交流电动机的应用范文
交流电动机的应用范文第1篇
[关键词]：全自动端子压着机 交流伺服电机 应用
一、交流伺服电机简介
过去，对调速性能要求较高的场合主要使用调速系统为直流电动机，但是直流电动机具有转子惯量大、转向器与电刷易磨损等缺点。与直流电动机相比，交流伺服电机转子惯量较小、输出功率高出20%～70%、速度响应性能较优、运行平稳且精度高，同时交流伺服电机采用变换控制系统，可通过驱动器直接将信号反馈到电机编码器中，采样效率与质量较高，内部由速度环与位置环构成，因此不易出现过冲或者丢步等问题，具有稳定可靠的控制性能。
（一）交流伺服系统
交流伺服系统主要由电源、传感器件、集成上位机、伺服电动机、驱动控制电路触摸屏、数据总线、驱动控制电路等组成。伺服电动机为整个系统的执行元件，主要作用是将电能转化为机械能；交流伺服中传感器件的种类较多，常见的有测速发电机、旋转变压器、磁性编码器、光电编码器、霍尔元件、自整角机等。
以MR-J2S交流伺服电机为例，其系统组成及其性能具有多种优点：①配套编码器为绝对位置编码器，分辨率大131072脉冲/转，CPU性能极高，因此能够极大地提高交流伺服机的响应性；②具备了RS-422与RS-232串行的通信功能，在装置伺服设置软件后就可在个人计算机上进行状态显示、试运行、增益调整以及参数设置等多种操作；③具有较强的适应性，电机各类型编码器均能够支持BAS模式，另加电池到伺服放大器上之后可组成绝对位置系统，适应不同的控制需求；④具备机械性能分析、自动调节等多种功能，能够实现增益搜索、抑制机械振动等功能，不仅操作方便，还能够自动寻找最佳的增益值。
（二）电机控制系统
交流伺服电机分有异步型与同步型两类，前者的控制系统较为简单；后者结构较为复杂，由电机驱动、电源管理、人机交互、伺服电机、信号处理控制、信号调理采集以及通讯等几大模块组成。电机驱动采取IGBT，可通过对IGBT的关断与导通进行改变以进行电机运作的控制。
以前端加工的流程为例：①将线束切断后需将倒退搬送夹一段距离并旋转12°到达剥皮台位置，然后根据预先设置好的剥皮长度进行搬送夹前进操作；②在线束上切入剥皮刀，然后倒退搬送夹开始剥皮；③将搬送夹旋转20°至剥皮检出装置，进行芯线检测，确认检出后继续将搬送夹送至压着台；④完成压着操作后将搬送夹退回起点然后开起，最后经送线滚轴按设定长度给出电线。前端加工流程的机械控制。
二、全自动端子压着机上交流伺服电机的应用
（一）参数设置
MR-J2S需设置的参数主要包括脉冲方式、加速时间、电子齿轮等，利用FX2N-1PG控制伺服电机，这一过程需注意脉冲方式的设置应同FX2N-1PG所应用的脉冲方式相一致，以免造成错误。
伺服电机的位置控制主要选择FX2N-1PG作定位模块，每组1PG均能够利用伺服电机上的驱动放大器定量提供的脉冲完成一根独立轴的准确定位。MR-J2S伺服放大器中选用的可编程逻辑控制器（PLC）槿毡救菱公司最新研发制造的FX3U小型控制器，主要功能有：①输出输入扩展设备可与FX2N系列输出输入扩展设备相连接；②PLC设备可直接连线的输出输入点可达256点；③可进行RUN/STOP的远程操作，极大促进了程序调试的便利；④内置RAM内存为64K步；⑤定位控制指令较丰富，能够同时进行3根独立轴的准确定位。
三、交流伺服电机的优化
（一）软件优化设计
交流伺服电机是由其驱动放大器所接受的脉冲数量决定电气的位置，在确定滚珠丝杆与编码器给量后，可对电子齿轮进行相应的参数设置，这样一来，每接收到一个脉冲伺服电机就会就移动0.01°或者0.01 mm。
设置电机位置参数为100倍，首次定位至剥皮台的位置参数则应对应设为12°，如果要在启动单速定位前回到原点，则应将以原点为轴点旋转8°的位置作起始位置。可通过在FX2N-1PG中设置BFM25*以利用单速定位与绝对坐标想配合的方式进行伺服电机位置的控制，从而有效地防止累积误差。然后可继续写入20°的定位数据，再完成20°定位后继续写入53°定位数据，以此循环。定位完成的标志位为M288，再完成每次定位之后都会自动连上，M258为启动单速定位，每次完成定位后会有一段时间的延时然后再进入下一次的单速定位，但程序进行到最后时可采取调转指令跳转会第一次设置的定位执行处，达到程序循环的效果。
（二）回原点优化设计
传统交流伺服电机的回原点是由两个位置开关或者一个较长的DOG开关完成伺服电机由高速运行减速到临界速度v的，伺服电机以临界速度停车后可以在每次完成定位后调回同一个位置，保证精确回原点。但是传统控制方式需要电机爬行较长的一段距离才能回原，因此可以对伺服电机回原控制方式进行一定的优化设计，在确保精确回原的前提下提升回原的效率。可在FX2N-1PG系统定位模块中将DOGG开关设为两个目标参数，DOG开关调整为ON的时候伺服电机便开始减速，然后调至OFF时立即停车。其原理是发出回原点指令之后，伺服电机以高速v1回到原点，接受到近原点信号时DOG开关自动调为ON并开始减速，达到指定停车点时调为OFF则伺服电机会立即停止，无需经过爬行。这样不仅能够确保交流伺服电机回原点的高效性与精确性，还具有极高的稳定性，相较于传统回原点具有明显的优势。
四、结束语
交流伺服电机具有稳定性高、振动小、精度高等多种优点，随着工业控制技术、电子技术以及电力技术的发展，交流伺服电机也得到了良好地发展，并逐渐替代直流电动机成为现代数控机床的主要交流伺服驱动方式。在全自动端子压着机线束加工中应用交流伺服电机能够有效地提高加工的效率与精度，工业使用性极强。
参考文献：
[1]李泳龙.永宏PLC在全自动端子压着机上的应用[J].PLC&FA，2013（8）.
[2]范淑琴，赵升吨，陈超.交流伺服电机直驱液压机传动系统研究综述[J].精密成形工程，2015（2）.
交流电动机的应用范文第2篇
关键词：交流电动机；动作时间；释放时间；元器件节能
1问题的提出
2013年，江西某水泥公司二号窑200kW鼓风机，2年内已烧毁3次，造成直接经济损失200多万元。同时，由于停产检修，造成的间接损失难以估算。针对上述问题，该公司邀请了一个专业团队到公司协助解决该问题。
2原因分析
2.1生产现状
2013年3月，专业团队来到该公司，与该公司的工程技术人员一起进行了现场考察和技术资料研究。其中，该电动机的主电路图和控制电路如图1—2所示。
2.2原因分析
针对上述情况和相关参考文献[1—5]，笔者认为造成该事故的原因如下。（1）主要原因是前面设计者没有考虑交流接触器线包动作时间和其释放时间；（2）在启动电动机运行前几十ms内，由于KM2未动作，导致KM2，KM3同时得电，则电源相序间短路，轻则烧断熔断丝和KM3主触头被烧坏可能，从而导致电动机缺相运行，电动机转速减慢，电流急增，随后，电动机可能被烧毁。由于以上第（2）点，造成KM3触头接触不良，造成电源三相不平衡，电动机转速减慢，温度升高，不及时关机，则有可能烧坏电动机；由于KM2释放时间问题，造成电动机瞬间失电，从而电动机又重新启动，电流加大，温度急剧上升，绕组磁路饱和，绕组发热，最后，电动机可能被烧坏。
3电路设计
针对以上原因，文章总结了以下几点设计改进：（1）充分考虑KM2的动作时间，利用KM2-4和KM1-4动作时间才能使KM3得电，避免了KM2和KM3在电动机启动前几十毫秒内同时得电；（2）在KM2线包控制电路中又串联KM3触点进行互锁，又避免了KM2释放时间问题即电动机重新启动；（3）同时使KT并联在KM3线包中，使KM3动作时KT不得电，从而更加节能，延长电路元器件的寿命。改进设计后的电路控制如图3所示。
4实施效果
改造后，该电动机在3年内未出现电动机烧毁现象，由此，可确定本次分析和解决措施是完全正确的。同时，直接为公司节约成本200多万元。
5结语
综上所述，不难得出如下结论：在交流电动机的控制电路设计过程中，必须要对继电器的动作时间和释放时间有充分的考虑；本次排障的过程中，文章提出了一套既满足控制要求，又能实现元器件节能的新型电路。
[参考文献]
[1]齐亚琳，柳新军，刘艳丽，等.提高继电器触点抗浪涌能力的一种新颖旁路保护电路[J].电子元器件应用，2012（5）：5-7.
[2]李述香，邱召运.继电器触点的保护技术[J].电工技术，2004（8）：60-61.
[3]鹿泽伦，李岩.中间继电器构成的断相保护电路[J].自动化技术与应用，2008（12）：110-111.
[4]黄三伟，高峰，周熠.三相异步电动机的断相保护[J].广西物理，2006（2）：43-45.
[5]周云旭，钟水蓉.继电器触点保护电路设计[J].电子技术与软件工程，2013（16）：118.
交流电动机的应用范文第3篇
关键词：异步电动机；变频调速；闭环控制；PLC三相交流异步电动机在工业生产中有着广泛的应用，它的优点是结构简单，维护方便，缺点是不易调速。随着生产工艺和节能要求的日益提高，使三相交流异步电动机的应用正逐渐向软启动、变频调速等方向发展。
1. 系统设计
三相交流异步电动机变频调速系统，以可编程序控制器PLC作为核心控制部件，通过速度传感器将电动机的转速信号传给PLC，PLC经过控制规律的运算后，给出控制信号，改变电动机输入电压的频率，来调节电动机的转速，从而构成了一个闭环的速度控制系统。如图1所示。
1.1 电动机转速的测量和输入接口电路设计
电动机转速的测量可以通过多种传感器实现，如光电速度传感器、磁电传感器或直流测速发电机等。
一般PLC都具有高速计数功能，可以将光电速度传感器产生的脉冲信号输入其高速脉冲输入接口，通过高速计数和数据运算，实现测速和测频的功能。本系统中，光电传感器的输出的脉冲信号的幅值为5V，由于PLC规定的最小电压为15V，不能直接输入给PLC，设计了PLC与传感器的接口电路，如图2所示。
1.2 PLC与变频器的连接
变频器在外部端子操作方式下，通过变频器的接线端子，可以实现对变频器的正/反转控制、多段转速选择及频率给定等功能，其中运行频率的给定可以通过电压、电流或外接电位器的方式调节。
PLC与变频器连接时，首先通过变频器的操作面板设定变频器的工作参数，对于本系统使用的三菱FR-E540-1.5K变频器，应设定“操作模式选择”参数pr79=2，启动信号和运行频率都由外部给定，设定运行频率的“输入电压”参数pr73=1，即DCO～10V输入。然后，可将PLC的开关量输出接到变频器的正转启动（STF）和反转启动（STR）端子上，将PLC的模拟量输出接到变频器的频率给定端子（2、5端之间）。对于S7-224，如果输出为晶体管型，其输出信号为电流输出，与变频器连接时，应考虑PLC输出信号与变频器输入信号的匹配。
2. 系统软件设计
PLC的控制程序分主程序和定时中断程序两部分。在主程序中，PLC完成高速计数、定时中断和相关标志位的初始化操作，以及对三相异步电动机的启动/停止控制和正/反转控制等。在定时中断中，PLC完成转速的采集、控制运算和控制量输出的工作。主程序和中断程序的框图如图3和图4所示。
取得速度信号后，按照一定的控制规律进行控制运算。本系统采用的是变比例-积分分离的控制算法，即根据设定值与测量值的偏差大小分为4个区间，在每个区间采用不同的比例系统，当偏差值进入-5～+5的区间内，再加入积分控制。
模拟量输出模块EM232的输出电压为-10～+10V，12位分辨率。PLC经过控制运算后，得到的控制信号需要转换成PLC的D/A模块所规定的数据格式，通过EM232输出给变频器的频率设定端，改变变频器的输出频率，从而实现对电机转速的控制。
交流电动机的应用范文第4篇
关键词:电力电子 变频器 变频技术 调速
1、概 述
电力电子技术是伴随着1957年美国通用电气公司第一个晶闸管的研制而诞生的,其发展经历了从整流器时代到逆变器时代,到现在的变频器时代,交流变直流称为整流,直流变交流称为逆变,而通过改变交流电频率的方式实现交流电控制的技术就叫变频技术。变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。20世纪60年代后半期起,电力电子器件从SCR(晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)、BJT(双极型功率晶体管)、MOSFET(金属氧化物场效应管)、SIT(静电感应晶体管)、SITH(静电感应晶闸管)、MGT(MOS控制晶体管)、MCT(MOS控制品闸管)发展到今天的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管),器件的更新促使电力变换技术不断发展。20世纪70年代,脉宽调制变压变频(PwM―VVVF)调速研究开始引起人们的高度重视。20世纪80年代,作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引了人们的浓厚兴趣,并得出诸多优化模式,其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世纪80年代后半期,美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器已投入市场并广泛应用。到现在经历了这么长时间的发展,变频技术的理论日趋成熟,但是,其应用仍存在各种问题。
传统变频就是以直流电机拖动发电变频,现在已经不存在了。现在变频技术是电力电子技术的一种应用,以变频器为核心,变频器一般是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。通过对供电频率的转换来实现电动机运转速度率的自动调节,把50Hz的固定电网频率改为30-130Hz的变化频率。同时,还使电源电压适应范围达到142-270V,将任意电源变换成三相电压、频率平滑可调的交流电源,解决了由于电网电压的不稳定而影响电器工作的难题。
2、变频方式分类
2.1 交-直-交变频
交一直一交变频(又称VVVF变频)是最常用的变频方式,先将交流电整流为直流,再将直流逆变为预期频率的交流电。由于其原理简单,性能稳定,在工业、交通运输,家用电器等各个领域得到应用,成为应用最为广泛的变频方式,但因其需要整流、逆变两套设备,价格较昂贵。
恒压频比控制、转差频率控制、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交一直一交变频中的一种。它们共同缺点是输入功率因数低,在整流逆变的过程中消耗大量无功,直流回路需要大的储能电容来补偿无功。再生能量又不能反馈回电网,即不能进行四象限运行,且谐波电流大,在交流段和直流段需装设滤波回路,直流段还需装设平波电抗器,费用较大。
