交流調(diào)速系統(tǒng)概述課件

現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)主講教師：杜春水張承慧1現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)主講教師：杜春水張承慧1能源形勢淺談

－－電氣節(jié)能任重而道遠(yuǎn)一次能源消費(fèi)量為14.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，為世界第２大能源消費(fèi)國一次能源產(chǎn)量為13.87億噸標(biāo)準(zhǔn)煤煤炭產(chǎn)量13.8億噸，居世界第1位原油1.67億噸，居世界第5位天然氣產(chǎn)量326.6億立方米，居世界第16位發(fā)電裝機(jī)容量3.57億千瓦，居世界第2位我國能源狀況，以2002年為例2能源形勢淺談

－－電氣節(jié)能任重而道遠(yuǎn)一次能源消費(fèi)量為14.8目前全世界能源總消費(fèi)量約為130億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,化石能源占80%以上工業(yè)國家能源消費(fèi)經(jīng)歷由煤炭向優(yōu)質(zhì)能源（石油、天然氣）轉(zhuǎn)變，再進(jìn)一步向可再生能源過渡為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，歐洲、日本等正大力發(fā)展風(fēng)電、太陽能、生物質(zhì)能等可再生能源，每年增長率達(dá)30%以上世界能源發(fā)展趨勢3目前全世界能源總消費(fèi)量約為130億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,化石能源占80%世界能源發(fā)展趨勢（續(xù)）化石燃料峰值在2030左右2060年左右可再生能源接近總能源消費(fèi)量的一半可再生能源核能水電天然氣石油煤炭傳統(tǒng)生物能B.tce4世界能源發(fā)展趨勢（續(xù)）化石燃料峰值在2030左右可再生能源核我國能源科技的優(yōu)先主題加強(qiáng)節(jié)能提高能效以煤為主多元化發(fā)展可再生能源和氫能利用能源科技高發(fā)能展效節(jié)技能術(shù)和提經(jīng)煤濟(jì)炭清合潔理技高術(shù)效技保術(shù)障支石撐油體安系全先進(jìn)核能技術(shù)技大術(shù)型研水究電開工發(fā)程力先輸進(jìn)配可系靠統(tǒng)的電?？苫倮媚芗荚葱g(shù)規(guī)池氫技能術(shù)與燃料電5我國能源科技的優(yōu)先主題加強(qiáng)節(jié)能以煤為主可再生能源和能源科技高以變頻調(diào)速為代表的交流調(diào)速系統(tǒng)以其卓越的調(diào)速性能、顯著的節(jié)電效果在各個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，為節(jié)能降耗、改善控制性能、提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量提供了重要手段。運(yùn)動控制特別是交流調(diào)速系統(tǒng)是近代工業(yè)的重要基礎(chǔ)，是電氣傳動發(fā)展的主流方向。課程的性質(zhì)、目的、任務(wù)

6以變頻調(diào)速為代表的交流調(diào)速系統(tǒng)以其卓越的調(diào)速性能、顯著的《現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)》課程為自動化專業(yè)本科生的一門專業(yè)必修課。它以交流電機(jī)為被控對象，以控制理論為指導(dǎo)，以電力電子技術(shù)為強(qiáng)弱電媒介，以計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)為手段，并結(jié)合檢測技術(shù)、通信技術(shù)構(gòu)成一門專業(yè)性、實(shí)用性強(qiáng)的課程。課程的性質(zhì)、目的、任務(wù)7《現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)》課程為自動化專業(yè)本科生的一門專業(yè)通過本課程的學(xué)習(xí)，使大家了解現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)概況與發(fā)展趨勢以及主要應(yīng)用領(lǐng)域；掌握現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)工作原理與控制策略；掌握變頻器與感應(yīng)電動機(jī)、變頻器與同步電動機(jī)組成變頻調(diào)速系統(tǒng)等電力拖動系統(tǒng)的組成、工作原理、運(yùn)行特性；為今后工作和進(jìn)一步深入應(yīng)用和研究運(yùn)動控制系統(tǒng)和電氣節(jié)能技術(shù)奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。課程的性質(zhì)、目的、任務(wù)

