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交流调速论文

交流调速技术概述与发展方向

班级：

自动化十二班

学号姓名：

王慧广

摘要：

从电力电子技术、微处理器技术和现代电机控制理论等相关技术的角度阐述了交流调速技术的发展情况与动向,介绍了先进控制理论在运动控制中的应用,展现出交流调速技术更为广阔的前景。

并简要说明了交流调速节能技术的应用以及变频技术在交流调速系统中的应用和高电压、大容量交流同步电动机的调速方法。

关键词：

交流调速；节能；变频；大容量

一、交流调速技术概述

随着生产技术的不断发展，直流拖动的薄弱环节逐步显现出来。

由于换向器的存在，使直流电动机的维护工作量加大，单机容量、最高转速以及使用环境都受到限制。

人们转向结构简单、运行可靠、便于维护和价格低廉的异步电动机，但异步电动机的调速性能难以满足生产要求。

于是，从20世纪30年代开始，人们就致力于交流调速技术的研究，然而进展缓慢。

在相当长时期内，在变速传动领域，直流调速一直以其优良的性能领先于交流调速。

60年代以后，特别是70年代以来，电力电子技术和控制技术的飞速发展，使得交流调速性能可以与直流调速相媲美、相竞争。

目前，交流调速逐步代替直流调速的时代已经到来。

1、电力电子器件的代换

20世纪50年代末出现了晶闸管，由晶闸管构成的静止变频电源输出方波或阶梯波的交变电压，取代旋转变频机组实现了变频调速，然而晶闸管属于半控型器件，可以控制导通，但不能由门极控制关断。

因此，由普通晶闸管组成的逆变器用于交流调速必须附加强迫换向电路。

70年代后期，用第二代电力电子器件GTR，门极可关断晶闸管（GTO）、功率MOS场效应管为代表的全控型器件先后问世，并迅速发展，通过对这些器件门极（基极、栅极）的控制，既能控制导通又能控制关断，又称自关断器件。

它不再需要强迫换向电路，使得逆变器构成简单，结构紧凑。

此外，这些器件的开关速度普遍高于晶闸管，可用于开关速度较高的电路。

在80年代后期，以绝缘栅双极晶体管（IGBT）为代表的复合型器件异军突起。

IGBT兼有MOSFET和GTR的优点，它把MOSFET的驱动功率小、开关速度快的优点和GTR通态压降小、载流能力大的优点集于一身，性能十分优越，目前是用于中小功率范围最为流行的器件。

与IG2BT相对应，MOS控制晶体管（MCT）则综合了晶闸管的高电压、大电流特性和MOSFET的快速开关特性，是极有发展前景的大功率、高频功率开关器件。

电力电子器件正在向大功率、高频化和智能化发展。

80年代以后进入第三代，出现的功率集成电路，集功率开关器件、驱动电路、保护电路、接口电路于一体。

90年代至今进入第四代。

实用的第四代器件有：

高压IGBT器件、IGCT器件、IEGT器件和SGCT器件等。

已用于交流调速的智能功率模块（inteigentodue，Iin），要求送风量是固定的，为此，没有必要调节其转速。

但是，作为同步电动机，存在着如何启动的问题。

如果在启动过程中，将同步电动机定子绕组接上交直交电流型变频器，变成了无换向器电机（类似于直流电动机），则可以实现软启动，是启动电流可控，避免了对电网的冲击，实现了平稳启动。

待电动机启动完毕，再将装置甩掉，电机定子绕组直接接到三相交流电网上恒速运行。

在抽水蓄能电站中，机组（包括水利机械和同步电机）的运行是可逆的。

当电力系统高峰负荷时，要求机组发电运行。

于是上游水库的水流入下游水库并储存起来。

待电网低谷负荷时，机组中的同步电机做电动机运行，拖动水泵将下游水库里的水抽到上游水库，以备再发电时使用。

水电站每天如此循环工作，以调节电力系统负荷达到平衡。

同样，同步电机做电动机运行时，也有个启动问题。

交直交电流型无换向器电机调速系统中的同步电动机在其定子三相引出线与电源之间，接入交直交电流型变频器，再加上电机转轴上安装的位置检测器以及相应的控制装置，就构成无换向器电机调速系

