應用型本科IT類專業(yè)教緒論

1、0.1 交流(jioli)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展 直流電氣傳動和交流電氣傳動在19世紀先后誕生。在20世紀上半葉，鑒于直流傳動具有優(yōu)越的調(diào)速性能，高性能可調(diào)速傳動都采用直流電動機，而約占電氣傳動總?cè)萘?rngling)80%以上的不變速傳動系統(tǒng)則采用交流電動機，這種分工在一段時期內(nèi)已成為一種舉世公認的格局。交流調(diào)速系統(tǒng)的多種方案雖然早已問世，并已獲得實際應用，但其性能卻始終無法與直流調(diào)速系統(tǒng)相匹敵。直到20世紀6070年代，隨著電力電子技術的發(fā)展，采用電力電子變流器的交流傳動系統(tǒng)得以實現(xiàn)，特別是大規(guī)模集成電路和計算機控制的出現(xiàn)，使高性能交流調(diào)速系統(tǒng)應運而共十七頁生，交直流傳動按調(diào)速性能分工的格局終于被

2、打破了。這時，直流電動機和交流電動機相比的缺點日益顯露出來，例如具有電刷和換向器因而必然經(jīng)常檢查維修，換向火花使它的應用環(huán)境受到限制，換向能力限制了直流電動機的容量和速度（極限容量與轉(zhuǎn)速之積約為10kWr/min）等等。于是，用交流可調(diào)傳動取代直流可調(diào)傳動的呼聲越來越強烈，交流傳動控制系統(tǒng)已經(jīng)(y jing)成為電氣傳動控制的主要發(fā)展方向，據(jù)統(tǒng)計，在2001年的世界可調(diào)電氣傳動產(chǎn)品中，交流傳動已占2/3以上。共十七頁目前，交流傳動系統(tǒng)的應用領域主要有下述三個方面： 1一般性能的節(jié)能調(diào)速和按工藝要求調(diào)速 在過去大量的所謂“不變速交流傳動”中，風機、水泵等通用機械的容量幾乎占工業(yè)電氣傳動總?cè)萘康囊?/p>

3、半，其中有不少的場合并不是不需要調(diào)速，只是因為過去的交流傳動本身不能調(diào)速，不得不依賴擋板和閥門來調(diào)節(jié)送風和供水的流量，因而把許多電能白白地浪費了。如果改造成交流調(diào)速系統(tǒng)，把消耗在擋板和閥門上的能量節(jié)省下來，每臺風機、水泵平均(pngjn)都可以節(jié)約20%30%的電能，效果是很可觀的。而且風機、水泵對調(diào)速范圍和動態(tài)性能的要求都不高，只要有一般的調(diào)速性能就足夠了。 共十七頁 許多在工藝上需要調(diào)速的生產(chǎn)機械過去多用直流傳動，鑒于交流電動機比直流電動機結(jié)構簡單、成本低廉、工作可靠、維護方便、慣量小、效率高，如果改成交流傳動，顯然能夠帶來不少的效益，于是一般按工藝要求需要調(diào)速的場合也紛紛采用交流調(diào)速。

4、2高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng) 由于(yuy)交流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩難以像直流電動機那樣通過電樞電流施行靈活的控制， 交流調(diào)速系統(tǒng)的控制性能在一段時期內(nèi)趕不上直流調(diào)速系統(tǒng)。直到20世紀70年代初發(fā)明了矢量控制技術（或稱磁場定向共十七頁控制技術），通過坐標變換，把交流電動機的定子電流分解成轉(zhuǎn)矩分量和勵磁分量，用來分別控制電動機的轉(zhuǎn)矩和磁通，可以獲得和直流電動機相仿的高動態(tài)性能，才使交流電動機的調(diào)速技術取得了突破性的進展。其后，又陸續(xù)提出了直接轉(zhuǎn)矩控制、解耦控制等方法，形成了一系列可以和直流調(diào)速系統(tǒng)媲美的高性能交流調(diào)速系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)。 3特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速 直流電動機的換向能力(nn

5、gl)限制了它的容量轉(zhuǎn)速積不超過10kWr/min，否則其設計與制造就非常困難了。交流電動機沒有換向問題，不受這種限制，因此特大容量的電氣傳動設備，如厚板軋機、礦井卷揚機、巨型電動船共十七頁舶等，以及極高轉(zhuǎn)速的傳動，如高速磨頭、離心機等，都以采用(ciyng)交流調(diào)速為宜。共十七頁0.2 交流調(diào)速系統(tǒng)(xtng)的基本類型 交流電動機有異步電動機（即感應電動機）和同步電動機兩大類。每種電動機又都有不同類型的調(diào)速方法。0.2.1 異步電動機調(diào)速系統(tǒng)的基本(jbn)類型 現(xiàn)有文獻中介紹的異步電動機調(diào)速方法種類繁多,常見的有:變壓調(diào)速；轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速；轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速；繞線轉(zhuǎn)子電動機串級調(diào)速和雙饋