8通過本課程的學(xué)習(xí)，使大家了解現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)概況與第一章概述1.5同步電動機(jī)的基本概念及分類1.1交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展及其特點(diǎn)1.2交流調(diào)速系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)與關(guān)鍵技術(shù)1.3交流調(diào)速的應(yīng)用1.4交流調(diào)速的分類9第一章概述1.5同步電動機(jī)的基本概念及分類1.1交流調(diào)速一、變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀1、從19世紀(jì)90年代初第一條三相輸電線路建成到20世紀(jì)60年代末－60％～70％的電能通過各種電機(jī)加以利用電力工業(yè)的發(fā)展大體形成這樣的格局：（一）變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展歷史－99.999％的電能由同步電機(jī)發(fā)出電氣傳動領(lǐng)域的格局10一、變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀1、－60％～70％的電能交流電機(jī)占80％左右，其中大多數(shù)為異步電機(jī)直接拖動（人為不變速）。在其余20％需要變速運(yùn)行的高性能傳動系統(tǒng)中，直流電機(jī)一直占據(jù)主導(dǎo)地位。直流電動機(jī)何以在早期的調(diào)速領(lǐng)域備受青睞?這緣于其優(yōu)異的調(diào)速性能！！11交流電機(jī)占80％左右，其中大多數(shù)為異步電機(jī)直接拖動（人為不變?nèi)绻捎酶淖冸姍C(jī)轉(zhuǎn)速的辦法來實(shí)現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)，則由于軸功率是與流量的三次方成正比的，因此，可收到十分明顯的節(jié)電效果。大量電能無謂的損耗由于這類機(jī)械均采用恒速交流電動機(jī)驅(qū)動，應(yīng)生產(chǎn)工藝流量的調(diào)節(jié)要求。采用的主要調(diào)節(jié)措施有：1）閘閥2）擋板3）放空4）回流歷史回眸12如果采用改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的辦法來實(shí)現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)，2直流調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)1）調(diào)速優(yōu)良，易于控制性能靜態(tài)性能動態(tài)性能靜差度精度誤差調(diào)速范圍（深度）動態(tài)響應(yīng)快132直流調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)1）調(diào)速優(yōu)良，易于控制性能靜態(tài)性能動態(tài)DCMOTORIa與Φm線性無關(guān)是解耦的T=Cm×Ia×ΦmΦmIa天然解耦：數(shù)學(xué)模型簡單：線性2階＋1階，經(jīng)典控制論足以應(yīng)對1階：SCR整流器的數(shù)學(xué)模型易于控制：電樞和勵磁線圈可以獨(dú)立調(diào)節(jié)14DCMOTORIa與Φm線性無關(guān)是解耦的T=Cm×Iab）造價偏高２）直流電機(jī)的缺點(diǎn)a）結(jié)構(gòu)上存在的機(jī)械換向器和電刷c）維護(hù)困難，使用環(huán)境受限d）壽命短e）在容量發(fā)展上受限制這為發(fā)展交流調(diào)速技術(shù)提供的機(jī)會和需求！?。?5b）造價偏高２）直流電機(jī)的缺點(diǎn)a）結(jié)構(gòu)上存在的機(jī)械換向器和電1)交流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)３直流調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)(1)結(jié)構(gòu)簡單(2)堅(jiān)固耐用價格低廉體積小重量輕轉(zhuǎn)動慣量小動態(tài)響應(yīng)好這是交流調(diào)速取代直流調(diào)速提供的根本動力?。?！161)交流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)３直流調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)(1)結(jié)構(gòu)簡單(2)b)強(qiáng)非線性TI’2×Φm

