電機(jī)調(diào)速技術(shù)的歷史與現(xiàn)狀分析

電機(jī)調(diào)速技術(shù)的歷史與現(xiàn)狀分析 

20 世紀(jì)的大多數(shù)時(shí)期為直流傳動(dòng)調(diào)速和交流傳動(dòng)恒速階段，直至20 世紀(jì)末，交直流傳動(dòng)按調(diào)速分工的格式才被打破，主要原因是直流電機(jī)換向器受容量限制(極限容量與轉(zhuǎn)速乘積應(yīng)小于106 kW/ r·min - 1) ，為此，世界先進(jìn)國(guó)家投進(jìn)了大量的人力和財(cái)力往研究高效節(jié)能的交流調(diào)速系統(tǒng)，并取得了極大成功。
由交流異步電動(dòng)機(jī)原理可知：從定子傳進(jìn)轉(zhuǎn)子的電磁功率Pe = Pm + Ps ，即為機(jī)械功率和轉(zhuǎn)差功率。根據(jù)轉(zhuǎn)差功率消耗情況，目前異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的基本類型可分為3 類。 電阻計(jì) | 傳感器 | 氣體分析儀 | 光功率計(jì) | 毒性氣體 | 無(wú)紙記錄儀 | 濁度計(jì) | 溫度探頭 | 電源供應(yīng)器 | 鯉魚鉗 | 一氧化碳檢測(cè)器 | 測(cè)速儀 | 溶氧計(jì) | 真空表 | 扁嘴鉗 | 剪線鉗 | 電容表
1.1 　轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)
該調(diào)速系統(tǒng)主要通過(guò)降低電壓調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速和轉(zhuǎn)子繞阻串電阻調(diào)速。主要通過(guò)增加轉(zhuǎn)差功率的消耗來(lái)?yè)Q取轉(zhuǎn)速的降低， 因而效率較低。
1.2 　轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速系統(tǒng)
該調(diào)速方法使轉(zhuǎn)差功率的一部分消耗掉，而大部分則通過(guò)變流裝置回饋給電網(wǎng)或轉(zhuǎn)為機(jī)械能。主要采用轉(zhuǎn)子繞阻串級(jí)調(diào)速，但新增變流裝置后會(huì)消耗一定的功率。
1.3 　轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)
該調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)差功率消耗基本保持不變，如改變磁極對(duì)數(shù)進(jìn)行調(diào)速等. 由于轉(zhuǎn)差功率消耗基本不變，因此，效率最高. 但改變磁極對(duì)數(shù)只能進(jìn)行有級(jí)調(diào)速，而應(yīng)用場(chǎng)合有限。最理想的交流調(diào)速應(yīng)采用無(wú)級(jí)變頻調(diào)速。保持每極磁通量為額定值，既可防止磁通太弱，沒(méi)有充分利用鐵心造成的浪費(fèi)，又可防止過(guò)分增大磁通使鐵心飽和、導(dǎo)致勵(lì)磁電流過(guò)大而損壞電機(jī)的現(xiàn)象，根據(jù)電機(jī)學(xué)理論

要保持Φm 不變，且E 接近電動(dòng)機(jī)電源電壓，可近似要求V/ f = 常數(shù)，這就能滿足Φm 不變。我們將此稱為恒壓頻比控制，也稱變壓變頻控制，即VVVF 型(Variable Voltage Variable Frequency) 。

由于傳統(tǒng)的逆變環(huán)節(jié)采用相控方式，調(diào)壓、調(diào)頻兩極可控，造成電路復(fù)雜、本錢高、功率因數(shù)低、輸出諧波分量大；采用SPWM 后，用不控整流，輸進(jìn)端功率因數(shù)不變，調(diào)壓、調(diào)頻在同一環(huán)節(jié)完成，可以較好地抑制和減少輸出諧波，使輸出波形接近正弦波，這是當(dāng)前變頻裝置中較為理想的結(jié)構(gòu)形式，見(jiàn)圖2。馬鞍山電廠變頻改造采用了這種結(jié)構(gòu)方式。
SPWM是根據(jù)能量等效原理在慣性環(huán)節(jié)中不同外形的窄脈沖能量作用近似相同，將正弦波用若干等幅不等寬的窄方波等效，見(jiàn)圖3。
設(shè)正弦波電壓U1 = UMsinωt，直流矩形波電壓U = Us/ 2。將正弦波半個(gè)波作n等分，則每等分為π/ n ，則對(duì)應(yīng)第i 個(gè)直流矩形波窄脈沖寬度為δi ，根據(jù)面積相等的等效原則

當(dāng)n 較大時(shí) 
           
于是    

可見(jiàn)，隨著正弦波幅值的變化，矩形波寬度也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。根據(jù)數(shù)學(xué)分析可知，期看的正弦波分段越多，脈沖寬度越窄，等效性越好。依據(jù)上述原理，可以用計(jì)算方法求得SPWM 脈沖波形的寬度，而且采用數(shù)字控制是很輕易實(shí)現(xiàn)的。馬鞍山電廠使用的LB 系列變壓變頻器，控制元件采用的就是Intel 公司的16 位微處理器芯片N87C196mc ，在軟件控制下可直接產(chǎn)生高質(zhì)量的SPWM脈沖序列。功放元件采用的是盡緣柵雙極晶體管IGBT，其開關(guān)頻率可達(dá)20 kHz ，按基頻50Hz 計(jì)算，每個(gè)周波可分段40 次，從而滿足了波形要求。