【文章內容簡介】 機控制技術的迅速發(fā)展，以及現代控制理論向交流電氣傳動領域的滲透，為交流調速系統(tǒng)的開發(fā)研究進一步創(chuàng)造了有利的條件。諸如交流電動機的串級調速、各種類型的變頻調速，特別是矢量控制技術的應用，使得交流調速系統(tǒng)逐步具備了寬的調速范圍、較高的穩(wěn)速精度、快速的動態(tài)響應以及在四象限作可逆運行等良好的技術性能?，F在從數百瓦的伺服系統(tǒng)到數百千瓦的特大功率高速傳動系統(tǒng)，從一般要求的小范圍調速傳動到高精度、快響應、大范圍的調速傳動，從單機傳動到多機協(xié)調運轉，已幾乎都可采用交流調速傳動。交流調速傳動的客觀發(fā)展趨勢已表明，它完全可以和直流傳動相媲美、相抗衡，并有取代的趨勢。 交流調速常用的調速方案及其性能比較由電機學知，交流異步電動機的轉速公式如下：　　n= 60f1(1s)/P ①式中 P——電動機定子繞阻的磁極對數；f1——電動機定子電壓供電頻率；s ——電動機的轉差率。從式①中可以看出，調節(jié)交流異步電動機的轉速有三大類方案。（1）改變電動機的磁極對數由異步電動機的同步轉速ns= 60f1/P可知，在供電電源頻率f1不變的條件下，通過改接定子繞組的連接方式來改變異步電動機定子繞組的磁極對數P，即可改變異步電動機的同步轉速ns，從而達到調速的目的。這種控制方式比較簡單，只要求電動機定子繞組有多個抽頭，然后通過觸點的通斷來改變電動機的磁極對數。采用這種控制方式，電動機轉速的變化是有級的，不是連續(xù)的，一般最多只有三檔，適用于自動化程度不高，且只須有級調速的場合。(2）變頻調速從式①中可以看出，當異步電動機的磁極對數P一定，轉差率s—定時，改變定子繞組的供電頻率f1可以達到調速目的，電動機轉速n基本上與電源的頻率f1成正比，因此，平滑地調節(jié)供電電源的頻率，就能平滑，無級地調節(jié)異步電動機的轉速。變頻調速調速范圍大，低速特性較硬，基頻f1=50Hz以下，屬于恒轉矩調速方式，在基頻以上，屬于恒功率調速方式，與直流電動機的降壓和弱磁調速十分相似。且采用變頻起動更能顯著改善交流電動機的起動性能，大幅度降低電機的起動電流，增加起動轉矩。所以變頻調速是交流電動機的理想調速方案。（3）變轉差率調速改變轉差率調速的方法很多，常用的方案有：異步電動機定子調壓調速，電磁轉差離合器調速和繞線式異步電動機轉子回路串電阻調速，串級調速等。定子調壓調速系統(tǒng)就是在恒定交流電源與交流電動機之間接入晶閘管作為交流電壓控制器，這種調壓調速系統(tǒng)僅適用于一些屬短時與重復短時作深調速運行的負載。為了能得到好的調速精度與能穩(wěn)定運行，一般采用帶轉速負反饋的控制方式。所使用的電動機可以是繞線式異電動機或是有高轉差率的鼠籠式異步電動機。電磁轉差離臺器調速系統(tǒng)，是由鼠籠式異步電動機、電磁轉差離合器以及控制裝置組合而成。鼠籠式電動機作為原動機以恒速帶動電磁離合器的電樞轉動，通過對電磁離合器勵磁電流的控制實現對其磁極的速度調節(jié)。這種系統(tǒng)一般也采用轉速閉環(huán)控制。繞線式異步電動機轉子回路串電阻調速就是通過改變轉子回路所串電阻來進行調速，這種調速方法簡單，但調速是有級的，串入較大附加電阻后，電動機的機械特性很軟，低速運行損耗大，穩(wěn)定性差。繞線式異步電動機串級調速系統(tǒng)就是在電動機的轉子回路中引入與轉子電勢同頻率的反向電勢Ef，只要改變這個附加的，同電動機轉子電壓同頻率的反向電勢Ef，就可以對繞線式異步電動機進行平滑調速。Ef越大，電動機轉速越低?！　?上述這些調速的共同特點是調速過程中沒有改變電動機的同步轉速ns，所以低速時，轉差率s較大。在交流異步電動機中，從定子傳入轉子的電磁功率PM可以分成兩部分：一部分P2=（1—s）PM是拖動負載的有效功率，另一部分是轉差功率PS=sPM，與轉差率s成正比，它的去向是調速系統(tǒng)效率高低的標志。就轉差功率的去向而言，交流異步電動機調速系統(tǒng)可以分為三種：1)轉差功率消耗型 這種調速系統(tǒng)全部轉差功率都被消耗掉，用增加轉差功率的消耗來換取轉速的降低，轉差率s增大，轉差功率PS=sPM增大，以發(fā)熱形式消耗在轉子電路里，使得系統(tǒng)效率也隨之降低。