c)高階次：至少是7階ACMOTORT=Cm×I’2×Φm×COSφ’2T不僅與I’2×Φm有關(guān)，還與n有關(guān)（COSφ’2與r’2/s有關(guān)）有耦合關(guān)系，即多變量耦合系統(tǒng)２)難于控制，調(diào)速性能先天不足a)多變量耦合交流機(jī)若達(dá)到直流機(jī)的調(diào)速水平，對調(diào)速器提出了極高的要求：功率器件？微處理器？控制理論與方法？∝17b)強(qiáng)非線性TI’2×Φmc)高階次：至此外，約占全國工業(yè)總用電量的1/3的各種風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)等類的電氣傳動系統(tǒng)也理所當(dāng)然地成為人們關(guān)心的主要對象。我國電網(wǎng)的總負(fù)荷分配：動力負(fù)荷占60％；其中異步電動機(jī)負(fù)荷又占總負(fù)荷的85％左右。因此，有效地利用電動機(jī)，改進(jìn)其運(yùn)行性能，根據(jù)需要控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，降低運(yùn)行中的消耗，是節(jié)省電能的一個重要手段。節(jié)能降耗的出路18此外，約占全國工業(yè)總用電量的1/3的各種風(fēng)機(jī)以大型軋機(jī)的傳動系統(tǒng)為例，一套2050mm的熱連軋板機(jī)，精軋部分采用交流傳動，比直流傳動可節(jié)電1150萬kWh／年，節(jié)水30％，轉(zhuǎn)動慣量減少77％，響應(yīng)時間縮短30％，設(shè)備投資節(jié)省很多，停機(jī)維修時間縮短75％。風(fēng)機(jī)水泵類的傳動由交流恒速擋板閥門調(diào)節(jié)方案改造成交流電機(jī)調(diào)速方案平均可節(jié)電20％，設(shè)備改造費(fèi)用一般可在1～3年內(nèi)回收。實(shí)例分析19以大型軋機(jī)的傳動系統(tǒng)為例，一套2050mm的因此，在世界范圍內(nèi)掀起的來勢迅猛、經(jīng)久不衰的交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)研究熱潮，已經(jīng)并將繼續(xù)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。人們形象地看到了調(diào)速不僅可以提高工藝控制性能，而且可以節(jié)約大量的能量。歷史的選擇７０年代的石油危機(jī)，促使了交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展！20因此，在世界范圍內(nèi)掀起的來勢迅猛、經(jīng)久不衰的交

變頻調(diào)速技術(shù)涉及到電力、電子、電工、信息與控制等多個學(xué)科領(lǐng)域。隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展，以變頻調(diào)速為代表的近代交流調(diào)速技術(shù)有了飛速的發(fā)展。二、交流調(diào)速的物質(zhì)基礎(chǔ)21變頻調(diào)速技術(shù)涉及到電力、電子、電工、信息與控二、交流調(diào)速的物質(zhì)基礎(chǔ)(續(xù))1、電力電子技術(shù)于80年代取得了長足的進(jìn)步1）1956年SCR特點(diǎn)：半控型電流驅(qū)動開關(guān)頻率低（幾百赫茲）高頻化低諧波快速性、安全性提高極大地降低開關(guān)變壓器的體積節(jié)省材料，提高效率，便于攜帶諧波的危害：噪聲大，震動大、增加附加損耗、發(fā)熱、功率因數(shù)低、干擾其他設(shè)備。22二、交流調(diào)速的物質(zhì)基礎(chǔ)(續(xù))1、電力電子技術(shù)于80年代取得了2）GTO（門極可關(guān)斷晶閘管）：全控型，價格高，缺點(diǎn)同SCR，開關(guān)頻率低，驅(qū)動功耗高，單管容量大3）GTR:全控型電流驅(qū)動、開關(guān)頻率高，可達(dá)30kHz缺陷：存在二次擊穿問題全控型器件4）IGBT:混合型器件電壓驅(qū)動開關(guān)頻率高

可達(dá)幾十千赫5）IPM智能型功率模塊IPM=IGBT+驅(qū)動＋保護(hù)６）IGＣT:集成門極換流晶閘管，電流大、電壓高、開關(guān)頻率高、可靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊、損耗低等特點(diǎn)232）GTO（門極可關(guān)斷晶閘管）：全控型，價格高，缺提高IGBT的電壓等級——3300V，6000V從GTO到IGCT(集成門極換流晶閘管)

(IntegratedGate-commutatedThyristor)從IGBT到IEGT(注入增強(qiáng)柵晶體管)

