《現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)》是1998年10月28日機(jī)械工業(yè)出版社出版的圖書,該書作者是胡崇岳。
中文名稱 | 現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù) | 出版社 | 機(jī)械工業(yè)出版社 |
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出版日期 | 1998-10-28 | ISBN | 711106531 |
開本 | 32開 |
前言
第1章概論
1.1交流調(diào)速技術(shù)發(fā)展的概況與趨勢
1.2交流調(diào)速方法
1.2.1異步電動機(jī)
1.2.2同步電動機(jī)
1.3交流調(diào)速的主要應(yīng)用領(lǐng)域
第2章電力電子器件
2.1半控型電力電子器件--晶閘管
2.1.1晶閘管的工作原理特性與參數(shù)
2.1.2晶閘管的觸發(fā)電路并聯(lián)與保護(hù)技術(shù)
2.2門極關(guān)斷晶閘管(GTO晶閘管)
2.2.1GTO的結(jié)構(gòu)與工作原理
2.2.2GTO的主要參數(shù)特性
2.2.3GTO的門極驅(qū)動電路
2.3功率晶體管(GTR)
2.3.1功率晶體管的開關(guān)特性
2.3.2GTR.的驅(qū)動電路
2.3.3GTR的保護(hù)電路
2.4功率MOS場效應(yīng)晶體管(功率MOSFET)
2.4.1功率MOSFET的主要參數(shù)特性
2.4.2功率MOSFET的驅(qū)動電路
2.4.3功率MOSFET的保護(hù)技術(shù)
2.5絕緣柵雙極晶體管(IGBT)
2.5.1IGBT的基本結(jié)構(gòu)
2.5.2IGBT的工作原理和工作特性
2.5.3IGBT的擎住效應(yīng)與安全工作區(qū)
2.5.41GBT的驅(qū)動與保護(hù)技術(shù)
2.6MOS控制晶閘管(MCT)
2.6.1MCT的結(jié)構(gòu)原理及工作特性
2.6.2MCT與其他器件的比較
2.7功率集成電路(PIC)
2.7.1PIC技術(shù)
2.7.2智能功率模塊(IPM)
第3章交-直-交變頻調(diào)速系統(tǒng)
3.1交-直-交變頻器的基本電路
3.1.1交直-交電壓型變頻器
3.1.2交-直-交電流型變頻器
3.2基本變頻電路的多重化技術(shù)
3.3脈寬調(diào)制型變頻器
3.4諧振型變頻器
3.4.1諧振直流環(huán)節(jié)逆變器的基本原理
3.4.2諧振直流環(huán)節(jié)逆變電路舉例
3.5電壓頻率協(xié)調(diào)控制的交-直-交變頻調(diào)速系統(tǒng)
3.6轉(zhuǎn)差頻率控制的交-直-交變頻調(diào)速系統(tǒng)
3.6.1轉(zhuǎn)差頻率控制原理
3.6.2轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)及其近似動態(tài)結(jié)構(gòu)圖
3.7諧振型變頻調(diào)速系統(tǒng)
第4章脈寬調(diào)制控制技術(shù)
4.1PWM調(diào)制方法與控制技術(shù)
4.1.1三角波調(diào)制法及其控制模式
4.1.2單極性與雙極性PWM模式
4.2SPWM逆變器的控制技術(shù)
4.2.1SPWM逆變器及其控制模式
4.2.2具有消除諧波功能的SPWM控制模式的優(yōu)化
4.2.3用于SPWM控制的專用芯片與微處理器
4.3電流跟蹤型PWM逆變器的控制技術(shù)
4.3.1電流跟蹤型PWM逆變器運(yùn)行原理
4.3.2開關(guān)頻率恒定的電流跟蹤型PWM控制技術(shù)
4.4自控式(磁通跟蹤式)PWM逆變器的控制技術(shù)
4.4.1自控式(磁通跟蹤式)PWM逆變器運(yùn)行原理
4.4.2開關(guān)模式選擇與控制方式
4.4.3減小諧波影響的PWM波形優(yōu)化控制
4.5PWM變頻調(diào)速控制系統(tǒng)
4.5.1PWM逆變器的主電路與驅(qū)動電路
4.5.2反饋信號的測取
4.5.3PWM控制信號的產(chǎn)生
4.5.4IGBT-SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)
第5章交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)
5.1交-交變頻器的基本原理
5.1.1工作原理
5.1.2運(yùn)行方式
5.1.3主電路型式
5.1.4觸發(fā)控制方法
5.1.5最高輸出頻率
5.1.6晶閘管的電壓電流容量
5.2交-交變頻器的若干類型
5.2.1矩形電壓波交-交變頻器
5.2.2正弦電壓波交-交變頻器
5.2.3正弦電流波交-交變頻器
