近年来交流调速中最活跃、发展最快的就是变频调速技术。变频电机变频调速是交流调速的基础和主干内容。上个世纪变压器的出现使改变电压变得很容易,从而造就了一个庞大的电力行业。长期以来,交流电的频率一直是固定的,变频调速技术的出现使频率为可以充分利用的资源。
变频调速系统目前广泛应用的是转速开环恒压频比控制的调速系统,也称为恒V/F控制。这种调速方法采用转速开环恒压频比带低频电压补偿的控制方案,其控制系统结构简单、成本低
适用于风机、水泵等对调速系统动态性能要求不高的场合。
转速开环变频调速系统可以满足一般的平滑调速要求,但是静、动态性能都有限,要提高静、动态性能,首先要用带转速反馈的闭环控制。对此人们又提出了转速闭环转差频率控制的变频调速系统。转差频率控制是从异步电动机稳态等效电路和转矩公式出发的,因此保持磁通恒定也只在稳态情况下成立。一般说来,它只适用于转速变化缓慢的场合,而在要求电动机转速作出快速响应的动态过程中,电动机除了稳态电流以外,还会出现相当大的瞬态电流,由于它的影响,电动机的动态转矩和稳态运行时的静态转矩有很大的不同。因此如何在动态过程中控制电动机的转矩,是影响系统动态性能关键。70年代西门子工程师Btaschke首先提出异步电机矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题,从而获得与直流调速系统同样的动、静态性能。矢量控制算法已被广泛地应用在变频器产品上。在80年代中期,De2penbrock教授提出直接转矩控制,免去了矢量变换 的复杂计算,控制结构简单。
随着新型功率器的产生,微处理器的高速化以及现代控制理论的发展,变频电机控制技术的发展方兴未艾,各种新型的控制策略正在不断涌现,这必将进一步的推动变频调速技术的不断发展
交流电动机高效调速方法的典型是变频调速,它既适用于异步电动机,也适用于同步电动机。采用变频调速不但能实现无级调速,而且根据负载的特性不同,通过适当调节电压和频率之间的关系,可使电动机始终运行在高效区,并保证良好的动态特性。交流变频调速系统在调速时和直流电动机变压调速系统相似,机械特性基本上平行上下移动,而转差功率不变。同时交流电动机采用变频起动更能显著改善交流电动机的起动性能,大幅度降低电动机的起动电流,增加起动转矩。现在的电机变频系统大都是采用的恒V/F 控制系统,这个变频控制系统的特点是结构简单、制作便宜。这个系统被广泛应用在风机等大型的并且对于变频系统的动态性能要求不是很高的地方。这个系统是一种典型的开环控制系统,这个系统能够满足大多数电机的平滑的变速要是,但是对于动态和静态的调节性能都是有限的,不能应用在对动态和静态性能要求比较严格的地方。为了实现动态和静态调节的高性能,我们只能采用闭环控制系统来实现。所以有的科研人员提出了控制闭环转差频率的电机调速方式,这种调速方式能够在静态动态调速中达到很高的性能,但是这种系统只能在转速比较慢的电机中得到应用,应为在电机的转速较高的时候,这种系统不仅不会达到节约电能的目的,还会使电机产生极大的瞬态电流,使得电机的转矩在瞬间发生变化。所以说为了实现在较高的转速中实现较高的动态和静态性能,只有先解决电机产生瞬态电流的问题,只有将这个问题合理的解决我们才能更好的发展电机变频节能控制技术。
变频电动机与逆变器作为一个整体,随着电力电子技术、计算机和控制技术的迅速发展而发展,其主要特点为:
1)电力电子、电动机及控制技术一体化。国外主要电动机生产公司早已迅速摆脱了单一电动机生产制造模式,而大大扩展了电动机的外延和内涵,以成套机电产品形式走向市场。
2)集成化和智能化。电动机的高新技术附加含量愈来愈高。电动机本体内不仅仅包含定、转子,而且内含电力电子元器件及各种控制线路,使得电力电子、电动机、控制不仅在运行上形成一体,在外观上亦融为一体,具有相当高的“智 能”称之为“SmartMotor”

变频电机的发展过程和趋势

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