(InjectionEnhancedGateTransistor)全控型器件向高壓、大電流方向發(fā)展24提高IGBT的電壓等級——3300V，6000V全控型器件向P-MOSFET的特點(diǎn)P-MOSFET屬于單極型器件，其優(yōu)點(diǎn)是:1.開關(guān)速度快，不存在反向恢復(fù)問題，允許工作頻率高，容易串聯(lián)運(yùn)行；2.通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù)，并聯(lián)運(yùn)行時有自均流特性。但其耐壓低，當(dāng)電壓在300V以上時通態(tài)電阻大，只適于在小功率范圍內(nèi)工作。25P-MOSFET的特點(diǎn)P-MOSFET屬于單極型器件，其優(yōu)P-MOSFET的新進(jìn)展1.CoolMOS——通態(tài)電阻只有常規(guī)MOS管的1/10左右，工作電壓可以提高到1200V。2.超低通態(tài)電阻MOSFET管——可用于新型汽車電源(36～42V)和計(jì)算機(jī)電源(1V，甚至更低)，工作電流可達(dá)100A。3.超高頻率MOSFET管——工作頻率達(dá)到幾百M(fèi)Hz，甚至GHz，進(jìn)入微波頻段，使一系列超高頻設(shè)備實(shí)現(xiàn)全固態(tài)化。26P-MOSFET的新進(jìn)展1.CoolMOS——通態(tài)集成電力電子模塊(IPEM)*電力電子器件制造、變換器拓?fù)?、控制、?qū)動、保護(hù)等技術(shù)均已趨于成熟。*電力電子裝置仍建立在分立的器件、電路、部件的基礎(chǔ)上，電力電子行業(yè)不但是技術(shù)密集型的，而且是勞動密集型的。*現(xiàn)代化對電力電子產(chǎn)品的要求：高可靠性、高效率、高功率密度、低成本、低污染。這就是當(dāng)前對電力電子技術(shù)的新挑戰(zhàn)！27集成電力電子模塊(IPEM)*電力電子器件制造、變換器拓?fù)?、集成電力電子模塊（續(xù)）*新挑戰(zhàn)的要求——標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、集成化、可編程。*PIC(PowerIntegratedCircuit,功率集成電路)的嘗試，在一塊芯片上集成所有器件和電路，須要解決電絕緣和熱絕緣問題，未獲成功。*IPM(IntelligentPowerModule,智能功率模塊)是折中的解決方案，已在小功率范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用。28集成電力電子模塊（續(xù)）*新挑戰(zhàn)的要求——標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、集成集成電力電子模塊（續(xù)）IPEM:(IntegratedPowerElectronicModule,集成電力電子模塊)內(nèi)含功率器件、各種集成芯片、傳感器、磁芯元件等完整的電力電子系統(tǒng)，無引線或用無感功率母線連接，采用標(biāo)準(zhǔn)模塊封裝技術(shù)，提供功率傳輸接口和數(shù)據(jù)通信接口。其他名稱：PEBB,MCM,SOC,SOP,PESI，到2020年，將實(shí)現(xiàn)象VLSI那樣革命性的成就。29集成電力電子模塊（續(xù)）IPEM:(Inte碳化硅(SiC)—新型材料一種新型的高溫半導(dǎo)體材料：工作溫度可達(dá)600℃;PN結(jié)耐壓可達(dá)5～10kV導(dǎo)通電阻比硅器件小得多;導(dǎo)熱性比硅好漏電流特別小現(xiàn)在碳化硅高壓二極管、MOSFET管均已問世，估計(jì)10～15年后耐壓上萬伏的功率碳化硅器件將在市場上出現(xiàn)。30碳化硅(SiC)—新型材料一種新型的高溫半導(dǎo)體材料：30研制IGBT、FRD及PEBB關(guān)鍵技術(shù)，中高壓百M(fèi)VA級鏈?zhǔn)郊岸嚯娖阶兞髌?，電能質(zhì)量復(fù)合控制技術(shù)，分布式供能系統(tǒng)高壓變流器及軟開關(guān)技術(shù)，鐵路同相供電，機(jī)車牽引變流器，城市軌道牽引傳動系統(tǒng)及能饋式牽引供電等?！笆晃濉眹铱萍贾斡?jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目《電力電子關(guān)鍵器件及重大裝備研制》31研制IGBT、FRD及PEBB關(guān)鍵技術(shù)，中高壓2、微電子學(xué)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展微處理器（Microprocessor，簡稱μP）于1974年進(jìn)入工業(yè)設(shè)計(jì)并帶來了極大的震憾，對電力電子而言，它代表了微電子與電力電子的結(jié)合，使電力電子的二次革命正式開始。數(shù)字信號處理器（DigitalSignalProcessor，簡稱DSP）單片控制器由使用單片微處理器的8位→16位→32位雙微處理器→單片數(shù)字信號處理器16位→32位雙數(shù)字信號處理器。322、微電子學(xué)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展微處理器（Mic3、信息技術(shù)工業(yè)通訊技術(shù)進(jìn)入現(xiàn)場信號連接領(lǐng)域－現(xiàn)場總線

