現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展

鄧孝祥+劉遠(yuǎn)義+孟嬌茹

摘 要 十九世紀(jì)交流調(diào)速技術(shù)的出現(xiàn)，與直流調(diào)速技術(shù)相媲美，但由于直流調(diào)速技術(shù)的性能要比交流調(diào)速技術(shù)的性能要好得多，所以交流調(diào)速技術(shù)無法取代傳統(tǒng)的直流調(diào)速技術(shù)在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中的地位。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，促進(jìn)了交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，目前，現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)已有超越直流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞 交流調(diào)速技術(shù) 直流調(diào)速技術(shù) 應(yīng)用和發(fā)展

中圖分類號(hào)：TM921.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Application and Development of Modern AC Variable Speed Technology

DENG Xiaoxiang， LIU Yuanyi， MENG Jiaoru

（Heilongjiang University of Science and Technology， Harbin， Heilongjiang 150027）

Abstract AC variable speed occurs in the nineteenth century， comparable to DC conversion technology， but because of technical performance DC speed than AC variable speed performance is much better， so the technology can not replace the traditional AC variable speed DC drive technical position in the field of electric drive. With the continuous development of science and technology， promoting the development of AC variable speed technology， to promote the application and development of modern AC variable speed technology， at present， has been beyond the modern AC variable speed DC converter technology trends.

Key words AC variable speed technology； DC converter technology； application and development

1 現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用

1.1 變級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用

所謂變級(jí)調(diào)速就是有效調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)磁場使其運(yùn)行速度一致，這是最簡單的調(diào)節(jié)方法。采用交流調(diào)技術(shù)就是通過利用電動(dòng)機(jī)的改接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)從一個(gè)級(jí)數(shù)到另一個(gè)級(jí)數(shù)的轉(zhuǎn)變，從而實(shí)現(xiàn)了不同步電動(dòng)機(jī)的有級(jí)調(diào)速。變級(jí)調(diào)速系統(tǒng)操作簡單、設(shè)備價(jià)格低，工作輕松且具有可靠性，但僅限于有級(jí)調(diào)速，其速度一般可分為兩種速度，在現(xiàn)實(shí)中三種速度以上的變級(jí)電機(jī)，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作繁瑣等原因，在現(xiàn)實(shí)中很少應(yīng)用。電機(jī)繞組設(shè)計(jì)是采用變級(jí)調(diào)速技術(shù)的關(guān)鍵，因此，最佳的電機(jī)技術(shù)性能指標(biāo)就是采用最少的繞組線圈改接與引出頭。

1.2 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用

串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)也稱為繞線轉(zhuǎn)子不同步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，其原理是將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差功率加以利用的一種節(jié)能、高效、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的調(diào)速方法。在轉(zhuǎn)子回路中串入阻值大小不相同電阻，從而得到電動(dòng)機(jī)不同斜率的機(jī)械性能，有效實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的速度調(diào)節(jié)功能，這是傳統(tǒng)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率的方法，同時(shí)也是一種簡短的操作方法，缺點(diǎn)是調(diào)速是有級(jí)的、不平滑，并且由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差功率大多都消耗在電阻發(fā)熱上面，降低了轉(zhuǎn)差效率。隨著大功率的電子器件產(chǎn)品的誕生，傳統(tǒng)采用在轉(zhuǎn)子回路中串聯(lián)的電阻轉(zhuǎn)變?yōu)榫чl管功率變換器，有效實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)差功率的作用，同時(shí)也構(gòu)成了晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，是由繞線不同步電動(dòng)機(jī)與串聯(lián)晶閘管變換器兩者組成。這種方法的采用，不僅增加了轉(zhuǎn)子回路中的電勢，同時(shí)也改變了轉(zhuǎn)子回路中的轉(zhuǎn)差功率值，因此，也改變了不同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。①

1.3 變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用

變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)是各種不同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，具有高效率、高性能的最好的調(diào)速系統(tǒng)。變奪變頻調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理是，同時(shí)對(duì)定子電源電壓與電源頻率進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，在這種情況下，機(jī)械特性大體上處于上平行移動(dòng)狀態(tài)，而電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差功率保持不變。變頻調(diào)速系統(tǒng)是現(xiàn)代交流調(diào)速的主要發(fā)展趨勢。變頻調(diào)速系統(tǒng)具有高效率性、高性能、高精度性以及寬調(diào)速范圍等優(yōu)勢，是現(xiàn)代最具有發(fā)展前景的調(diào)速方式。現(xiàn)代交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)分為很多種，例如最早的電壓源型變頻器、電流源型變頻器、脈寬調(diào)制型變頻器等。

