现代交流调速系统绪论.

现代交流调速系统绪论19世纪70年代前后,直流电动机和交流电动机出现，人类社会进入了以电动机为动力设备的时代。0.1交流调速技术发展概况与发展趋势根据采用的电流制式不同，电动机分为直流电动机和交流电动机两大类，其中交流电动机拥有量最多。交流电动机分为同步电动机和异步（感应）电动机两大类：电动机的转子转速与定子电流的频率保持严格不变的关系，即是同步电动机；反之，若不保持这种关系，即是异步电动机。①机械式换向器表面线速度及换向电压、电流有一极限容许值，限制了电机的转速和功率。0.1.1直流调速技术存在的问题②为使机械式换向器能够可靠工作，增大了电枢和换向器直径，使电机体积增大，转动惯量大，对于快速响应的生产工艺，采用直流调速方案难以实现。③机械式换向器必须经常检查和维修，电刷必须定期更换。维修费用高。④在一些易燃、易爆的生产场合，一些多粉尘、多腐蚀性气体的生产场合不能或不宜使用直流调速系统。（1）电力电子器件GTR、GTO、VDMOS-IGBT等（2）脉宽调制（PWM）技术（3）矢量控制理论的诞生和发展（4）计算机控制技术的迅速发展和广泛应用0.1.2交流调速技术的发展概况交流调速技术的发展过程表明，现代工业生产及社会发展的需要推动了交流调速的发展；现代控制理论的发展和应用、电力电子技术的发展和应用、微机控制技术及大规模集成电路的发展和应用为交流调速的发展创造了技术和物质条件。交流调速取代直流调速已是必然，当前交流调速系统正朝着高电压、大容量、高性能、高效率、绿色化、网络化的方向发展，主要有：0.1.3现代交流调速技术的发展趋势①、高性能交流调速系统的进一步研究与技术开发；②、新型拓扑结构功率变换器的研究与技术开发；③、PWM模式的改进和优化；④、中压变频装置研究。（1）控制理论与控制技术方面的研究与开发，如下：矢量控制理论及其他现代控制理论随着交流调速的发展而不断完善；转子磁链定向的异步电动机矢量控制；直接转矩控制技术等。（2）变频器主电路拓扑结构研究与开发提高变频器的输出效率；电力电子逆变器朝着高频化、大功率方向发展；矩阵式变频器提高输出频率（3）PWM模式改进与优化研究为解决三电平中压变频器中点电压偏移问题，研究了虚拟电压矢量合成PWM模式，并取得了具有实用价值的研究成果。（4）中压变频装置的研究与开发中压是指电压等级为1kV～10kV，中、大功率是指功率等级在300kW以上。随着全控型功率器件耐压的提高，中压变频器的应用迅速加快了。应用较多的是采用IGBT、IEGT、IGCT三电平中压变频器及级联式单元串联多电平中压变频器。现代交流调速系统有交流电动机、电力电子功率变换器、控制器和检测器等四大部分组成，如图0-11所示。0.2现代交流调速系统的类型图0-11现代交流调速系统组成示意图根据被控对象——交流电动机的种类不同，现代交流调速系统可分为异步电动机调速系统和同步电动机调速系统。由同步电动机转速公式0.2.1同步电动机调速系统的基本类型sp60/nfn可知，同步电动机惟一依靠变频调速。因此又分为两类：1.他控式同步电动机调速系统用独立的变频装置作为同步电动机的变频电源叫做他控式同步电动机调速系统。2.自控式同步电动机调速系统采用频率闭环方式的同步电动机调速系统叫做自控式同步电动机调速系统，是用电机轴上所装转子位置检测器来控制变频装置触发脉冲，使同步电动机工作在自同步状态。他又分为两类，如下：（1）负载换向自控式同步电动机调速系统（无换向器电机）（2）交-交变频供电的同步电动机调速系统0.2.2异步电动机调速系统的基本类型由异步电动机工作原理可知，从定子传入转子的电磁功率mP可分为两部分：一部分dm(1)PsP是拖动负载的有效功率；另一部分是转差功率smPsP，与转差率s成正比。进一步可分为：（1）转差功率消耗型调速系统（2）转差功率回馈型调速系统（3）转差功率不变型调速系统现代交流调速系统有交流电动机、电力电子功率变换器、控制器和检测器等四大部分组成，如图0-11所示。0.3现代交流调速系统的调速方法和应用领域0.3.1现代交流调速系统的调速方法1.同步电动机的调速方法同步电动机的转速公式为：ssp60/nnfn式中，为同步频率；为同步转速；为极对数。sfsnpn现代同步电机的调速方法有变频调速、最大转矩控制、100%功率因数控制等方法。2.异步电动机的调速方法（1）变压变频调速异步电动机的调速公式为：ssspp6060(1)(1)(1)2fnssnsnn异步电动机的调速方法是通过改变同步频率或改变转差率来实现转速调节与控制。sfS（2）绕线转子异步电动机的双馈调速与串级调速绕线转子异步电动机的双馈调速与串级调速是通过转差功率回馈（电网）方式实现转速调节与控制。0.3.2交流调速系统的应用领域交流拖动控制系统的应用领域主要有下述三个方面：（1）一般性能的的节能调速（2）高性能的交流调速系统和交流伺服系统（3）直流调速难以实现的领域，如大容量、高转速的电机拖动等领域本章结束！