5.3交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例
5.3.1無速度傳感器的異步電機(jī)交-交變頻矢量控制系統(tǒng)
5.3.2交-交變頻同步電機(jī)磁場定向控制系統(tǒng)
5.3.3三相數(shù)控型交-交變頻控制方案分析
第6章矢量控制技術(shù)
6.1旋轉(zhuǎn)矢量控制的概念與原理
6.2矢量變換規(guī)律
6.3異步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型
6.4間接法矢量控制
6.4.1電流模型法
6.4.2電壓模型法
6.5異步電動機(jī)矢量控制框圖
6.6異步電動機(jī)矢量控制中兩個關(guān)鍵問題
6.6.1異步電動機(jī)5種等效電路
6.6.2用T-I型瞬態(tài)等效電路分析瞬態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩
6.6.3T-I型等效電路法在線實(shí)時檢測異步電機(jī)轉(zhuǎn)子時間常數(shù)
6.7同步電動機(jī)矢量控制
6.7.1永磁同步電動機(jī)矢量控制
6.7.2直流勵磁凸極同步電動機(jī)矢量控制
第7章繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)雙饋調(diào)速及串級調(diào)速系統(tǒng)
7.1繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)雙饋調(diào)速及串級調(diào)速的基本原理
7.1.1雙饋調(diào)速及串級調(diào)速的基本概念
7.1.2雙饋調(diào)速電動機(jī)的特點(diǎn)
7.1.3雙饋調(diào)速電動機(jī)在各種工作狀況下的能量關(guān)系
7.2繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)串級調(diào)速系統(tǒng)
7.2.1串級調(diào)速系統(tǒng)的分類
7.2.2異步電動機(jī)在串級調(diào)速時的機(jī)械特性
7.2.3串級調(diào)速系統(tǒng)的能量指標(biāo)
7.2.4串級調(diào)速系統(tǒng)的主電路設(shè)計(jì)
7.2.5串級調(diào)速時異步電動機(jī)的起動
7.3繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的雙饋調(diào)速系統(tǒng)
7.3.1雙饋調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成
7.3.2異步電動機(jī)在雙饋調(diào)速時的機(jī)械特性
7.3.3雙饋調(diào)速系統(tǒng)的效率和功率因數(shù)
7.3.4雙饋調(diào)速異步電動機(jī)的矢量控制
7.3.5雙饋調(diào)速系統(tǒng)的主電路設(shè)計(jì)
7.3.6雙饋調(diào)速異步電動機(jī)的起動
第8章無換向器電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)
8.1概述
8.2無換向器電動機(jī)的基本原理
8.2.1工作原理
8.2.2電磁轉(zhuǎn)矩
8.2.3無換向器電動機(jī)的換相
8.3無換向器電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
8.4無換向器電動機(jī)的運(yùn)行性能
8.4.1無換向器電動機(jī)的運(yùn)行特性
8.4.2無換向器電動機(jī)的四象限運(yùn)行
8.5交-直-交電流型無換向器電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)
8.5.1控制系統(tǒng)
8.5.2變頻器主電路參數(shù)的選擇與計(jì)算
8.6交-交電流型無換向器電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)
8.6.1控制系統(tǒng)
8.6.2變頻器主電路參數(shù)的選擇與計(jì)算
8.7交-交電壓型無換向器電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)
8.7.1控制系統(tǒng)
8.7.2變頻器主電路參數(shù)的選擇與計(jì)算
8.8提高過載能力及抑制轉(zhuǎn)矩脈動的措施
第9章開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)
9.1概述
9.1.1開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在變速傳動系統(tǒng)中的地位
9.1.2系統(tǒng)的組成和工作原理