恒压变频控制是对变频器的电压和频率的比率进行控制,使之保持恒定,即u/f为一给定控制值,以维持气隙磁通的恒定,这样电动机就不会因频率变化而导致磁饱和而使励磁电流增大,引起功率因数和效率都降低。恒压频比控制相对简单,机械特性硬度也较好,能够满足一般传动的平滑调速要求。这种变频方式被广泛用于转速开环的交流调速系统,适用于生产机械对调速系统静动态性能要求不高的场合,如对风机、泵类调速,也用于空调等家用电器以达到节能的目的,恒压变频控制系统框图如图1所示。
但是,这是一种开环控制方式,这种控制方式在低频时,由于输出电压较小,受定子电阻压降的影响比较显著,故造成输出最大转矩减小。另外,其机械特性终究没有直流电动机硬,动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意,因此人们又研究出其他的变频调速。
转差频率控制是一种闭环的控制方式。当稳态气隙磁通保持恒定时,近似有电磁通转矩与转差角频率人ωs成正比,当保持稳态转子全磁链恒定时,有ωs正比于转矩。当采用闭环的转差频率控制时,定子频率ω1=ωr+ωs,式中ωr为实际转子角频率,则定子角频率可随转子变化而变化,得到平滑稳定的调速系统,但此调速是在静态模型下得到,不具有动态特性。
矢量控制变频调速是一种转子磁链定向的动态模型,主要原理是坐标的变换,将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic、通过三相一二相变换,等效成两相静止坐标系下的交流电流Ial、Ibl,再通过按转子磁场定向旋转变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电动机励磁电流Iml。和与转矩成正比的电枢电流Itl,参照直流调速系统控制方法,求得其控制量,经过相应的坐标反变换,完成对异步电动机的控制。矢量控制方法性能好但控制复杂,实际应用中,转子磁链难以准确的观测,系统特性受电动机参数的影响较大,且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂,使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。
德国鲁尔大学的DePenbrock教授在1985年首次提出直接转矩控制变频技术。该技术同样基于动态模型直接采用转矩反馈,在很大程度上解决了上述矢量控制的不足,并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展。直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型,控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机化成等效直流电动机,省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算;它不需要模仿直流电动机的控制,也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。目前,该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。
2.2 交一交变频
交一交变频是把电网频率的交流电直接变换成可调频率的交流电,使用电力半导体功率管直接控制通过的交流电流,由于其直接变换的特点,交一交变频器效率较高,可方便地进行可逆运行。但是它存在很多缺点,如功率因数低,主电路使用晶闸管元件数目多,控制电路复杂且变频器输出频率受到其电网频率的限制,最大变频范围在电网二分之一以下。变频类似于载波调制,效果、精度都较差。为此,矩阵式交一交变频应运而生。由于矩阵式交一交变频省去了中间直流环节,从而省去了体积大、价格贵的电解电容。它能实现功率因数为l,输入电流为正弦且能四象限运行,系统的功率密度大。但是该技术目前尚未成熟,有待更多研究。
交一交变频电路主要应用于大功率交流电机调速系统,三相输出电压相位各差120°的单项交一交变频组 成三相交一交变频电路,它有两种接线方式,公共交流木先进线方式和输出星星连接方式。前者电源进线端公用,所以电路出线端必须隔离,如图2所示,这种接线方式主要用于中等容量交流调速系统。后者输出端终点不与负载中点相连,构成电路的六组桥式电路至少需要不同输出相的两组桥中四个晶闸管同时导通才能构成回路并产生电流如图3所示。
目前,交一交变频器一般只适用于球磨机、矿井提升机、电动车辆、大型轧钢设备等低速大容量拖动场合。
2.3 直流变频
直流变频是相对于交流变频而言的,直流并没有频率,它是通过改变直流电压来调节压缩机转速的。直流变频用于无刷直流电机,因为其具有直流有刷电机的特性,同时也是频率变化的装置,故称为直流变频。直流变频输出电压是可变的直流电,没有逆变环节,比较交流变频更加省电。电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法,同三相异步电动机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体,为了检测电动机转子的极性,在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成,其功能是接受电动机的启动、停止、制动信号,以控制电动机的启动、停止和制动;接受位置传感器信号和正反转信号,用来控制逆变桥各功率管的通断,产生连续转矩;接受速度指令和速度反馈信号,用来控制和调整转速;提供保护和显示等等。
3、变频技术的应用与发展
变频技术广泛应用于各个领域,从工业到交通运输大到家用电器,变频器产生的最初用途是速度控制,是理想的调速方法,但目前我们应用得较多的是它的节能特性,因为中国是能耗大国能源储备不足且利用率不高,电动力在电力消耗中占很大比例。应用变频调速,可以大大提高电机转速的控制精度,使电机在最节能的转速下运行,可大大提高轻载运行时的工作效率。功率大电压高的变频器在电力行业有很大的发展潜力。在家用电器中,带有变频控制的冰箱、洗衣机、家用空调等,在节电、减小电压冲击、降低噪音、提高控制精度等方面有很大的优势。
由于变频方式不同,其特点就不同,在不同的领域采用不同的变频技术。交一直一交变频技术可用于风机、泵类调速,也可用于家用电器变频;交一交变频技术主要用于大功率交流电机调速;直流变频主要用于无刷直流电机,目前国内已将直流变频用于空调。交流变频空调器采用交一直一交变频控制交流电机的转速。而对变频器的控制是通过传感器将室内温度信息传递给微电脑,输出一定频率变化的波形,控制变频器的频率。当室内急速降温或急速升温时,室内空调负荷加大,压缩机转速加快,制冷量按比例增加。相反,当室内空调负荷减少时,压缩机正常运转或减速。直流变频空调器是把工频交流电转换为直流电,并将其送至功率模块主电路,功率模块与交流调速一样受微电脑控制,不同的是模块所输出的是电压可变的直流电源,压缩机使用的是直流电机,是全直流变速空调器。直流变频空调器没有逆变环节,在这方面比交流变频更加省电。但目前国内用得较多的仍然是V/F控制,工业上负载多数动态特性要求并不高,故可以满足要求,但随着技术发展尤其是半导体制造业的发展,必会使其他变频方式得到更广泛的应用。
4、结束语
变频技术在理论上已有多种方式,但实际应用中仍然存在很多问题,在生产工艺上国内外仍存在差距。由于变频技术在节能控制方面有明显的优势,因而变频技术有广泛的发展前景,但其发展受到半导体功率器件的制造业发展情况的限制,且电力电子装置中的相控整流以及不可控二极管整流电路使输入电压电流波形发生畸变,系统功率因数被大大降低并且引入大量谐波。此外,由于硬件电路中电压和电流的急剧变化,电力电子器件需承受很大的电应力,并且对周围通信设备产生严重电磁干扰,这些都是变频技术发展中必须面对解决的重要问题。
参考文献
[1]向铁元,《电气工程基础》武汉大学出版社。
[2]王兆安,黄俊,《电力电子技术》西安佳通大学。
[3]周杨忠,胡育文,《交流电动机直接转矩控制》机械工业出版社。
交流电动机的应用范文第5篇
关键词：交流调速；节能；变频；调压调速；变极对数调速
前言：
20世纪60年代以前的调速系统以直流机组为主，70年代中期全世界范围内出现的能源危机迫使各国投入了大量的人力财力来研究交流调速系统，交流调速技术得到了快速的发展。20世纪80年代交流调速系统在性能上开始可以与直流调速系统相媲美。之后，交流调速系统在调速领域中的比重逐步加大，目前已经成为调速系统的主流。
一、交流电动机常用调速方法分析
1.1调压调速
调压调速是通过改变电动机定子电压改变电动机转差率，从而实现调速。这种调速方法比较适用于带动风机、水泵的异步电动机。其原因是：
由于风机负载转矩特性，当转速n降低时，负载显著减小，它可以稳定运行于电动机机械特性的非线性段，因而得到较低的转速，扩大了调速范围。
在降压运行时，电动机的磁化电流可以忽略不计，则电机的电磁转矩T正比于转子电流的平方。当增加转差率S，为使电流保持额定值不变，电机的转矩也相应减小，显然这既不适应于恒转矩负载，更不适应于恒功率负载，而较适应风机、水泵负载。
1.2变频调速
变频调速是交流电动机一种最好调速方法。它是通过改变电源频率来改变旋转磁场同步转速，从而达到调速目的。
变频调速不仅能实现无级调速，而且根据不同的负载特性，通过适当调节电压U与频率f之间的关系，使电动机始终运行在高效区。
交流电动机采用变频调速能显著改善电动机起动性能，大幅度降低电动机起动电流，增加起动转矩。变频调速平滑性好，效率高，机械特性硬，调整范围广，同时可以适应不同负载特性的要求，尤为异步电动机调速的发展方向。
1.3变极调速
变极调速是通过改变磁场的极对数，来改变同步转速，以达到调节电动机转速。它也属高效调速方法之列。变极调速简单可靠，成本低，机械特性硬，但它是一种有极调速，而只适用于几种运行工况场合。例如纺织厂的空调风机，夏天一种速度，冬天另一种速度。应用交流电机调速实现对风机、水泵风量或流量的调节，是节约电能最佳途径，其社会效益和经济效益都是相当可观的。
二、变频技术在交流调速系统中的应用
在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，深受工业用户的青睐。
2.1、交流变频调速的优异特性
（1）调速时平滑性好、效率高。低速时，特性静差率高、相对稳定性好；
（2）调速范围较大、精度高；
（3）起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显；
（4）变频器体积小，便于安装、调试、维修简便；
（5）易于实现过程自动化；
（6）必须有专用的变频电源，目前造价较高；
（7）在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低。
2.2、与其它调速方法的比较
（1）改变转差率的调速方法
包含改变定子电压调速、绕线转子回路串电阻调速、电磁转差离合器调速、串级调速等方法
（2）改变极对数的调速方法
通过改变定子绕组的接线来改变极对数，就改变了同步转速。它可以获得恒转矩调速特性和恒功率调速特性。这种方法效率高、操作简单、机械特性强。缺点是有级调速，一般变极调速用于小容量、非平滑调速的场合。
（3）改变频率的调速方法
变频调速系统可分为两大类：
①交—直—交变频调速
先把电网中的交流电整流成直流电，再通过逆变器逆变为频率可调的交流电。目前生产的异步电动机变频器几乎都采用电压源型晶体管SPWM交—直—交变频电路，它具有体积小、重量轻，在采用矢量控制时系统性能好的特点，但需考虑回馈制动的问题。它是异步电动机交—直—交变频调速的主流。
②交—交变频调速
把工频交流电直接变换成可变频率的交流电，由于它只有一级功率变换，省去了直流环节，减少了损耗，进一步提高了效率。也因此结构复杂、额定工作频率较低、造价较高，主要适用于低速大容量的交流调速设备中。
三、变频调速的发展方向
交流变频调速技术是强弱电混合、机电一体的综合性技术，既要处理巨大电能的转换，又要处理信息的收集、变换和传输，因此它的共性技术必定分为功率和控制两大部分。目前主要发展动向有以下三个方面：
3.1新的控制策略
异步电动机是一个多变量、强耦合、时变的非线性系统，瞬时转矩的控制困难，使它的动态性能很长时间内不如直流电机。矢量控制技术开创了交流电机高性能控制的新时代，基于现代控制理论的滑模结构控制、自适应控制等均已引入电机控制，又如把模糊控制、人工神经网络控制、专家系统等无需精确数学模型的智能控制技术应用于变频调速中也得到了广泛的研究。
3.2新型变流装置和变流技术
随着电力电子元器件的不断发展，调速系统用的变流装置正朝向高电压、大容量、小型化、高频化的方向发展，中高电压、大容量的变频器已得到了应用，变流主元件的开发频率越来越高，装置的体积越来越小，为提高开关频率、降低开关损耗，软开关技术已经开始得到实际应用。
3.3全数字化控制
随着微机运算速度的提高和存储器的大容量化，全数字化控制已成为调速系统的主流方向，各类单片机和数字信号处理器在调速系统中得到了较为普遍的应用。
四、结语
随着生产技术的不断发展，直流拖动的薄弱环节逐步显现出来。由于换向器的存在，使直流电动机的维护工作量加大，单机容量、最高转速以及使用环境都受到限制。人们转向结构简单、运行可靠、便于维护和价格低廉的交流异步电动机。
交流电动机变频调速在能源利用方面有很多的优势。众所周知，能源工业作为国民经济的基础，对于社会、经济的发展和人民生活水平的提高都极为重要。在高速增长的经济环境下，中国能源工业面临经济增长与环境保护的双重压力。由此可见，对能源的有效利用在我国已经非常迫切，变频调速系统在我国将有非常巨大的市场需求，未来一定会得到更好的发展。（作者单位：华北电力大学机械工程系）
参考文献：
［1］李良钰.交流调速技术概述与发展方向.电气技术与自动化,2008.6
［2］高翔,姚大博.交流调速节能技术的应用.内蒙古石油化工,2009.7
［3］刘玲.交流变频调速技术的优势与应用.电气开关,2010(1)
［4］马志源.电力拖动控制系统.北京:科技出版社,2004
交流电动机的应用范文第6篇
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.
交流电动机的应用范文第7篇
关键词:感应电机 软起动 交交变频
Abstract:some starting manners of motor are given and analyzed in this paper, soft
starting is introduced emphasizly. But how to solve over loading starting is purposed
and AC-AC variable frequency is given.