計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)入PLC控制領(lǐng)域－基于PC的控制器以太網(wǎng)技術(shù)進(jìn)入工業(yè)管理領(lǐng)域－工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

333、信息技術(shù)工業(yè)通訊技術(shù)進(jìn)入現(xiàn)場信號連接領(lǐng)域－現(xiàn)場總線33在工業(yè)控制系統(tǒng)中的信號的連接采用串聯(lián)傳輸方法：現(xiàn)場總線34在工業(yè)控制系統(tǒng)中的信號的連接采用串聯(lián)傳輸方法：現(xiàn)場總線3傳動技術(shù)發(fā)展趨勢智能型傳動控制系統(tǒng)Chip－IPMHYBRIDIPMIPEMASIPMWire-Link電纜Optical-FibreLink光纜FieldBus現(xiàn)場總線V/FControlAuto-Tuning自整定Sensor-lessControl無傳感器控制Field-OrientedControl磁場定向控制Self-Diagnosis自診斷35傳動技術(shù)發(fā)展趨勢Chip－IPMHYBRIDIPMIPEMA高性能傳動控制技術(shù)的演變通用傳動控制技術(shù)高性能傳動

與一體化控制技術(shù)智能控制與電力電子系統(tǒng)集成智能控制與電力電子系統(tǒng)集成

19932000

2005

2010

36高性能傳動控制技術(shù)的演變通用傳動高性能傳動二、變頻調(diào)速中的關(guān)鍵控制技術(shù)針對交流電動機(jī)這樣一個非線性、多變量、強(qiáng)耦合的控制對象，為實(shí)現(xiàn)其調(diào)速系統(tǒng)的有效控制，獲得優(yōu)異的動態(tài)性能，現(xiàn)代控制理論與電機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合，涌現(xiàn)出許多先進(jìn)的控制方法：2、無速度傳感器矢量控制技術(shù)1、矢量控制技術(shù)3、直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)4、PWM控制技術(shù)5、數(shù)字化控制技術(shù)6、高壓變頻調(diào)速技術(shù)7、先進(jìn)的控制理論變結(jié)構(gòu)控制自適應(yīng)控制精確反饋線性化控制反步法自抗擾控制智能控制37二、變頻調(diào)速中的關(guān)鍵控制技術(shù)針對交流電動機(jī)這樣轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制需要轉(zhuǎn)速反饋信號，高性能系統(tǒng)一般都用光電碼盤，如果能取消光電碼盤而保持良好的控制性能，顯然會大受歡迎。高性能的通用變頻器都希望采用無速度傳感器控制，通過容易測量的定子電壓和電流信號間接求得轉(zhuǎn)速。（2）無速度傳感器控制38轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制需要轉(zhuǎn)速反饋信號，高性能系統(tǒng)一般都用光電常用的方法1.從電機(jī)模型推導(dǎo)轉(zhuǎn)速方程，計(jì)算轉(zhuǎn)速。2.用電機(jī)模型計(jì)算轉(zhuǎn)差頻率，進(jìn)行補(bǔ)償。3.按模型參考自適應(yīng)理論，選擇參考模型和可調(diào)整模型，同時辨識轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子磁鏈。4.利用其它辨識或估計(jì)方法求得轉(zhuǎn)速。5.利用電機(jī)的齒諧波電勢計(jì)算轉(zhuǎn)速。第1、2類方法比較實(shí)用39常用的方法39無速度傳感器控制存在的問題1.計(jì)算和辨識的精度不高,動態(tài)轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確度有限。2.實(shí)用的無速度傳感器調(diào)速系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)一般的動態(tài)性能，高精度的調(diào)速范圍有限。已有若干品種無速度傳感器的高性能通用變頻器問世，但研究工作仍在繼續(xù)。40無速度傳感器控制存在的問題1.計(jì)算和辨識的精度不高,動態(tài)轉(zhuǎn)速7.1.非線性系統(tǒng)精確線性化解耦控制：

