交流调速优势及主要应用领域

发布日期:
2020-10-30

交流调速技术的飞速发展,扩大了它的应用范围。原来一直由直流调速占领的应用领域,现在已逐步由交流调速取而代之;原来直流调速难以应用的特大容量、极高转速和恶劣环境之中,现在由交流调速发挥了作用;原来使用交流传动但不调速的领域,通过采用交流调速传动,大大节约了能源。目前,交流调速已遍及国民经济各部门的传动领域。

      交流调速技术诞生于 19 世纪,但由于其性能无法与直流调速技术相比,所以过去的直流调速系统一直在电气传动领域中占统治地位。直到在 20 世纪50 年代中期,晶闸管研制成功,开创了电力电子技术发展的新时代。由于体积小、价格低、坚固耐用、性能良好等一系列的优点,半导体电力电子器件使电机调速用的各种变流装置迅速进入了实用阶段。随着电力电子技术的发展,使得采用半导体开关器件的交流调速系统得以实现。尤其是 7 0 年代以来,大规模集成电路和计算机控制技术的发展,以及现代控制理论的应用,为现代交流调速技术的发展创造了有利条件,促进了各种类型的交流调速系统的飞速发展,如串极调速系统、变频调速系统、无换相器电动机调速系统以及矢量控制调速系统等。目前在电气传动领域中,现代交流调速技术已有取代直流调速技术的趋势。


    冶金机械主要用于轧钢机主传动和高炉热风炉鼓风机等。轧钢机主传动是高性能电气传动系统,有的要求大容量、低转速、过载能力强,有的要求速度控制精度高等等,过去一直是直流调速独领风骚,现在正为交-交变频调速所取代。


     电气牵引主要用于电气机车、电动汽车等。电动汽车无需消耗汽油,更不排放废气,噪声又小。
    数控机床主轴传动、进给传动均采用交流传动,主轴传动要求调速范围宽、静差率小;伺服进给系统要求输出转矩大、动态响应好、定位精度高,都正在用异步电动机或同步电动机取代直流电动机。



交流调速优势及主要应用领域



        矿井提升机械为保证较高速度下的安全运行,要求具备优良的调速性能和位置控制以获得平稳、安全的制动运行,消除失控现象,提高可靠性。


        起重、装卸机械如港口机械要求适应露天操作的具有盐雾、尘土且温差变化大的恶劣环境,并能频繁迅速起动与调速。


        原子能及化工设备使用条件恶劣又要求有较大调速范围。


        建筑电气设备用于空调系统、电梯传动及供水系统等。


    纺织、食品机械如纺丝卷绕机、肉类搅拌机等。



交流调速优势及主要应用领域
知识关联——电机变频调整系统简介
交流调速优势及主要应用领域

        现在的电机变频系统大都是采用的恒V/F 控制系统,这个变频控制系统的特点是结构简单、制作便宜。这个系统被广泛应用在风机等大型的并且对于变频系统的动态性能要求不是很高的地方。这个系统是一种典型的开环控制系统,这个系统能够满足大多数电机的平滑的变速要求,但是对于动态和静态的调节性能都是有限的,不能应用在对动态和静态性能要求比较严格的地方。为了实现动态和静态调节的高性能,我们只能采用闭环控制系统来实现。

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交流调速优势及主要应用领域


        所以有的科研人员提出了控制闭环转差频率的电机调速方式,这种调速方式能够在静态动态调速中达到很高的性能,但是这种系统只能在转速比较慢的电机中得到应用,因为在电机的转速较高的时候,这种系统不仅不会达到节约电能的目的,还会使电机产生极大的瞬态电流,使得电机的转矩在瞬间发生变化。所以说为了实现在较高的转速中实现较高的动态和静态性能,只有先解决电机产生瞬态电流的问题,只有将这个问题合理的解决我们才能更好的发展电机变频节能控制技术。

拓展阅读:

