交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速方法研究.doc

題目：交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速方法研究學(xué)習(xí)中心： 四川南充奧鵬學(xué)習(xí)中心層 次： 專(zhuān) 升 本專(zhuān) 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué) 號(hào)： 生： 董贊輝一、緒論（一）變頻調(diào)速技術(shù)簡(jiǎn)介。變頻調(diào)速技術(shù)是一種以改變交流電動(dòng)機(jī)的供電頻率來(lái)達(dá)到交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速目的的技術(shù)。電機(jī)有直流電機(jī)和交流電機(jī)。直流機(jī)調(diào)速容易實(shí)現(xiàn)，性能好，因此過(guò)去生產(chǎn)機(jī)械的調(diào)速多用直流電動(dòng)機(jī)。但直流電機(jī)由于采用直流電源，它的滑環(huán)和碳刷要經(jīng)常拆換，故費(fèi)時(shí)費(fèi)工，成本高，給人們帶來(lái)太大的麻煩。因此人們希望讓簡(jiǎn)單可靠廉的交流電機(jī)也像直流電動(dòng)機(jī)那樣調(diào)速。這樣就出現(xiàn)了定子調(diào)速、變極調(diào)速、滑差調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、串極調(diào)速等交流調(diào)速方式。（二）國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀。我國(guó)是一個(gè)能源生產(chǎn)大國(guó)，但我國(guó)同時(shí)也是一個(gè)能源匱乏國(guó)，隨著能源危機(jī)的加重，各行各業(yè)都應(yīng)該實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。工礦企業(yè)作為能耗企業(yè)，如果實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排則顯得尤為重要。異步電動(dòng)機(jī)作為這些企業(yè)的主要?jiǎng)恿υO(shè)備，所以實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能就是實(shí)現(xiàn)企業(yè)的節(jié)能。變頻器作為一種新型節(jié)能減排技術(shù)則得到了廣泛的應(yīng)用。二、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速（一）交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展。交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)是一項(xiàng)以大功率電力電子器件為基礎(chǔ)的新型技術(shù)學(xué)科在過(guò)去的十幾年間由于大功率電力電子器件的不斷出現(xiàn)，使交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速技術(shù)取得了很大的發(fā)展。1.交流電機(jī)交流電機(jī)是用于實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和交流電能相互轉(zhuǎn)換的機(jī)械。由于交流電力系統(tǒng)的巨大發(fā)展，交流電機(jī)已成為最常用的電機(jī)。交流電機(jī)與直流電機(jī)相比，由于沒(méi)有換向器，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，比較牢固，容易做成高轉(zhuǎn)速、高電壓、大電流、大容量的電機(jī)。交流電機(jī)功率的覆蓋范圍很大，從幾瓦到幾十萬(wàn)千瓦、甚至上百萬(wàn)千瓦。2.直流電機(jī)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)靜止不動(dòng)的部分稱(chēng)為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場(chǎng)，由機(jī)座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的部分稱(chēng)為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，是直流電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱(chēng)為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風(fēng)扇等組成。（二）交流調(diào)速的方式。異步電機(jī)得調(diào)速方法可以有改變轉(zhuǎn)差率，改變磁極對(duì)數(shù)及變頻三種。其中改變轉(zhuǎn)差率的方法又可以通過(guò)調(diào)定子電壓，轉(zhuǎn)子電阻轉(zhuǎn)差電壓以及定、轉(zhuǎn)子供電頻率等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。1.串極調(diào)速它是將繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差功率回饋到電網(wǎng)的一種比較經(jīng)濟(jì)的調(diào)速方法，可以又低同步及高同步兩種串調(diào)方式。2.矢量變換控制調(diào)速它是模擬直流電及得控制特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行交流機(jī)的控制。3.