定子調壓調速、電磁轉差離合器調速及繞線式異步電動機轉子串電阻調速這三種方法屬于這一類，這類調速系統(tǒng)存在著調速范圍愈寬，轉差功率PS愈大，系統(tǒng)效率愈低的問題，故不值得提倡。2)轉差功率回饋型這種調速系統(tǒng)的大部分轉差功率通過變流裝置回饋給電網或者加以利用，轉速越低回饋的功率越多，但是增設的裝置也要多消耗一部分功率。繞線式異步電動機轉子串級調速即屬于這一類，它將轉差功率通過整流和逆變作用，經變壓器回饋到交流電網，但沒有以發(fā)熱形式消耗能量，即使在低速時，串級調速系統(tǒng)的效率也是很高的。3)轉差功率不變型　　這種調速系統(tǒng)中，轉差功率仍舊消耗在轉子里，但不論轉速高低，轉差功率基本不變。如變極對數調速，變頻調速即屬于這一類，由于在調速過程中改變同步轉速n0，轉差率s是一定的，故系統(tǒng)效率不會因調速而降低。在改變n0的兩種調速方案中，又因變極對數調速為有極調速，且極數很有限，調速范圍窄，所以，目前在交流調速方案中，變頻調速是最理想，最有前途的交流調速方案。 第三章變頻電動機的特點 對普通異步電動機來說，再設計時主要考慮的性能參數是過載能力、啟動性能、效率和功率因數。而變頻電動機，由于臨界轉差率反比于電源頻率，可以在臨界轉差率接近1時直接啟動，因此，過載能力和啟動性能不在需要過多考慮，而要解決的關鍵問題是如何改善電動機對非正弦波電源的適應能力。方式一般如下： 1） 盡可能的減小定子和轉子電阻。 減小定子電阻即可降低基波銅耗，以彌補高次諧波引起的銅耗增 2）為抑制電流中的高次諧波，需適當增加電動機的電感。但轉子槽漏抗較大其集膚效應也大，高次諧波銅耗也增大。因此，電動機漏抗的大小要兼顧到整個調速范圍內阻抗匹配的合理性。 3）變頻電動機的主磁路一般設計成不飽和狀態(tài)，一是考慮高次諧波會加深磁路飽和，二是考慮在低頻時，為了提高輸出轉矩而適當提高變頻器的輸出電壓。 再結構設計時，主要也是考慮非正弦電源特性對變頻電機的絕緣結構、振動、噪聲冷卻方式等方面的影響，一般注意以下問題： 1）絕緣等級，一般為F級或更高，加強對地絕緣和線匝絕緣強度，特別要考慮絕緣耐沖擊電壓的能力。 2）對電機的振動、噪聲問題，要充分考慮電動機構件及整體的剛性，盡力提高其固有頻率，以避開與各次力波產生共振現象。 3）冷卻方式：一般采用強迫通風冷卻，即主電機散熱風扇采用獨立的電機驅動。 4）防止軸電流措施，對容量超過160KW電動機應采用軸承絕緣措施。主要是易產生磁路不對稱，也會產生軸電流，當其他高頻分量所產生的電流結合一起作用時，軸電流將大為增加，從而導致軸承損壞，所以一般要采取絕緣措施。 第四章 變頻電機主要特點和變頻電機的構造原理 變頻專用電動機具有如下特點：B級溫升設計，F級絕緣制造。采用高分子絕緣材料及真空壓力浸漆制造工藝以及采用特殊的絕緣結構，使電氣繞組采用絕緣耐壓及機械強度有很大提高，足以勝任馬達之高速運轉及抵抗變頻器高頻電流沖擊以及電壓對絕緣之破壞。平衡質量高，震動等級為R級（降振級）機械零部件加工精度高，并采用專用高精度進口軸承，可以高速運轉。強制通風散熱系統(tǒng)，全部采用進口軸流風機超靜音、高壽命，強勁風力。保障馬達在任何轉速下，得到有效散熱，可實現高速或低速長期運行。經AMCAD軟件設計的YP系列電機，與傳統(tǒng)變頻電機相比較，具備更寬廣的調速范圍和更高的設計質量，經特殊的磁場設計，進一步抑制高次諧波磁場，以滿足寬頻、節(jié)能和低噪音的設計指標。具有寬范圍恒轉矩與功率調速特性，調速平穩(wěn)，無轉矩脈動。與各類變頻器均具有良好的參數匹配，配合矢量控制，可實現零轉速全轉矩、低頻大力矩與高精度轉速控制、位置控制及快速動態(tài)響應控制。YP系列變頻專用電機可配制剎車器，編碼器供貨，這樣即可獲得精準停車，和通過轉速閉環(huán)控制實現高精度速度控制。采用“微電機+變頻專用電機+編碼器+變頻器”實現超低速無級調速的精準控制。YP系列變頻專用電機通用性好，其安裝尺寸符合