统，其效果相当于一台直流电动机，但没有机械式换向器。

交直交电流型无换向器电机调速系统其主电路是由整流桥、逆变桥和平波电感组成的。

其中，整流桥是将三相50H交流电整流为直流电，逆变桥则是将直流电再变为电压、频率大小可变的交流电，实现对同步电机的调速控制。

实际上，由装在同步电机转轴上的位置检测器直接控制逆变桥输出电压的频率，为频率自控式，即电动机定子电压频率与转速之间永远保持同步，不存在失步问题。

通过控制整流桥输出的直流电压U的大小，达到调节电动机转速的目的。

这和直流电机调速方法一致。

无换向器电机调速系统运行时，其整流桥、逆变桥电流中谐波含量很大，除了对电机本身产生不利影响外，对供电电源也有影响，例如，使电源发生畸变，影响电网中其它用户正常用电。

因此，解决变频器产生的谐波问题，是有重要意义的。

采用多重化交直交电流变频技术可以有效地减少其谐波含量。

可以由两个独立的交直交系统给电动机供电，也可以是两个系统串联供电。

这种方法是利用三绕组变压器接成Y/△—Y联结，使两个次级绕组电压在相位上彼此错开30°电角度，分别给变频装置供电。

从而使系统中某些谐波相互抵消。

经分析，其中5次、7次、17次和19次谐波都相互抵消了，改善了电网的电压波形。

交直交电流型无换向器电机调速系统有以下优点：

1）装置容量大。

2）由于有升压变压器，可对额定电压为6V或10V的同步电动

机进行调速。

3）输出频率范围0～100H。

4）四象限运行。

5）结构复杂，换能次数多。

6）可采用磁场定向矢量控制，提高控制性能。

除了拖动风机负载外，轧钢厂高速线材轧机多采用这种调速方式。

上述的无换向器电机调速系统，其中同步电动机多为高电压（6V或10V）、容量大（250W以上），在选择主电路时，除了应考虑实用性、经济性以可靠性外，还应考虑晶闸管的耐压水平，以及运行过程中装置产生的谐波等问题。

常用的主电路有以下几种：

1）高—低（电压）供电方式。

2）高—高（电压）供电方式。

3）高—低—高（电压）供电方式。

2、交交变频磁场定向矢量控制同步电动机调速

单相交交变频器是两个全控整流桥反并联联在一起，电感是它们的负载。

把两个全控整流桥分别称为正组桥和反组桥。

实际运行时，正、反组桥不允许同时工作，只允许一组桥工作。

例如，正组桥开始工作前，必须将反组桥封锁，然后才允许正组桥工作。

相反，先将正组桥封锁后，才允许反组桥工作。

决定不允许正、反组桥同时工作，那样会造成电源大短路，引起极大的电流，烧坏晶闸管。

在单相交交变频器中，当正组桥工作时，整流电流从负载电感一端进入，当反组桥工作时，整流电流从负载电感另一端进入。

可见，依次控制正、反组桥工作，在负载电感中流过的是交流电流。

如果把单相交交变频器中的负载电感看成是同步电动机的一相绕组，只要把另外两相绕组也分别由反并联全控整流桥供电，就构成了交交变频同步电动机调速系统。

交交变频同步电动机调速系统起主电路用的晶闸管较多，达36只，若采用半控桥电路，也需要18只晶闸管。

交交变频器集整流、逆变于一身，晶闸管为电源自然换流方式，其输出频率f小于1/2f，多用于f＜1/3f以下场合，其中f1为电源频率。

交交变频器输出三相交流电压大小可连续调节。

采用磁场定向矢量控制，交交变频同步电动机调速系统广泛用于钢厂初轧或连轧机上，具有很好的静、动态性能。

交交变频磁场定向矢量控制同步电动机调速系统有如下的特点：

1）装置和电机容量大，2000～12000W。

2）装置输出电压0～1650V，经降压变压器接到6V或10V电网

运行。

3）输出频率范围0～20H。

4）四象限运行。

5）过载倍数大，25～27倍。

6）转动惯量小，动态响应快。

7）维护简单。

采用电力电子变频实现电压频率协调控制，改变了同步电动机历来的恒速运行不能调速的弊病，启动费事、重载时振荡和失步等问题已不再是同步电动机广泛应用的障碍。

参考文献：

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[2]高翔,姚大博交流调速节能技术的应用内蒙古石油化工,最新7

[3]刘玲交流变频调速技术的优势与应用电气开关,最新1

[4]马志源电力拖动控制系统北京:

科技出版社,最新

[5]黄立培,张学变频器应用技术及电动机调速北京:

人民邮电出版社，1998

[6]项飞高电压、大容量交流同步电动机的调速方法科技论坛，最新6