交流调速技术与系统第一章概论资料.ppt

第一章 概 论 1.1 交流调速发展的概况与趋势 1.1.1 直流电机与交流电机的比较: 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、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， 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，交流调速已进入逐步替代直流调速的时代。 1.1.2 电力电力子器件的发展 电力电力子器件的发展为交流调速奠定了物质基础。50年代末出现了晶闸管，实现了变频调速，70年代以后，功率晶体管（GTR）、门极关断晶闸管(GTO晶闸管)、功MOS场效应晶体管(Power MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、MOS控制晶闸管(MCT) 等已先后问世，这些器件都是既能控制导通又能控制关断的自关断器件。80年代以后出现的功率集成电路(Power IC——PIC)，集功率开关器件、驱动电路、保护电路、接口电路于一体，目前已应用于交流调速的智能功率模块(Intelligent Power Module——IPM) 是功率器件的重要发展方向。 1.1.3 变频技术的发展 以普通晶闸管构成的方波形逆变器被全控型高频率开关器件组成的脉宽调制(PWM)逆变器取代后，SPWM 逆变器及其专用芯片得到了普通应用。 1.1.4 控制技术的发展 70年代初提出的矢量控制理论解决了交流电动机的转矩控制问题 。 直接转矩控制是80年代中期提出的又一转矩控制方法，其思路是把电机与逆变器看作一个整体,采用空间电压矢量分析方法在定子坐标系进行磁通、转矩计算，通过磁通跟踪型PWM逆变器的开关状态直接控制转矩。 1.1.5 交流调速系统的发展 无速度传感器控制系统的研究 。 微处理机引入控制系统，促进了模拟控制系统向数字控制系统的转化。 非线性解耦控制、人工神经网络自适应控制、模糊控制等各种新的控制策略正不断涌现 。 1.2 交流调速方法 异步电动调速可以通过三条途径进行：改变电源频率、改变极对数以及改变转差率。 1.2.1.1变频调速 1. 变频调速的基本要求及机械性能 ⑴. 保持磁通为额定值 ① 恒定 图1-1 异步电动机的稳态等效电路 转子电流 电磁功率 电磁转矩 最大转矩 可见，保持 恒定进行变频调速时，最大转矩保持不变。 ②U1/f1恒定 保持E1/f1恒定只是一种理想的控制方法 ，可以近似地维持Φm恒定，从而实现近似的恒磁通调速，这可通过对定子相电压和频率进行协调控制来实现。 转子电流 电磁转矩 转差率 最大转矩 （2）．保持电压为额定值 此时气隙磁通 将随着频率f1的升高而反比例下降，类似于直流电动机的弱磁升速。 当s很小时，有r2′/s＞＞x1′及r2′/s＞＞(x1′+ x2′)， 2. 变频电源 按结构型式 ：交-直-交变频器和交-交变频器两类 按电源性质：可分为电压型变频器和电流型变频器两类。 1.2.1.2变极调速 1. 变极原理 改变绕组联接方法，使流过线圈的电流相反，即可达到改变极对数的目的。将一相绕组分为两半，当两半绕组顺接串联时，在气隙中形成4极磁场，如果把其中一半绕组的电流反向，即把两半绕组反接串联或反接并联时，气隙中就形成2极磁场，同步转速将升高一倍。 2. 变极调速时的容许输出与机械特性 1.2.1.3变转差率调速 1. 绕线转子串电阻调速 串入调速电阻r1，转子回路总电阻变为r2+ r1，机械特性由固有特性1变为认为特2，机械特性变软。若负载转矩仍为额定值不变，则运行点由a→b，转差率从sN→s1，转速便由n1(1-sN)变为n1(1-s1)。 2.定子调压调速 改变异步电动机定子端电压，其机械特性如图1-16a所示。如果带恒转矩负载,由于稳定运行区限制在0~sm范围内，可以调试的范围极小，已无实际意义。如果带通风机型负载,稳定运行区不受sm限制，相应的调速范围较大。 3. 电磁转差率离合器调速 采用电磁转差离合器调速的异步电动机称为电磁调速电动机，它由三部分组成：笼型异步电动机、电磁转差离合器和控制装置。我国的YCT系列电磁调速电动机已将三部分组装起来成套供应。 离合器输出转矩为 4. 双馈调速及串级调速 （1）双馈调速 双馈调速是将定、转子三相绕组分别接入两个独立的三相对称电源：定子绕组接入工频电源；转子绕组接入频率、幅值、相位都可以按照要求进行调节的交流电源，即采用交-交变频器或交-直-交变频器给定子绕组供电。其中，必须保证的是在任何情况下转子外加电压的频率都要与转子感应电动势的