陈宇 - 开题

毕业设计（论文）开题报告

毕业设计（论文）题目： T-25型混炼挤出机变频 调速系统的应用及电气控制系统的设计

学 院： 化工过程自动化学院 专业班级： 电气工程及其自动化1203 学生姓名： 陈宇 指导教师： 周作志

开题时间： 2016 年 3 月 20 日

一、课题基本情况

1. 课题的来源及选题的依据

1.1课题的来源

本课题选自于工厂实际应用中对混炼挤出机变频调速改进设计的项目。 1.2选题的依据

目前，变频调速技术已成为节能、改善工艺流程、提高产品质量和改善环境、推动技术进步的有效措施[1]变频调速具有高效率、宽范围和高精度等特点，是目前运用最广泛且最有发展前途的调速方式。交流电动机变频调速系统的种类很多，从早期提出的电压源型变频器开始，相继发展了电流源型，脉宽调制等各种变频器，这些变频调速技术的发展很大程度上依赖于大功率半导体器件的制造水平。随着电力电子技术的发展，特别是可关断晶闹管GT0，电力晶体管GTR，绝缘门极晶体管IGBT，MOS晶闸管及MTC等具有自关断能力全控功率元件的发展，再加上控制单元也从分离元件发展到大规模数字集成电路及采用微机控制，从而使变频装置的快速性，可靠性及经济性不断提高，变频调速系统的性能也得到不断完善。 1.3设计的意义

随着变频技术的日渐成熟，无论是精度还是调速范围，都有了一定程度的进步，成本也大幅降低，变频调速器能够应用在各行各业中，由于变频调速器能实现电机的变频启动，也可实现电机的变转向运行，而且能提供精确的速度控制，因此可以方便的控制机械传动的上升、下降和变速运行。变频应用可以大大地提高工艺的高效性，同时可以比原来的定速运行电机更加节能，可以提高机械化生产水平，增长其利益。在塑胶行业中得到了很好的体现，在肯定的程度上提高了塑胶机械的自动化水平，推动了塑胶行业的发展。本选题通过变频器调速技术实现了混炼挤出机的节能，延长了机械寿命，大大提高了设备的加工精度和工艺水平以及工作效率，从而提高了产品的质量和数量，增长了经济效益。

传统塑料挤出机的控制系统包括加热系统、冷却系统及工艺参数测量系统，主要由电器、仪表和执行机构（即控制屏和操作台）组成，在我们所设计的T-25型混炼挤出机电气控制系统中，主传动电机采用变频调速的方式，采用变频器来

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控制喂料机，从而控制喂料的速度，使得整个工艺流程形成一个变频器的PID闭环控制，通过控制喂料的速度，当筒体双螺杆压力过高时通过变频器降低其压力，压力过低时及时的升压；大大提高了颗粒的规格，稳定精确的提高了产品的质量，并且能很好的达到节能降耗的效果，这也迎合了“绿色节能”的主题

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2. 国内、外现状及发展趋势

2.1国外现状

高压变频器国外主流供应厂商主要有西门子、罗宾康、罗克韦尔（AB）及ABB等。在国外以西门子为代表的国外品牌占据大容量和为大型工程配套的高端市场。国外各大品牌的变频器生产商，均形成了系列化的产品，其控制系统也已实现全数字化。几乎所有的产品均具有矢量控制功能，完善的工艺水平也是国外品牌的一大特点。目前，在发达国家，只要有电机的场合，就会同时有变频器的存在。归纳欧美日等国外发达国家的高压变频技术现状，主要如下：

高压变频器国外主流供应厂商主要有西门子、罗宾康、罗克韦尔（AB）及ABB等。在国外，以西门子为代表的国外品牌占据大容量和为大型工程配套的高端市场。国外各大品牌的变频器生产商，均形成了系列化的产品，其控制系统也已实现全数字化。几乎所有的产品均具有矢量控制功能，完善的工艺水平也是国外品牌的一大特点。目前，在发达国家，只要有电机的场合，就会同时有变频器的存在。归纳欧美日等国外发达国家的高压变频技术现状，主要如下： （1）技术开发起步早，并具有相当大的产业化规模。 （2）能够提供特大功率的变频器，目前已超过20000KW。 （3）变频调速产品的技术标准比较完备。