變頻調(diào)速它是一種最有發(fā)展前途得一種調(diào)速方式，其調(diào)速花樣繁多。三、變頻調(diào)速原理（一）異步電機(jī)變頻調(diào)速原理。交流調(diào)速是通過(guò)改變電定子繞組的供電的頻率來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的的，但定子繞組上接入三相交流電時(shí)，定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，它與轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，出現(xiàn)感應(yīng)電流，此電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)起來(lái)。電機(jī)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速稱(chēng)為同步轉(zhuǎn)速，用n0表示：式中：f為三相交流電源頻率，一般是50Hz；為磁極對(duì)數(shù)。當(dāng)p=1時(shí)，n0=3000r/min；p=2時(shí)，n0=1500r/min。由上式可知磁極對(duì)數(shù)p越多，轉(zhuǎn)速n0就越慢，轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速n比磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速n0要慢一點(diǎn)，所以稱(chēng)為異步電動(dòng)機(jī)，這個(gè)差別用轉(zhuǎn)差率表示：在加上電源轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動(dòng)瞬間，n=0，這時(shí)s=1；啟動(dòng)后的極端情況n=n0，則s=0，即在01之間變化，一般異步電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下的 s=1%6%。綜合（3-1）和（3-2）式可以得出：由式（3-3）可以看出，對(duì)于成品電機(jī)，其極對(duì)數(shù)已經(jīng)確定，轉(zhuǎn)差率的變化不大，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，因此改變輸入電源的頻率就可以改變電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到異步電機(jī)調(diào)速的目的。（二）電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速方案的。一、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)是指將直流電送到直流，把直流電動(dòng)機(jī)的電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。這里首先要介紹如何將市電的交流電轉(zhuǎn)換成需要的直流電。六十年代以前采用的是發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)（F-D），這種方法只有在由專(zhuān)用的發(fā)電機(jī)供電時(shí)才有可能。另一種是可控硅電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)（SCR-D）。直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速還比較方便，可以通過(guò)調(diào)節(jié)電樞供電電壓，電樞中串聯(lián)電阻，激磁回路串聯(lián)電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)?？梢?jiàn)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速有三種方法，而且調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方法容易實(shí)現(xiàn)平滑、無(wú)級(jí)、寬范圍、低損耗的要求。盡管直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速就其性能而言，可以相當(dāng)滿(mǎn)意，但因其結(jié)構(gòu)夏雜，慣量大，維護(hù)麻煩，不適宜在惡劣環(huán)境中運(yùn)行，不易實(shí)現(xiàn)大容量化、高壓化、高速化，而且價(jià)格昂貴。二、交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速 交流電動(dòng)機(jī)剛好相反。電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、慣量小、維護(hù)方便，可在惡劣環(huán)境中運(yùn)行，容易實(shí)現(xiàn)大容量化，高壓化、高速化，而且價(jià)格低廉。從節(jié)能的角度看，交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速裝置可以分為高效調(diào)速裝置和低效調(diào)速裝置兩大類(lèi)。高效調(diào)速裝置的特點(diǎn)是：調(diào)速時(shí)基本保持額定轉(zhuǎn)差，不增加轉(zhuǎn)差損耗，或可以將轉(zhuǎn)差動(dòng)率回饋至電網(wǎng)。低效調(diào)速裝置的特點(diǎn)是：調(diào)速時(shí)改變轉(zhuǎn)差，增加轉(zhuǎn)差損耗。