現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)緒論

1、現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)緒論 19世紀(jì)70年代前后,直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)，人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入了以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力設(shè)備的時(shí)代。0.1交流調(diào)速技術(shù)發(fā)展概況與發(fā)展趨勢(shì) 根據(jù)采用的電流制式不同，電動(dòng)機(jī)分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)兩大類(lèi)，其中交流電動(dòng)機(jī)擁有量最多。 交流電動(dòng)機(jī)分為同步電動(dòng)機(jī)和異步（感應(yīng)）電動(dòng)機(jī)兩大類(lèi)： 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子電流的頻率保持嚴(yán)格不變的關(guān)系，即是同步電動(dòng)機(jī)；反之，若不保持這種關(guān)系，即是異步電動(dòng)機(jī)。機(jī)械式換向器表面線速度及換向電壓、電流有一極限容許值，限制了電機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率。0.1.1直流調(diào)速技術(shù)存在的問(wèn)題為使機(jī)械式換向器能夠可靠工作，增大了電樞和換向器直徑，使電機(jī)體積增大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，對(duì)于

2、快速響應(yīng)的生產(chǎn)工藝，采用直流調(diào)速方案難以實(shí)現(xiàn)。機(jī)械式換向器必須經(jīng)常檢查和維修，電刷必須定期更換。維修費(fèi)用高。在一些易燃、易爆的生產(chǎn)場(chǎng)合，一些多粉塵、多腐蝕性氣體的生產(chǎn)場(chǎng)合不能或不宜使用直流調(diào)速系統(tǒng)。（1）電力電子器件GTR、GTO、VDMOS-IGBT等（2）脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)（3）矢量控制理論的誕生和發(fā)展（4）計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用0.1.2 交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展概況 交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展過(guò)程表明，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及社會(huì)發(fā)展的需要推動(dòng)了交流調(diào)速的發(fā)展；現(xiàn)代控制理論的發(fā)展和應(yīng)用、電力電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用、微機(jī)控制技術(shù)及大規(guī)模集成電路的發(fā)展和應(yīng)用為交流調(diào)速的發(fā)展創(chuàng)造了技術(shù)和物質(zhì)條件。 交

3、流調(diào)速取代直流調(diào)速已是必然，當(dāng)前交流調(diào)速系統(tǒng)正朝著高電壓、大容量、高性能、高效率、綠色化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，主要有：0.1.3 現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)、高性能交流調(diào)速系統(tǒng)的進(jìn)一步研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)；、新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)功率變換器的研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)；、PWM模式的改進(jìn)和優(yōu)化；、中壓變頻裝置研究。（1）控制理論與控制技術(shù)方面的研究與開(kāi)發(fā)，如下： 矢量控制理論及其他現(xiàn)代控制理論隨著交流調(diào)速的發(fā)展而不斷完善；轉(zhuǎn)子磁鏈定向的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制；直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)等。（2）變頻器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究與開(kāi)發(fā) 提高變頻器的輸出效率；電力電子逆變器朝著高頻化、大功率方向發(fā)展；矩陣式變頻器提高輸出頻率（3）PWM模式改進(jìn)與優(yōu)

4、化研究 為解決三電平中壓變頻器中點(diǎn)電壓偏移問(wèn)題，研究了虛擬電壓矢量合成PWM模式，并取得了具有實(shí)用價(jià)值的研究成果。（4）中壓變頻裝置的研究與開(kāi)發(fā) 中壓是指電壓等級(jí)為1kV10kV，中、大功率是指功率等級(jí)在300kW以上。隨著全控型功率器件耐壓的提高，中壓變頻器的應(yīng)用迅速加快了。應(yīng)用較多的是采用IGBT、IEGT、IGCT三電平中壓變頻器及級(jí)聯(lián)式單元串聯(lián)多電平中壓變頻器。 現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)有交流電動(dòng)機(jī)、電力電子功率變換器、控制器和檢測(cè)器等四大部分組成，如圖0-11所示。0.2現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的類(lèi)型圖圖0-11現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)組成示意圖現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)組成示意圖 根據(jù)被控對(duì)象交流電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)不同，

5、現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)可分為異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。由同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式 0.2.1同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的基本類(lèi)型sp60/nfn可知，同步電動(dòng)機(jī)惟一依靠變頻調(diào)速。因此又分為兩類(lèi)：1.他控式同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 用獨(dú)立的變頻裝置作為同步電動(dòng)機(jī)的變頻電源叫做他控式同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。2.自控式同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用頻率閉環(huán)方式的同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)叫做自控式同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，是用電機(jī)軸上所裝轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器來(lái)控制變頻裝置觸發(fā)脈沖，使同步電動(dòng)機(jī)工作在自同步狀態(tài)。他又分為兩類(lèi)，如下：（1）負(fù)載換向自控式同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（無(wú)換向器電機(jī)）（2）交-交變頻供電的同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)0.2.2異步電動(dòng)機(jī)

6、調(diào)速系統(tǒng)的基本類(lèi)型進(jìn)一步可分為：（1）轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)（2）轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速系統(tǒng)（3）轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng) 現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)有交流電動(dòng)機(jī)、電力電子功率變換器、控制器和檢測(cè)器等四大部分組成，如圖0-11所示。0.3現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速方法和應(yīng)用領(lǐng)域0.3.1現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速方法1.同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為：ssp60/nnfn式中， 為同步頻率； 為同步轉(zhuǎn)速； 為極對(duì)數(shù)。sfsnpn 現(xiàn)代同步電機(jī)的調(diào)速方法有變頻調(diào)速、最大轉(zhuǎn)矩控制、100%功率因數(shù)控制等方法。2.異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法（1）變壓變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速公式為：ssspp6060(1)(1)(1)2fnssnsnn異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法是通過(guò)改變同步頻率 或改變轉(zhuǎn)差率 來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與控制。sfS（2）繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的雙饋調(diào)速與串級(jí)調(diào)速 繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的雙饋調(diào)速與串級(jí)調(diào)速是通過(guò)轉(zhuǎn)差功率回饋（電網(wǎng)）方式實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與控制。0.3.2交流調(diào)速