交流電動機變頻調速方法研究.doc

題目：交流電動機變頻調速方法研究學習中心： 四川南充奧鵬學習中心層 次： 專 升 本專 業(yè)：電氣工程及其自動化學 號： 生： 董贊輝一、緒論（一）變頻調速技術簡介。變頻調速技術是一種以改變交流電動機的供電頻率來達到交流電動機調速目的的技術。電機有直流電機和交流電機。直流機調速容易實現，性能好，因此過去生產機械的調速多用直流電動機。但直流電機由于采用直流電源，它的滑環(huán)和碳刷要經常拆換，故費時費工，成本高，給人們帶來太大的麻煩。因此人們希望讓簡單可靠廉的交流電機也像直流電動機那樣調速。這樣就出現了定子調速、變極調速、滑差調速、轉子串電阻調速、串極調速等交流調速方式。（二）國內研究現狀。我國是一個能源生產大國，但我國同時也是一個能源匱乏國，隨著能源危機的加重，各行各業(yè)都應該實現節(jié)能減排。工礦企業(yè)作為能耗企業(yè)，如果實現節(jié)能減排則顯得尤為重要。異步電動機作為這些企業(yè)的主要動力設備，所以實現異步電動機的節(jié)能就是實現企業(yè)的節(jié)能。變頻器作為一種新型節(jié)能減排技術則得到了廣泛的應用。二、交流電動機調速（一）交流變頻調速技術的發(fā)展。交流電動機的調速系統是一項以大功率電力電子器件為基礎的新型技術學科在過去的十幾年間由于大功率電力電子器件的不斷出現，使交流電動機的調速技術取得了很大的發(fā)展。1.交流電機交流電機是用于實現機械能和交流電能相互轉換的機械。由于交流電力系統的巨大發(fā)展，交流電機已成為最常用的電機。交流電機與直流電機相比，由于沒有換向器，因此結構簡單，制造方便，比較牢固，容易做成高轉速、高電壓、大電流、大容量的電機。交流電機功率的覆蓋范圍很大，從幾瓦到幾十萬千瓦、甚至上百萬千瓦。2.直流電機直流電機的結構應由定子和轉子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉動的部分稱為轉子，其主要作用是產生電磁轉矩和感應電動勢，是直流電機進行能量轉換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等組成。（二）交流調速的方式。異步電機得調速方法可以有改變轉差率，改變磁極對數及變頻三種。其中改變轉差率的方法又可以通過調定子電壓，轉子電阻轉差電壓以及定、轉子供電頻率等方法來實現。1.串極調速它是將繞線式異步電動機的轉差功率回饋到電網的一種比較經濟的調速方法，可以又低同步及高同步兩種串調方式。2.矢量變換控制調速它是模擬直流電及得控制特點來進行交流機的控制。3.變頻調速它是一種最有發(fā)展前途得一種調速方式，其調速花樣繁多。三、變頻調速原理（一）異步電機變頻調速原理。交流調速是通過改變電定子繞組的供電的頻率來達到調速的目的的，但定子繞組上接入三相交流電時，定子與轉子之間的空氣隙內產生一個旋轉的磁場，它與轉子繞組產生感應電動勢，出現感應電流，此電流與旋轉磁場相互作用，產生電磁轉矩。使電動機轉起來。電機磁場轉速稱為同步轉速，用n0表示：式中：f為三相交流電源頻率，一般是50Hz；為磁極對數。當p=1時，n0=3000r/min；p=2時，n0=1500r/min。由上式可知磁極對數p越多，轉速n0就越慢，轉子的實際轉速n比磁場的同步轉速n0要慢一點，所以稱為異步電動機，這個差別用轉差率表示：在加上電源轉子尚未轉動瞬間，n=0，這時s=1；啟動后的極端情況n=n0，則s=0，即在01之間變化，一般異步電動機在額定負載下的 s=1%6%。綜合（3-1）和（3-2）式可以得出：由式（3-3）可以看出，對于成品電機，其極對數已經確定，轉差率的變化不大，則電機的轉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的同步轉速，進而達到異步電機調速的目的。（二）電動機變頻調速方案的。