Keywords:inducing motor soft starting AC-AC variable frequency
1 引言
三相交流电动机从发明以来，经历了100多年的历程，在这漫长的岁月里，它为奠定与发展这项经典的传动技术树立了丰碑，。又由于其具有结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉，而广泛作用于电力拖动生产机械的动力，在机械、化工、纺织和石化等行业有大量的应用。然而，电动机的起动特性却一直举步维艰。这是因为电动机在恒压下直接起动，其起动电流约为额定电流的4-7倍，其转速要在很短时间内从零升至额定转速，会在起动过程中产生冲击，很容易使电力拖动对象的传动机构等造成严重磨损甚至损坏。在起动瞬间大电流的冲击下，将引起电网电压降低，影响到电网内其它设备的正常运行。同时由于电压降低，电动机本身起动也难以完成，造成电机堵转，严重时，可能烧坏电动机。因而如何减少异步电动机起动瞬间的大电流的冲击，是电动机运行中的首要问题。为此必须设法改善电动机的起动方法，使达到电动机的平滑无冲击的起动，于是各种限流起动方法也就应运而生。
2 传统的起动方法
2.1 定子串电抗器起动
对于鼠笼式异步电机一般采用定子回路串电抗器分级起动，绕线式异步电机则采用转子回路串电抗器起动。定子边串电抗器起动，即增加定子边电抗值，可理解为降低定子实际所加电压，其目的是减少起动电流。此起动方式属降压起动，缺点是起动转矩随定子电压的降低而成平方关系下降，外串电阻中有较大的功率损耗。又由于是分级起动，起动特性不平滑。
2.2 星-三角起动
起动时定子绕组星形连接，起动后三角形连接。在电动机绕组星形连接时，电动机电流仅为三角形连接的1/3，遗憾的是电动机的转矩也同样降低到三角形接线时的1/3，为了使电动机在额定转速时达到它的额定转矩，在经历了预先设定的时间后，又从星形接线转换到三角形接线，在转换过程中会出现二次冲击电流。
2.3 自耦变压器起动
当电动机起动时，电动机的定子通过自耦变压器接到三相电源上。当电机转速升高到一定值时，自耦变压器被切除，电动机定子直接接到电源上，电动机进入正常运行状态。同直接起动时相比，当电压降到W2/W1倍时，起动电流和起动转矩降到(W2/W1)2倍(W2/W1为自耦变压器的变比)。这种起动方式的优点是起动时定子电压的大小可调。比起定子串电抗起动，当限定的起动电流相同时，起动转矩损失较少。要使变压器的容量和耐压水平提高，将使得变压器的体积增大，成本高，且不允许频繁起动，同样也不能带重负载起动。
.4 频敏变阻器起动
对于绕线式异步电机来说，如果仅仅是为了限制起动电流、增大起动转矩，则一般采用转子回路串频敏变阻器起动方式。但此起动方式在频繁起动下，易发生温升，且结构复杂，不常用。
由此可知上述几种起动方式的共同特点是控制电路简单，起动转矩基本固定不可调，起动中都存在二次冲击电流，对负载机械有冲击转矩，且受电网电压波动的影响，一旦出现电网电压下降，会造成电机堵转，起动困难，且上述几种起动方法，在停机时都是瞬间停机，遇到负载较重时会造成剧烈的机械冲击。
3 软起动
所谓软起动是指装置输出电压按一定规律上升，使被控电动机的电压由零升到全电压，转速相应的由零平滑加速到额定转速的过程。它是电力电子技术与自动化控制技术的综合，是将强电和弱电结合起来的控制技术。在软起动器中三相电源与被控电机之间串入三相反并联晶闸管，采用反并联接线的晶闸管接在电动机的每相，利用晶闸管移相控制原理，控制其内部晶闸管的导通角，电动机起动时，用调节6个晶闸管的不完全导通来控制电动机的供电电源。换言之，起动时只有三相正弦波形的一部分向电动机供电。
软起动的优点是起动特性曲线好，使晶闸管的导通角从零度开始，逐渐前移，电机的端电压从零开始逐渐上升，直至达到额定电压，起动电流从零线性上升至设定值，从而满足起动转矩的要求，保证起成功。表1为软起动同传统起动对照表。
4 重载起动方式(交-交变频起动)
4.1 交-交变频工作原理
尽管软起动具有起动平滑，起动时间等参数可调的特性，具有传统起动方法无法比拟的优越性，是传统降压起动器的理想换代产品。但可控硅调压方式的软起动器控制感应电动机，在减小电压的同时，供电频率仍为工频，使得其功率因数低，无功功率增加，这决定了其只能应用于轻载场合，对于重载起动就勉为其难了。然而在很多场合下，不能保证负载为轻载起动，如球磨机、破碎机、空气压缩机、风机等，这就使得我们想在降低电压的同时，能够减小供电电压频率，即保持V/F不变，保证恒力矩起动，因而变频器变频起动无疑是最好的起动设备，但如果把变频器仅作起动，不调速，资金浪费很大，特别是高压大容量的通用变频器价格就更为昂贵，且感应电动机的重载起动只是短时间的过程，故寻求一种感应电机的重载安全起动方法是很有必要的。纵上述几种起动方式可得出采用交-交变频器来实现重载起动。因为交-交变频没有中间直流环节，仅用一次变换就实现了变频，所以效率较高，而且大功率交流电机调速系统所用的变频器也主要是交-交变频来完成的。
交-交变频的工作原理是让两组交流电路按一定频率交替工作，就可以给负载输出该频率的交流电。改变两组变流电路的切换频率，就可以改变输出频率;改变变流电路工作时的控制角α，就可以改变交流输出电压的幅值。
如果让α角不是固定值，在半个周期内让正组变流电路P的α角按正弦规律从900逐渐减小到00，然后在逐渐增大到900。那么，正组整流电路在每个控制间隔内的平均输出电压按正弦规律从零逐渐增至最大，在逐渐减小到零。在另外半个周期内，对负组变流器N进行同样的控制，就可以得到接近正弦波的输出电压。和可控硅整流电路(软起动)一样，交-交变频电路也属于电网换相。
4.2 整流与逆变工作状态
假设负载的功率因数角为Φ，即输出电流滞后输出电压Φ角。另外两组交流电路在工作时无环流工作方式，即一组交流电路工作时，将另一组变流电路的脉冲封锁。下图给出了一个周期内负载电压、电流波形。
从图3中可以看出，那组变流电路工作是由输出电流的方向决定的，与输出电压极性无关。变流电路是工作在整流状态还是逆变状态，则是由输出电压方向和输出电流方向的异同决定的。
4.3 输出正弦波电压的调制方法
使交-交变频电路的输出电压波形为正弦波的调制方法有多种，这里介绍广泛采用的余弦交点法。
晶闸管变流电路的输出电压为
(1)
式中，Ud0为α=0时的理想空载整流电压。对交-交变频电路来说，每次控制时α角是不同的，式(1)中的U0表示每次控制间隔内输出电压的平均值。
设要得到的正弦波输出电压为
(2)
则比较式(1)和式(2)可得(3)
(3)
式中γ称为输出电压比，
因此 (4)
上式就是用余弦交点法求变流电路α角的基本公式。
式(4)可以用模拟电路来实现，但线路复杂，且不易实现准确的控制，所以采用微机来实现上述运算。可把事先计算好的数据存入存储器中，运行时按照所存的数据进行实时控制。为了用计算机实现实时控制，必须具备三相低频信号、同步信号、零电流检测三个基本条件。
4.4 三相低频信号的产生原理
用计算机产生三相低频信号，必须首先将要产生的低频信号进行数字化。这不仅在幅值上数字化，在时间上也要数字化。在时间上，以一度为单位(分辨率已经足够)，将低频信号的一个周期分成360等份。根据需要的频率求出低频信号一度的时间，以次作为定时时间，这样每隔一度，便输出一次低频信号的对应值，每360循环一次，构成低频的周期。其它两相输出和上面一样，只是输出的对应数值不一样，正好相差120、240度。这样就构成了互差1200的低频信号。由于准梯形波具有较高的基波幅值，因此这里采用它作为低频参考信号，它是限幅的正弦波，当等于600时就已经到达了最大值。其目的是提高直流电压的利用率。
下面以准梯形波为例来说明三相低频信号实现的具体方法。
a. 建立一个准梯形波波形的表格，表格的大小为360个数据，这些数据分别以1度为间隔的准梯形波波形数据。表格存放在表首地址为TABLE的内存中，第一个数据为1度时对应的波形数据，最后一个为360度对应的波形数据。表格的数据是按比例得到的。
b. 设一计数指针COUN，初始化时，使COUN=0，并起动定时器。在定时时间到达之后，计数指针COUN增1，同时取出表中的数据(对应内存地址为TABLE+COUN)输出。当计数指针COUN=360时，使COUN复位为0，便完成了本周期的数据输出，为下一周期做准备。这样周而复始不断的取数输出，就产生了低频数字信号。
c. 其它两相低频信号分别滞后120、240度的同样波形，可以完全使用同样的表格。
d. 为了得到复值可变的低频信号，在低频数字信号输出之前，应乘以调制系数，调制系数的范围是0~1。
e. 1度对应的时间是由所需输出频率决定的，将其转换为定时时间常数后，存放于TIME的单元中，它就是控制交-交变频器输出频率的变量。
4.5 同步信号电路
采用微机定时方式进行交-交变频的移相控制时，需要给微机提供各晶闸管控制角起时定时时刻的方波信号，使移相控制装置向晶闸管发出的触发脉冲信号在电源电压的每个周期内均能重复出现。因此，这一方波信号的频率应与电源频率相同。所以，一般将此方波信号称为同步信号。此外，同步信号的另一作用是微机利用它的状态来进行判相定管，决定是某相的上管或下管工作与否。
取A相电压经同步变压器降压后，进入RC移相电路形成滞后30度的正弦电压，由三级管将正弦波形成方波，再经光电隔离、反相及输出电路，在输出端得到同步脉冲信号。
4.6 零电流检测电路
不论是电压型还是电流型控制的无环流交-交变频器，正反组变流器的换向都必须处于零电流状态，此时两组变流器的触发脉冲都被封锁。因此，实际的零电流一定要准确可靠的检测出来，这关系到换相的死区长短，以及换相的可靠性。
检测方法 检测负载电流的方法常用的有两种：LEM电流传感器和检测和晶闸管端电压法。用LEM电流传感器检测负载电流，可将主电路与控制电路完全隔离，且检测电路结构简单。但由于换相等原因，负载电流含有丰富的电流谐波，给电流检测、尤其是过零点检测带来了一定困难。LEM传感器输出信号经滤波、整形后，会产生伪过零点，使控制系统出现误动作。由于晶闸管导通时其端电压为管压降，近似等于零，而阻断时端电压等于其所接交流电压(电网线电压或相电压)。同时检测变频器主电路中每一相上的六个晶闸管，如有一管导通说明此相有电流。如六管全关断则说明此相无电流，也就是电流过零点。这种方法直接检测零电流，不需要对电流波形进行整形，其输出信号完全对应着电流波形中的零电流，使检测电路更加准确、可靠。图4为零电流检测电路。
5 出现的问题及解决方法
交-交变频电路的输出电压是由若干段电网电压拼接而成的。当输出频率升高时，输出电压一个周期内电网电压的段数就减少，所含谐波分量就要增加。这种输出电压的波形畸变是限制输出频率提高的主要因数之一。所以最高输出频率不高于电网频率的1/3-1/2。但由于我们主要用于起动，一旦速度达到了1/3全速，可以控制相应的晶闸管，使它们切换到软起动，软起动方式仍由本装置实现。在软起动的作用下完成起动结束。因为此时电压相对较小，切换的过程中，不会有很大的冲击电流。
由于采用无环流控制方式，有换流死区，所以输出波形有一点畸变。可以采用快速的，比较好的零电流检测方法来减小死区时间。
6 结束语
传统起动方式将逐渐被可控硅软起动所取代，然而软起动却不能很好解决感应电机的重载起动，因而给出了一种实用的交-交变频起动方式来解决这个问题。由于目前采用交-交变频技术成本相对过高，同时由于国内的研究开发相对滞后，致使该技术还主要限于大型矿井的关键设备。但随着这一技术相对成本的不断降低，人们节能意识的不断深入，该技术在矿井中的应用必将迎来一个全新的时期，同时在应用范围上也将扩大，并有待开发和完善。
参考文献
[1] 电动机降压起动器的选择与分析 凌浩 2000.12 vol.20 P66
[2] 交流异步电动机的软起动与保护探讨 何友全 矿山机械 2000.5
[3] 陈伯时，陈敏逊， 交流调速系统，机械工业出版社，1997
交流电动机的应用范文第8篇
关键词:感应电机 软起动 交交变频
abstract:some starting manners of motor are given and analyzed in this paper, soft
starting is introduced emphasizly. but how to solve over loading starting is purposed
and ac-ac variable frequency is given.