9.1.3系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)
9.1.4典型系統(tǒng)簡介
9.2開關(guān)磁阻電動機(jī)
9.2.1開關(guān)磁阻電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與分類
9.2.2開關(guān)磁阻電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩分析
9.2.3開關(guān)磁阻電動機(jī)的電流分析
9.3控制方式
9.3.1控制參數(shù)與電機(jī)性能
9.3.2起動與制動控制
9.3.3閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成
9.4控制器
9.4.1功率電路
9.4.2控制電路
9.4.3主要參數(shù)檢測
9.5設(shè)計(jì)舉例
9.5.1小功率簡易調(diào)速系統(tǒng)
9.5.2中功率通用調(diào)速系統(tǒng)
附錄電氣傳動系統(tǒng)仿真軟件(Saber)
參考文獻(xiàn)
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. .. 現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)及應(yīng)用 摘 要 :隨著電力電子器件的發(fā)展,以及對效率的追求,交流 調(diào)速得到快速發(fā)展,加上新技術(shù)、新理論不斷滲透到交流調(diào)速之中, 使其不斷呈現(xiàn)新的面貌。 十九世紀(jì)交流調(diào)速技術(shù)的出現(xiàn), 與直流調(diào)速 技術(shù)相媲美,但由于直流調(diào)速技術(shù)的性能要比交流調(diào)速技術(shù)的性能要 好得多,所以交流調(diào)速技術(shù)無法取代傳統(tǒng)的直流調(diào)速技術(shù)在電氣傳動 領(lǐng)域中的地位。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展, 促進(jìn)了交流調(diào)速技術(shù)的發(fā) 展,推動了現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展,目前,現(xiàn)代交流調(diào)速技 術(shù)已有超越直流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展趨勢。 關(guān)鍵詞 交流調(diào)速技術(shù) 直流調(diào)速技術(shù) 應(yīng)用和發(fā)展 交流調(diào)速 脈 寬調(diào)制 Application and Development of Modern AC Variable Speed Technology DENG Xiaoxiang, LIU Yuanyi , MENG Jia
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探討了現(xiàn)代電梯對電梯驅(qū)動的要求 ,進(jìn)一步介紹了滿足上述要求的各種現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)和應(yīng)用 ,如矢量變換控制的高速 VVVF電梯驅(qū)動系統(tǒng)、電梯的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng) ,最后介紹了目前新穎的低速無齒輪永磁同步電動機(jī)曳引技術(shù)的特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)
交流電力拖動調(diào)速技術(shù)分類
根據(jù)交流異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式
交流電力拖動調(diào)速技術(shù)有交流調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、交流串級調(diào)速、變級調(diào)速和變頻調(diào)速5種。
改變定子電源電壓的調(diào)速方法。交流異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩M與定子電壓U1成平方正比關(guān)系。調(diào)節(jié)定子電壓使電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生變化,在一定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩下可使電動機(jī)轉(zhuǎn)速改變。根據(jù)電機(jī)設(shè)計(jì),一般都采用低于銘牌規(guī)定的定子額定電壓進(jìn)行調(diào)壓調(diào)速。交流調(diào)壓一般采用定子繞組串接可調(diào)阻抗、串接自耦變壓器和串接晶閘管調(diào)壓器的方法。交流調(diào)壓調(diào)速方法調(diào)速范圍不大,調(diào)速引起的損耗隨轉(zhuǎn)速的降低而增大。適用于調(diào)速要求不高、不經(jīng)常在低速下運(yùn)行的負(fù)載。