一、直流電動機調速直流電動機是指將直流電送到直流，把直流電動機的電能轉換成機械能。這里首先要介紹如何將市電的交流電轉換成需要的直流電。六十年代以前采用的是發(fā)電機電動機系統（F-D），這種方法只有在由專用的發(fā)電機供電時才有可能。另一種是可控硅電動機系統（SCR-D）。直流電動機的調速還比較方便，可以通過調節(jié)電樞供電電壓，電樞中串聯電阻，激磁回路串聯電阻來實現?？梢娭绷麟妱訖C調速有三種方法，而且調節(jié)電樞供電電壓的方法容易實現平滑、無級、寬范圍、低損耗的要求。盡管直流電動機調速就其性能而言，可以相當滿意，但因其結構夏雜，慣量大，維護麻煩，不適宜在惡劣環(huán)境中運行，不易實現大容量化、高壓化、高速化，而且價格昂貴。二、交流電動機調速 交流電動機剛好相反。電動機結構簡單、慣量小、維護方便，可在惡劣環(huán)境中運行，容易實現大容量化，高壓化、高速化，而且價格低廉。從節(jié)能的角度看，交流電動機的調速裝置可以分為高效調速裝置和低效調速裝置兩大類。高效調速裝置的特點是：調速時基本保持額定轉差，不增加轉差損耗，或可以將轉差動率回饋至電網。低效調速裝置的特點是：調速時改變轉差，增加轉差損耗。（一）具體的交流調速裝置有：高效調速方法包括：改變極對數調速鼠籠式電機變頻調速鼠籠式電機串級調速繞線式電機換向器電機調速同步電機低效調速方法包括：定子調壓調速鼠籠式電機電磁滑差離合器調速鼠籠式電機轉子串電阻調速繞線式電機（二）各種調速裝置的特點：（1）改變極對數調速優(yōu)點：無附加轉差損耗，效率高；控制電路簡單，易維修，價格低；與定子調壓或電磁轉差離合器配合可得到效率較高的平滑調速。 轉自電氣自動化技術網 缺點：有級調速，不能實現無級平滑的調速。且由于受到電機結構和制造工藝的限制，通常只能實現23種極對數的有級調速，調速范圍相當有限。（2）變頻調速優(yōu)點：無附加轉差損耗，效率高，調速范圍寬；對于低負載運行時間較長，或起、停較頻繁的場合，可以達到節(jié)電和保護電機的目的。缺點：技術較復雜，價格較高。（3）換向器電機調速優(yōu)點：具有交流同步電動機結構簡單和直流電動機良好的調速性能；低速時用電源電壓、高速時用電機反電勢自然換流，運行可靠；無附加轉差損耗，效率高，適用于高速大容量同步電動機的啟動和調速。缺點：過載能力較低，原有電機的容量不能充分發(fā)揮。（4）串級調速優(yōu)點：可以將調速過程中產生的轉差能量加以回饋利用。效率高；裝置容量與調速范圍成正比，適用于7095的調速。缺點：功率因素較低，有諧波干擾，正常運行時無制動轉矩，適用于單象限運行的負載。 轉自電氣自動化技術網 （5）定子調壓調速優(yōu)點：線路簡單，裝置體積小，價格便宜；使用、維修方便。缺點：調速過程中增加轉差損耗，此損耗使轉子發(fā)熱，效率較低；調速范圍比較?。灰蟛捎酶咿D差電機，比如特殊設計的力矩電機，所以特性較軟，一段適用于55kW以下的異步電動機。（6）電磁轉差離合器調速優(yōu)點：結構簡單，控制裝置容量小，價值便宜。運行可靠，維修容易。無諧波干擾。缺點：速度損失大，因為電磁轉差離合器本身轉差較大，所以輸出軸的最高轉速僅為電機同步轉速的8090；調速過程中轉差功率全部轉化成熱能形式的損耗，效率低。（7）轉子串電阻調速優(yōu)點：技術要求較低，易于掌握；設備費用低；無電磁諧波干擾。缺點：串鑄鐵電阻只能進行有級調速。若用液體電阻進行無級調速，則維護、保養(yǎng)要求較高；調速過程中附加的轉差功率全部轉化為所串電阻發(fā)熱形式的損耗，效率低。調速范圍不大。綜上所述，交流最理想的調速方法應該是改變電動機供電電源的頻率，這就是變頻調速。隨著電力電子技術的飛速發(fā)展，變頻調速的性能指標完全可以達到甚至超過直流電動機調速系統。以上說明了交流電動機變頻調速的各種方法的優(yōu)缺點?？偨Y：交流電動機調速系統方式受到電力電子技術、微電子技術以及集成電路發(fā)展的影