keywords:inducing motor soft starting ac-ac variable frequency
1 引言
三相交流电动机从发明以来，经历了100多年的历程，在这漫长的岁月里，它为奠定与发展这项经典的传动技术树立了丰碑，。又由于其具有结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉，而广泛作用于电力拖动生产机械的动力，在机械、化工、纺织和石化等行业有大量的应用。然而，电动机的起动特性却一直举步维艰。这是因为电动机在恒压下直接起动，其起动电流约为额定电流的4-7倍，其转速要在很短时间内从零升至额定转速，会在起动过程中产生冲击，很容易使电力拖动对象的传动机构等造成严重磨损甚至损坏。在起动瞬间大电流的冲击下，将引起电网电压降低，影响到电网内其它设备的正常运行。同时由于电压降低，电动机本身起动也难以完成，造成电机堵转，严重时，可能烧坏电动机。因而如何减少异步电动机起动瞬间的大电流的冲击，是电动机运行中的首要问题。为此必须设法改善电动机的起动方法，使达到电动机的平滑无冲击的起动，于是各种限流起动方法也就应运而生。
2 传统的起动方法
2.1 定子串电抗器起动
对于鼠笼式异步电机一般采用定子回路串电抗器分级起动，绕线式异步电机则采用转子回路串电抗器起动。定子边串电抗器起动，即增加定子边电抗值，可理解为降低定子实际所加电压，其目的是减少起动电流。此起动方式属降压起动，缺点是起动转矩随定子电压的降低而成平方关系下降，外串电阻中有较大的功率损耗。又由于是分级起动，起动特性不平滑。
2.2 星-三角起动
起动时定子绕组星形连接，起动后三角形连接。在电动机绕组星形连接时，电动机电流仅为三角形连接的1/3，遗憾的是电动机的转矩也同样降低到三角形接线时的1/3，为了使电动机在额定转速时达到它的额定转矩，在经历了预先设定的时间后，又从星形接线转换到三角形接线，在转换过程中会出现二次冲击电流。
2.3 自耦变压器起动
当电动机起动时，电动机的定子通过自耦变压器接到三相电源上。当电机转速升高到一定值时，自耦变压器被切除，电动机定子直接接到电源上，电动机进入正常运行状态。同直接起动时相比，当电压降到w2/w1倍时，起动电流和起动转矩降到(w2/w1)2倍(w2/w1为自耦变压器的变比)。这种起动方式的优点是起动时定子电压的大小可调。比起定子串电抗起动，当限定的起动电流相同时，起动转矩损失较少。要使变压器的容量和耐压水平提高，将使得变压器的体积增大，成本高，且不允许频繁起动，同样也不能带重负载起动。
.4 频敏变阻器起动
对于绕线式异步电机来说，如果仅仅是为了限制起动电流、增大起动转矩，则一般采用转子回路串频敏变阻器起动方式。但此起动方式在频繁起动下，易发生温升，且结构复杂，不常用。
由此可知上述几种起动方式的共同特点是控制电路简单，起动转矩基本固定不可调，起动中都存在二次冲击电流，对负载机械有冲击转矩，且受电网电压波动的影响，一旦出现电网电压下降，会造成电机堵转，起动困难，且上述几种起动方法，在停机时都是瞬间停机，遇到负载较重时会造成剧烈的机械冲击。
3 软起动
所谓软起动是指装置输出电压按一定规律上升，使被控电动机的电压由零升到全电压，转速相应的由零平滑加速到额定转速的过程。它是电力电子技术与自动化控制技术的综合，是将强电和弱电结合起来的控制技术。在软起动器中三相电源与被控电机之间串入三相反并联晶闸管，采用反并联接线的晶闸管接在电动机的每相，利用晶闸管移相控制原理，控制其内部晶闸管的导通角，电动机起动时，用调节6个晶闸管的不完全导通来控制电动机的供电电源。换言之，起动时只有三相正弦波形的一部分向电动机供电。
软起动的优点是起动特性曲线好，使晶闸管的导通角从零度开始，逐渐前移，电机的端电压从零开始逐渐上升，直至达到额定电压，起动电流从零线性上升至设定值，从而满足起动转矩的要求，保证起成功。表1为软起动同传统起动对照表。
4 重载起动方式(交-交变频起动)
4.1 交-交变频工作原理
尽管软起动具有起动平滑，起动时间等参数可调的特性，具有传统起动方法无法比拟的优越性，是传统降压起动器的理想换代产品。但可控硅调压方式的软起动器控制感应电动机，在减小电压的同时，供电频率仍为工频，使得其功率因数低，无功功率增加，这决定了其只能应用于轻载场合，对于重载起动就勉为其难了。然而在很多场合下，不能保证负载为轻载起动，如球磨机、破碎机、空气压缩机、风机等，这就使得我们想在降低电压的同时，能够减小供电电压频率，即保持v/f不变，保证恒力矩起动，因而变频器变频起动无疑是最好的起动设备，但如果把变频器仅作起动，不调速，资金浪费很大，特别是高压大容量的通用变频器价格就更为昂贵，且感应电动机的重载起动只是短时间的过程，故寻求一种感应电机的重载安全起动方法是很有必要的。纵上述几种起动方式可得出采用交-交变频器来实现重载起动。因为交-交变频没有中间直流环节，仅用一次变换就实现了变频，所以效率较高，而且大功率交流电机调速系统所用的变频器也主要是交-交变频来完成的。
交-交变频的工作原理是让两组交流电路按一定频率交替工作，就可以给负载输出该频率的交流电。改变两组变流电路的切换频率，就可以改变输出频率;改变变流电路工作时的控制角α，就可以改变交流输出电压的幅值。
如果让α角不是固定值，在半个周期内让正组变流电路p的α角按正弦规律从900逐渐减小到00，然后在逐渐增大到900。那么，正组整流电路在每个控制间隔内的平均输出电压按正弦规律从零逐渐增至最大，在逐渐减小到零。在另外半个周期内，对负组变流器n进行同样的控制，就可以得到接近正弦波的输出电压。和可控硅整流电路(软起动)一样，交-交变频电路也属于电网换相。
4.2 整流与逆变工作状态
假设负载的功率因数角为φ，即输出电流滞后输出电压φ角。另外两组交流电路在工作时无环流工作方式，即一组交流电路工作时，将另一组变流电路的脉冲封锁。下图给出了一个周期内负载电压、电流波形。
从图3中可以看出，那组变流电路工作是由输出电流的方向决定的，与输出电压极性无关。变流电路是工作在整流状态还是逆变状态，则是由输出电压方向和输出电流方向的异同决定的。
4.3 输出正弦波电压的调制方法
>使交-交变频电路的输出电压波形为正弦波的调制方法有多种，这里介绍广泛采用的余弦交点法。
晶闸管变流电路的输出电压为
(1)
式中，ud0为α=0时的理想空载整流电压。对交-交变频电路来说，每次控制时α角是不同的，式(1)中的u0表示每次控制间隔内输出电压的平均值。
设要得到的正弦波输出电压为
(2)
则比较式(1)和式(2)可得(3)
(3)
式中γ称为输出电压比，
因此 (4)
上式就是用余弦交点法求变流电路α角的基本公式。
式(4)可以用模拟电路来实现，但线路复杂，且不易实现准确的控制，所以采用微机来实现上述运算。可把事先计算好的数据存入存储器中，运行时按照所存的数据进行实时控制。为了用计算机实现实时控制，必须具备三相低频信号、同步信号、零电流检测三个基本条件。
4.4 三相低频信号的产生原理
用计算机产生三相低频信号，必须首先将要产生的低频信号进行数字化。这不仅在幅值上数字化，在时间上也要数字化。在时间上，以一度为单位(分辨率已经足够)，将低频信号的一个周期分成360等份。根据需要的频率求出低频信号一度的时间，以次作为定时时间，这样每隔一度，便输出一次低频信号的对应值，每360循环一次，构成低频的周期。其它两相输出和上面一样，只是输出的对应数值不一样，正好相差120、240度。这样就构成了互差1200的低频信号。由于准梯形波具有较高的基波幅值，因此这里采用它作为低频参考信号，它是限幅的正弦波，当等于600时就已经到达了最大值。其目的是提高直流电压的利用率。
下面以准梯形波为例来说明三相低频信号实现的具体方法。
a. 建立一个准梯形波波形的表格，表格的大小为360个数据，这些数据分别以1度为间隔的准梯形波波形数据。表格存放在表首地址为table的内存中，第一个数据为1度时对应的波形数据，最后一个为360度对应的波形数据。表格的数据是按比例得到的。
b. 设一计数指针coun，初始化时，使coun=0，并起动定时器。在定时时间到达之后，计数指针coun增1，同时取出表中的数据(对应内存地址为table+coun)输出。当计数指针coun=360时，使coun复位为0，便完成了本周期的数据输出，为下一周期做准备。这样周而复始不断的取数输出，就产生了低频数字信号。
c. 其它两相低频信号分别滞后120、240度的同样波形，可以完全使用同样的表格。
d. 为了得到复值可变的低频信号，在低频数字信号输出之前，应乘以调制系数，调制系数的范围是0~1。
e. 1度对应的时间是由所需输出频率决定的，将其转换为定时时间常数后，存放于time的单元中，它就是控制交-交变频器输出频率的变量。
4.5 同步信号电路
采用微机定时方式进行交-交变频的移相控制时，需要给微机提供各晶闸管控制角起时定时时刻的方波信号，使移相控制装置向晶闸管发出的触发脉冲信号在电源电压的每个周期内均能重复出现。因此，这一方波信号的频率应与电源频率相同。所以，一般将此方波信号称为同步信号。此外，同步信号的另一作用是微机利用它的状态来进行判相定管，决定是某相的上管或下管工作与否。
取a相电压经同步变压器降压后，进入rc移相电路形成滞后30度的正弦电压，由三级管将正弦波形成方波，再经光电隔离、反相及输出电路，在输出端得到同步脉冲信号。
4.6 零电流检测电路
不论是电压型还是电流型控制的无环流交-交变频器，正反组变流器的换向都必须处于零电流状态，此时两组变流器的触发脉冲都被封锁。因此，实际的零电流一定要准确可靠的检测出来，这关系到换相的死区长短，以及换相的可靠性。
检测方法 检测负载电流的方法常用的有两种：lem电流传感器和检测和晶闸管端电压法。用lem电流传感器检测负载电流，可将主电路与控制电路完全隔离，且检测电路结构简单。但由于换相等原因，负载电流含有丰富的电流谐波，给电流检测、尤其是过零点检测带来了一定困难。lem传感器输出信号经滤波、整形后，会产生伪过零点，使控制系统出现误动作。由于晶闸管导通时其端电压为管压降，近似等于零，而阻断时端电压等于其所接交流电压(电网线电压或相电压)。同时检测变频器主电路中每一相上的六个晶闸管，如有一管导通说明此相有电流。如六管全关断则说明此相无电流，也就是电流过零点。这种方法直接检测零电流，不需要对电流波形进行整形，其输出信号完全对应着电流波形中的零电流，使检测电路更加准确、可靠。图4为零电流检测电路。
5 出现的问题及解决方法
交-交变频电路的输出电压是由若干段电网电压拼接而成的。当输出频率升高时，输出电压一个周期内电网电压的段数就减少，所含谐波分量就要增加。这种输出电压的波形畸变是限制输出频率提高的主要因数之一。所以最高输出频率不高于电网频率的1/3-1/2。但由于我们主要用于起动，一旦速度达到了1/3全速，可以控制相应的晶闸管，使它们切换到软起动，软起动方式仍由本装置实现。在软起动的作用下完成起动结束。因为此时电压相对较小，切换的过程中，不会有很大的冲击电流。
由于采用无环流控制方式，有换流死区，所以输出波形有一点畸变。可以采用快速的，比较好的零电流检测方法来减小死区时间。
6 结束语
传统起动方式将逐渐被可控硅软起动所取代，然而软起动却不能很好解决感应电机的重载起动，因而给出了一种实用的交-交变频起动方式来解决这个问题。由于目前采用交-交变频技术成本相对过高，同时由于国内的研究开发相对滞后，致使该技术还主要限于大型矿井的关键设备。但随着这一技术相对成本的不断降低，人们节能意识的不断深入，该技术在矿井中的应用必将迎来一个全新的时期，同时在应用范围上也将扩大，并有待开发和完善。
参考文献
[1] 电动机降压起动器的选择与分析 凌浩 2000.12 vol.20 p66
[2] 交流异步电动机的软起动与保护探讨 何友全 矿山机械 2000.5
[3] 陈伯时，陈敏逊， 交流调速系统，机械工业出版社，1997
交流电动机的应用范文第9篇
关键词:感应电机 软起动 交交变频
Abstract:some starting manners of motor are given and analyzed in this paper， soft
starting is introduced emphasizly. But how to solve over loading starting is purposed
and AC-AC variable frequency is given.
