个额定转速3000转分的电动机，由变频器供电，若启动频率设定为5HZ，那么变频器可以运行在550HZ之间的任一频率上，则电动机可以运行在30o3000转分之间的任一转速上电动机由市电启动，启动平衡，力矩大又节能。 50HZ380V的市电经过整
13、流滤波环节后成为直流电，再经过逆变环节变成了频率和幅度都可调的交流电。在变频器主回路中电能经过了交流 直流 交流的变换，所以这类变频器称作交 直 交类变频器。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。变频调速这一技术正越来越广泛的深入到行业中。它的节能、省力、易于构成自控系统的显著优势应用变频调速技术也是改造挖潜、增加效益的一条有效途径。结束语随着时间的流逝，一年的时光又要过去啦，回想一下这一年，我的收获有多有少，每一份收获都是辛勤耕耘
14、的结果。在这一年的实习中，看到师傅们每天忙碌的工作，时时刻刻都想着安全生产，无论工作前还是工作结束，安全始终是首位。每个车间、班组、师傅都给我留下了深刻的印象，是我踏上工作岗位的第一笔财富，车间里气氛和谐、温馨，工作中师傅很关心我，领导也经常亲临现场，并对我们的工作、生活表示关心，在实习中我学到了不少知识，像行车、抓钢机、汽车等这些设备简单故障的维修，对这些设备有了进一步的了解。通过三年多的在校专业理论学习和一年的实习，让我知道理论是基础，实践才是根本，纸上谈兵的学习不可取。只有通过实践，积累经验，才能为以后相关工作打好坚实的基础，因为无论理论和知识，只有与实习相结合，才能发挥出作用。在这几个
15、月充实的学习，我觉得自己成长了不少，心态上也改变了不少，为我们以后的学习和工作提供了不少助力。在设计中，某某某给予了我很大的帮助和鼓励，而且对于设计中出现的问题，也及时解答和指导，使我的设计得以顺利完成。在此，谨向某某某表示衷心感谢。由于本人水平有限，在文中肯定存在许多不足，恳请各位批评指正。参考文献1. 章浩,张西良,周士冲.机电一体化技术的发展与应用J.农机化研究,2006(7)2. 梁俊彦,李玉翔.机电一体化技术的发展及应用J.科技资讯,2007(9)3. 谢存禧.机电一体化生产系统设计.北京：机械工业出版社，19994. 项占琴.微电子机械的发展现状及前景.机电工程.19975. 徐志毅主编.机电一体化实用技术.上海：上海科学技术文献出版社，19956. 李建勇.机电一体化技术M.北京:科学出版社,2004.7. 梁景凯主编.机电一体化技术与系统.北京：机械工业出版社，19978. 王孙安.机械电子工程M.北京：科学出版社，2003
