交流电动机变频调速方法研究资料
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题目:交流电动机变频调速方法研究学习中心:四川南充奥鹏学习中心层次:专升本
专业:电气工程及其自动化
学号:***********
学生:董赞辉
一、绪论
(一)变频调速技术简介。
变频调速技术是一种以改变交流电动机的供电频率来
达到交流电动机调速目的的技术。电机有直流电机和交流电机。直流机调速容易实现,性能好,因此过去生产机械的调速多用直流电动机。但直流电机由于采用直流电源,它的滑环和碳刷要经常拆换,故费时费工,成本高,给人们带来太大的麻烦。因此人们希望让简单可靠廉的交流电机也像直流电动机那样调速。这样就出现了定子调速、变极调速、滑差调速、转子串电阻调速、串极调速等交流调速方式。
(二)国内研究现状。
我国是一个能源生产大国,但我国同时也是一个能源匮乏国,随着能源危机的加重,各行各业都应该实现节能减排。工矿企业作为能耗企业,如果实现节能减排则显得尤为重要。异步电动机作为这些企业的主要动力设备,所以实现异步电动机的节能就是实现企业的节能。变频器作为一种新型节能减排技术则得到了广泛的应用。
二、交流电动机调速
(一)交流变频调速技术的发展。
交流电动机的调速系统是一项以大功率电力电子器件
为基础的新型技术学科在过去的十几年间由于大功率电力
电子器件的不断出现,使交流电动机的调速技术取得了很大的发展。
1.交流电机
交流电机是用于实现机械能和交流电能相互转换的机械。由于交流电力系统的巨大发展,交流电机已成为最常用的电机。交流电机与直流电机相比,由于没有换向器,因此结构简单,制造方便,比较牢固,容易做成高转速、高电压、大电流、大容量的电机。交流电机功率的覆盖范围很大,从几瓦到几十万千瓦、甚至上百万千瓦。
2.直流电机
直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子,定子的主要作用是产生磁场,由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子,其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势,是直流电机进行能量转换的枢纽,所以
通常又称为电枢,由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。
(二)交流调速的方式。
异步电机得调速方法可以有改变转差率,改变磁极对数及变频三种。其中改变转差率的方法又可以通过调定子电压,转子电阻转差电压以及定、转子供电频率等方法来实现。
1.串极调速
它是将绕线式异步电动机的转差功率回馈到电网的一
种比较经济的调速方法,可以又低同步及高同步两种串调方式。
2.矢量变换控制调速
它是模拟直流电及得控制特点来进行交流机的控制。
3.变频调速
它是一种最有发展前途得一种调速方式,其调速花样繁多。
三、变频调速原理
(一)异步电机变频调速原理。
交流调速是通过改变电定子绕组的供电的频率来达到调速的目的的,但定子绕组上接入三相交流电时,定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转的磁场,它与转子绕组产生感应电动势,出现感应电流,此电流与旋转磁场相互作用,产生电磁转矩。使电动机转起来。电机磁场转速称为同步转速,用n0表示:
式中:f为三相交流电源频率,一般是50Hz;
为磁极对数。当p=1时,n0=3000r/min;p=2时,
n0=1500r/min。
由上式可知磁极对数p越多,转速n0就越慢,转子的实际转速n比磁场的同步转速n0要慢一点,所以称为异步电动机,这个差别用转差率表示:
在加上电源转子尚未转动瞬间,n=0,这时s=1;启动后的极端情况n=n0,则s=0,即在0~1之间变化,一般异步电动机在额定负载下的 s=1%~6%。综合(3-1)和(3-2)式可以得出:
由式(3-3)可以看出,对于成品电机,其极对数已经确定,转差率的变化不大,则电机的转速与电源频率成正比,因此改变输入电源的频率就可以改变电机的同步转速,进而达到异步电机调速的目的。
(二)电动机变频调速方案的。
一、直流电动机调速
直流电动机是指将直流电送到直流,把直流电动机的电能转换成机械能。这里首先要介绍如何将市电的交流电转换成需要的直流电。六十年代以前采用的是发电机--电动机系统(F-D),这种方法只有在由专用的发电机供电时才有可能。
另一种是可控硅--电动机系统(SCR-D)。
直流电动机的调速还比较方便,可以通过调节电枢供电电压,电枢中串联电阻,激磁回路串联电阻来实现。
可见直流电动机调速有三种方法,而且调节电枢供电电压的方法容易实现平滑、无级、宽范围、低损耗的要求。尽管直流电动机调速就其性能而言,可以相当满意,但因其结构夏杂,惯量大,维护麻烦,不适宜在恶劣环境中运行,不易实现大容量化、高压化、高速化,而且价格昂贵。
二、交流电动机调速
交流电动机刚好相反。电动机结构简单、惯量小、维护
方便,可在恶劣环境中运行,容易实现大容量化,高压化、高速化,而且价格低廉。
从节能的角度看,交流电动机的调速装置可以分为高效调速装置和低效调速装置两大类。高效调速装置的特点是:调速时基本保持额定转差,不增加转差损耗,或可以将转差动率回馈至电网。低效调速装置的特点是:调速时改变转差,增加转差损耗。
(一)具体的交流调速装置有:
高效调速方法包括:
改变极对数调速——鼠笼式电机
变频调速——鼠笼式电机
串级调速——绕线式电机
换向器电机调速——同步电机
低效调速方法包括:
定子调压调速——鼠笼式电机
电磁滑差离合器调速——鼠笼式电机
转子串电阻调速——绕线式电机
(二)各种调速装置的特点:
(1)改变极对数调速
优点:
①无附加转差损耗,效率高;
②控制电路简单,易维修,价格低;