Keywords:inducing motor soft starting AC-AC variable frequency
1 引言
三相交流电动机从发明以来，经历了100多年的历程，在这漫长的岁月里，它为奠定与发展这项经典的传动技术树立了丰碑，。又由于其具有结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉，而广泛作用于电力拖动生产机械的动力，在机械、化工、纺织和石化等行业有大量的应用。然而，电动机的起动特性却一直举步维艰。这是因为电动机在恒压下直接起动，其起动电流约为额定电流的4-7倍，其转速要在很短时间内从零升至额定转速，会在起动过程中产生冲击，很容易使电力拖动对象的传动机构等造成严重磨损甚至损坏。在起动瞬间大电流的冲击下，将引起电网电压降低，影响到电网内其它设备的正常运行。同时由于电压降低，电动机本身起动也难以完成，造成电机堵转，严重时，可能烧坏电动机。因而如何减少异步电动机起动瞬间的大电流的冲击，是电动机运行中的首要问题。为此必须设法改善电动机的起动方法，使达到电动机的平滑无冲击的起动，于是各种限流起动方法也就应运而生。
2 传统的起动方法
2.1 定子串电抗器起动
对于鼠笼式异步电机一般采用定子回路串电抗器分级起动，绕线式异步电机则采用转子回路串电抗器起动。定子边串电抗器起动，即增加定子边电抗值，可理解为降低定子实际所加电压，其目的是减少起动电流。此起动方式属降压起动，缺点是起动转矩随定子电压的降低而成平方关系下降，外串电阻中有较大的功率损耗。又由于是分级起动，起动特性不平滑。
2.2 星-三角起动
起动时定子绕组星形连接，起动后三角形连接。在电动机绕组星形连接时，电动机电流仅为三角形连接的1/3，遗憾的是电动机的转矩也同样降低到三角形接线时的1/3，为了使电动机在额定转速时达到它的额定转矩，在经历了预先设定的时间后，又从星形接线转换到三角形接线，在转换过程中会出现二次冲击电流。
2.3 自耦变压器起动
当电动机起动时，电动机的定子通过自耦变压器接到三相电源上。当电机转速升高到一定值时，自耦变压器被切除，电动机定子直接接到电源上，电动机进入正常运行状态。同直接起动时相比，当电压降到W2/W1倍时，起动电流和起动转矩降到(W2/W1)2倍(W2/W1为自耦变压器的变比)。这种起动方式的优点是起动时定子电压的大小可调。比起定子串电抗起动，当限定的起动电流相同时，起动转矩损失较少。要使变压器的容量和耐压水平提高，将使得变压器的体积增大，成本高，且不允许频繁起动，同样也不能带重负载起动。
.4 频敏变阻器起动
对于绕线式异步电机来说，如果仅仅是为了限制起动电流、增大起动转矩，则一般采用转子回路串频敏变阻器起动方式。但此起动方式在频繁起动下，易发生温升，且结构复杂，不常用。
由此可知上述几种起动方式的共同特点是控制电路简单，起动转矩基本固定不可调，起动中都存在二次冲击电流，对负载机械有冲击转矩，且受电网电压波动的影响，一旦出现电网电压下降，会造成电机堵转，起动困难，且上述几种起动方法，在停机时都是瞬间停机，遇到负载较重时会造成剧烈的机械冲击。
3 软起动
所谓软起动是指装置输出电压按一定规律上升，使被控电动机的电压由零升到全电压，转速相应的由零平滑加速到额定转速的过程。它是电力电子技术与自动化控制技术的综合，是将强电和弱电结合起来的控制技术。在软起动器中三相电源与被控电机之间串入三相反并联晶闸管，采用反并联接线的晶闸管接在电动机的每相，利用晶闸管移相控制原理，控制其内部晶闸管的导通角，电动机起动时，用调节6个晶闸管的不完全导通来控制电动机的供电电源。换言之，起动时只有三相正弦波形的一部分向电动机供电。
软起动的优点是起动特性曲线好，使晶闸管的导通角从零度开始，逐渐前移，电机的端电压从零开始逐渐上升，直至达到额定电压，起动电流从零线性上升至设定值，从而满足起动转矩的要求，保证起成功。表1为软起动同传统起动对照表。
4 重载起动方式(交-交变频起动)
4.1 交-交变频工作原理
尽管软起动具有起动平滑，起动时间等参数可调的特性，具有传统起动方法无法比拟的优越性，是传统降压起动器的理想换代产品。但可控硅调压方式的软起动器控制感应电动机，在减小电压的同时，供电频率仍为工频，使得其功率因数低，无功功率增加，这决定了其只能应用于轻载场合，对于重载起动就勉为其难了。然而在很多场合下，不能保证负载为轻载起动，如球磨机、破碎机、空气压缩机、风机等，这就使得我们想在降低电压的同时，能够减小供电电压频率，即保持V/F不变，保证恒力矩起动，因而变频器变频起动无疑是最好的起动设备，但如果把变频器仅作起动，不调速，资金浪费很大，特别是高压大容量的通用变频器价格就更为昂贵，且感应电动机的重载起动只是短时间的过程，故寻求一种感应电机的重载安全起动方法是很有必要的。纵上述几种起动方式可得出采用交-交变频器来实现重载起动。因为交-交变频没有中间直流环节，仅用一次变换就实现了变频，所以效率较高，而且大功率交流电机调速系统所用的变频器也主要是交-交变频来完成的。
交-交变频的工作原理是让两组交流电路按一定频率交替工作，就可以给负载输出该频率的交流电。改变两组变流电路的切换频率，就可以改变输出频率;改变变流电路工作时的控制角α，就可以改变交流输出电压的幅值。
如果让α角不是固定值，在半个周期内让正组变流电路P的α角按正弦规律从900逐渐减小到00，然后在逐渐增大到900。那么，正组整流电路在每个控制间隔内的平均输出电压按正弦规律从零逐渐增至最大，在逐渐减小到零。在另外半个周期内，对负组变流器N进行同样的控制，就可以得到接近正弦波的输出电压。和可控硅整流电路(软起动)一样，交-交变频电路也属于电网换相。
4.2 整流与逆变工作状态
假设负载的功率因数角为Φ，即输出电流滞后输出电压Φ角。另外两组交流电路在工作时无环流工作方式，即一组交流电路工作时，将另一组变流电路的脉冲封锁。下图给出了一个周期内负载电压、电流波形。
从图3中可以看出，那组变流电路工作是由输出电流的方向决定的，与输出电压极性无关。变流电路是工作在整流状态还是逆变状态，则是由输出电压方向和输出电流方向的异同决定的。
4.3 输出正弦波电压的调制方法
使交-交变频电路的输出电压波形为正弦波的调制方法有多种，这里介绍广泛采用的余弦交点法。
晶闸管变流电路的输出电压为
(1)
式中，Ud0为α=0时的理想空载整流电压。对交-交变频电路来说，每次控制时α角是不同的，式(1)中的U0表示每次控制间隔内输出电压的平均值。
设要得到的正弦波输出电压为
(2)
则比较式(1)和式(2)可得(3)
(3)
式中γ称为输出电压比，
因此 (4)
上式就是用余弦交点法求变流电路α角的基本公式。
式(4)可以用模拟电路来实现，但线路复杂，且不易实现准确的控制，所以采用微机来实现上述运算。可把事先计算好的数据存入存储器中，运行时按照所存的数据进行实时控制。为了用计算机实现实时控制，必须具备三相低频信号、同步信号、零电流检测三个基本条件。
4.4 三相低频信号的产生原理
用计算机产生三相低频信号，必须首先将要产生的低频信号进行数字化。这不仅在幅值上数字化，在时间上也要数字化。在时间上，以一度为单位(分辨率已经足够)，将低频信号的一个周期分成360等份。根据需要的频率求出低频信号一度的时间，以次作为定时时间，这样每隔一度，便输出一次低频信号的对应值，每360循环一次，构成低频的周期。其它两相输出和上面一样，只是输出的对应数值不一样，正好相差120、240度。这样就构成了互差1200的低频信号。由于准梯形波具有较高的基波幅值，因此这里采用它作为低频参考信号，它是限幅的正弦波，当等于600时就已经到达了最大值。其目的是提高直流电压的利用率。
下面以准梯形波为例来说明三相低频信号实现的具体方法。
a. 建立一个准梯形波波形的表格，表格的大小为360个数据，这些数据分别以1度为间隔的准梯形波波形数据。表格存放在表首地址为TABLE的内存中，第一个数据为1度时对应的波形数据，最后一个为360度对应的波形数据。表格的数据是按比例得到的。
b. 设一计数指针COUN，初始化时，使COUN=0，并起动定时器。在定时时间到达之后，计数指针COUN增1，同时取出表中的数据(对应内存地址为TABLE+COUN)输出。当计数指针COUN=360时，使COUN复位为0，便完成了本周期的数据输出，为下一周期做准备。这样周而复始不断的取数输出，就产生了低频数字信号。
c. 其它两相低频信号分别滞后120、240度的同样波形，可以完全使用同样的表格。
d. 为了得到复值可变的低频信号，在低频数字信号输出之前，应乘以调制系数，调制系数的范围是0~1。
e. 1度对应的时间是由所需输出频率决定的，将其转换为定时时间常数后，存放于TIME的单元中，它就是控制交-交变频器输出频率的变量。
4.5 同步信号电路
采用微机定时方式进行交-交变频的移相控制时，需要给微机提供各晶闸管控制角起时定时时刻的方波信号，使移相控制装置向晶闸管发出的触发脉冲信号在电源电压的每个周期内均能重复出现。因此，这一方波信号的频率应与电源频率相同。所以，一般将此方波信号称为同步信号。此外，同步信号的另一作用是微机利用它的状态来进行判相定管，决定是某相的上管或下管工作与否。
取A相电压经同步变压器降压后，进入RC移相电路形成滞后30度的正弦电压，由三级管将正弦波形成方波，再经光电隔离、反相及输出电路，在输出端得到同步脉冲信号。
4.6 零电流检测电路
不论是电压型还是电流型控制的无环流交-交变频器，正反组变流器的换向都必须处于零电流状态，此时两组变流器的触发脉冲都被封锁。因此，实际的零电流一定要准确可靠的检测出来，这关系到换相的死区长短，以及换相的可靠性。
检测方法 检测负载电流的方法常用的有两种：LEM电流传感器和检测和晶闸管端电压法。用LEM电流传感器检测负载电流，可将主电路与控制电路完全隔离，且检测电路结构简单。但由于换相等原因，负载电流含有丰富的电流谐波，给电流检测、尤其是过零点检测带来了一定困难。LEM传感器输出信号经滤波、整形后，会产生伪过零点，使控制系统出现误动作。由于晶闸管导通时其端电压为管压降，近似等于零，而阻断时端电压等于其所接交流电压(电网线电压或相电压)。同时检测变频器主电路中每一相上的六个晶闸管，如有一管导通说明此相有电流。如六管全关断则说明此相无电流，也就是电流过零点。这种方法直接检测零电流，不需要对电流波形进行整形，其输出信号完全对应着电流波形中的零电流，使检测电路更加准确、可靠。图4为零电流检测电路。
5 出现的问题及解决方法
交-交变频电路的输出电压是由若干段电网电压拼接而成的。当输出频率升高时，输出电压一个周期内电网电压的段数就减少，所含谐波分量就要增加。这种输出电压的波形畸变是限制输出频率提高的主要因数之一。所以最高输出频率不高于电网频率的1/3-1/2。但由于我们主要用于起动，一旦速度达到了1/3全速，可以控制相应的晶闸管，使它们切换到软起动，软起动方式仍由本装置实现。在软起动的作用下完成起动结束。因为此时电压相对较小，切换的过程中，不会有很大的冲击电流。
由于采用无环流控制方式，有换流死区，所以输出波形有一点畸变。可以采用快速的，比较好的零电流检测方法来减小死区时间。
6 结束语
传统起动方式将逐渐被可控硅软起动所取代，然而软起动却不能很好解决感应电机的重载起动，因而给出了一种实用的交-交变频起动方式来解决这个问题。由于目前采用交-交变频技术成本相对过高，同时由于国内的研究开发相对滞后，致使该技术还主要限于大型矿井的关键设备。但随着这一技术相对成本的不断降低，人们节能意识的不断深入，该技术在矿井中的应用必将迎来一个全新的时期，同时在应用范围上也将扩大，并有待开发和完善。
参考文献
[1] 电动机降压起动器的选择与分析 凌浩 2000.12 vol.20 P66
[2] 交流异步电动机的软起动与保护探讨 何友全 矿山机械 2000.5
[3] 陈伯时，陈敏逊， 交流调速系统，机械工业出版社，1997
交流电动机的应用范文第10篇
关键词：交流电动机；变频调速；技术；原理；控制
中图分类号：G642.0文献标识码：B文章编号：1672-1578（2013）11-0017-01
近年来，随着能源日益减少，新型节电设备的不断更新和科学技术的飞跃发展，合理化的设计和节电设备的日益广泛应用，给人们工作和生活带来了更多的方便。
1.交流电动机调速系统的发展过程
1.1交流电动机励磁调速。早期用原动机来驱动一台发电机，而通过控制发电机的励磁来调节发电机的输出电压，借此来调节被驱动电机的转速和电机有功功率输出，还可以关闭和起动电机。
1.2电流电动机可控整流调速。随着科学技术不断发展，发明了通过晶闸管的导通时间来控制电压（可控整流技术）。首先是调速系统响应速度得到了很大提高，并且很好地解决了低速情况下的电流断续问题。可控硅调速是用改变可控硅导通角的方法来改变电动机端电压的波形，从而改变电动机端电压的有效值，达到调速的。
2.交流电动机的调速原理
转速公式：
式中各项因子如下：f：电源频率；p：电动机磁极对数；s：转差率。
通过式（1）可以看出，在理想状态下（即以不考虑各项因子之间的相互影响为前提条件），想要调节交流电动机的速度，可以由以下三种方式来实现：
1）变极调速方式，即通过改变电机定子绕组的极数来控制电动机速度。但此方式有一定的局限性，因为它无法实现平滑调速，故而在很多要求高控制精度的工业生产场合并不适用。
2）变转差率调速方式，采用此方式有一个前提条件，即电机中旋转磁场的同步转速恒定，此时通过调节转差率s也可实现对电动机的调速，此方式的缺点是能耗较大，且效率较低，是一种得不偿失的调速方式，因而较少使用。
3）变频调速，即本设计所采用的调速方式，此方式是通过调节供电电源频率来实现对电动机的调速，其效率和能耗明显优于上述两种调速方式。
3.系统硬件设计
该系统的硬件部分大体上可以分成以下几个模块所组成：主电路、系统保护电路、控制电路和扩展电路。下图给出了硬件设计的主体结构，可以看出，主电路由整流滤波电路和SPWM逆变电路两个部分组成。其工作原理是把输入的单相交流电压通过整流滤波电路变为平滑的直流电压，然后再通过逆变电路对该直流电压进行斩波，形成电压和频率均可调的三相交流电供电机使用。（如图1）
3.1SPWM逆变电路模块。逆变电路采用SPWM的优势在于可以降低输出电压的谐波，使其输出电流更加符合正弦波，其功率开关器件拟采用智能功率模块（IPM），此模块是以绝缘栅双极晶体管为核心的。SPWM逆变电路模块的工作原理是：通过通用定时器发生单元、比较单元以及输出逻辑来生成三相六路SPWM波，在通过六个复用的I/O引脚输出给逆变电路驱动交流电动机的运行。
3.2控制电路模块。控制电路模块包括的部件有：频率输入电路、DSP最小系统电路等。该设计采用TMS320LF2407A型号DSP。它的优点在于可以将实时处理能力和控制器外设功能集于一身，这就大大简化了电路设计方案，以及提高了控制系统的运算速度，为整个系统的效率提升提供了有力的支撑。DSP最小系统是DSP硬件设计中的最为核心的一个环节，它的好坏直接决定了整个系统适用性的高低。它主要包括：电源电路、时钟电路、复位电路、接口JTAG电路、扩展SRAM等。
4.交流电动机调速系统方案论证
4.1单片机调速。随着全球范围的数字化控制系统的发展，人们对数字化信息的依赖程度也越来越高。实现调速系统全数字化控制不仅能使交流调速系统与信息系统紧密结合，而且可以提高交流调速系统自身的功能。由于交流电机控制理论不断发展，控制策略和控制算法也日益复杂。扩展卡、滤波器、FFT、状态观测器、自适应控制、人工神经网络等均应用到了各种交流电机的矢量控制或直接转矩控制当中。因此，DSP芯片在全数字化的高性能交流调速系统中找到施展身手的舞台。在交流调速的全数字化的过程当中，各种总线也扮演了相当重要的角色。STD总线、工业PC总线、现场总线以及CAN总线等在交流调速系统的自动化应用领域起到了重要的作用。
4.2PWM调速。PWM控制是交流调速系统的控制核心，它可以完成任何控制算法的最终实现。
关于PWM控制方案已经在各领域有了多个版本的应用，尤其是微处理器技术应用在
PWM技术之后，总是不断有新的技术更新，从开始追求电压波形的正弦，到电流波形的正弦，再到磁通的正弦；从最初效率最大化、转矩脉动少到后来的以消除噪音为主攻课题，这些都是PWM控制技术的不断升级和完善。目前，越来越多的新方案不断地被提出和应用，说明这项技术的应用空间十分广泛。其中，空间矢量PWM技术以其电压利用率高、控制算法简单、电流谐波小等特点在交流调速系统中得到了越来越多的应用。V/f恒定、速度开环控制的通用变频调速系统和滑差频率速度闭环控制系统，基本上解决了异步电机平滑调速的问题。然而，当生产机械对调速系统的动静态性能提出更高要求时，上述系统还是比直流调速系统略逊一筹。原因在于，其系统控制的规律是从异步电机稳态等效电路和稳态转矩公式出发推导出稳态值控制，完全不考虑过渡过程，系统在稳定性、起动及低速时转矩动态响应等方面的性能尚不能令人满意。
异步电机是一个多变量、强耦合、非线性的时变参数系统，很难直接通过外加信号准确控制电磁转矩，但若以转子磁通这一旋转的空间矢量为参考坐标，利用从静止坐标系到旋转坐标系之间的变换，则可以把定子电流中励磁电流分量与转矩电流分量变成标量独立开来，进行分别控制。这样，通过坐标变换重建的电动机模型就可等效为一台直流电动机，从而可像直流电动机那样进行快速的转矩和磁通控制即矢量控制。
参考文献
[1]樊新军. 永磁交流电动机的控制系统方案研究[J]. 产业与科技论坛，2013，07：69-70.