（4）与变频器相关的配套产业及行业已基本发展成熟。

（5）本国具备成熟的变频器用功率器件生产技术如IGBT、IGCT、SGCT等。 （6）高压变频器在各个行业中被广泛应用，并取得了显着的经济效益。 （7）产品国际化、本土化加剧。

（8）创新技术、新工艺层出不穷，并被大量和快速地应用于产品中。

（9）采用输入多脉波整流，输出H桥逆变叠加多电平输出，逆变单元使用通

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用模块，无需输入、输出滤波器即可以控制高压异步电机与同步高压电机，该类型以美国罗宾康 公司为代表。

（10）采用输入多脉波整流，输出E桥逆变叠加多电平输出，逆变单元使用高压模块，需输入、输出滤波器即可以控制高压异步电机与同步高压电机，该类型高压变频器以ABB公司和富士公司的产品为代表。

2.2 国内现状

目前，我国约有20家左右的高压大功率变频器生产厂家，如利德华福、东方凯奇（现东方日立）、成都佳灵、中山明阳、广州智光、上海科达、山东风光、合康益盛、九洲电气等。

由于美国罗宾康公司没有在中国申请专利保护，因此绝大多数厂家都采用他的技术即单元串联多重化结构。深圳市英威腾电气股份有限公司则采用拥有自主知识产权的技术，开发出CHH系列矢量控制的高压变频器，2009年已试生产了40台，2010年已经批量生产了107台。

随着技术研究的进一步深入，在理论上和功能上国产高压变频器已经可以与进口变频器相比肩，但是受工艺技术的限制，与进口产品的差距还比较大，这些状况主要表现在如下几个方面：

（1）国外各大品牌的产品正加紧占领国内市场，并加快了本地化的步伐。 （2）具有研发能力和产业化规模的企业逐年增加。

（3）国产高压变频器的功率也越做越大，目前国内最大能做到8000KW。 （4）国内高压变频器的技术标准还有待规范。 （5）与高压变频器相配套的产业还很不发达。

（6）生产工艺落后，勉强满足变频器产品的技术要求，但是价格低廉。 （7）变频器中使用的功率半导体、驱动电路、电解电容等关键器件完全依赖进口，而且在未来相当长时间内还要依赖进口。

（8）与发达国家的技术差距在缩小，具有自主知识产权的产品正应用在国民经济中。

（9）已经研制出具有瞬时掉电再恢复、故障再恢复等功能的变频器。

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（10）部分厂家已经开发出四象限运行的高压变频器。 （11）矢量控制的高压变频器已经在应用。

其中：采用输入多脉波整流，输出H桥逆变叠加多电平输出，逆变单元使用通用模块，无需输入、输出滤波器既可以控制高压异步电机与同步高压电机的高压变频器。该类型产品以北京利德华福公司为代表，技术与美国罗宾康公司的产品处在同一水平。

采用输入多脉波整流，输出E桥逆变叠加多电平输出，逆变单元使用高压模块，需输入、输出滤波器既可以控制高压异步电机与同步高压电机的高压变频器。该类型高压变频器以中山明阳龙源公司产品为代表，就产品的可靠性而言与国外产品有一定距离。

采用输入6脉波整流，输出双电平6脉波逆变，逆变桥的上下桥臂使用通用模块串连接，需输入、输出滤波器既可以控制高压异步电机的高压变频器，该技术实际上是低压通用变频器控制技术的延伸发展，国外无类同的产品。 综上所述，国内的高压变频器技术与国外高压变频器技术有差距，但基本处在同一代技术层面，就高压变频器的性能价格比而言，国内的高压变频器比国外的更具有优势

2.3发展趋势

变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的[6]。20世纪50年代末，美国通用电气公司推出了电力半导体组件晶闸管（可控硅SCR），给变频技术提供了划时代意义的基础硬件。进入70年代，由于直流电机的调速局限性，交流电机越来越受到人们的青睐。随着市场需求的增长，技术也日益成熟和完善。1971年，美国、德国提出了矢量控制技术。随着以IGBT为代表的新型电力电子器件的发明及不断完善，及一适量控制为带便的各种交流调速控制理论的深入发展，加上计算机（单片机、数字信号处理器DSP）控制技术迅速发展的配合，使得变频器的交流调速性能可以和直流调速相媲美[7]。1973年，美国提出了电力电子技术这一新的技术学科，其最大应用领域就是调速传动。1979年，日本采用矢量控制的变频调速系统开始工作，技术又上了一个新台阶。到了20世纪80年代，由于电力半

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