        现代交流调速技术的应用 异步电动机的转速(n)公式为:n= nz (1-s),其 中 n z 为电动机的同步速度,s 为转差率,所以异步 电动机调速方法可以分为调旋转磁场的同步速度 nz 和在同步速度不变条件下调转差率 s 两大类。运用 到实际中的交流调速系统主要有:变级调速系统、 串级调速系统、调压调速系统、变频调速系统。

         (1)变级调速系统:调旋转磁场同步速度的最简 单办法是变级调速。通过电动机绕组的改接使电机 从一种级数变到另一种级数,从而实现异步电动机 的有级调速。变级调速系统所需设备简单,价格低廉,工作 也比较可靠,但它是有级调速,一般为两种速度,三 速以上的变级电机绕组结构复杂,应用较少。变级 调速电动机的关键在于绕组设计,以最少的线圈改 接和引出头以达到最好的电机技术性能指标。

         (2)串级调速系统:绕线转子异步电动机串级调 115 速是将转差功率加以利用的一种经济、高效的调速 方法。改变转差率的传统方法是在转子回路中串入不 同电阻以获得不同斜率的机械特性,从而实现速度 的调节。这种方法简单方便,但调速是有级的,不 平滑,并且转差功率消耗在电阻发热上,效率低。自 大功率电力电子器件问世后,采用在转子回路中串 联晶闸管功率变换器来完成馈送转差功率的任务, 这就构成了由绕线异步电动机与晶闸管变换器共同 组成的晶闸管串级调速系统。转子回路中引入附加 电势不但可以改变转子回路的有功功率——转差功 率的大小,而且还可以调节转子电流的无功分量, 即调节异步电动机的功率因数。

         (3)调压调速系统:异步电动机电机转矩与输入 电压基波的平方成正比,所以改变电机端电压( 基 波)可以改变异步电动机的机械特性以及它和负载特 性的交点,从而实现调速。异步电动机调压调速是一种比较简单的调速方 法。

        在 2 0 世纪 5 0 年代以前一般采用串饱和电抗器 来进行调速。但近年来随着电力电子技术的发展, 多采用双向晶闸管来实现交流调压。用双向晶闸管 调压的方法有两种:一种是相控技术,一种是斩波 调压。采用整周波斩波控制方法可能调速不够平滑, 所以在异步电机的调压控制中多用相控技术。但是 采用相控技术在输出电压波形中含有较大的谐波, 会引起附加损耗,产生转矩脉动。

         (4)变频调速系统:在各种异步电机调速系统 中,效率最高、性能最好的系统是变压变频调速系 统。变压变频调速系统在调速时,须同时调节定子 电源的电压和频率,在这种情况下,机械特性基本 上平行移动,而转差功率不变,它是当前交流调速 的主要方向。变频调速具有高效率、宽调速范围和高精度等 特点,是运用最广最有发展前途的调速方式。交流 电机变频调速系统的种类很多,从 60 年代提出的电 压源型变频器开始,相继发展了电流源型、脉宽调 制型等各种变频器。目前变频调速的主要方案有:交 - 交变频调速、交 - 直 - 交变频调速、同步电动 机自控式变频调速系统、正弦波脉宽调制(SPWM)变 频调速、矢量控制变频调速等。电力电子技术的发 展和新型电力电子器件的出现,使变频装置的快速 性、可靠性及经济性不断提高。但是变频调速需要 一套输出电压和频率能在较宽的范围内连续协调控 制的变频电源,价格相对比较昂贵,并且输出的电 压、电流波形往往是非正弦的,含有各种谐波分量, 对电网产生污染。这些谐波在电机中产生的谐波磁 场对气隙比较小的异步电动机来讲,往往会引起损 耗增加,产生振动和噪声等许多不良的影响,所以 对异步电动机在变频条件下的工作特性和谐波分量 的深入分析、变频电源的选择及其控制策略的研究 是异步电动机变频调速技术中的几个热点问题。

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