交流电动机的应用范文第11篇
关键词：伺服电动机 单相异步电动机 性能比较
交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它与普通电动机相比，应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。目前应用较多的转子结构有两种形式：一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小转子的转动惯量，转子做得细长；另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子，杯壁很薄，仅0.2-0.3mm，为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置固定的内定子.空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，而且运转平稳，因此被广泛采用。
二、永磁交流伺服电动机
20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后，世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。
1、永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有：
⑴无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。
⑵定子绕组散热比较方便。
⑶惯量小，易于提高系统的快速性。
⑷适应于高速大力矩工作状态。
⑸同功率下有较小的体积和重量。
2、伺服电动机与单相异步电动机比较
交流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似，但前者的转子电阻比后者大得多，所以伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点：
（1）起动转矩大
由于转子电阻大，与普通异步电动机的转矩特性曲线相比，有明显的区别。它可使临界转差率S0>1，这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。
（2）运行范围较广
（3）无自转现象
正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。当伺服电动机失去控制电压后，它处于单相运行状态，由于转子电阻大，定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性（T1－S1、T2－S2曲线）以及合成转矩特性（T－S曲线）
交流伺服电动机运行平稳、噪音小。但控制特性是非线性，并且由于转子电阻大，损耗大，效率低，因此与同容量直流伺服电动机相比，体积大、重量重，所以只适用于0.5-100W的小功率控制系统。
性能比较
三、伺服电机与步进电机的性能比较
步进电机作为一种开环控制的系统，和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。
1、控制精度不同
两相混合式步进电机步距角一般为1.8°、0.9°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72°、0.36°。也有一些高性能的步进电机通过细分后步距角更小。如三洋公司生产的二相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。
交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以三洋全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2000线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/8000=0.045°。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=0.0027466°，是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。
2、低频特性不同
步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。
交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能，可检测出机械的共振点，便于系统调整。
3、矩频特性不同
步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。
4、过载能力不同
步进电机一般不具有过载能力,交流伺服电机具有较强的过载能力。以三洋交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的二到三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。
5、运行性能不同
步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。
交流电动机的应用范文第12篇
1、交流接触器的结构与参数
一般使用中要求交流接触器装置结构紧凑，使用方便，动静触头的磁吹装置良好，灭弧效果好，最好达到零飞弧，温升小。按照灭弧方式分为空气式和真空式，按照操动方式分为电磁式、气动式和电磁气动式。
接触器额定电压参数分为高压和低压，低压一般为380V，500V，660V，1140V等。
电流按型式分为交流、直流。电流参数有额定工作电流、约定发热电流、接通电流及分断电流、辅助触头的约定发热电流及接触器的短时耐受电流等。一般接触器型号参数给出的是约定发热电流，约定发热电流对应的额定工作电流有好几个。比如CJ20-63，主触头的额定工作电流分为63A，40A，型号参数中63指的是约定发热电流，它和接触器的外壳绝缘结构有关，而额定工作电流和选定的负载电流、电压等级有关。
交流接触器线圈按照电压分为36、127、220、380V等。接触器的极数分为2、3、4、5极等。辅助触头根据常开常闭各有几对，根据控制需要选择。
其他参数还有接通、分断次数、机械寿命、电寿命、最大允许操作频率、最大允许接线线径以及外形尺寸和安装尺寸等。接触器的分类见表1
表1常用接触器类型
使用类别代号适用典型负载举例典型设备
AC－1无感或微感负载，电阻性负载电阻炉，加热器等
AC－2绕线式感应电动机的启动、分断起重机，压缩机，提升机等
AC－3笼型感应电动机的启动、分断风机，泵等
AC－4笼型感应电动机的启动、反接制动或密接通断电动机风机，泵，机床等
AC－5a放电灯的通断高压气体放电灯如汞灯、卤素灯等
AC－5b白炽灯的通断白炽灯
AC－6a变压器的通断电焊机
AC－6b电容器的通断电容器
AC－7a家用电器和类似用途的低感负载微波炉、烘手机等
AC－7b家用的电动机负载电冰箱、洗衣机等电源通断
AC－8a具有手动复位过载脱扣器的密封制冷压缩机的电动机压缩机
AC－8b具有手动复位过载脱扣器的密封制冷压缩机的电动机压缩机
2、交流接触器的选用原则
接触器作为通断负载电源的设备，接触器的选用应按满足被控制设备的要求进行，除额定工作电压与被控设备的额定工作电压相同外，被控设备的负载功率、使用类别、控制方式、操作频率、工作寿命、安装方式、安装尺寸以及经济性是选择的依据。选用原则如下：
（1）交流接触器的电压等级要和负载相同，选用的接触器类型要和负载相适应。
（2）负载的计算电流要符合接触器的容量等级，即计算电流小于等于接触器的额定工作电流。接触器的接通电流大于负载的启动电流，分断电流大于负载运行时分断需要电流，负载的计算电流要考虑实际工作环境和工况，对于启动时间长的负载，半小时峰值电流不能超过约定发热电流。
（3）按短时的动、热稳定校验。线路的三相短路电流不应超过接触器允许的动、热稳定电流，当使用接触器断开短路电流时，还应校验接触器的分断能力。
（4）接触器吸引线圈的额定电压、电流及辅助触头的数量、电流容量应满足控制回路接线要求。要考虑接在接触器控制回路的线路长度，一般推荐的操作电压值，接触器要能够在85～110％的额定电压值下工作。如果线路过长，由于电压降太大，接触器线圈对合闸指令有可能不起反映；由于线路电容太大，可能对跳闸指令不起作用。
（5）根据操作次数校验接触器所允许的操作频率。如果操作频率超过规定值，额定电流应该加大一倍。
（6）短路保护元件参数应该和接触器参数配合选用。选用时可参见样本手册，样本手册一般给出的是接触器和熔断器的配合表。
接触器和空气断路器的配合要根据空气断路器的过载系数和短路保护电流系数来决定。接触器的约定发热电流应小于空气断路器的过载电流，接触器的接通、断开电流应小于断路器的短路保护电流，这样断路器才能保护接触器。实际中接触器在一个电压等级下约定发热电流和额定工作电流比值在1～1.38之间，而断路器的反时限过载系数参数比较多，不同类型断路器不一样，所以两者间配合很难有一个标准，不能形成配合表，需要实际核算。
（7）接触器和其它元器件的安装距离要符合相关国标、规范，要考虑维修和走线距离。
3、不同负载下交流接触器的选用
为了使接触器不会发生触头粘连烧蚀，延长接触器寿命，接触器要躲过负载启动最大电流，还要考虑到启动时间的长短等不利因数，因此要对接触器通断运行的负载进行分析，根据负载电气特点和此电力系统的实际情况，对不同的负载启停电流进行计算校合。
3.1控制电热设备用交流接触器的选用
这类设备有电阻炉、调温设备等，其电热元件负载中用的绕线电阻元件，接通电流可达额定电流的1.4倍，如果考虑到电源电压升高等，电流还会变大。此类负载的电流波动范围很小，按使用类别属于AC-1，操作也不频繁，选用接触器时只要按照接触器的额定工作电流Ith等于或大于电热设备的工作电流1.2倍即可。
3.2控制照明设备用的接触器的选用
照明设备的种类很多，不同类型的照明设备、启动电流和启动时间也不一样。此类负载使用类别为AC-5a或AC-5b.如果启动时间很短，可选择其发热电流Ith等于照明设备工作电流1.1倍。启动时间较长以及功率因数较低，可选择其发热电流Ith比照明设备工作电流大一些。表2为不同照明设备用接触器选用原则。
3.3控制电焊变压器用接触器的选用
当接通低压变压器负载时，变压器因为二次侧的电极短路而出现短时的陡峭大电流，在一次侧出现较大电流，可达额定电流的15～20倍，它与变压器的绕组布置及铁心特性有关。当电焊机频繁地产生突发性的强电流，从而使变压器的初级侧的开关承受巨大的应力和电流，所以必须按照变压器的额定功率下电极短路时一次侧的短路电流及焊接频率来选择接触器，即接通电流大于二次侧短路时一次侧电流。此类负载使用类别为AC-6a.
3.4电动机用接触器的选用
电动机用接触器根据电动机使用情况及电动机类别可分别选用AC-2～4，对于启动电流在6倍额定电流，分断电流为额定电流下可选用AC-3，如风机水泵等，可采用查表法及选用曲线法，根据样本及手册选用，不用再计算。
绕线式电动机接通电流及分断电流都是2.5倍额定电流，一般启动时在转子中串入电阻以限制启动电流，增加启动转矩，使用类别AC-2，可选用转动式接触器。
当电动机处于点动、需反向运转及制动时，接通电流为6Ie，使用类别为AC-4，它比AC-3严酷的多。可根据使用类别AC-4下列出电流大小计算电动机的功率。公式如下：
Pe=3UeIeCOS￠η,
Ue：电动机额定电流，Ie：电动机额定电压，COS￠：功率因数，η：电动机效率。
如果允许触头寿命短，AC-4电流可适当加大，在很低的通断频率下改为AC-3类。
根据电动机保护配合的要求，堵转电流以下电流应该由控制电器接通和分断。大多数Y系列电动机的堵转电流≤7Ie，因此选择接触器时要考虑分、合堵转电流。规范规定：电动机运行在AC-3下，接触器额定电流不大于630A时，接触器应当能承受8倍额定电流至少10秒。
对于一般设备用电动机，工作电流小于额定电流，启动电流虽然达到额定电流的4～7倍，但时间短，对接触器的触头损伤不大，接触器在设计时已考虑此因数，一般选用触头容量大于电动机额定容量的1.25倍即可。对于在特殊情况下工作的电动机要根据实际工况考虑。如电动葫芦属于冲击性负载，重载启停频繁，反接制动等，所以计算工作电流要乘以相应倍数，由于重载启停频繁，选用4倍电动机额定电流，通常重载下反接制动电流为启动电流2倍，所以对于此工况要选用8倍额定电流。
3.5电容器用接触器选用
电容器接通时电容器产生瞬态充电过程，出现很大的合闸涌流，同时伴随着很高的电流频率振荡，此电流由电网电压、电容器的容量和电路中的电抗决定（即与此馈电变压器和连接导线有关），因此触头闭合过程中可能烧蚀严重，应当按计算出的电容器电路中最大稳态电流和实际电力系统中接通时可能产生的最大涌流峰值进行选择，这样才能保证正确安全的操作使用。
选用普通型交流接触器要考虑接通电容器组时的涌流倍数、电网容量、变压器、回路及开关设备的阻抗、并联电容器组放电状态以及合闸相角等，一般达到50至100额定电流，计算时比较烦琐，可以参见文献1.
