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1、1變頻技術1.1變頻技術的普及前景電機交流變頻調速技術是當今節(jié)電、改善工藝流程以提高產品質量和改善環(huán)境、推動技術進步的一種主要手段。變頻調速以其優(yōu)異的調速和起制動性能,高效率、高功率因數和節(jié)電效果,廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點而被國內外公認為最有發(fā)展前途的調速方式。電氣傳動控制系統(tǒng)通常由電動機、控制裝置和信息裝置3部分組成,電氣傳動關系到合理地使用電動機以節(jié)約電能和控制機械的運轉狀態(tài),實現電能-機械能的轉換,達到優(yōu)質、高產、低耗目的。電氣傳動分成不調速和調速兩大類,調速又分交流調速和直流調速兩種方式。不調速電動機直接由電網供電,但隨著電力電子技術的發(fā)展這類原本不調速的機械越來越多地改
2、用調速傳動以節(jié)約電能(節(jié)約15%~20%或更多),改善產品質量,提高產量。在我國60%的發(fā)電量是通過電動機消耗的,因此調速傳動是一個重要行業(yè),已經得到國家重視,目前已有一定規(guī)模。近年來交流調速中最活躍、發(fā)展最快的就是變頻調速技術,變頻調速是交流調速的基礎和主干內容。上個世紀變壓器的出現使改變電壓變得很容易,從而造就了一個龐大的電力行業(yè)。長期以來,交流電的頻率一直是固定的,變頻調速技術的出現使頻率變?yōu)榭梢猿浞掷玫馁Y源。這10年來,變頻技術的應用在我國有很大的發(fā)展,并取得了良好的效果可以說,變頻技術已為大多數用戶所接受,但是不能不指出,我國在變頻技術的應用方面,與發(fā)達國家的水平尚有很大
3、差距,目前,我國在用的交流電動機使用變頻調速運行的僅6%左右,而下業(yè)發(fā)達國家已達(60%~70%),日本在風機、水泵上變頻調速的采用率已達10%,而我國還不足0.01%.在日本,空調器的70%采用了變頻調速,而我國才剛剛起步。從這個現實出發(fā),變頻技術尚有很大的發(fā)展空間,應該鍥而不舍地做好推廣應用工作。而且隨著控制技術和控制手段的不斷提高,變頻調速又由變壓變頻控制的變頻調速發(fā)展到了矢量控制變頻調速,通過控制交流電動機里相當于并勵直流電動機勵磁繞組的磁通變化,提高變頻器的恒轉矩輸出范圍和動靜態(tài)特性,使得交流電動機變頻調速系統(tǒng)的性能超過了直流電動機調壓調速系統(tǒng)的性能。為了簡化控制系統(tǒng),減少
4、設備故障率,在矢量控制變頻調速的基礎上又發(fā)展了無速度傳感器的矢量控制變頻調速。在一些對動靜態(tài)特性要求不太高的應用中,無速度傳感器的矢量控制變頻調速己完全可以和有速度傳感器的矢量控制變頻調速相媲美。矢量控制對交流電機調速具有劃時代的意義。17變頻調速是電機調速的最佳方式,是企業(yè)技術改造和產品更新?lián)Q代的理想設備,是工業(yè)自動化系統(tǒng)必不可少的組成部分,是實現生產過程和管理自動化的前提,也是信息化發(fā)展的先決條件。在我國傳統(tǒng)產業(yè)中,采用直流電機拖動的調速系統(tǒng)約占調速系統(tǒng)總量的85%~90%,而交流調速系統(tǒng)僅占10%~15%。效率低、質量差、消耗大、故障率高己成為制約企業(yè)發(fā)展的瓶頸。因此,必須積極
5、推廣先進的交流變頻調速技術,用先進的設備武裝傳統(tǒng)產業(yè),促進自動化、工業(yè)化和信息化的進一步發(fā)展。1.2變頻調速發(fā)展趨勢如果說以第一個晶閘管的出現作為交流電動機變頻調速的起點,可以認為它的發(fā)展歷史己40多年了。而變頻調速技術真正高速發(fā)展時期,應該是在PWM調制技術的出現和微機控制技術發(fā)展之后。特別是最近20年來,隨著交流調速技術的應用普及,交流變頻調速在化工、火電廠、礦山、油田、機械制造、城市建設、水處理、甚至家電等行業(yè)己經全面推廣使用,一般主要用于節(jié)能及控制。隨著變頻技術的普及和深入,以及國際、國內電器設備使用的有關標準意識的強化,電力系統(tǒng)行業(yè)和用戶對變頻技術的質量要求也越來越高。變頻
6、調速的發(fā)展趨勢主要圍繞下面幾個方而展開。1)高性能的智能控制變頻器380V系統(tǒng)的低壓變頻器是國內的主要研究對象,應用交流調速的基本理論,結合神經網絡控制、魯棒控制、模糊控制,或其他智能控制等手段,實現電機運行參數的自動辨識,以期達到自適應、自調整的最優(yōu)控制。這方面己有一定的研究成果。2)速度傳感器研究從前面所述的各種變頻調速的理論可知,一般系統(tǒng)都要用到轉速傳感器。在實際使用中,由于變頻設備和被控電動機有一定的距離,而高精度的轉速傳感器都要使用專門的電源,被控電動機有的是在戶外,運行工況非常惡劣,要保證速度反饋的準確性,有時不得不采取特別措施,因此也會增加額外費用,運行的可靠性和控制精
7、度也會因此受到影響。無速度傳感器的變頻調速系統(tǒng),是通過現場采集的電流電壓量,以及控制的實施策略,綜合出被控電機的實際轉速。這種控制方案要求計算機的控制速度較高,并有足夠的精度。3)針對功率因數提高和諧波污染的研究17低壓變頻調速系統(tǒng)的控制雖然己經是非常成熟了,但目前國際、國內的產品,一般都是矢量控制和直接轉矩控制,重點放在電機變頻控制理論的實現和完善上,而對變頻器的輸出波形、功率因數,以及諧波污染等問題還沒有引起足夠的重視。最近10多年來,國外在這一領域己