理論分析證明：按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)是非線性系統(tǒng)精確線性化解耦控制的一類實(shí)現(xiàn)7.2.非線性系統(tǒng)無源性理論

按無源性理論得到的控制系統(tǒng)與轉(zhuǎn)差型的間接矢量控制系統(tǒng)十分相似。7.3.智能控制智能控制系統(tǒng)是不依賴于或較少依賴于對象數(shù)學(xué)模型的控制系統(tǒng)異步電動機(jī)有較確定的數(shù)學(xué)模型模糊控制實(shí)際上是多級的砰-砰控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需多層次計(jì)算，不利于實(shí)時控制由單神經(jīng)元構(gòu)成自適應(yīng)PID控制器，可提高控制系統(tǒng)的魯棒性417.1.非線性系統(tǒng)精確線性化解耦控制：

理論分析證１應(yīng)用舉例三、交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用礦井/水泥制造高速鐵路/城市輕軌軋鋼艦船推進(jìn)石油/石化發(fā)電造紙污水處理42１應(yīng)用舉例三、交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用礦井/水泥制造高速鐵路直線同步電機(jī)大功率變流系統(tǒng)

上海高速磁浮交通43直線同步電機(jī)上海高速磁浮交通43艦船推進(jìn)：“瑪麗女王二世QueenMary2”號是全球最大的郵輪,長345米（比美國最大的航空母艦還長），排水量15萬噸，航速可達(dá)30節(jié),由Alstom制造，驅(qū)動157000匹馬力44艦船推進(jìn)：“瑪麗女王二世QueenMary2”號是全球45452、從性能上來看主要有三個方面：一般性能的節(jié)能調(diào)速高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速462、從性能上來看主要有三個方面：一般性能的節(jié)能調(diào)速高性能的（1）一般性能的節(jié)能調(diào)速在過去大量的所謂“不變速交流拖動”中，風(fēng)機(jī)、水泵等通用機(jī)械的容量幾乎占工業(yè)電力拖動總?cè)萘康囊话胍陨希渲杏胁簧賵龊喜⒉皇遣恍枰{(diào)速，只是因?yàn)檫^去的交流拖動本身不能調(diào)速，不得不依賴擋板和閥門來調(diào)節(jié)送風(fēng)和供水的流量，因而把許多電能白白地浪費(fèi)了。47（1）一般性能的節(jié)能調(diào)速在過去大量的所一般性能的節(jié)能調(diào)速（續(xù)）如果換成交流調(diào)速系統(tǒng)，把消耗在擋板和閥門上的能量節(jié)省下來，每臺風(fēng)機(jī)、水泵平均都可以節(jié)約20%~30%以上的電能，效果是很可觀的。但風(fēng)機(jī)、水泵的調(diào)速范圍和對動態(tài)快速性的要求都不高，只需要一般的調(diào)速性能。48一般性能的節(jié)能調(diào)速（續(xù)）如果換成交流（2）高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)許多在工藝上需要調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械過去多用直流拖動，鑒于交流電機(jī)比直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、工作可靠、維護(hù)方便、慣量小、效率高，如果改成交流拖動，顯然能夠帶來不少的效益。但是，由于交流電機(jī)原理上的原因，其電磁轉(zhuǎn)矩難以像直流電機(jī)那樣通過電樞電流施行靈活的實(shí)時控制。49（2）高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)20世紀(jì)70年代初發(fā)明了矢量控制技術(shù)，或稱磁場定向控制技術(shù)，通過坐標(biāo)變換，把交流電機(jī)的定子電流分解成轉(zhuǎn)矩分量和勵磁分量，用來分別控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁通，就可以獲得和直流電機(jī)相仿的高動態(tài)性能，從而使交流電機(jī)的調(diào)速技術(shù)取得了突破性的進(jìn)展。高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)（續(xù)）5020世紀(jì)70年代初發(fā)明了矢量控制技術(shù)高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)（續(xù)）其后，又陸續(xù)提出了直接轉(zhuǎn)矩控制、解耦控制等方法，形成了一系列可以和直流調(diào)速系統(tǒng)媲美的高性能交流調(diào)速系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)。