現代交流調速技術的應用和發展

鄧孝祥+劉遠義+孟嬌茹

摘 要 十九世紀交流調速技術的出現，與直流調速技術相媲美，但由于直流調速技術的性能要比交流調速技術的性能要好得多，所以交流調速技術無法取代傳統的直流調速技術在電氣傳動領域中的地位。隨著科學技術的不斷發展，促進了交流調速技術的發展，推動了現代交流調速技術的應用與發展，目前，現代交流調速技術已有超越直流調速技術的發展趨勢。

關鍵詞 交流調速技術 直流調速技術 應用和發展

中圖分類號：TM921.5 文獻標識碼：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 現代交流調速技術的應用

1.1 變級調速系統的應用

所謂變級調速就是有效調節旋轉磁場使其運行速度一致，這是最簡單的調節方法。采用交流調技術就是通過利用電動機的改接技術，實現電機從一個級數到另一個級數的轉變，從而實現了不同步電動機的有級調速。變級調速系統操作簡單、設備價格低，工作輕松且具有可靠性，但僅限于有級調速，其速度一般可分為兩種速度，在現實中三種速度以上的變級電機，由于結構復雜、操作繁瑣等原因，在現實中很少應用。電機繞組設計是采用變級調速技術的關鍵，因此，最佳的電機技術性能指標就是采用最少的繞組線圈改接與引出頭。

1.2 串級調速系統的應用

串級調速系統也稱為繞線轉子不同步電動機串級調速系統，其原理是將電動機轉差功率加以利用的一種節能、高效、經濟實用的調速方法。在轉子回路中串入阻值大小不相同電阻，從而得到電動機不同斜率的機械性能，有效實現了電動機的速度調節功能，這是傳統改變電動機轉差率的方法，同時也是一種簡短的操作方法，缺點是調速是有級的、不平滑，并且由于電動機的轉差功率大多都消耗在電阻發熱上面，降低了轉差效率。隨著大功率的電子器件產品的誕生，傳統采用在轉子回路中串聯的電阻轉變為晶閘管功率變換器，有效實現轉差功率的作用，同時也構成了晶閘管串級調速系統，是由繞線不同步電動機與串聯晶閘管變換器兩者組成。這種方法的采用，不僅增加了轉子回路中的電勢，同時也改變了轉子回路中的轉差功率值，因此，也改變了不同步電動機的功率因數。①

1.3 變頻調速系統的應用

變壓變頻調速系統是各種不同步電動機調速系統中，具有高效率、高性能的最好的調速系統。變奪變頻調速系統的調速原理是，同時對定子電源電壓與電源頻率進行有效調節，在這種情況下，機械特性大體上處于上平行移動狀態，而電動機的轉差功率保持不變。變頻調速系統是現代交流調速的主要發展趨勢。變頻調速系統具有高效率性、高性能、高精度性以及寬調速范圍等優勢，是現代最具有發展前景的調速方式。現代交流電動機變頻調速系統分為很多種，例如最早的電壓源型變頻器、電流源型變頻器、脈寬調制型變頻器等。

1.4 調壓調速系統的應用

不同步電動機電機轉矩與輸入電壓基波的平方成正比的關系，因此有效改變電動機電機的電壓，可以有效改變不同步電動機的機械特性等，有效實現了不同步電動機的調速功能。不同步電動機調壓調速是一種操作比較簡單的調速方法。在二十世紀五十年代以前，工業電動機調速方法是采用串飽和電抗器的方式，對電動機進行調速。隨著科學技術的不斷發展，現代大多采用雙向晶閘管調壓的方式實現電動機的交流調壓調速功能。采用雙向晶閘管調壓的方式主要有兩種：一種是整周波斬波控制方法調壓，而另一種是相控技術。但采用整周波斬波控制方法的缺點是調速不平滑，因此，在實際應用中大多數工業都采用相控技術。②

2 現代交流調速技術的發展研究

2.1 新型電力電子器件的研制

限制現代交流調速技術中電力電子技術應用的因素主要有以下四個方面：（1）是指基于電力電子技術的控制手段與控制策略的因素；（2）是指電動機變換器的結構限制因素；（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格因素。伴隨著現代交流調速技術的發展，電力電子器件由原來的不可控制到現代的可控制技術，由原來的低電壓等級到現在的高電壓等級，同時也促進了各種新型電動機變換器的誕生，形成了各種新的控制理論在工業領域中的應用與發展。科學技術的發展，推動了交流調速技術的不斷進步，對電力電子器件提出了更高的要求，有效促進了先進的、新型的電力電子器件的誕生，以滿足現代應用系統的高效性、智能性、集成性、統一性、數字性以及高頻性等一系列的發展要求。與此同時，電力電子器件應用所產生的諧波，會對電動機電機產生一種轉矩脈沖，不僅增加了電動機的附加損耗量，也形成了噪音污染，而產生的轉矩呈現周期性的波動，大大影響了電動機電機的調速范圍與穩定性，因此電力電子器件應用所帶來的污染問題，也是目前研究的重點課題。③

2.2 數字化控制系統

為了有效使現代交流調速技術與現代先進的計算機技術、網絡技術以及智能技術有效結合，同時還可以有效提高現代交流調速系統的性能，因此，必須使現代交流調速系統實現全數字化控制。在過去的交流調速系統應用中，廣泛應用的是單片機，然而隨著新的交流電動機電機的控制理論的不斷推陳出新，電動機電機的控制技術、控制方法以及控制策略等也趨向于復雜性控制、自適應化控制、智能化控制、模糊化控制、個性化控制等，在現代交流電動機電機的直接矩控制與入存量控制中得到廣泛的應用。隨著科學技術的不斷進步，單片機受自身性能限制，已無法滿足現代社會發展的需求。④

3 結語

隨著科學技術的不斷發展，現代交流調速技術已相對成熟，并在工業領域得到了廣泛的應用。然而隨著新的科學技術手段、新的電子產品以及新的控制方法的誕生，豐富了現代交流調速技術的功能，滿足了現代工業領域的發展需求，現代交流調速技術的應用與發展具有很大的發展潛力與空間。⑤

項目：《東北老工業基地轉型升級背景下卓越人才培養模式的改革與探索》，黑龍江科技學院教學研究基金項目，年限2012.03

注釋

① 肖倩華，廖世海，劉華民.現代交流調速技術的應用和發展[J].科技廣場，2009.14（6）：187-189.

② 楊曉麗，沈愛弟，俞宏生.現代交流調速技術在船舶電力推進中的應用[J].大連海事大學學報（哲學社會科學版），2009.46（9）：223-224.

③ 張維竟，劉曉偉，張小卿.船舶電力推進中交流調速技術的應用與發展[J].中央民族大學學報（哲學社會科學版），2009.15（1）：104-106.

④ 郝繡，柳金華，張阿龍.國外現代交流調速系統的發展及其在船舶電力推進中的應用[J].船電技術，2009.25（22）：109-120.

⑤ 譚金娃，邢璐璐，李劍影.現代交流調速系統在現代電梯中的應用[J].微特電機研究，2009.15（2）：114-116.endprint