现代交流调速技术的应用和发展

邓孝祥+刘远义+孟娇茹

摘 要 十九世纪交流调速技术的出现，与直流调速技术相媲美，但由于直流调速技术的性能要比交流调速技术的性能要好得多，所以交流调速技术无法取代传统的直流调速技术在电气传动领域中的地位。随着科学技术的不断发展，促进了交流调速技术的发展，推动了现代交流调速技术的应用与发展，目前，现代交流调速技术已有超越直流调速技术的发展趋势。

关键词 交流调速技术 直流调速技术 应用和发展

中图分类号：TM921.5 文献标识码：A

Application and Development of Modern AC Variable Speed Technology

DENG Xiaoxiang， LIU Yuanyi， MENG Jiaoru

（Heilongjiang University of Science and Technology， Harbin， Heilongjiang 150027）

Abstract AC variable speed occurs in the nineteenth century， comparable to DC conversion technology， but because of technical performance DC speed than AC variable speed performance is much better， so the technology can not replace the traditional AC variable speed DC drive technical position in the field of electric drive. With the continuous development of science and technology， promoting the development of AC variable speed technology， to promote the application and development of modern AC variable speed technology， at present， has been beyond the modern AC variable speed DC converter technology trends.

Key words AC variable speed technology； DC converter technology； application and development

1 现代交流调速技术的应用

1.1 变级调速系统的应用

所谓变级调速就是有效调节旋转磁场使其运行速度一致，这是最简单的调节方法。采用交流调技术就是通过利用电动机的改接技术，实现电机从一个级数到另一个级数的转变，从而实现了不同步电动机的有级调速。变级调速系统操作简单、设备价格低，工作轻松且具有可靠性，但仅限于有级调速，其速度一般可分为两种速度，在现实中三种速度以上的变级电机，由于结构复杂、操作繁琐等原因，在现实中很少应用。电机绕组设计是采用变级调速技术的关键，因此，最佳的电机技术性能指标就是采用最少的绕组线圈改接与引出头。

1.2 串级调速系统的应用

串级调速系统也称为绕线转子不同步电动机串级调速系统，其原理是将电动机转差功率加以利用的一种节能、高效、经济实用的调速方法。在转子回路中串入阻值大小不相同电阻，从而得到电动机不同斜率的机械性能，有效实现了电动机的速度调节功能，这是传统改变电动机转差率的方法，同时也是一种简短的操作方法，缺点是调速是有级的、不平滑，并且由于电动机的转差功率大多都消耗在电阻发热上面，降低了转差效率。随着大功率的电子器件产品的诞生，传统采用在转子回路中串联的电阻转变为晶闸管功率变换器，有效实现转差功率的作用，同时也构成了晶闸管串级调速系统，是由绕线不同步电动机与串联晶闸管变换器两者组成。这种方法的采用，不仅增加了转子回路中的电势，同时也改变了转子回路中的转差功率值，因此，也改变了不同步电动机的功率因数。①

1.3 变频调速系统的应用

变压变频调速系统是各种不同步电动机调速系统中，具有高效率、高性能的最好的调速系统。变夺变频调速系统的调速原理是，同时对定子电源电压与电源频率进行有效调节，在这种情况下，机械特性大体上处于上平行移动状态，而电动机的转差功率保持不变。变频调速系统是现代交流调速的主要发展趋势。变频调速系统具有高效率性、高性能、高精度性以及宽调速范围等优势，是现代最具有发展前景的调速方式。现代交流电动机变频调速系统分为很多种，例如最早的电压源型变频器、电流源型变频器、脉宽调制型变频器等。

1.4 调压调速系统的应用

不同步电动机电机转矩与输入电压基波的平方成正比的关系，因此有效改变电动机电机的电压，可以有效改变不同步电动机的机械特性等，有效实现了不同步电动机的调速功能。不同步电动机调压调速是一种操作比较简单的调速方法。在二十世纪五十年代以前，工业电动机调速方法是采用串饱和电抗器的方式，对电动机进行调速。随着科学技术的不断发展，现代大多采用双向晶闸管调压的方式实现电动机的交流调压调速功能。采用双向晶闸管调压的方式主要有两种：一种是整周波斩波控制方法调压，而另一种是相控技术。但采用整周波斩波控制方法的缺点是调速不平滑，因此，在实际应用中大多数工业都采用相控技术。②

2 现代交流调速技术的发展研究

2.1 新型电力电子器件的研制

限制现代交流调速技术中电力电子技术应用的因素主要有以下四个方面：（1）是指基于电力电子技术的控制手段与控制策略的因素；（2）是指电动机变换器的结构限制因素；（3）是指电子电子器件的性能限制因素；（4）是指电力电子器件的价格因素。伴随着现代交流调速技术的发展，电力电子器件由原来的不可控制到现代的可控制技术，由原来的低电压等级到现在的高电压等级，同时也促进了各种新型电动机变换器的诞生，形成了各种新的控制理论在工业领域中的应用与发展。科学技术的发展，推动了交流调速技术的不断进步，对电力电子器件提出了更高的要求，有效促进了先进的、新型的电力电子器件的诞生，以满足现代应用系统的高效性、智能性、集成性、统一性、数字性以及高频性等一系列的发展要求。与此同时，电力电子器件应用所产生的谐波，会对电动机电机产生一种转矩脉冲，不仅增加了电动机的附加损耗量，也形成了噪音污染，而产生的转矩呈现周期性的波动，大大影响了电动机电机的调速范围与稳定性，因此电力电子器件应用所带来的污染问题，也是目前研究的重点课题。③

2.2 数字化控制系统

为了有效使现代交流调速技术与现代先进的计算机技术、网络技术以及智能技术有效结合，同时还可以有效提高现代交流调速系统的性能，因此，必须使现代交流调速系统实现全数字化控制。在过去的交流调速系统应用中，广泛应用的是单片机，然而随着新的交流电动机电机的控制理论的不断推陈出新，电动机电机的控制技术、控制方法以及控制策略等也趋向于复杂性控制、自适应化控制、智能化控制、模糊化控制、个性化控制等，在现代交流电动机电机的直接矩控制与入存量控制中得到广泛的应用。随着科学技术的不断进步，单片机受自身性能限制，已无法满足现代社会发展的需求。④

3 结语

随着科学技术的不断发展，现代交流调速技术已相对成熟，并在工业领域得到了广泛的应用。然而随着新的科学技术手段、新的电子产品以及新的控制方法的诞生，丰富了现代交流调速技术的功能，满足了现代工业领域的发展需求，现代交流调速技术的应用与发展具有很大的发展潜力与空间。⑤

项目：《东北老工业基地转型升级背景下卓越人才培养模式的改革与探索》，黑龙江科技学院教学研究基金项目，年限2012.03

注释

① 肖倩华，廖世海，刘华民.现代交流调速技术的应用和发展[J].科技广场，2009.14（6）：187-189.

② 杨晓丽，沈爱弟，俞宏生.现代交流调速技术在船舶电力推进中的应用[J].大连海事大学学报（哲学社会科学版），2009.46（9）：223-224.

③ 张维竟，刘晓伟，张小卿.船舶电力推进中交流调速技术的应用与发展[J].中央民族大学学报（哲学社会科学版），2009.15（1）：104-106.

④ 郝绣，柳金华，张阿龙.国外现代交流调速系统的发展及其在船舶电力推进中的应用[J].船电技术，2009.25（22）：109-120.

⑤ 谭金娃，邢璐璐，李剑影.现代交流调速系统在现代电梯中的应用[J].微特电机研究，2009.15（2）：114-116.endprint