《变频调速典型控制系统（一）》.pdf

ELECTRICDRIVE 2012 Vo1．42 No．1 电气传动 2012年 第42卷 第 1期 变频调速典型控制系统(一) 马小亮 (天津电气传动设计研究所 ，天津 300180) VariableFrequencySpeedControlTypicalControlSystem (1) MA Xian-liang (TianjinDesignResearchInst．ofElectricalDrives，Tianjin300180，China) 序言 ：在我国，全部发电量的 6O 左右用于电动机。电动机调速是一种通过控制电动机转速来满足 各种机械工作要求，改善工作效果的技术，它是信息、能源和机械的接 口。生产机械种类繁 多，它们的工艺 要求千变万化，相应的调速控制系统各不相 同，不可能把它们都罗列出来。本讲座把众多工艺要求中的共 性 问题提炼出来，按照实现这些共性要求的控制方法不同，归纳出几类典型工艺控制系统，予以分别介绍。 早期的电动机调速是直流电动机调速 (简称直流调速)的天下，自20世 纪8O年代以来，随着电力电 子变频技术、数字控制技术的发展和高性能交流电动机调速方法的发明，现在 已经基本上实现 了以交流 电动机调速 (简称交流调速)取代直流调速 。在众多的交流调速方法中，变频调速是唯一能在调速性能 及效率上与直流调速竞争，实现高性能调速的方法。本讲座只介绍变频调速的典型控制系统，它的许多 控制策略也适合用于直流传动。 在变频调速系统中，变频器可以放在 电动机定子侧 ，也可以放在双馈异步电动机 (绕线异步电动 机)转子侧 。变频器放在双馈异步电动机转子侧 的系统称转子侧变频调速系统。依据变频器工作 的象 限数不同，转子侧变频调速又分 2类：若变频器只能单象限工作 ，转差能量从电动机转子流向电网，则该 系统称 串级调速，转速只能从额定转速向下调 ；若变频器能 4象限工作，转差能量可以在 电动机转子和 电网间双向流动，则该系统称双馈调速 ，转速可以在额定转速上、下调节。在转子侧变频调速系统中，变 频器的容量按转差功率选取 ，转差变化范围小时变频器容量可以比电动机功率小很多，它是这种调速 系 统的主要优点 ，转差变化 范围大后该优点就没 了，所 以这种调速 系统的调速范围一般 小于 2。串级调速 主要用于节能调速 ，对调速性能要求不高场合 ，双馈调速主要用于风力和水力发 电，由于应用范围较窄 本讲座将不涉及它们 。变频器在 电动机定子侧的系统即通常说的是变频调速系统，它应用最广泛，是本 讲座研讨的对 象。 本讲座 的内容安排如下：第 1讲为调速 系统分类和变频调速用 电动机 、变频器及其控制系统概述； 第2讲为通用机械的节能调速；第3讲为工艺调速的典型转速控制系统；第4讲为多电动机转速控制系 统 ；第5讲为张力控制系统；第 6讲为位置控制系统 。 第 1讲 调速 系统分类和变频调速 机械过去都采用不调速的交流电动机驱动，风量 和流量靠挡板及阀门调节 ，浪费大量能源。把这 用 电动机 、变频器及其控制 类机械的交流传动系统 由不调速改为调速，取消 系统概述 挡板及 阀门调节 ，平均可节 电3O ～4O ，故称 1．1 调速系统分类[1 这类调速系统为节能调速系统 。改调速后 ，由于 1．1．1 按调速的应用领域分类 风量和流量可以连续、平滑和快速精确控制，给工 可粗分为 4大类 。 艺(或燃烧)过程 的优化创造 了条件 ，有助于提高 1)通用机械 的节能调速 。通用机械指风机、 产品产量和质量 ；由于减少了管道和阀门的压力，