（一）具體的交流調(diào)速裝置有：高效調(diào)速方法包括：改變極對(duì)數(shù)調(diào)速鼠籠式電機(jī)變頻調(diào)速鼠籠式電機(jī)串級(jí)調(diào)速繞線式電機(jī)換向器電機(jī)調(diào)速同步電機(jī)低效調(diào)速方法包括：定子調(diào)壓調(diào)速鼠籠式電機(jī)電磁滑差離合器調(diào)速鼠籠式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速繞線式電機(jī)（二）各種調(diào)速裝置的特點(diǎn)：（1）改變極對(duì)數(shù)調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：無(wú)附加轉(zhuǎn)差損耗，效率高；控制電路簡(jiǎn)單，易維修，價(jià)格低；與定子調(diào)壓或電磁轉(zhuǎn)差離合器配合可得到效率較高的平滑調(diào)速。 轉(zhuǎn)自電氣自動(dòng)化技術(shù)網(wǎng) 缺點(diǎn)：有級(jí)調(diào)速，不能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑的調(diào)速。且由于受到電機(jī)結(jié)構(gòu)和制造工藝的限制，通常只能實(shí)現(xiàn)23種極對(duì)數(shù)的有級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍相當(dāng)有限。（2）變頻調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：無(wú)附加轉(zhuǎn)差損耗，效率高，調(diào)速范圍寬；對(duì)于低負(fù)載運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，或起、停較頻繁的場(chǎng)合，可以達(dá)到節(jié)電和保護(hù)電機(jī)的目的。缺點(diǎn)：技術(shù)較復(fù)雜，價(jià)格較高。（3）換向器電機(jī)調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：具有交流同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和直流電動(dòng)機(jī)良好的調(diào)速性能；低速時(shí)用電源電壓、高速時(shí)用電機(jī)反電勢(shì)自然換流，運(yùn)行可靠；無(wú)附加轉(zhuǎn)差損耗，效率高，適用于高速大容量同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和調(diào)速。缺點(diǎn)：過(guò)載能力較低，原有電機(jī)的容量不能充分發(fā)揮。（4）串級(jí)調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：可以將調(diào)速過(guò)程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)差能量加以回饋利用。效率高；裝置容量與調(diào)速范圍成正比，適用于7095的調(diào)速。缺點(diǎn)：功率因素較低，有諧波干擾，正常運(yùn)行時(shí)無(wú)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，適用于單象限運(yùn)行的負(fù)載。 轉(zhuǎn)自電氣自動(dòng)化技術(shù)網(wǎng) （5）定子調(diào)壓調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：線路簡(jiǎn)單，裝置體積小，價(jià)格便宜；使用、維修方便。缺點(diǎn)：調(diào)速過(guò)程中增加轉(zhuǎn)差損耗，此損耗使轉(zhuǎn)子發(fā)熱，效率較低；調(diào)速范圍比較?。灰蟛捎酶咿D(zhuǎn)差電機(jī)，比如特殊設(shè)計(jì)的力矩電機(jī)，所以特性較軟，一段適用于55kW以下的異步電動(dòng)機(jī)。（6）電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制裝置容量小，價(jià)值便宜。運(yùn)行可靠，維修容易。無(wú)諧波干擾。缺點(diǎn)：速度損失大，因?yàn)殡姶呸D(zhuǎn)差離合器本身轉(zhuǎn)差較大，所以輸出軸的最高轉(zhuǎn)速僅為電機(jī)同步轉(zhuǎn)速的8090；調(diào)速過(guò)程中轉(zhuǎn)差功率全部轉(zhuǎn)化成熱能形式的損耗，效率低。（7）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)要求較低，易于掌握；設(shè)備費(fèi)用低；無(wú)電磁諧波干擾。缺點(diǎn)：串鑄鐵電阻只能進(jìn)行有級(jí)調(diào)速。若用液體電阻進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，則維護(hù)、保養(yǎng)要求較高；調(diào)速過(guò)程中附加的轉(zhuǎn)差功率全部轉(zhuǎn)化為所串電阻發(fā)熱形式的損耗，效率低。調(diào)速范圍不大。綜上所述，交流最理想的調(diào)速方法應(yīng)該是改變電動(dòng)機(jī)供電電源的頻率，這就是變頻調(diào)速。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻調(diào)速的性能指標(biāo)完全可以達(dá)到甚至超過(guò)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。以上說(shuō)明了交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)?？偨Y(jié)：交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)方式受到電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)以及集成電路發(fā)展的影