交流電力拖動調速技術

交流電力拖動調速技術(speed control technology of A.C.drive)是指通過改變交流電動機的有關電氣參數，使交流電動機在不同轉速下運行的技術。簡稱交流調速。

基本介紹

• 中文名：交流電力拖動調速技術
• 外文名：speed control technology of A.C.drive
• 簡稱：交流調速
• 優點：結構簡單，運行可靠
• 交流調壓調速： 改變定子電源電壓的調速方
• 分類：根據交流異步電動機的
• 電阻調速：改變轉子繞組電路外串電
• 交流串級調速：交流繞組式異步電動機

優點

由於直流電動機價格高，維修困難，而交流電動機結構簡單，運行可靠，幾乎不需維修等優點，因而在各工礦企業中都希望採用交流電動機作為拖動電機。

分類

根據交流異步電動機的轉速表達式

　交流電力拖動調速技術有交流調壓調速、轉子串電阻調速、交流串級調速、變級調速和變頻調速5種。

轉速表達式

交流調壓調速

改變定子電源電壓的調速方法。交流異步電動機的電磁轉矩M與定子電壓U1成平方正比關係。調節定子電壓使電磁轉矩產生變化，在一定的負載轉矩下可使電動機轉速改變。根據電機設計，一般都採用低於銘牌規定的定子額定電壓進行調壓調速。交流調壓一般採用定子繞組串接可調阻抗、串接自耦變壓器和串接晶閘管調壓器的方法。交流調壓調速方法調速範圍不大，調速引起的損耗隨轉速的降低而增大。適用於調速要求不高、不經常在低速下運行的負載。

轉子串電阻調速

改變轉子繞組電路外串電阻的調速方法。這種調速方法只適用於繞線式交流異步電動機。電動機同步轉速n1和臨界轉矩Mm都與轉子迴路電阻無關，而電動機轉差率與轉子迴路電阻成正比關係。所以，改變轉子迴路電阻即改變了電動機機械特性的斜率。在一定的負載下，採用不同的轉子迴路電阻值就得到不同的電動機轉速。如圖1中的n1、n2、n3……。這種方法的缺點是轉子串電阻調速方法在低速時，由於電動機轉差率高而使電動機損耗嚴重；且在低速時由於調速特性軟，而工作轉速不易穩定，同時在輕載時調速範圍很小。

交流串級調速

交流繞組式異步電動機轉子繞組中，外加附加電動勢，通過調節附加電動勢值進行電動機調速的方法。 　按附加電動勢的獲得方式不同，串級調速有晶閘管串級調速和電機串級調速。目前，晶閘管串級調速已取代了電機串級調速,圖2為其電氣原理圖。圖中AM為交流繞線式異步電動機，電動機轉子繞組中感生的電動勢經三相不可控整流橋DR整流成直流電壓Ud。TR是由晶閘管組成的三相可控整流器，它工作在逆變狀態，其輸出的逆變電壓Uβ作為串級調速的附加電動勢,Ud>Uβ。Uβ和Ud比較後產生的電流Id與電動機電磁轉矩有關的轉子電流I2成正比。在同一負載下，改變電動機轉矩就可調節電動機轉速，所以改變Uβ就可進行電動機轉速調節。

交流電力拖動調速技術

串級調速具有良好的力能指標。電動機轉子整流電路把電機轉子交流轉差功率轉換成直流功率，再通過工作在逆變狀態的晶閘管整流器轉換為交流功率返回電網。故串級調速系統的效率高，在高速時可達90%以上，是一般交流調速方法所不及的。由於迴路中的晶閘管整流器工作在逆變狀態，它除了向電網返送有功功率外，還要向電網吸取無功功率，從而使串級調速系統的功率因數較低，在電機高速運行時僅為0.5左右。

變極調速

改變電動機磁極對數的調速方法。改變異步電動機定子繞組的接線方式,使電動機磁極對數p變化,即可改變電動機的同步轉速n1(=60f1/P)。

變極調速要求拖動電動機必須是專門的變極電動機。電動機的極對數可成倍比地改變(如2/4極，4/8極)；也有非倍比的雙速電動機（如4/6極，6/8極）或三速電動機（如4/6/8）,這時電動機裝有兩套定子繞組。因此，變速變極電動機體積大,利用率比較低,成本高。它的調速級數少（2～3級）,僅適用於不要求平滑調速,與齒輪機械調速配合用的各種工具機等生產機械。

變頻調速

改變交流電動機定子供電電源頻率的調速方法。交流異步電動機的同步轉速n1與電源頻率f1成正比，改變f1就能進行電動機調速。但是由於電動機氣隙磁通和電源頻率f1的乘積是與電源電壓U1成正比的，如果調節f1時不改變電源電壓U1，將引起電機氣隙磁通變化，從而產生電磁轉矩下降或勵磁電流上升。為了使電機磁通保持不變，在調頻時必須同時進行調壓，保持U1/f1不變。在這種條件下進行調速,能保證電動機的過載能力不變，得到近似直流調壓調速的調速特性(圖3)。 要實現調頻調速，必須具有頻率和電壓可調節的交流電源。過去曾用一套旋轉的變頻機組來實現，但其體積龐大，噪聲大，效率很低，所以曾影響了交流變頻調速的套用和發展。20世紀60年代，隨著電力電子技術的發展,出現了靜止式電力電子變頻電源,它具有靜止、重量輕和效率高等優點，從而使交流調速系統的套用產生了一個飛躍。

交流電力拖動調速技術

電力電子變頻器一般分兩類。 一類是交流-交流變頻器（又稱直接變頻器、循環變頻器），它是把電壓和頻率固定的交流電源直接轉換成頻率和電壓可調的交流電源。由於它的輸出波形不夠理想，所獲得的電源頻率大大低於原來電源的頻率，並且所用的電力電子器件數量較多,利用率不高,故套用受到限制。另一類變頻器是交流-直流-交流變頻器（又稱間接變頻器），它是先把恆定電壓、恆定頻率的交流電源整流為可調壓的直流電源，然後再將直流電源逆變為頻率可調的交流電源。其整流器和逆變器均由電力電子器件構成。

現在廣泛套用的交流-直流-交流變頻器是脈寬調製型變頻器,又稱PWM變頻器。它採用不可控整流器，輸出電源頻率和電壓的調節均由 PWM逆變器來完成。這種變頻器不但提高了電網的功率因數，而且加快了變頻調速的動態過程。如採用正弦波脈寬調製變頻器(稱SPWM)，其輸出的電壓可接近正弦波，諧波分量很少，提高了變頻調速的效率。脈寬調製型變頻器功率元件採用有自關斷能力的電力電子器件,如可關斷晶閘管(GTO)和大功率電晶體(GTR)等,簡化了變頻電路的結構，提高了開關頻率，並改善了輸出波形。