异步电机控制

现在交流电机系统已经普及,近十几二十年,高性能交流电机控制系统取代直流电机系统。目前,交流调速系统主要应用在这几方面:

  • 一般性能调速和节能调速
  • 高性能的交流调速系统和伺服系统
  • 大容量、超高速的交流调速

早期有些使用交流电机的场合不是不需要调速,而是没办法调速,比如风机泵类,使用挡板阀门控制流量也是个办法,这些系统对调速性能要求不高,但是如果可以调,自然也是更好的。后来发明了矢量控制技术(磁场定向控制技术),通过坐标变换,把交流电动机的定子电流分解成转矩分量和励磁分量,把交流电机直流化,使得交流电机可以获得和直流相仿的高动态性能。后来又出现了直接转矩控制等方法,有了和直流控制系统媲美的高性能交流调速系统和交流伺服系统。直流电机的换向能力限制了他的转速,但是交流电机没有这个问题,

交流电机有异步电机(感应电动机)和同步电机两类,每类又有不同调速方法。

异步电机调速

按照交流异步电机理论,定子传输到转子的电磁功率\(P_m\)分成两部分:一部分\(P_{mech} = (1-s)P_m\)是拖动负载的有效功率,称作机械功率;另一部分\(P_s = sP_m\)是传输给转子电路的转差功率,与转差率\(s\)成正比。转差功率是评价调速系统效率的标志,从这点出发,又可以把异步电动机调速系统分成三类

  • 转差功率消耗型调速:全部转差功率都变成热能消耗在转子上。
  • 转差功率馈送型调速:大部分转差功率回馈给电网或转化成机械能利用。
  • 转差功率不变型:在定子侧变压变频控制,转子铜损基本不变。

同步电机调速

同步电机稳态运行时,没有转差,也没有转差功率,所以同步电机调速系统必然是转差功率不变型(为0)调速,同步电机的极对数又是固定的,只能靠变压变频调速。从频率控制方式来看,可分为他控变频调速和自控变频调速两类。

自控变频调速用转子磁极位置的检测型号来控制变压变频装置换相,类似于直流电动机中电刷和换向器的作用,因此有时又称作无换向器电动机调速或者无刷直流电动机调速

开关磁阻电动机是一种特殊形式的同步电动机,有其独特的比较简单的调速方法,小容量系统里很有前途。

从控制方法上来看,一类是基于稳态模型,其动态性能显然不高,在交流调速早期出现的。另一类是基于交流电机的动态模型,很猛。