1、摘要對于可調(diào)速的電力拖動系統(tǒng)來說，工程上通常分為直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)兩大類。根據(jù)電動機在電能和機械能的轉(zhuǎn)換時電流制型式的不同來分類，關(guān)于交流調(diào)速系統(tǒng)，它利用交流電動機來進行電能機械能的轉(zhuǎn)換，并且通過控制產(chǎn)生我們所需要的轉(zhuǎn)速。在電力拖動的發(fā)展過程中，交流調(diào)速系統(tǒng)和直流調(diào)速系統(tǒng)一直并存于各個工業(yè)領(lǐng)域中，但是，在科學技術(shù)發(fā)展的不同時期，他們所處的地位也有所不同。相對于直流調(diào)速系統(tǒng)，交流調(diào)速系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，堅固耐用，運行可靠，維護方便，慣性小，動態(tài)響應好，等優(yōu)點并且在向高速，高壓和大功率的發(fā)展前景也較好。近年來，很多國家偏向于對交流調(diào)速系統(tǒng)的研究。關(guān)鍵詞：矢量控制，交流調(diào)速，變頻器

2、，變頻調(diào)速第一章 交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展1.1交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展歷程在工業(yè)發(fā)展的初級階段，交流電動機僅僅作為動力使用而無需調(diào)速。隨著工業(yè)的進一步發(fā)展，尤其是電子方面和起重運輸機械的發(fā)展，才對電動機的調(diào)速提出了要求，才有了直流電動機的出現(xiàn)。直流電機提高了生產(chǎn)的連續(xù)性和產(chǎn)品的產(chǎn)量以及質(zhì)量，并且以其快速的正反轉(zhuǎn)，準確的定位逐漸取代了簡單可靠的交流電機，并且到了了廣泛的運用于各行業(yè)。80年代以來，由于直流調(diào)速系統(tǒng)造價高，維護投入大等缺點，在工業(yè)較為發(fā)達的國家開始使用直流調(diào)速系統(tǒng)，并且逐漸取代直流調(diào)速系統(tǒng)。這主要是由于電力電子器件，脈寬調(diào)制技術(shù)，矢量控制技術(shù)的發(fā)展，特別是以微處理機為核心的全數(shù)字化控制的應用

3、，這才使得簡單廉價的交流電機又得以取代直流電機調(diào)速系統(tǒng)占據(jù)主導地位?，F(xiàn)代控制理論的發(fā)展和應用，才促成矢量控制的出現(xiàn)，更是奠定了現(xiàn)代交流電機調(diào)速技術(shù)的理論基礎(chǔ)，這才使得交流電機調(diào)速系統(tǒng)的性能能夠與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美。國家的重視使得各種各樣的的交流調(diào)速系統(tǒng)不斷被開發(fā)，應用，普及，節(jié)約了社會上的大量資源，更是將社會上的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)生了巨大的變革。1.2交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展趨勢1.2.1交流調(diào)速系統(tǒng)的高性能化交流電動機是一個多變量，強耦合，非線性的被控對象，單單用電壓/頻率恒定控制是不能滿足我們對調(diào)速系統(tǒng)的要求的。接下來，交流調(diào)速系統(tǒng)將采用矢量控制技術(shù)，它將使調(diào)速性能達到并且超過直流調(diào)速系統(tǒng)。矢量變換控制

4、是新時期控制技術(shù)的發(fā)展隨之產(chǎn)生的控制理論和技術(shù)，它是根據(jù)直流電動機的控制特點模擬它的控制方式來進行交流電動機的控制。直流調(diào)速的調(diào)速性能好的根本原因是交流電動機的轉(zhuǎn)矩比較容易控制，而交流電動機的調(diào)速性能差就由于它的轉(zhuǎn)矩難以控制，所以，要想交流電機得到的控制性能和直流電機的一樣，就要通過電機統(tǒng)一理論和坐標變換理論，通過將交流電機的定子電流分解成磁場定向坐標的磁場電流分量以及跟它相垂直的坐標的轉(zhuǎn)矩電流分量，將固定的坐標系轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)坐標系解耦后，就是把交流量的控制轉(zhuǎn)化為直流量的控制就相當于直流電動機。1.2.2 全控型大功率新型電力器件電力電子技術(shù)的發(fā)展推動著交流電動機調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，50年代電力半導

5、體器件的晶閘管的出現(xiàn)，使交流電動機技術(shù)的發(fā)展更上一層樓。但是，作為第一代電力半導體器件，它的缺點就是無法實現(xiàn)自斷能力，需要通過外界的電源或者負載來實現(xiàn)換相。所以，通過此類晶閘管實現(xiàn)交直交變頻的逆變器，要想實現(xiàn)可靠的逆變就要依靠大功率的強迫換相電路來完成。所以，大功率，可關(guān)斷的全控型器件就成為人們研制的重點，通過各國科學家的努力性能更好的場效應晶閘管，巨型晶閘管以及門極關(guān)斷晶閘管等全控型器件相繼問世，這也標志著交流調(diào)速技術(shù)又實現(xiàn)了一個質(zhì)的飛躍。1.2.3 脈寬調(diào)制技術(shù)在進行交流調(diào)流調(diào)速時，往往要求調(diào)頻和調(diào)壓同時進行，早期的調(diào)壓技術(shù)多采用相控技術(shù)，通過向空的方式產(chǎn)生的變頻電壓電源一般都夾雜著大量的

