变频技术与交流电动机调速.doc

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1、第六章交流电动机调速与变频技术本章要求重点掌握各种类型的交流调速系统的基本原理，熟悉系统的基本组成、文流电动机调速的特性、特点以及适用场合。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。三相异步电动机是使用最广泛的一类电动机，其控制技术也是整个机电传动控制技术中一个最活跃的分支，内容十分广泛。由异步电动机工作原理可知，从定子传入转子的电磁功率Pe可分为两部分：一部分是电动机轴上的功率Pm＝(1-S)Pe；另一部分是转差功率Ps＝SPe，与转差率S成正比。转差功率如何处理，是消耗掉还是回馈给电网，均可衡量异步电动机调速系统的效率高低。因此按转差功率处理方式

2、的不同可以把现代异步电动机调速系统分为以下三类：（1）转差功率消耗型调速系统。全部转差功率都转换成热能的形式而消耗掉。晶闸管调压调速属于这一类。在异步电动机调速系统中，这类系统的效率最低，它以增加转差功率的消耗为代价来换取转速的降低。但是，由于这类系统结构最简单，所以在要求不高的小容量场合还有一些应用。（2）转差功率回馈型调速系统。转差功率一小部分消耗掉，大部分则通过变流装置回馈给电网，转速越低，回馈的功率越多。绕线式异步电动机串极调速和双馈调速属于这一类。显然这类调速系统效率较高。（3）转差功率不变型调速系统。转差功率中转子铜耗部分的消耗是不可避免的，但在这类系统

3、中，无论转速高低，转差功率的消耗基本不变，因此效率很高。变频调速属于此类。由同步电动机转速公式。可知，同步电动机唯一依靠变频调速。由于，故没有转差功率，其变频调速自然也属于转差功率不变型的调速系统。随着异步电动机变频调速的发展，同步电动机的变频调速也已日趋成熟。根据频率控制方式的不同，同步电动机调速系统可分为两类，即他控式变频调速系统和自控式变频调速系统。前者和异步电动机的变频原理相同，后者主要是永磁同步电动机调速系统。长期以来，在电动机调速领域中，直流调速方案一直占主要地位。20世纪60年代以后，电力电子技术的发展和应用，现代控制理论的发展和应用．微机控制技术及大

4、规模集成电路的发展和应用为交流调速的飞速发展创造了技术和物质条件。图6.1现代交流调速系统组成示意图20世纪90年代以来，机电传动领域面貌焕然一新。各种类型的鼠笼式异步电动机压频比恒定的变压变频调速系统、同步电动机变频调速系统，交流电动机矢量控制系统、鼠笼式异步电动机直接转矩控制系统等，在工业生产的各个领域中都得到广泛应用，覆盖了机电传动调速控制的各个方面。电压等级从110V到10000V、容量从数百瓦的伺服系统到数万千瓦的特大功率传动系统，从一般要求的调速传动到高精度、快响应的高性能的调速传动，从单机调速传动到多机协调调速传动，几乎无所不有。交流调速技术的应用为工

5、农业生产及节省电能方面带来了巨大的经济和社会效益。现在，交流调速系统已在逐步地全面取代直流调速系统。目前在交流调速系统中，变频调速应用最多、最广泛，变频调速技术及其装置仍是21世纪的主流技术和主流产品。现代交流调速系统由交流电动机、电力电子功率变换器、控制器和电量检测器等四大部分组成，如图6．1所示。电力电子功率变换器与控制器及电量检测器集于一体，称为变频器(变额调运装置)，如图6．1内框虚线所包括的部分。从系统方面定义，图6．1外框虚线所包括的部分称为交流调速系统。6．1鼠笼式异步电动机变压变频调速系统对于鼠笼式异步电动机的变压变领调速，必须同时改变供电电源的电压

6、和频率。现有的交流供电电源都是恒压恒频的，必须通过变频装置，才能获得变压变频的电源。这样的装置通称为变压变频(VariableVoltageVariableFrequency，简称VVVF)装置。现在的变压变频装置几乎无一例外地都使用静止式电力电子变压变频装置(以下简称为变频器)。6．1．1变频器的基本构成与分类从结构上看，变频器分为交-交和交-直-交两种形式。交-交变频器可将工频交流直接变换成频率、电压均可控制的交流，它又称直接式变频器，如图6．2所示。而交-直-交变频器则是先把工频交流电通过整流变成直流电，然后再把直流电变换成频率、电压均可控制的交流电，其中设有

7、中间直流环节，它又称为间接式变频器。目前应用较多的是交-直-交变频器。图6．2交-交变频器图6．3交-直-交变频器的基本构成1．变频器的基本构成交频器的基本构成如图6．3所示，它由主电路(包括整流器、中间直流环节、逆变器)和控制电路组成。（1）整流器。整流器的作用是把三相或单相交流电变成直流电。（2)逆变器。最常用的逆变器是三相桥式逆变电路。有规律地控制逆变器中主开关元器件的通与断，可以得到任意频率的三相交流电输出。（3）中间直流环节。由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载，其功率因数总不会为1，因此，在中间直流环节和电动机之间总含有无功功率的交换。这种无功