交流调速系统毕业设计

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1、 1 1 1 前言前言 1.1 交流调速的意义交流调速的意义 电动机及其控制在国民经济中起着至关重要的作用。无论是在工农业生产、 运输、国防宇航、医疗卫生、商务办公设施还是日常生活中的家用电器，都广泛 地使用各种各样的电动机。电动机是电能应用的主要形式，是应用最广泛的电能 到机械能的变换装置， 世界上超过 60%的发电量用于驱动各种各样的以电动机为 基础的电力传动装置与系统。 其中许多的机械能有着调速的要求， 如车辆、 机床、 纺织机械等。另一类设备如风机、水泵等为了减少运行的损耗节约电能，满足生 产工艺等要求为目的，也需要对电动机进行调速控制。 鉴于直流传动具有优越的调速性能，高性能可调速系

2、统一般采用直流电动 机。在过去，直流电动机调速系统占据主导地位。但是直流电动机本身在机构上 存在严重的问题， 它的机械接触式换向器不但结构复杂、 制造复杂、 生产周期长、 价格昂贵， 而且运行中容易产生火花， 以及更换机械强度不高， 电刷易于磨损等。 在运行中需要有经常性的维护，同时对环境的要求也比较高，不能适用于化工、 矿山等周围环境中，以及有粉尘、腐蚀、易燃易爆气体的场合。即便应用于车辆 千引上，也感到维护检修不便，特别是由于换向问题的存在，直流电动机无法做 成高速大容量的机组， 目前高速直流电动机所能做到的最大容量只有 400 千瓦左 右，低速的也只能做到几千千瓦，容量较大的直流电机往往

3、要做成双电枢，远远 不能适应现代生产向高速大容量化发展的要求。 众所周知，直流他励电动机是一 种控制性能非常优越的电动机，因为在几何中性线上，电机的励磁回路所产生的 励磁电流与电枢回路所产生的电枢在空间是垂直的。若不考虑磁路饱和的影响， 他们之间没有耦合关系，互不影响，可以分别独立进行调节，所以它调速方便， 只要改变电机的输入电压电流，就可以在宽广的范围内实现无级调速，而且在磁 场一定的条件下它和电枢电流成正比，它的转矩易于控制， 因此直流电动机调速 系统比较容易得到良好的动态特性， 所以过去直流电动机调速系统一直在变速传 动领域占主导地位。而交流电机早在十九世纪八十年代中期就已问世，由于它具

4、 有消耗原材料少、制造成本低、结构牢固、运行安全可靠、环境适应性强以及易 于向高压、高速度和大容量方向发展的特点，迅速得到广泛的应用。这种所谓的 不变速系统是指交流电机本身不进行调速， 而为了达到对整个系统的控制又不得 不采用其它的措施进行调速，从而白白消耗了大量的电能。这样，如何从本质上 改变交流电机调速控制特性，使之具有直流电机的调速性能，便成为近几十年来 电气传动研究工作者努力研究的主要课题之一。 交流调速系统具有以下几个主要优点：交流电机的价格远低于直流电机，而 2 且结构简单、重量轻、制造简单、可靠性和运行效率高，不易出故障，维修工作 量小，适用场合几乎没有限制，并且单机容量远大于直

5、流电动机。正是由于交流 电动机的这种优势，使它在电力拖动系统中的应用范围比直流电动机要广泛得 多，约占整个电力拖动总容量的 80%以上。在整个电机调速中有重要的地位。然 而，由于交流电机是高阶、多变量、强耦合、非线性系统等原因，与直流电机相 比，转矩难以控制。这也严重制约了交流调速的发展。 交流变频调速技术是集电力电子技术、微电子技术、电机学及自动控制于一 身的一项技术高度发展的产物，它通过改变电动机定子供电频率来控制转速，从 而实现交流电动机调速的一种方法。交流变频调速以其调速范围广，平滑性好， 具有优良的动静态特性，显著地节能效果和广泛的适用性被公认为应用性好、效 率高，是理想的电气传动方

6、案。随着电力电子学与电子技术的发展，使得采用半 导体交流技术的交流调速系统得以实现， 特别是大规模集成电器和计算机控制技 术的发展，以及现代控制理论的不断创新，为交流电力传动的开发创造了有利条 件，使得交流电力传动加宽了调速范围、提高了问素精度、很快的动态响应以及 在四象限作可逆运行的技术性能。随着各种功率半导体开关器件的相继问世，使 得长期阻碍变频技术推广应用的关键问题得到解决， 从而使变频调速方式在工业 应用中显示出强大的生命力。今年来，随着数字化控制的变频调速系统获得巨大 发展，先进的控制理论（如磁场定向矢量控制、直接转矩控制）被广泛应用，变 频装置中的电器件如 IGBT、IGCT 等性能的大大提高，以及现代数字化控制变 频调速系统噪声大大降低，耗电量大幅减少，并且可以得到良好的电流波形，从 而使系统更加可靠。同时调速范围、调速精度、动态响应、功率因数、运行效率 和使用性能等方面的提高使交流调速系统发生了质的飞跃， 逐步取代直流调速系 统，成为主要传动装置。 1.2 国内外交流调速现状国内外交流调速现状 1.2.1 国外现状国外现状 在大功率交-交变频调速技术方面，法国阿尔