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毕业论文网 > 文献综述 > 理工学类 > 电气工程及其自动化 > 正文

基于串极调速的交流电机调速系统设计文献综述

 2020-04-15 17:05:21  

1.目的及意义

八十年代,在电气传动自动控制领域中出现了一个革命性的变化,那就是交流电机调速技术取得了突破性的进展,大举进入电气传动调速控制的各个领域。从数百瓦的伺服系统到数万千瓦的特大功率高速传动系统,从一般要求的小范围调速传动到高精度、快响应、大范围的调速传动。从单机传动到多机协调运转,几乎无所不包。相应地在美、日、西欧等国形成了一个交流电机调速系统的新兴产业,把过去一向为直流电机调速 系统所占领的市场逐步排挤出去。据日本的统计,1975年销售的交流与直流电机调速系统之比为1:3,到1 985年却变成为3:1,可见其增降速度之快。

1880年前只有直流电力拖动,1895年左右,发明了交流电,就有了交流电力拖动,1960年前,高性能可调速拖动都采用直流电机(20%),不变速拖动系统则采用交流电机(80%),1930年开始,交流调速系统的多种方案出现,并获得实际应用,但其性能却始终无法与直流调速系统相匹敌。直到20世纪60~70年代,随着电力电子技术的发展,使得采用电力电子变换器的交流拖动系统得以实现;大规模集成电路和计算机控制的出现,高性能交流调速系统便应运而生。一直被认为是天经地义的交直流拖动按调速性能分工的格局终于被打破了。

交流电机调速技术发展具有两个推力、三条轨迹。两个推力:(1)直流电机由于具有机械式换向器这一致命的弱点而带来了一系列的限制。一是换向器表面线速度及换向电流、电压有一极限容许值,约束了单台电机的 转速、功率上限。二是由于要照顾到换向器的可靠工作,电枢及换向器的直径一般都做得比较大,因此 电 机 的 转 动 惯 量 就 大,这对于有快速响应要求的调速场合或是在安装场地上有尺寸要求的场合是很不利的。三是换向器必须定期停机检修,运行中也要求经常注意观察换向器的火花。(2)七十年代初出现 的世界性石油危机促使人们千方百计地寻找各种节能的途径以减少对石油的依赖。于是占工业生产用电约一半的各种风机、泵、压缩机等类的电气传动系统理所当然地成为人们主要的关心对象。如果采用改变电机转速的办法来实现流量的调节,则由于轴功率是与流量的三次方成正比的,因此可收到十分明显的节电效果。这就是为什么七十年代以来,掀起了一股强烈的交流电机调速技术热风的原因之一。三条轨迹:一条是以取代直流电机调速系统为目标的高性能交流电机调速技术,另一条是以节能为目的的。在风机、泵、压缩机类机械中实现简便易行、性能要求不高的调速技术,第三条是沿着直流电机调速系统一向无法插足的特殊领域,如特大容量、特高转速的应用场合发展。

交流电机调速技术发展的理论与物质基础:(1)现代控制理论的应用促成了矢量控制技术的诞生,奠定了现 代交流电机调速技术的理论基础。(2)全控型大功率快速电力电子器件的进展为现代化的变频装置提供了物质保证。(3)脉宽调制技术的发展与应用使变频装置性能优化,可以适用于各类交流电机,为大普及创造了前提。(4)微型计算机在性能、速度、价格、体积等方面的不断发展为交流电机调速理论的现实化提供了最重要的保证。

交流变频调速技术在工业发达国已得到广泛应用。美国有60%-65%的发电量用于电机驱动,由于有效地利用了变频调速技术,仅工业传动用电就节约了15%-20%的电量。国外在高性能大容量交流电机传动技术的研究和应用上远远走在我们前面,已有更高级别的高压逆变器产品大量投入市场,并应用于电力机车、船舰电力推进、轧钢、造纸及供水等系统中,交流电机变频调速技术及其产品已成为一些工业发达国家的先导产业。目前,国外先进的工业国家生产直流传动的装置基本呈下降趋势,而交流变频调速装置的生产大幅度上升。以日本为例,1975年在调速领域,直流占80%,交流占20%;1985年交流占80%,直流占20%。到目前为止,日本除了个别的地方还继续采用直流电机驱动外,几乎所有的调速系统都采用交流变频装置。发达国家依靠他们强大的科技实力把变频技术推向小型化、高可靠性、抗公害、多功能、高性能等方向发展。

我国交流电机调速技术发展的现状是:在基本理论及新型控制方法的研究上有了一定的基础,但多是以各高等院校为主,在产业的形成上则差距较远,进展缓慢。目前自行研制能供应的商品大致为:数百千瓦级的无换向器电机及电流型逆变器,百千瓦级的电压型逆变器,2500千瓦级的串调装置等,均未采 用矢量控制,也未用微机经制,主要是用晶闸管组成。一些使用部门也引进了一些单台装置,如用GTO的电 力机车,交一交变频器供电的可逆轧机,大型风机的变压变频调速,轨道多电机变频调速装置等,但消化吸 收及形成自我配套能力则差距甚远。GTO、GTR等关键的电力电子器件正处在引进阶段,尚未形成生产能力。因此总的来看,我们的综合水平大体上是处在国外发展的六十年代末七十年代初期水平。

长期以来,我国的传动技术特别是交流调速技术与国外发达国家存在着较大的差距,但自改革开放以来,这一技术得到了迅速的发展,并以极快的速度赶了上来。我国在应用变频调速技术上目前处于快速发展阶段,国家已将该项技术列为重点攻关和推广项目,这将加快交流调速在我国的普及应用。

与世界发展的势头相比,我们的发展速度无疑地是缓慢的。特别是在产业的形成上,更是落后。我们必须采取正确的对策,加速发展,才能跻身于于这个新兴产业的行列之中,为我国的四个现代化作出应有的贡献。



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