6、電機調(diào)速；變級對數(shù)調(diào)速；變壓變頻調(diào)速等。在研究開發(fā)階段，人們從多方面探索調(diào)速的途徑，因而種類繁多是很自然的?，F(xiàn)在交流調(diào)速的發(fā)展已經(jīng)比較成熟，為了深入掌握其基本原理，就不能滿足這種表面上的羅列，共十七頁而要進一步探討(tnto)其本質(zhì)，認識交流調(diào)速的基本規(guī)律。 按照交流異步電動機的原理，從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率分成兩部分：一部分PmechPmech=（1-s）Pm是帶動負載的有效功率，稱作機械功率：另一部分Ps（Ps=sPm）是傳給轉(zhuǎn)子回路轉(zhuǎn)差功率，與轉(zhuǎn)差率s成正比。從能量轉(zhuǎn)換的角度看，轉(zhuǎn)差功率是否增大，是消耗掉還是得到回收，是評價調(diào)速系統(tǒng)效率高低的標志。從這點出發(fā)，可以把異步電動機的調(diào)速系統(tǒng)分

7、成三類。 共十七頁 1轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng) 在這種類型的調(diào)速系統(tǒng)中，全部轉(zhuǎn)差功率都轉(zhuǎn)換成熱能消耗在轉(zhuǎn)子回路里面，上述的第、三種調(diào)速方法都屬于這一類。在三類異步電動機調(diào)速系統(tǒng)中，這類系統(tǒng)的效率最低，而且越到低速時，效率越低，它是以增加轉(zhuǎn)差功率的消耗來換取轉(zhuǎn)速的降低的（恒轉(zhuǎn)矩負載時）?？墒窍鄬碚f，這類系統(tǒng)的結(jié)構簡單，設備成本最低，所以還有一定(ydng)的應用價值。共十七頁 2轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng) 在這類系統(tǒng)中，除轉(zhuǎn)子銅損外，大部分轉(zhuǎn)差功率在轉(zhuǎn)子側(cè)通過變流裝置饋出或饋入，轉(zhuǎn)速越低，能饋送的功率越多，上述第種調(diào)速方法(fngf)必屬于這一類，無論是饋出還是饋入的轉(zhuǎn)差功率，扣除變流裝置本身的損耗

8、后，最終都轉(zhuǎn)化成有用的功率，因此這類系統(tǒng)的效率較高，但要增加一些設備。共十七頁 3轉(zhuǎn)差功率(gngl)不變型調(diào)速系統(tǒng) 在這類系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)差功率只有轉(zhuǎn)子銅耗，而且無論轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)差功率基本不變，因此效率更高，上述的第、兩種調(diào)速方法屬于此類。其中變極對數(shù)調(diào)速是有級的，應用場合有限。只有變壓變頻調(diào)速應用最廣，可以構成高動態(tài)性能的交流調(diào)速系統(tǒng)，取代直流調(diào)速。但在定子回路中須配備與電動機容量相當?shù)淖儔鹤冾l器，相比之下，設備成本最高。共十七頁0.2.2 同步電動機調(diào)速系統(tǒng)的基本(jbn)類型 同步電動機沒有轉(zhuǎn)差，也就沒有轉(zhuǎn)差功率，所以同步電動機調(diào)速系統(tǒng)只能是轉(zhuǎn)差功率不變型（恒等于0）的，而同步電動機轉(zhuǎn)子極對

9、數(shù)又是固定的，因此只能靠變壓變頻調(diào)速，沒有像異步電動機那樣的多種調(diào)速方法。在同步電動機的變壓變頻調(diào)速方法中，從頻率控制的方式來看，可分為他控變頻調(diào)速和自控變頻調(diào)速兩類。后者利用轉(zhuǎn)子磁極(cj)位置的檢測信號來控制變壓變頻裝置換相，類似于直流電動機中電刷和換向器的作用，因此有時又稱作無換向器電動機調(diào)速，或無刷直流電動機調(diào)速。 共十七頁 開關磁阻電動機是一種特殊(tsh)型式的同步電動機，有其獨特的、比較簡單的調(diào)速方法，在小容量交流電動機調(diào)速系統(tǒng)中很有發(fā)展前途。 共十七頁0.3 現(xiàn)代交流(jioli)調(diào)速的技術基礎 早在半個多世紀以前，現(xiàn)在常用的變壓、串級、變壓變頻等主要交流調(diào)速方法的原理都已經(jīng)清

10、楚，只是當時必須用電磁元件和旋轉(zhuǎn)變流機組來實現(xiàn)，而控制性能又趕不上直流調(diào)速，所以長期得不到推廣。20世紀6070年代，有了靜止的電力電子(dinz)變流裝置以后，逐步解決了調(diào)速裝置的減少設備、縮小體積、降低成本、提高效率、消除噪聲等問題，才使交流調(diào)速系統(tǒng)獲得了飛躍的發(fā)展。共十七頁圖0-1 交流調(diào)速系統(tǒng)(xtng)結(jié)構圖的一般形式共十七頁 圖0-1表示現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的一般模式。圖中，電力變換裝置是由電子器件構成的，完成(wn chng)ACDCAC或ACAC變換?？刂蒲b置是由大規(guī)模集成電路或微處理器構成，現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)大多選用32位DSP芯片，控制更為可靠，體積減小，成本降低。除些外還需要檢測傳感器、檢