改變轉(zhuǎn)子繞組電路外串電阻的調(diào)速方法。這種調(diào)速方法只適用于繞線式交流異步電動機(jī)。電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速n1和臨界轉(zhuǎn)矩Mm都與轉(zhuǎn)子回路電阻無關(guān),而電動機(jī)轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子回路電阻成正比關(guān)系。所以,改變轉(zhuǎn)子回路電阻即改變了電動機(jī)機(jī)械特性的斜率。在一定的負(fù)載下,采用不同的轉(zhuǎn)子回路電阻值就得到不同的電動機(jī)轉(zhuǎn)速。如圖1中的n1、n2、n3……。這種方法的缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法在低速時,由于電動機(jī)轉(zhuǎn)差率高而使電動機(jī)損耗嚴(yán)重;且在低速時由于調(diào)速特性軟,而工作轉(zhuǎn)速不易穩(wěn)定,同時在輕載時調(diào)速范圍很小。
交流繞組式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中,外加附加電動勢,通過調(diào)節(jié)附加電動勢值進(jìn)行電動機(jī)調(diào)速的方法。 按附加電動勢的獲得方式不同,串級調(diào)速有晶閘管串級調(diào)速和電機(jī)串級調(diào)速。目前,晶閘管串級調(diào)速已取代了電機(jī)串級調(diào)速,圖2為其電氣原理圖。圖2中AM為交流繞線式異步電動機(jī),電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中感生的電動勢經(jīng)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(tài),其輸出的逆變電壓Uβ作為串級調(diào)速的附加電動勢,Ud>Uβ。Uβ和Ud比較后產(chǎn)生的電流Id與電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩有關(guān)的轉(zhuǎn)子電流I2成正比。在同一負(fù)載下,改變電動機(jī)轉(zhuǎn)矩就可調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速,所以改變Uβ就可進(jìn)行電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。
串級調(diào)速具有良好的力能指標(biāo)。電動機(jī)轉(zhuǎn)子整流電路把電機(jī)轉(zhuǎn)子交流轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)換成直流功率,再通過工作在逆變狀態(tài)的晶閘管整流器轉(zhuǎn)換為交流功率返回電網(wǎng)。故串級調(diào)速系統(tǒng)的效率高,在高速時可達(dá)90%以上,是一般交流調(diào)速方法所不及的。由于回路中的晶閘管整流器工作在逆變狀態(tài),它除了向電網(wǎng)返送有功功率外,還要向電網(wǎng)吸取無功功率,從而使串級調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)較低,在電機(jī)高速運(yùn)行時僅為0.5左右。
改變電動機(jī)磁極對數(shù)的調(diào)速方法。改變異步電動機(jī)定子繞組的接線方式,使電動機(jī)磁極對數(shù)p變化,即可改變電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n1(=60f1/P)。
變極調(diào)速要求拖動電動機(jī)必須是專門的變極電動機(jī)。電動機(jī)的極對數(shù)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(jī)(如4/6極,6/8極)或三速電動機(jī)(如4/6/8),這時電動機(jī)裝有兩套定子繞組。因此,變速變極電動機(jī)體積大,利用率比較低,成本高。它的調(diào)速級數(shù)少(2~3級),僅適用于不要求平滑調(diào)速,與齒輪機(jī)械調(diào)速配合用的各種機(jī)床等生產(chǎn)機(jī)械。