6、諧波分量，功率因數(shù)也往往比較低，動態(tài)響應等性能無法滿足人們需要的調(diào)速系統(tǒng)的要求。而采用了脈寬調(diào)制技術(shù)的逆變器，就完美的解決了電源側(cè)功率因素問題。1.2.4 數(shù)字技術(shù)的應用計算機技術(shù)的發(fā)展同樣也推動了交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字調(diào)速技術(shù)不僅具有高精度，高可靠性，而且為新的控制理論提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。交流數(shù)字調(diào)速主要往這兩個方向發(fā)展，一個是采用大規(guī)模集成電路，以及專用的硬件。還有就是把計算機硬件軟件化或者可編程化，減少硬件設(shè)備的維修節(jié)約資本。第二章 變頻調(diào)速系統(tǒng)在對異步電機進行調(diào)速控制時，往往希望電動機的主磁通保持不變。如果磁通太弱，就不能充分的利用鐵芯，在同樣的電流下，電磁轉(zhuǎn)矩小，會降低電動機的的負載能

7、力；磁能太強，就會變成過勵磁，勵磁電流偏大，就是限制定子電流的負載分量。異步電機的轉(zhuǎn)速公式為：n=60f1(1-s) (2-1)三相異步電機定子每相電動勢：Eg=4.44f1N1m （2-2）2.1 基頻以下調(diào)速它的原理就是在保證電動機的負載能力一定以及氣隙磁通不變的情況下，把頻率f1從額定值向下調(diào)節(jié)時，同時還要降低Eg使Eg=常數(shù)*f，即在保證電動勢與頻率之比為常數(shù)的情況下進行控制。但是，由于電動勢直接檢測和控制不比較難，這時，當電動勢和頻率都比較高時可以認為U1=Eg。當U1和Eg都較小時，定子漏阻抗不能再忽略，這時要通過人為的適當?shù)靥岣叨ㄗ与妷簛頊p小定子壓降的影響，來保證氣隙磁通的恒定。

8、2.2 基頻以上調(diào)速在基頻以上調(diào)速時，就是在保證電壓U1不超過電壓Un的情況下不斷提高頻率f1N，最大可以使U1=f1N.根據(jù)式2-2可知，主磁通會隨著定子頻率的上升而減小，這就是弱磁升速，近似的可以看做是恒功率調(diào)速。2.3 變頻器2.3.1 變頻器的基本構(gòu)成變頻器主要有交-交和交-直-交兩種。交-交變頻器又稱為直接式變頻器，它可以直接把工頻交流直流變成頻率，電壓都是可以控制的交流。而交-直-交變頻器也稱為間接式變頻器，它是先把工頻交流轉(zhuǎn)變成直流，然后再轉(zhuǎn)變成頻率電壓可以控制的交流。變頻器的由主回路和控制回路組成，而主回路由整流器，中間直流環(huán)節(jié)，逆變器組成。2.3.2 變頻器的啟動狀態(tài)變頻器在

9、啟動時所需要的啟動性能是通過控制異步電機的定子電壓和定子頻率獲得的。根據(jù)工程的需要，我們一般會采取啟動電流的方式來減小變頻器的容量，在啟動時雖然一般希望可以快速啟動，到時也不是越快越好，同時還要考慮到啟動損耗的問題。它的啟動方式主要有限流加速啟動，限時加速啟動以及s形加速啟動。2.3.3 變頻器的制動狀態(tài)變頻調(diào)速傳動系統(tǒng)中會有一個再生發(fā)電制動狀態(tài)，這是由于電動機減速或者它所拖動的位能負載下放產(chǎn)生的。這是異步電動機將傳動系統(tǒng)中儲存的機械能轉(zhuǎn)化成電能。如果不采取措施，產(chǎn)生的這部分電能將會是電容器電壓升高，一旦電動機又運行，這部分能量被負載重新利用，可能會損壞裝置。所以這應該要處理好這部分能量，它的處理方式主要有人為的設(shè)置個直流回路與電容器并聯(lián)各制動電阻把這部分電能消耗點：通過并聯(lián)在直流回路上的其他傳動系統(tǒng)把它吸收：把它回饋到電網(wǎng)。2.3交流變頻調(diào)速在起重機上的應用現(xiàn)在生產(chǎn)的需要，不同的場合對起重機的速度也有所不同，它要求起重機合理地控制速度來提高生產(chǎn)效率并且實行安全生產(chǎn)。目前起重機采用的調(diào)速方案主要有：能耗制動調(diào)速，定子調(diào)壓調(diào)速，串級調(diào)速，渦流制動器調(diào)速和變頻調(diào)速等方式。調(diào)速方式的發(fā)展，使起重機的調(diào)速精度，時間響應，開閉環(huán)特性等性能顯著改善。我國的大型起重機起步較晚，技術(shù)也不夠國外的成熟，在低頻時恒轉(zhuǎn)矩輸出，空中溜鉤等難點還難以克服，還需要我國科學家的不懈努力