基于變頻調速技術的節(jié)能改造研究

【摘要】：我國一次能源緊缺,而能源利用率較低,為產值能耗比最高的國家之一;另外,我國供電網結構比較復雜,沖擊性負荷較多,很多場合偏低,因此改造潛力巨大。變頻調速技術以其顯著的節(jié)電效果、具有較高的供電功率因數、優(yōu)良的調速性能以及廣泛的適用性而成為發(fā)展的主流方向。本文選擇基于變頻調速技術的節(jié)能改造方法,開發(fā)設計了一套高壓變頻調速裝置。首先給出了高壓變頻器系統(tǒng)的結構,由變壓器柜、功率單元柜、控制柜、進出線柜和旁路柜等組成;變壓器柜用于放置移相整流變壓器,接入10kV電源,輸出功率單元柜低壓電源,還包括變壓器自身的風冷設施和溫度檢測裝置;功率單元柜主要放置24個功率單元;控制柜主要由控制器、PLC和觸摸屏等組成,承擔變頻器控制、報警、打印等功能;進出線柜和旁路柜主要是電源進出線通道。然后設計了高壓變頻調速裝置的控制系統(tǒng),包括主控系統(tǒng)、上層控制器、PLC控制器、與工業(yè)控制系統(tǒng)的接口、人機界面、功率單元控制系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)電源。并且設計了高壓變頻調速裝置的保護功能模塊,包括過電流保護和功率單元直流過電壓保護。最后分析了異步電機變頻調速的最優(yōu)控制原理,建立了異步電機的數學模型,概述了異步電機中的功率合理匹配原理,得到了基于功率匹配的最優(yōu)控制策略。 本裝置是結合大功率全控型電力半導體器件和先進控制理論的新型電力電子裝置,一般應用于電力、冶金、化工等高能耗企業(yè)的高壓風機、泵類等負載的變頻調速,可以顯著地提高負載與電網接入點處的功率因數,并能大幅度節(jié)省電能消耗。 【關鍵詞】：變頻調速 節(jié)能改造 高壓變頻器 異步電機 控制系統(tǒng)
【學位授予單位】：華北電力大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TM921.51
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 緒論9-12
• 1.1 選題背景及其意義9
• 1.2 課題研究內容9-12
• 1.2.1 裝置的研制過程10
• 1.2.2 主要技術參數10-11
• 1.2.3 功能與特點11-12
• 第2章 高壓變頻的硬件設計12-24
• 2.1 高壓變頻器介紹12-14
• 2.2 功率單元內元器件的選取14-17
• 2.3 功率單元預充電環(huán)節(jié)17
• 2.4 緩沖電路設計17-21
• 2.5 多繞組移相整流變壓器設計21-24
• 第3章 高壓變頻控制系統(tǒng)的設計24-45
• 3.1 主控系統(tǒng)設計25-29
• 3.1.1 主控板主要芯片簡介25-26
• 3.1.2 主控板原理簡介26-28
• 3.1.3 主控機箱內板卡說明28-29
• 3.2 FPGA 發(fā)生多路 PWM 的原理29-34
• 3.2.1 移相多路 PWM 發(fā)生原理29-31
• 3.2.2 PWM 發(fā)生及功率單元狀態(tài)信息回傳的實現31-34
• 3.3 QUARTUS II 仿真結果34-36
• 3.4 上層控制器設計36
• 3.5 PLC 控制器程序設計36-39
• 3.5.1 系統(tǒng)控制結構設計36
• 3.5.2 程序結構36-39
• 3.6 與工業(yè)控制系統(tǒng)的接口設計39-40
• 3.7 人機界面40-42
• 3.8 功率單元控制系統(tǒng)設計42-43
• 3.9 控制系統(tǒng)電源設計43-45
• 第4章 保護功能設計45-48
• 4.1 過電流保護45
• 4.2 功率單元直流過電壓保護45-48
• 第5章 異步電機變頻調速的最優(yōu)控制原理48-58
• 5.1 異步電機的數學模型48-50
• 5.1.1 異步電機考慮磁路飽和數學模型48-49
• 5.1.2 考慮鐵耗等效電阻的異步電機的數學模型49-50
• 5.2 高壓變頻器使用的控制方式50-51
• 5.3 電機中的功率合理匹配原理51-52
• 5.4 高壓變頻器調速的最優(yōu)控制的運用52-55
• 5.5 基于功率匹配的最優(yōu)控制策略55-58
• 第6章 結論58-59
• 參考文獻59-62
• 致謝62-63
• 在學期間發(fā)表的學術論文和參加科研情況63-64
• 作者簡介64-65
• 論文摘要65-78

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