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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。