如果电容器组没有放电装置，可选用带强制泄放电阻电路的专用接触器，如ABB公司的B25C、B275C系列。国产的CJ19系列切换电容器接触器专为电容器而设计，也采用了串联电阻抑制涌流的措施。
选用时参见样本，而且还要考虑无功补偿装置标准中的规定。电容器投入瞬间产生的涌流峰值应限制在电容器组额定电流的20倍以下（JB7113－1993低压并联电容器装置规定）；还应考虑最大稳态电流下电容器运行，电容器组运行时的谐波电压加上高达1.1倍额定工作时的工频过电压，会产生较大的电流。电容器组电路中的设备器件应能在额定频率、额定正弦电压所产生的均方根值不超过1.3倍额定电流下连续运行，由于实际电容器的电容值可能达到额定电容值1.1倍，故此电流可达1.43倍额定电流，因此选择接触器的额定发热电流应不小于此最大稳态电流。
4、有特殊要求情况下交流接触器的选用
4.1、防晃电型交流接触器
电力系统由于雷击、短路后重合闸以及单相人为短时故障接地后自动恢复等原因使供电系统晃电，晃电时间一般在几秒以下。
在有连续性生产要求的情况下，工艺上不允许设备在电源短时中断（晃电）就造成设备跳闸停电，可以采用新型电控设备：FS系列防晃电交流接触器。
FS系列防晃电接触器不依赖辅助工作电源，不依赖辅助机械装置，具有体积小、可靠性高，它采用强力吸合装置，双绕组线圈，接触器在吸合释放时无有害抖动，避免了电网失压时触头抖动引起的燃弧熔焊，因此减少了触头磨损。接触器线圈带有储能机构，当晃电发生时，接触器线圈延迟释放，其辅助触点延迟发出断开的控制信号，由此躲开晃电时间，晃电时间由负载性质和断电长短决定，接触器延时时间可调。
4.2、节能型交流接触器
交流接触器的节电是指采用各种节电技术来降低操作电磁系统吸持时所消耗的有功、无功功率。交流接触器的操作电磁系统一般采用交流控制电源，我国现有63A以上交流接触器，在吸持时所消耗的有功功率在数十瓦至几百瓦之间，无功功率在数十乏至几百乏之间，一般所耗有功功率铁芯约占65～75％，短路环约占25～30％，线圈约占3～5％，所以可以将交流吸持电流改为直流吸持，或者采用机械结构吸持、限电流吸持等方法，可以节省铁芯及短路环中所占的大部分功率损耗，还可消除、降低噪声，改善环境。
根据原理一般分为三大类：节电器、节点线圈、节电型交流接触器。
电磁系统采用节电装置，使电磁无噪声及温升低，并解决了使用节电装置有释放延时的缺点，如国产的CJ40系列。
4.3带有附加功能的交流接触器
电子技术的应用可以很方便的在接触器中增添主电路保护功能，如欠、过电压保护，断相保护、漏电保护等。电动机烧毁事故中，接触器一相接触不良的占11％，所以选择带有断相保护的断路器、接触器等电气器件也是十分必要的。
接触器加辅助模块可以满足一些特殊要求。加机械连锁可以构成可逆接触器，实现电动机正反可逆旋转，或者两个接触器加机械连锁实现主电路电气互锁，可用于变频器的变频/工频切换；加气延时头和辅助触头组可以实现电动机星－三角启动；加空气延时头可以构成延时接触器。
可以选用交流接触器的电磁线圈做电动机的低电压保护，其控制回路宜由电动机主回路供电，如由其他电源供电，则主回路失压时，应自动断开控制电源。
5、交流接触器的安装
交流接触器的吸合、断开时振动比较大，在安装时尽量不要和振动要求比较严格的电气设备安装在一个柜子里，否则要采用防震措施，一般尽量安装在柜子下部。交流接触器的安装环境要符合产品要求，安装尺寸应该符合电气安全距离、接线规程，而且要检修方便。
交流电动机的应用范文第13篇
（上海飞机设计研究院，中国 上海 201210）
【摘 要】主要对民用飞机变频交流与高压直流两种新体制电源系统的技术特点进行了研究比较，最后结合我国大型客机的发展提出了一些看法。
关键词 变频交流；高压直流；供电体制
1 航空电源系统供电体制发展历史概要
航空电源系统由供电系统和配电系统组成。供电系统分为主电源、二次电源、应急电源、辅助电源、备份电源。配电系统有常规配电系统、遥控配电系统、自动配电系统。
从电源系统供电体制来看，经历了从28V低压直流电源系统、115/200V变频交流电源系统、400Hz恒频交流电源系统，到270V高压直流电源系统，以及混合电源系统的发展过程。[1]
2 变频交流与高压直流两种体制电源系统的技术特点
2.1 变频交流电源系统的技术特点
变频交流供电系统主要技术特点如下：
1）变频交流电源系统具有结构简单、能量转换效率高、功率密度高等优点
变频交流电源系统由交流发电机和控制器构成，系统只有一次变换过程，交流发电机直接由发动机附件传动机匣驱动，没有恒速传动装置和二次变换装置，结构简单，重量轻、体积小、功率密度高，可靠性高、费用低，能量转换效率高，易于构成起动发电系统。因此单从电源系统本身来讲而不考虑配电系统、用电设备和发动机起动等因素，在各种电源系统方案中，变频交流发电系统具有结构最简单、可靠性最高、效率最高、费用最低等优点，而且具有较小的重量和体积。
2）变频交流供电系统的配电系统复杂，不利于系统的综合设计
由于交流发电机直接由发动机附件传动机匣驱动，其转速随着发动机的转速而变化，频率变化范围较大，一般约为2:1左右。为满足飞机各种不同用电负载的需要，二次电源变换形式较多，造成飞机配电系统十分复杂。例如Boeing787飞机配电系统就采用了230VAC、115VAC、28VDC和±270VDC四种供电体制向机上电用负载供电，除230VAC变频交流电外，其它三种体制的电源均需二次电源变换装置得到。为此，机上装了两台自耦变压器（ATU），用于将230VAC交流电变换为115VAC交流电，每台额定功率为90kVA；四台变压整流器（TRU），用于将230VAC交流电变换为28VDC直流电，每台额定电流为240A；四台自耦变压整流器（ATRU），用于将230VAC交流电变换为270VDC直流电，每台额定功率为150kW。飞机配电系统十分复杂，各类大功率的二次电源变换装置具有独立的结构、独立的散热系统，这对于系统的综合设计（包括结构设计、热设计和能量综合设计等）及飞机的综合控制与管理是不利的。
3）变频交流供电系统因频率变化大给用电负载带来不利影响
变频交流虽然提高了发电系统的可靠性和能量转换效率，但对飞机用电设备带来了不利影响。对于飞机上大多数航空电子设备和系统控制组件，一般都使用低压直流电源，利用变压整流器将变频交流电变换成28V直流电。由于变压整流器中唯一对频率敏感的元件是变压器，所以在设计变压整流器时必须避免变压器在最低工作频率出现饱和。一般地，最低频率为328Hz的100A变压整流器要比一个400Hz频率的同类变压整流器重10%。
对于交流用电设备，分为对频率敏感的用电设备和对频率不敏感的用电设备。对频率不敏感的用电设备，如设备加热负载，可直接由变频交流直接供电；对频率敏感的用电设备，又分为不能直接使用变频电源的用电设备和可以使用变频交流的用电设备。对于不能直接使用变频电源的航空电子设备和系统控制组件等交流用电设备，可由静止变流器提供400Hz恒频电源；而对于交流电动机负载，目前飞机上使用的主要是感应电动机，虽然可以采用变频交流电，但必须通过改进设计，以适应频率变化范围大的特点，为此将使交流电动机的重量和体积比恒频交流时有所增加。在328Hz的最小频率上，电动机的重量体积将大约比使用400Hz恒频电源的大15%左右。
2.2 高压直流供电系统主要技术特点
270V高压直流电源系统具有以下特点：
1）270V高压直流电源系统具有结构简单、能量转换效率高、功率密度高等优点
270V直流电源系统由发电机和控制器构成，没有恒速传动装置，结构简单，能量转换效率高。30/40kVA恒速恒频交流电源效率在68%左右，喷油冷却变速恒频电源效率为77%，循油冷却变速恒频电源效率为79%，高压直流电源的效率在85%以上。按输出40kW计算，恒速恒频电源的损耗为18.5kW，变速恒频电源的损耗为12kW，高压直流电源的损耗为7kW。可见，在与40kVA恒速恒频电源损耗相同的情况下，高压直流电源功率可达100kW。高压直流电源为飞机电源容量的进一步增大创造了条件。
270V直流电源中的变换器有两种，直流变换器和直交变换器。直流变换器将270V直流电转变为28V直流电，与恒频交流电源中的变压整流器（将115V、400Hz三相交流电转变为28V直流电）的作用相当，但前者效率在90%以上，后者效率约为80%[2]，且后者在功率密度和电能质量方面均较差。直交变换器将270V直流电转变为115V、400Hz三相交流电，类似于28V直流电源中的静止变流器，但前者效率更高。
无刷直流发电机具有优良的可逆性，易于构成起动发电系统，可取消专用的航空发动机起动机，进一步减轻了系统的重量。
高压直流电气系统中的电动机和发电机不受工作频率的制约，不仅可在任意转速或变速情况下工作，而且可实现结构优化，进一步减小体积重量。
另一方面，高压直流电气系统中的发电机不一定必须用电磁式同步发电机，它的电动机也不一定必须用异步机，可以选用结构简单的（特别是转子结构简单），性能优良的电机，为航空电机的进一步发展创造了条件，而航空电机的发展反过来又促进了高压直流电气系统的发展。
2）270V高压直流电源系统具有冗余和容错能力，可靠性高
270V高压直流电源系统是一个分布式电源系统，分布式电源系统的基本特点是冗余配置和容错能力，有高的工作可靠性。分布式电源系统根据飞机的不同要求，可以实现多次电源故障后仍能可靠供电的能力。比如在经受一次故障时仍能向全部飞机用电设备供电；在发生两次故障后仍能向所有关键负载和任务负载供电，在发生三次故障后仍能向所有关键飞行负载供电。这些故障可以发生在同一供电通道的不同部件上，也可发生在不同通道的同一部件上，或以上两种方式的组合形式。
3）270V高压直流供电系统具有不中断供电的特性
低压直流和交流供电系统的配电器件为自动保护开关或称断路器，它和熔断器一样是一种热保护器，当它所保护的部分网络发生短路故障时，大的短路电流使其发热，当温度达到一定值后自动保护开关或称断路器动作，切除短路部分。其动作时间取决于短路情况，短路电流越大，动作越快。短路故障不仅伴随着电流的加大，还有可能使电网电压急剧下降，导致供电中断。固态功率控制器（SSPC）是固态器件，它的响应速度为微秒级，在其保护范围内发生短路故障时，可迅速切除短路部分，防止整个电网电压的下降。直流电源都通过反流保护二极管接到汇流条，电源和它的馈电线故障被反流保护二极管隔离，不会导致汇流条电压的变化。由此可见，SSPC和反流保护二极管的应用是直流电源实现不中断供电的基础。同时，蓄电池可方便地和直流汇流条连接，提高不中断供电能力。
4）270V高压直流供电系统电网重量轻、用电设备端电能质量高
270V高压直流电源是分布式电源系统，也是分布式布局的结构，二次电源在配电中心附近，甚至和配电中心组合在一个结构内，因此馈电线都是270V线路，仅从配电中心到用电设备的配电线才有270VDC，115VAC和27VDC三种，但它们的长度都较短。在传输相同功率时，270V直流馈电线要比115V交流轻得多。又因多路传输的应用，大量信号线和控制线由总线替代，故270V直流电网重量显著减轻。又因配电线短，用电设备端电能质量提高，可有效减轻设备内部电源的重量。
5）270V高压直流供电系统对非线性负载适应能力强
在早期的28V直流供电系统中，用电负载多数为线性负载，如旋转变流机，直流电动机，电气照明（白炽灯）、加温和防冰设备等，其运行特性都相当于电阻负载，即负载端输入电压高则负载电流大，负载的变化不会反过来影响供电系统的运行。
航空电子设备和电力电子装置是非线性负载。无刷直流电动机、二次电源、大功率电子设备是恒功率负载，对270V直流发电系统来讲，发电机输出电压的升高不是使负载电流增加，而是减小，即输入功率是不随供电电压的变化而变化的。
无刷直流电动机不仅具有恒功率的特性，而且具有双向能量传递特性。机电作动机构使舵面正向偏转时，空气动力阻力使电机电动工作运行。舵面反向转动时则为制动工作运行，再生制动时能量从电机返回电源。
三相直交型二次电源在不对称负载下工作，或者对于单相直交型二次电源，一方面具有能量回馈特性，另一方面又是一个时变负载，400Hz逆变电源，时变负载的变化周期为800Hz，50Hz逆变电源功率变化周期为100Hz。
某些航空电子设备对电源来说具有脉冲特性，是脉冲负载。
以上几种非线性负载对电源特性的影响是不可忽视的，据国外统计，在未来飞机上，这类负载消耗功率约占电源输出功率的80%左右。非线性用电设备的增加，使电力系统的稳定性问题更加突出，用电设备对电源的影响非常明显，交流电力系统适应性较差，而直流电力系统有较强的适应能力。
6）270V高压直流更加适应于飞机机电综合设计的发展要求
高压直流机电作动机构或电液作动机构的发展，为取代目前飞机广泛使用的液压作动系统创造了条件，从而为飞机机电系统的综合及二次能源的统一奠定了基础，为构建多电飞机甚至全电飞机提供了必要的条件。
3 两种体制电源系统的分析比较
下面就高压直流供电系统与变频交流供电系统的优、缺点做一简要的比较。
3.1 飞机电气系统采用直流供电体制，在以下几个方面优于变频交流供电体制
1）电力线不存在电抗压降；
2）直流配电也不存在趋肤效应；
3）直流配电系统时功率因数为1；
4）飞机机身可以作为全部电缆的回线；
5）直流电的电晕起始电压比交流的高；
6）在同样电压值时，从人身安全来讲直流电比交流电更安全；
7）直流发电机并联容易；
8）直流电源系统易实现不中断供电。
3.2 高压直流配电也存在一些缺点：
1）直流电更难断开。同样容量时，常规的直流断路器比交流断路器要大。
2）直流电压稍比交流电压难以隔离。
但是，随高压直流的电流控制技术尤其是固态配电技术的不断发展和SSPC控制器件/装置的不断进步，高压直流配电比交流配电具有明显的优越性。
高压直流发电系统的可选方案包括线绕转子式发电机方案、电励磁双凸极发电机方案、开关磁阻发电机方案和异步发电机方案等。前两种方案是将交流发电机的输出利用全桥整流电路整流以提供直流电，第三种和第四种方案是开关磁阻电机或异步电机与可控功率变换器一起工作并由可控功率变换器输出直流电。由三相或六相交流发电机供电的全桥整流电路或可控功率变换器功率器件和交流发电机构成一个整体，半导体功率器件装在散热片上并置于发电机的冷却油中，两者可以有效地共用一个散热系统，可实现综合设计的目的。
4 总结
从目前先进飞机看，无论是先进战斗机，还是先进的大型民用飞机，由于对飞机电源系统的容量需求都比较大，出于飞机对电源系统自身及配电系统的重量、效率等方面的限制，变频交流电源和高压直流电源为优先选择的供电体制。
但是高压直流电源系统的配电系统复杂、不成熟，也是不争的事实。变频交流电源系统继承了恒频交流电源系统的特性，成熟性高。所以，在中国的大型客机的方案中，是可以采用变频交流电源系统的。
参考文献
［1］周增幅，等.飞机电源系统发展趋势[C]// 中国航空学会航空电气工程第七届学术年会论文集.2007，8.