改變交流電動機(jī)定子供電電源頻率的調(diào)速方法。交流異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n1與電源頻率f1成正比,改變f1就能進(jìn)行電動機(jī)調(diào)速。但是由于電動機(jī)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(diào)節(jié)f1時不改變電源電壓U1,將引起電機(jī)氣隙磁通變化,從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩下降或勵磁電流上升。為了使電機(jī)磁通保持不變,在調(diào)頻時必須同時進(jìn)行調(diào)壓,保持U1/f1不變。在這種條件下進(jìn)行調(diào)速,能保證電動機(jī)的過載能力不變,得到近似直流調(diào)壓調(diào)速的調(diào)速特性(圖3)。 要實(shí)現(xiàn)調(diào)頻調(diào)速,必須具有頻率和電壓可調(diào)節(jié)的交流電源。過去曾用一套旋轉(zhuǎn)的變頻機(jī)組來實(shí)現(xiàn),但其體積龐大,噪聲大,效率很低,所以曾影響了交流變頻調(diào)速的應(yīng)用和發(fā)展。20世紀(jì)60年代,隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)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(yōu)點(diǎn),從而使交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用產(chǎn)生了一個飛躍。
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(huán)變頻器),它是把電壓和頻率固定的交流電源直接轉(zhuǎn)換成頻率和電壓可調(diào)的交流電源。由于它的輸出波形不夠理想,所獲得的電源頻率大大低于原來電源的頻率,并且所用的電力電子器件數(shù)量較多,利用率不高,故應(yīng)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),它是先把恒定電壓、恒定頻率的交流電源整流為可調(diào)壓的直流電源,然后再將直流電源逆變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電源。其整流器和逆變器均由電力電子器件構(gòu)成。
現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的交流-直流-交流變頻器是脈寬調(diào)制型變頻器,又稱PWM變頻器。它采用不可控整流器,輸出電源頻率和電壓的調(diào)節(jié)均由 PWM逆變器來完成。這種變頻器不但提高了電網(wǎng)的功率因數(shù),而且加快了變頻調(diào)速的動態(tài)過程。如采用正弦波脈寬調(diào)制變頻器(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(diào)速的效率。脈寬調(diào)制型變頻器功率元件采用有自關(guān)斷能力的電力電子器件,如可關(guān)斷晶閘管(GTO)和大功率晶體管(GTR)等,簡化了變頻電路的結(jié)構(gòu),提高了開關(guān)頻率,并改善了輸出波形。
HW-A-1040交流調(diào)速器是一種控制交流馬達(dá)速度和力矩的器件,目前主要為調(diào)壓和調(diào)頻兩種類型,前者一般指軟啟動控制器,后者一般指常見的變頻調(diào)速器。早期的交流調(diào)速器一般采用可控硅,GTR等功率器件,采用8位的單片機(jī)來實(shí)現(xiàn),后來由于IGBT和IPM等功率模塊的出現(xiàn),響應(yīng)速度就更快了,目前一般采用DSP這類高速芯片來控制和實(shí)現(xiàn),交流調(diào)速器已經(jīng)慢慢取代直流調(diào)速器在傳動系統(tǒng)中的應(yīng)用,目前是一種主流的傳動系統(tǒng)調(diào)速器件,其技術(shù)也在不斷發(fā)展中。
脈寬調(diào)制的全稱為:Pulse WidthModulator、簡稱PWM、由于它的特殊性能、常被用于直流負(fù)載回路中、燈具調(diào)光或直流電動機(jī)調(diào)速、HW-1040型調(diào)速器、就是利用脈寬調(diào)制(PWM)原理制作的馬達(dá)調(diào)速器、PWM調(diào)速器已經(jīng)在:工業(yè)直流電機(jī)調(diào)速、工業(yè)傳送帶調(diào)速、燈光照明調(diào)解、計(jì)算機(jī)電源散熱、直流電扇等、得到廣泛應(yīng)用。
交流一交流直接變頻調(diào)速是指采用交流-交流直接變頻器實(shí)現(xiàn)交流電動機(jī)調(diào)速的技術(shù)。