1.4 調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用

不同步電動(dòng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)矩與輸入電壓基波的平方成正比的關(guān)系，因此有效改變電動(dòng)機(jī)電機(jī)的電壓，可以有效改變不同步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性等，有效實(shí)現(xiàn)了不同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速功能。不同步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速是一種操作比較簡單的調(diào)速方法。在二十世紀(jì)五十年代以前，工業(yè)電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法是采用串飽和電抗器的方式，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代大多采用雙向晶閘管調(diào)壓的方式實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的交流調(diào)壓調(diào)速功能。采用雙向晶閘管調(diào)壓的方式主要有兩種：一種是整周波斬波控制方法調(diào)壓，而另一種是相控技術(shù)。但采用整周波斬波控制方法的缺點(diǎn)是調(diào)速不平滑，因此，在實(shí)際應(yīng)用中大多數(shù)工業(yè)都采用相控技術(shù)。②

2 現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展研究

2.1 新型電力電子器件的研制

限制現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)中電力電子技術(shù)應(yīng)用的因素主要有以下四個(gè)方面：（1）是指基于電力電子技術(shù)的控制手段與控制策略的因素；（2）是指電動(dòng)機(jī)變換器的結(jié)構(gòu)限制因素；（3）是指電子電子器件的性能限制因素；（4）是指電力電子器件的價(jià)格因素。伴隨著現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，電力電子器件由原來的不可控制到現(xiàn)代的可控制技術(shù)，由原來的低電壓等級(jí)到現(xiàn)在的高電壓等級(jí)，同時(shí)也促進(jìn)了各種新型電動(dòng)機(jī)變換器的誕生，形成了各種新的控制理論在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用與發(fā)展。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了交流調(diào)速技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)電力電子器件提出了更高的要求，有效促進(jìn)了先進(jìn)的、新型的電力電子器件的誕生，以滿足現(xiàn)代應(yīng)用系統(tǒng)的高效性、智能性、集成性、統(tǒng)一性、數(shù)字性以及高頻性等一系列的發(fā)展要求。與此同時(shí)，電力電子器件應(yīng)用所產(chǎn)生的諧波，會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)電機(jī)產(chǎn)生一種轉(zhuǎn)矩脈沖，不僅增加了電動(dòng)機(jī)的附加損耗量，也形成了噪音污染，而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩呈現(xiàn)周期性的波動(dòng)，大大影響了電動(dòng)機(jī)電機(jī)的調(diào)速范圍與穩(wěn)定性，因此電力電子器件應(yīng)用所帶來的污染問題，也是目前研究的重點(diǎn)課題。③

2.2 數(shù)字化控制系統(tǒng)

為了有效使現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)與現(xiàn)代先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及智能技術(shù)有效結(jié)合，同時(shí)還可以有效提高現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的性能，因此，必須使現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化控制。在過去的交流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用中，廣泛應(yīng)用的是單片機(jī)，然而隨著新的交流電動(dòng)機(jī)電機(jī)的控制理論的不斷推陳出新，電動(dòng)機(jī)電機(jī)的控制技術(shù)、控制方法以及控制策略等也趨向于復(fù)雜性控制、自適應(yīng)化控制、智能化控制、模糊化控制、個(gè)性化控制等，在現(xiàn)代交流電動(dòng)機(jī)電機(jī)的直接矩控制與入存量控制中得到廣泛的應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，單片機(jī)受自身性能限制，已無法滿足現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的需求。④

3 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)已相對(duì)成熟，并在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而隨著新的科學(xué)技術(shù)手段、新的電子產(chǎn)品以及新的控制方法的誕生，豐富了現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)的功能，滿足了現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展需求，現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展具有很大的發(fā)展?jié)摿εc空間。⑤

項(xiàng)目：《東北老工業(yè)基地轉(zhuǎn)型升級(jí)背景下卓越人才培養(yǎng)模式的改革與探索》，黑龍江科技學(xué)院教學(xué)研究基金項(xiàng)目，年限2012.03

注釋

① 肖倩華，廖世海，劉華民.現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展[J].科技廣場，2009.14（6）：187-189.

② 楊曉麗，沈愛弟，俞宏生.現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)在船舶電力推進(jìn)中的應(yīng)用[J].大連海事大學(xué)學(xué)報(bào)（哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版），2009.46（9）：223-224.

③ 張維竟，劉曉偉，張小卿.船舶電力推進(jìn)中交流調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[J].中央民族大學(xué)學(xué)報(bào)（哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版），2009.15（1）：104-106.

④ 郝繡，柳金華，張阿龍.國外現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展及其在船舶電力推進(jìn)中的應(yīng)用[J].船電技術(shù)，2009.25（22）：109-120.

⑤ 譚金娃，邢璐璐，李劍影.現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)在現(xiàn)代電梯中的應(yīng)用[J].微特電機(jī)研究，2009.15（2）：114-116.endprint