交流电动机的应用范文第14篇
论文摘要：交流电动机固有的优点是：结构简单，造价低，坚固耐用，事故率低，容易维护；但它的最大缺点在于调速困难，简单调速方案的性能指标不佳，这只能够依靠交流调速理论的突破和调速装置的完善来解决。本文论述了交流调速传动的现状和 发展
交流传动系统之所以发展得如此迅速，和一些关键性技术的突破性进展有关。它们是功率半导体器件（包括半控型和全控型）的制造技术、基于电力 电子 电路的电力变换技术、交流电动机控制技术以及微型 计算 机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术。为了进一步提高交流传动系统的性能，国内外有关研究工作正围绕以下几个方面展开：
1 采用新型功率半导体器件和脉宽调制（pwm）技术
功率半导体器件的不断进步，尤其是新型可关断器件，如bjt（双极型晶体管）、mosfet（金属氧化硅场效应管）、igbt（绝缘栅双极型晶体管）的实用化，使得开关高频化的pwm技术成为可能。目前功率半导体器件正向高压、大功率、高频化、集成化和智能化方向发展。典型的电力电子变频装置有电压型交-直-交变频器、电流型交-直-交变频器和交-交变频器三种。电流型交-直-交变频器的中间直流环节采用大电感作储能元件，无功功率将由大电感来缓冲，它的一个突出优点是当电动机处于制动（发电）状态时，只需改变网侧可控整流器的输出电压极性即可使回馈到直流侧的再生电能方便地回馈到交流电网，构成的调速系统具有四象限运行能力，可用于频繁加减速等对动态性能有要求的单机应用场合，在大容量风机、泵类节能调速中也有应用。电压型交-直-交变频器的中间直流环节采用大电容作储能元件，无功功率将由大电容来缓冲。对于负载电动机而言，电压型变频器相当于一个交流电压源，在不超过容量限度的情况下，可以驱动多台电动机并联运行。电压型pwm变频器在中小功率电力传动系统中占有主导地位。但电压型变频器的缺点在于电动机处于制动（发电）状态时，回馈到直流侧的再生电能难以回馈给交流电网，要实现这部分能量的回馈，网侧不能采用不可控的二极管整流器或一般的可控整流器，必须采用可逆变流器，如采用两套可控整流器反并联、采用pwm 控制方式的自换相变流器（“斩控式整流器”或 “pwm整流器”）。网侧变流器采用pwm控制的变频器称为“双pwm控制变频器”，这种再生能量回馈式高性能变频器具有直流输出电压连续可调，输入电流（网侧电流）波形基本为正弦，功率因数保持为1并且能量可以双向流动的特点，代表一个新的技术发展动向，但成本问题限制了它的发展速度。通常的交-交变频器都有输入谐波电流大、输入功率因数低的缺点，只能用于低速（低频）大容量调速传动。为此，矩阵式交-交变频器应运而生。矩阵式交-交变频器功率密度大，而且没中间直流环节，省去了笨重而昂贵的储能元件，为实现输入功率因数为1、输入电流为正弦和四象限运行开辟了新的途径。
随着电压型pwm变频器在高性能的交流传动系统中应用日趋广泛，pwm技术的研究越来越深入。pwm利用功率半导体器件的高频开通和关断，把直流电压变成按一定宽度 规律 变化的电压脉冲序列，以实现变频、变压并有效地控制和消除谐波。pwm技术可分为三大类：正弦pwm、优化pwm及随机pwm。正弦pwm包括以电压、电流和磁通的正弦为目标的各种pwm方案。正弦pwm一般随着功率器件开关频率的提高会得到很好的性能，因此在中小功率交流传动系统中被广泛采用。但对于大容量的电力变换装置来说，太高的开关频率会导致大的开关损耗，而且大功率器件如gto的开关频率目前还不能做得很高，在这种情况下，优化pwm技术正好符合装置的需要。特定谐波消除法（selected harmonic elimination pwm——she pwm）、效率最优pwm和转矩脉动最小pwm都属于优化pwm技术的范畴。普通pwm变频器的输出电流中往往含有较大的和功率器件开关频率相关的谐波成分，谐波电流引起的脉动转矩作用在电动机上，会使电动机定子产生振动而发出电磁噪声，其强度和频率范围取决于脉动转矩的大小和交变频率。如果电磁噪声处于人耳的敏感频率范围，将会使人的听觉受到损害。一些幅度较大的中频谐波电流还容易引起电动机的机械共振，导致系统的稳定性降低。为了解决以上问题，一种方法是提高功率器件的开关频率，但这种方法会使得开关损耗增加；另一种方法就是随机地改变功率器件的导通位置和开关频率，使变频器输出电压的谐波成分均匀地分布在较宽的频带范围内，从而抑制某些幅值较大的谐波成分，以达到抑制电磁噪声和机械共振的目的，这就是随机pwm 技术。
2应用矢量控制技术、直接转矩控制技术及 现代 控制理论
交流传动系统中的交流电动机是一个多变量、非线性、强耦合、时变的被控对象，vvvf控制是从电动机稳态方程出发研究其控制特性，动态控制效果很不理想。20世纪70年代初提出用矢量变换的方法来研究交流电动机的动态控制过程，不但要控制各变量的幅值，同时还要控制其相位，以实现交流电动机磁通和转矩的解耦，促使了高性能交流传动系统逐步走向实用化。目前高动态性能的矢量控制变频器已经成功地应用在轧机主传动、电力机车牵引系统和数控机床中。此外，为了解决系统复杂性和控制精度之间的矛盾，又提出了一些新的控制方法，如直接转矩控制、电压定向控制等。尤其随着微处理器控制技术的 发展 ，现代控制理论中的各种控制方法也得到应用，如二次型性能指标的最优控制和双位模拟调节器控制可提高系统的动态性能，滑模（sliding mode）变结构控制可增强系统的鲁棒性，状态观测器和卡尔曼滤波器可以获得无法实测的状态信息，自适应控制则能全面地提高系统的性能。另外，智能控制技术如模糊控制、神经元 网络 控制等也开始应用于交流调速传动系统中，以提高控制的精度和鲁棒性。
3广泛应用微 电子 技术
随着微电子技术的发展，数字式控制处理芯片的运算能力和可靠性得到很大提高，这使得全数字化控制系统取代以前的模拟器件控制系统成为可能。目前适于交流传动系统的微处理器有单片机、数字信号处理器（digital signal processor--dsp）、专用集成电路（application specific integrated circuit--asic）等。其中，高性能的 计算 机结构形式采用超高速缓冲储存器、多总线结构、流水线结构和多处理器结构等。核心控制算法的实时完成、功率器件驱动信号的产生以及系统的监控、保护功能都可以通过微处理器实现，为交流传动系统的控制提供很大的灵活性，且控制器的硬件电路标准化程度高，成本低，使得微处理器组成全数字化控制系统达到了较高的性能价格比。
4开发新型电动机和无机械传感器技术
交流电动机的应用范文第15篇
论文摘要：交流电动机固有的优点是：结构简单，造价低，坚固耐用，事故率低，容易维护；但它的最大缺点在于调速困难，简单调速方案的性能指标不佳，这只能够依靠交流调速理论的突破和调速装置的完善来解决。本文论述了交流调速传动的现状和 发展
交流传动系统之所以发展得如此迅速，和一些关键性技术的突破性进展有关。它们是功率半导体器件（包括半控型和全控型）的制造技术、基于电力 电子 电路的电力变换技术、交流电动机控制技术以及微型 计算 机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术。为了进一步提高交流传动系统的性能，国内外有关研究工作正围绕以下几个方面展开：
1采用新型功率半导体器件和脉宽调制（pwm）技术
功率半导体器件的不断进步，尤其是新型可关断器件，如bjt（双极型晶体管）、mosfet（金属氧化硅场效应管）、igbt（绝缘栅双极型晶体管）的实用化，使得开关高频化的pwm技术成为可能。目前功率半导体器件正向高压、大功率、高频化、集成化和智能化方向发展。典型的电力电子变频装置有电压型交-直-交变频器、电流型交-直-交变频器和交-交变频器三种。电流型交-直-交变频器的中间直流环节采用大电感作储能元件，无功功率将由大电感来缓冲，它的一个突出优点是当电动机处于制动（发电）状态时，只需改变网侧可控整流器的输出电压极性即可使回馈到直流侧的再生电能方便地回馈到交流电网，构成的调速系统具有四象限运行能力，可用于频繁加减速等对动态性能有要求的单机应用场合，在大容量风机、泵类节能调速中也有应用。wWW.133229.CoM电压型交-直-交变频器的中间直流环节采用大电容作储能元件，无功功率将由大电容来缓冲。对于负载电动机而言，电压型变频器相当于一个交流电压源，在不超过容量限度的情况下，可以驱动多台电动机并联运行。电压型pwm变频器在中小功率电力传动系统中占有主导地位。但电压型变频器的缺点在于电动机处于制动（发电）状态时，回馈到直流侧的再生电能难以回馈给交流电网，要实现这部分能量的回馈，网侧不能采用不可控的二极管整流器或一般的可控整流器，必须采用可逆变流器，如采用两套可控整流器反并联、采用pwm控制方式的自换相变流器（“斩控式整流器”或“pwm整流器”）。网侧变流器采用pwm控制的变频器称为“双pwm控制变频器”，这种再生能量回馈式高性能变频器具有直流输出电压连续可调，输入电流（网侧电流）波形基本为正弦，功率因数保持为1并且能量可以双向流动的特点，代表一个新的技术发展动向，但成本问题限制了它的发展速度。通常的交-交变频器都有输入谐波电流大、输入功率因数低的缺点，只能用于低速（低频）大容量调速传动。为此，矩阵式交-交变频器应运而生。矩阵式交-交变频器功率密度大，而且没中间直流环节，省去了笨重而昂贵的储能元件，为实现输入功率因数为1、输入电流为正弦和四象限运行开辟了新的途径。
随着电压型pwm变频器在高性能的交流传动系统中应用日趋广泛，pwm技术的研究越来越深入。pwm利用功率半导体器件的高频开通和关断，把直流电压变成按一定宽度 规律 变化的电压脉冲序列，以实现变频、变压并有效地控制和消除谐波。pwm技术可分为三大类：正弦pwm、优化pwm及随机pwm。正弦pwm包括以电压、电流和磁通的正弦为目标的各种pwm方案。正弦pwm一般随着功率器件开关频率的提高会得到很好的性能，因此在中小功率交流传动系统中被广泛采用。但对于大容量的电力变换装置来说，太高的开关频率会导致大的开关损耗，而且大功率器件如gto的开关频率目前还不能做得很高，在这种情况下，优化pwm技术正好符合装置的需要。特定谐波消除法（selectedharmoniceliminationpwm——shepwm）、效率最优pwm和转矩脉动最小pwm都属于优化pwm技术的范畴。普通pwm变频器的输出电流中往往含有较大的和功率器件开关频率相关的谐波成分，谐波电流引起的脉动转矩作用在电动机上，会使电动机定子产生振动而发出电磁噪声，其强度和频率范围取决于脉动转矩的大小和交变频率。如果电磁噪声处于人耳的敏感频率范围，将会使人的听觉受到损害。一些幅度较大的中频谐波电流还容易引起电动机的机械共振，导致系统的稳定性降低。为了解决以上问题，一种方法是提高功率器件的开关频率，但这种方法会使得开关损耗增加；另一种方法就是随机地改变功率器件的导通位置和开关频率，使变频器输出电压的谐波成分均匀地分布在较宽的频带范围内，从而抑制某些幅值较大的谐波成分，以达到抑制电磁噪声和机械共振的目的，这就是随机pwm技术。
2应用矢量控制技术、直接转矩控制技术及 现代 控制理论
交流传动系统中的交流电动机是一个多变量、非线性、强耦合、时变的被控对象，vvvf控制是从电动机稳态方程出发研究其控制特性，动态控制效果很不理想。20世纪70年代初提出用矢量变换的方法来研究交流电动机的动态控制过程，不但要控制各变量的幅值，同时还要控制其相位，以实现交流电动机磁通和转矩的解耦，促使了高性能交流传动系统逐步走向实用化。目前高动态性能的矢量控制变频器已经成功地应用在轧机主传动、电力机车牵引系统和数控机床中。此外，为了解决系统复杂性和控制精度之间的矛盾，又提出了一些新的控制方法，如直接转矩控制、电压定向控制等。尤其随着微处理器控制技术的 发展 ，现代控制理论中的各种控制方法也得到应用，如二次型性能指标的最优控制和双位模拟调节器控制可提高系统的动态性能，滑模（slidingmode）变结构控制可增强系统的鲁棒性，状态观测器和卡尔曼滤波器可以获得无法实测的状态信息，自适应控制则能全面地提高系统的性能。另外，智能控制技术如模糊控制、神经元 网络 控制等也开始应用于交流调速传动系统中，以提高控制的精度和鲁棒性。
3广泛应用微 电子 技术
随着微电子技术的发展，数字式控制处理芯片的运算能力和可靠性得到很大提高，这使得全数字化控制系统取代以前的模拟器件控制系统成为可能。目前适于交流传动系统的微处理器有单片机、数字信号处理器（digitalsignalprocessor--dsp）、专用集成电路（applicationspecificintegratedcircuit--asic）等。其中，高性能的 计算 机结构形式采用超高速缓冲储存器、多总线结构、流水线结构和多处理器结构等。核心控制算法的实时完成、功率器件驱动信号的产生以及系统的监控、保护功能都可以通过微处理器实现，为交流传动系统的控制提供很大的灵活性，且控制器的硬件电路标准化程度高，成本低，使得微处理器组成全数字化控制系统达到了较高的性能价格比。
