交流電機(jī)變頻調(diào)速原理與應(yīng)用

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1、電梯驅(qū)動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)1、變極調(diào)速系統(tǒng)2、調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)3、變頻調(diào)速系統(tǒng)交流同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)永磁同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)交流變頻調(diào)速基礎(chǔ)1.1交流調(diào)速的發(fā)展概況交流調(diào)速系統(tǒng)：由交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)、電機(jī)轉(zhuǎn)速為控制目標(biāo)的電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速性能好,控制簡(jiǎn)單直流電動(dòng)機(jī)缺點(diǎn)：體積大、容量小、制造成本高、有機(jī)械換向裝置，維護(hù)困難20世紀(jì)70年代，研究開發(fā)高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)，期望用它來節(jié)約能源。同期，電力電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路、各種控制理論、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，為交流調(diào)速電力拖動(dòng)的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。交流電動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，維護(hù)少，無機(jī)械

2、換向火花，制造成本低1交流調(diào)速系統(tǒng)概述20世紀(jì)80年代，原有的交直流調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)的分工格局被逐漸打破。目前的許多交流調(diào)速系統(tǒng)在裝置容量上、動(dòng)靜態(tài)性能上、可四象限運(yùn)行的要求上，以至在系統(tǒng)制造成本上都可以與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美。20世紀(jì)90年代，交流調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)占到了調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)地位。勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)1.2交流調(diào)速系統(tǒng)的分類交流電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)永磁同步電動(dòng)機(jī)無刷直流電動(dòng)機(jī)及開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)都滿足“定子電流的頻率與轉(zhuǎn)速有嚴(yán)格比例關(guān)系”的條件，所以也把它歸入同步電動(dòng)機(jī)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與定子電流的頻率有嚴(yán)格比例關(guān)系的電動(dòng)機(jī)稱同步電動(dòng)機(jī)，無嚴(yán)格比例關(guān)系的電動(dòng)機(jī)稱異步電動(dòng)機(jī)。特種同步電動(dòng)機(jī)無刷直流電動(dòng)機(jī)開

3、關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)直流無換向器電動(dòng)機(jī)交流無換向器電動(dòng)機(jī)交流電動(dòng)機(jī)是定子繞組通入交流電(或周期脈沖電流)的電機(jī)，其定子磁動(dòng)勢(shì)是一個(gè)旋轉(zhuǎn)(或步進(jìn)旋轉(zhuǎn))的磁動(dòng)勢(shì)。同步電動(dòng)機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng)的分類電動(dòng)機(jī)類別調(diào)速原理電力電子變換器形式變換器的電源特性異步電動(dòng)機(jī)繞線式轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速（變轉(zhuǎn)差）①交直交變頻（整流＋有源逆變）②交交變頻電流源型鼠籠式轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速交流調(diào)壓電壓源型①變頻調(diào)速，他控式②變頻調(diào)速，矢量控制①交直交變頻（整流＋無源逆變）②交交變頻①電流源型②電壓源型同步電動(dòng)機(jī)常規(guī)意義同步電動(dòng)機(jī)無換向器電機(jī)變頻調(diào)速，自控式①交直交變頻（可控整流＋有源逆變）②交交變頻電流源型無刷直流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)

4、速，自控式交直交變頻電壓源型開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速，自控式交直交，（單極性脈動(dòng)電流）1.3異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的分類1.異步電動(dòng)機(jī)功率(能量)圖從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率總機(jī)械功率轉(zhuǎn)子銅耗（轉(zhuǎn)差功率）定義：轉(zhuǎn)差功率Ps＝sPm2.常見的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速類別（按主要特征分類）①調(diào)壓調(diào)速；②電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速；③繞線轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速；④串級(jí)調(diào)速；⑤變極調(diào)速；⑥變頻調(diào)速；⑦定子回路串電抗調(diào)速。3調(diào)速系統(tǒng)按所改變的物理量分類（1）變頻調(diào)速（2）變極調(diào)速（3）變轉(zhuǎn)差率調(diào)速4.按轉(zhuǎn)差功率Ps去向分類（1）轉(zhuǎn)差功率消耗型（系統(tǒng)效率較低）（2）轉(zhuǎn)差功率回饋型（把部份轉(zhuǎn)差功率送回電網(wǎng)）（系統(tǒng)效率稍高）（3）

5、轉(zhuǎn)差功率不變型（系統(tǒng)效率最高）2異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)（交調(diào)系統(tǒng)）2.1異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓時(shí)的開環(huán)機(jī)械特性低轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速時(shí)的開環(huán)機(jī)械特性當(dāng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，盡管電壓改變很大，但速度的變化并不大。系統(tǒng)能調(diào)速的最大區(qū)域只在轉(zhuǎn)差率之間當(dāng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載時(shí)不再受Sm的限制，異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性方程風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，為減小損耗，電動(dòng)機(jī)在額定點(diǎn)的轉(zhuǎn)差率一般在0.02~0.06之間，最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)差率也較小，在0.15左右異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速時(shí)的開環(huán)機(jī)械特性高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)交流力矩電動(dòng)機(jī)為了能在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下擴(kuò)大調(diào)壓調(diào)速的范圍，這就要求電動(dòng)機(jī)有較大的Sm可以使用高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)或者交

6、流力矩電動(dòng)機(jī)，這兩類電機(jī)通過增大轉(zhuǎn)子電阻使電機(jī)的機(jī)械特性變軟，Sm增大，拓寬了低速運(yùn)行區(qū)。交流力矩電動(dòng)機(jī)允許電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期堵轉(zhuǎn)及低速運(yùn)行，Sm等于1，電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)就是堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，額定點(diǎn)就是堵轉(zhuǎn)點(diǎn)。高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)兼顧了高速及低速的性能，額定轉(zhuǎn)差率一般在0.07~0.13之間，Sm一般在0.5左右，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩也較大，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩等于最大轉(zhuǎn)矩。調(diào)壓調(diào)速主電路串聯(lián)分段電抗器降壓串聯(lián)飽和電抗器降壓串聯(lián)飽和電抗器降壓降壓調(diào)速原理缺點(diǎn)：需體積龐大且笨重的設(shè)備，自電力電子技術(shù)發(fā)展起來已很少采用。自耦變壓器調(diào)壓現(xiàn)在調(diào)壓調(diào)速設(shè)備一般采用由晶閘管構(gòu)成的負(fù)載Y接法的晶閘管相控交流調(diào)壓器VVC為相控交流調(diào)壓器，由三只雙

7、向晶閘管或三對(duì)反并聯(lián)晶閘管構(gòu)成，電動(dòng)機(jī)定子繞組接成Y接法VVC工作原理早期的方法有：VR為可控整流橋，制動(dòng)時(shí)用2.2調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的系統(tǒng)原理圖異步電動(dòng)機(jī)速度單閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)控制的對(duì)象：電動(dòng)機(jī)的端電壓速度調(diào)節(jié)器ASR的輸出：電壓指令信號(hào)交流調(diào)壓器的輸出電壓U1與移相控制角α之間有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，U1與α是一一對(duì)應(yīng)且是唯一的，因此速度調(diào)節(jié)器的輸出可直接作為α角的指令值而不必再加電壓閉環(huán)限流環(huán)節(jié)檢測(cè)異步電動(dòng)機(jī)的定子電