交流调速系统发展历程

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：随着电力电子器件和控制技术的高速发展，尤其是大规模集成电路和计算机控制技术的出现，高性能的交流调速系统应运而生，交流电动机特有的优点在电力拖动中逐渐地表现出来。特大容量、极高转速的交流调速系统。取代热机、液压和气动控制的交流调速系统。世界石油资源的逐渐衰竭和环境污染，促进了交流电动机车辆的发展。对交流调速的方式也还在不断地深入研究。

在过去很长一段时间内，直流电动机由于其良好的调速性能，在调速领域一直占主导地位。但是，由于直流电动机本身结构上存在换向器和电刷，也给直流电动机的应用和调速性能带来了一定的限制。主要表现在直流电动机结构复杂、成本高、故障多、维修也较复杂，直流电动机在易燃易爆易腐蚀等恶劣条件下的使用受到限制；直流电动机的换向能力限制了单机容量和相应的转速，这些缺点一定程度上制约了直流电动机的应用。

交流电动机与直流电动机相比，具有结构简单、牢固、成本低、不易出故障、使用场合不受限制等优点，在早期没有得到广泛的应用，主要是由于调速比较困难。随着电力电子器件和控制技术的高速发展，尤其是大规模集成电路和计算机控制技术的出现，高性能的交流调速系统应运而生，交流电动机特有的优点在电力拖动中逐渐地表现出来。可以说，从20世纪80年代开始，交流调速技术就已经进入了一个新的时代，也就是可以与直流调速相媲美，并逐步取而代之，占据电力传动主导地位的时代。

从交流调速发展的过程来看，其主要沿着以下几个方面发展：

（1）以节能为目的，改恒速为调速的交流调速系统。由交流电动机拖动的如风机、水泵、压缩机等负载，其用电量占工业总用电量的50%以上，通过调速来改变风量或者流量，节能效果会非常可观，而且风机、水泵对调速性能的要求通常不是很高，容易实现。

（2）高性能调速系统。随着矢量控制、直接转矩控制、解耦控制等交流控制技术的快速发展，交流调速系统的性能大大提高，能够获得和直流调速一样的高动态性能。

（3）特大容量、极高转速的交流调速系统。直流电动机由于受换向器的限制，最高转速只能达到3000 r/min左右，而交流电动机不受此限制，其转速可达每分钟几万转。

（4）取代热机、液压和气动控制的交流调速系统。世界石油资源的逐渐衰竭和环境污染，促进了交流电动机车辆的发展。对交流调速的方式也还在不断地深入研究。

根据交流电机学原理，交流异步电动机的转速为

式中：np为电动机极对数；f1为定子供电电源频率（Hz）；s为转差率。

由式（5-1）可以看出，改变交流异步电动机转速的方法有改变极对数np调速、改变定子供电电源频率f1调速和改变转差率s调速三种，即把交流调速系统按照电动机参量进行划分可以有如下分类。

交流调速基本上分为异步电动机调速和同步电动机调速两大部分。其中笼型异步电动机结构简单、牢固耐用、维修工作量小、利用效率高、转动惯量小、动态响应快，因此在工艺上可以达到高电压、大容量和高转速的效果。但是异步电动机的功率因数不高，与等容量同步电动机相比，所用变频装置容量要偏大。尽管普通同步电动机在结构上要比笼型异步电动机复杂，但比直流电动机简单，与等容量的直流电动机相比，它具有效率高、过载能力强、体积小、转动惯量小、维护简单等优点，并且可以达到大容量、高转速和高电压的技术工艺水平。与异步电动机调速系统相比，同步电动机具有功率因数高、效率高、控制性能好等方面的优势，尤其适用于低转速负载不断冲击的生产机械工作环境下。

当前，异步电动机调速和同步电动机调速在电气传动领域中占有很大的比重，已经成为电气传动的主流。随着电力电子技术、微电子学、现代控制理论、微机控制技术的进一步发展，同步电动机调速系统将会更加完善，在国民经济各个部门都将得到更为广泛的应用，成为取代直流调速系统的重要力量。

交流调速系统发展历程

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