51高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)（續(xù)）（3）特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速直流電機(jī)的換向能力限制了它的容量轉(zhuǎn)速積不超過106kW·r/min，超過這一數(shù)值時，其設(shè)計(jì)與制造就非常困難了。交流電機(jī)沒有換向器，不受這種限制，因此，特大容量的電力拖動設(shè)備，如厚板軋機(jī)、礦井卷揚(yáng)機(jī)等，以及極高轉(zhuǎn)速的拖動，如高速磨頭、離心機(jī)等，都以采用交流調(diào)速為宜。52（3）特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速直3、交流調(diào)速系統(tǒng)的主要類型交流電機(jī)主要分為異步電機(jī)（即感應(yīng)電機(jī)）和同步電機(jī)兩大類，每類電機(jī)又有不同類型的調(diào)速系統(tǒng)?，F(xiàn)有文獻(xiàn)中介紹的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)種類繁多，可按照不同的角度進(jìn)行分類。533、交流調(diào)速系統(tǒng)的主要類型交流電機(jī)按電動機(jī)的調(diào)速方法分類常見的交流調(diào)速方法有：①降電壓調(diào)速②轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速③轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速④繞線轉(zhuǎn)子電動機(jī)串級調(diào)速和雙饋電動機(jī)調(diào)速⑤變極對數(shù)調(diào)速⑥變壓變頻調(diào)速等54按電動機(jī)的調(diào)速方法分類常見的交流調(diào)速方法有：54在研究開發(fā)階段，人們從多方面探索調(diào)速的途徑，因而種類繁多是很自然的?，F(xiàn)在交流調(diào)速的發(fā)展已經(jīng)比較成熟，為了深入掌握其基本原理，就不能滿足于這種表面上的羅列，而要進(jìn)一步探討其本質(zhì)，認(rèn)識交流調(diào)速的基本規(guī)律。55在研究開發(fā)階段，人們從多方面探索調(diào)速的途按電動機(jī)的能量轉(zhuǎn)換類型分類一部分是拖動負(fù)載的有效功率，稱作機(jī)械功率；~PmechPmPs按照交流異步電機(jī)的原理，從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率可分成兩部分：另一部分是傳輸給轉(zhuǎn)子電路的轉(zhuǎn)差功率，與轉(zhuǎn)差率s成正比。56按電動機(jī)的能量轉(zhuǎn)換類型分類一部分是拖動負(fù)載的

即Pm=Pmech+Ps

Pmech=(1–s)Pm

Ps=sPm

從能量轉(zhuǎn)換的角度上看，轉(zhuǎn)差功率是否增大，是消耗掉還是得到回收，是評價調(diào)速系統(tǒng)效率高低的標(biāo)志。從這點(diǎn)出發(fā)，可以把異步電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)分成三類。57即Pm=Pmech+1）轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)這種類型的全部轉(zhuǎn)差功率都轉(zhuǎn)換成熱能消耗在轉(zhuǎn)子回路中，上述的第①、②、③三種調(diào)速方法都屬于這一類。在三類異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，這類系統(tǒng)的效率最低，而且越到低速時效率越低，它是以增加轉(zhuǎn)差功率的消耗來換取轉(zhuǎn)速的降低的（恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時）?？墒沁@類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備成本最低，所以還有一定的應(yīng)用價值。581）轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)這種類型的全2）轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)在這類系統(tǒng)中，除轉(zhuǎn)子銅損外，大部分轉(zhuǎn)差功率在轉(zhuǎn)子側(cè)通過變流裝置饋出或饋入，轉(zhuǎn)速