自控课程论文

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1、过程计算机控制系统——交流调速系统概述与发展方向

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3、z•*********级：*********作专班学扌旨导教0帀：*********机电工程学院二零一三年六月过程计算机控制系统摘要：本文主要从电力电子技术、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屮的应用，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，以及交流调速的主要应用领域。同时还涉及到了交流调速的技术难点，变

4、频调速的技术难点及技术突破，其中重点的讲解了交流变频调速技术的原理及发展前景。关键词：交流调速节能变频引言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界步电动机,但异步屯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，直流调速一直以具优良的性能领先于交流调速。直到20世纪70年代，随着计算机、微处

5、理器的迅速发展和大功率电力电子器件的问枇，交流变频调速成为可能。采用高速微处理器、新型高速电力电子器件，应用矢量控制、直接转矩控制以及智能控制等先进控制方法的交流调速系统，可以实现调速范围宽、稳态精度高、动态响应快以及四象限的可逆运行。目前，随着这些科技的一步步发展创新，交流调速正逐步替代直流调速。一.交流调速的概述1.1交流调速系统的特点对于可调速的电力拖动系统，工程上往往把它分为直流调速系统和交流调速系统两类。这主要是根据采用什么电流制型式的电动机来进行电能与机械能的转换而划分的，所谓交流调速系统，就是以交流电动机作为电能一机械能

6、的转换装置，并对其进行控制以产生所需要的转速。纵观电力拖动的发展过程，交、直流两大调速系统一直并存于各个工业领域,虽然由于各个时期科学技术的发展使得它们所处的地位有所不同，但它们始终是随着工业技术的发展，特别是随着电力电子元器件的发展而在相互竞争。在过去很长一段时期，由于直流电动机的优良调速性能，在可逆、可调速与高精度、宽调速范围的电力拖动技术领域屮，儿乎都是采用直流调速系统。然而由于直流电动机其有机械式换向器这一致命的弱点，致使直流电动机制造成本高、价格昂贵、维护麻烦、使用环境受到限制，其自身结构也约束了单台屯机的转速，功率上限，从

7、而给直流传动的应用带來了一系列的限制。相对于直流电动机來说，交流屯动机特别是鼠笼式异步电动机具有结构简单，制造成木低，坚固耐用，运行可靠,维护方便，惯性小，动态响应好，以及易于向高压、高速和大功率方向发展等优点。因此，近儿十年以来，不少国家都在致力于交流调速系统的研究，用没有换向器的交流电动机实现调速来取代直流电动机，突破它的限制。随着电力电子器件，大规模集成电路和计算机控制技术的迅速发展，以及现代控制理论向交流电气传动领域的渗透，为交流调速系统的开发研究进一步创造了有利的条件。诸如交流电动机的串级调速、各种类型的变频调速，特别是矢量

8、控制技术的应用，使得交流调速系统逐步具备了宽的调速范I韦I、较高的稳速精度、快速的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能。现在从数百瓦的伺服系统到数百千瓦的特大功率高速传动系统，从一般要求的小范围调速传动到高精度、快响应、大范围的调速传动，从单机传动到多机协调运转，已几乎都可采用交流调速传动。交流调速传动的客观发展趋势已表明，它完全可以和直流传动相媲美、相抗衡，并有取代的趋势。1.2交流调速的方法交流电动机有异步电动机和同步电动机两大类。而异步电动机主要有鼠笼式屯动机和绕线式电动机两种。电机种类不同，调速方法也有差异。常见的的

9、调速方法有:1•利用变频器改变电源频率调速，调速范围大，稳定性平滑性较好，机械特性较硬。就是加上额定负载转速下降得少。属于无级调速。适用于大部分三相鼠笼异步电动机。1.改变磁极对数调速，属于有级调速，调速平滑度差，一般用于金属切削机床。2.改变转差率调速。(1)转子回路串电阻：用于交流绕线式异步电动机。调速范围小，电阻要消耗功率，电机效率低。一般用于起重机。(2)改变电源电圧调速，调速范I韦I小，转矩随电压降大幅度下降，三相电机一般不用。用于单相电机调速，如风扇。(3)串级调速，实质就是就是转子引入附加电动势，改变它大小來调速。也只用

10、于绕线电动机，但效率得到提高。(4)电磁调速。只用于滑差电机。通过改变励磁线圈的电流无极平滑调速，机构简单，但控制功率较小。不宜长期低速运行。4液力耦合器调速。1.2.1变频器变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电