中逆变器是利用移相控 制改变其输出的逆变电压，使其所以异步电机的转速也能被平滑连续地调节。在串级调速系统中通过调节逆变角改变 电机转速，由于逆变角的平滑连续调节性。 绕线转子异步电动机转子串级调速系统，串级调速的方法可以 使系在磁场 换向的可逆调速系统中，转矩的反向过程即励磁电流的反向过程较 长，为了缩短反向时间需采取强励措施，电枢变流器只需设置套， 故装置的总体造价低。直流调速系统是上世纪八九十年代国内外 矿用提升机的主流选择，随着交流调速技术的发展和普及，直流调速 系统正在被交流调速系统所取代，但在我国直流系统使用还相当普 遍。 绕线转子异步电动机转子串级调速系统，串级调速的方法可以 使系统获得较高的运行效率。用提升机的主流选择，随着交流调速技术的发展和普及，直流调速 系统正在被交流调速系统所取代，但在我国直流系统使用还相当普 遍。枢变流器只需设置套， 故装置的总体造价低。在磁场 换向的可逆调速系统中，转矩的反向过程即励磁电流的反向过程较 长，为了缩短反向时间需采取强励措施，电 直流可逆调速系统，直流可逆调速系统可分为电枢 换向的可逆系统和磁场换向的可逆系统。部分内容简介部分内容简介，另外还需要设循环冷却水系统在国内没有被 推广。 直流可逆调速系统，直流可逆调速系统可分为电枢 换向的可逆系统和磁场换向的可逆系统。在电枢换向的可逆系统中， 转矩的反向快，需设置正反向两组电枢整流器，故造价较高。在磁场 换向的可逆调速系统中，转矩的反向过程即励磁电流的反向过程较 长，为了缩短反向时间需采取强励措施，电枢变流器只需设置套， 故装置的总体造价低。直流调速系统是上世纪八九十年代国内外 矿用提升机的主流选择，随着交流调速技术的发展和普及，直流调速 系统正在被交流调速系统所取代，但在我国直流系统使用还相当普 遍。 绕线转子异步电动机转子串级调速系统，串级调速的方法可以 使系统获得较高的运行效率。在串级调速系统中通过调节逆变角改变 电机转速，由于逆变角的平滑连续调节性。所以异步电机的转速也能被平滑连续地调节。此项技术在波兰运用的比较成功，串级调速的功 率因数低，对电网影响大。因为串级调速系统中逆变器是利用移相控 制改变其输出的逆变电压，使其输入电流与电压不同相，消耗了无功 功率。逆变角越大，消耗的无功功率也越大，对电网影响大。 交流电动机变频调速系统，交流电动机变频调速系统是目前提 升机类装备的主流形式，交流电动机交交变频调速系统在世纪 年代莫定了理论基础，年代开始在提升机上应用，首先是交 交变频同步电动机系统投入运行，这类系统由于采用多微机全数字化 的矢量控制技术，具有优良的控制性能运行效率高维护工作量少， 特别适用于大容量低转速的提升机，目前传动功率己经可达到 。交流电动机交直交变频调速系统主要用在中小功 率的电梯类负载，吊机类负载也有使用。交流电动机交直交变频 调速系统由于具有优良的控制性能和节能效果，是当今电梯类吊机类 负载主要发展方向之。正如前面立项背景和意义中所述，交流 变频调速并不是唯最优的选择。 交流绕线式电机双馈调速系统，在采 用先进的控制技术和现代电力电子器件后，可以取得优良的控制性能 指标，并且节能效果明显。由于不需要更换电机，投资小相对于变 频调速来说，在吊机装备的技术改造中具有强大的竞争力。 双馈电机调速系统的现状和发展趋势 就双馈电机调速系统的现状和发展趋势来说，虽然在上世 纪三十年代就出现，但由于受控制技术限制，其应用研究直未受到重视，随着电力电子技术和控制技术的发展，成为电气工程研 究的热点。国外对双馈电机进行了广泛的研究，并逐步在工业领域得 到应用。双馈电机作电动机运行可以在不同负载下灵活的调节无功功 率和转速，有很好的节能效果。德国西门子日本东芝和三菱俄罗 斯哈尔科夫电机制造公司己系列化生产双馈电动机，如哈尔科夫公司 系列化生产的各种双馈电动机，并广泛用于火电站 及其它部门的各种交流调速传动装置中如送风机吸风机泵等。 法国公司生产的双馈电机调速传动系统，其容量从至 数千千瓦，主要用于水泵与风机调速。双馈电机用在风力发电上，不 仅可以变速恒频恒压发电，而且可以大量调节无功功率，因此在电力 工业中得到广泛应用。俄罗斯年代中期制造水轮双馈发电 机和汽轮双馈电机并投入工业运行日本日立公司和东芝公 司在年代末年代初研制双馈发电机， 并已在大型抽水蓄能电站投入使用。在双馈发电研究领域，国际上近 几年研究的热点是风能电站潮汐电站双馈发电机的控制。近十年来， 国内外许多学者都将目光投向无刷双馈电机 ，简称，定子侧有两套绕组，分别为功率绕组 和控制绕组。转子侧是特殊的鼠笼式和磁阻式结构。由于这种电机在 定子上实现了无刷双馈运行，不但具有简单的转子结构，而且具有绕 线式转子感应电机和同步电机的优良特性，既可以作为交流调速电动 机，又可作为变速恒频发电机。在运行时所要求的变频器容量 小，降低了系统成本。特别适合于风机和泵类机械的节能调速系统，以及风力水力和潮汐能等可再生能源发电的变速恒频发电系统。因 此，的研究开发越来越受到人们关注，作为种新型电机的开 发应用正在不断发展。 我国对双馈电机的研究起步较晚。从九十年代开始，国内才对同 步电机的无刷励磁异步化同步电机绕线式异步电机双馈调速有不 同程度的研究。目前重庆大学福州大学浙江大学华中理工大学 沈阳工业大学等对双馈调速技术有定研究，研究主要集中于变速恒 频发电无刷双馈电机控制等方面。但是到目前为止，研究工作仅限 于实验室，没有研制出实用化的样机。我国在双馈电机的研究与应用 两方面都与国外有着较大的差距。 双馈电机具有调速性能好效率高等诸多优点，因此具有广阔的 应用前景。对于我国来讲，风机泵类负载调速节能是当务之急，双 馈电机是其较合理的调速方案，因而预计该项目首先会在该类负载中 得到应用。其次，提升机吊机在我国也是量大面广的类机械，由 于此类负载对传动系统的要求较高，通过先进的控制算法和现代电力 电子技术，可显著地改善双馈电机调速系统的运行性能，满足提升机 吊机的控制要求，因此，其在这方面也具有广泛的应用前景。尽管应 用前景非常广阔，但要使其尽快投入实际工业应用的过程中，仍存在 不少期待解决的问题。 三研究开发内容和技术关键 本项目主要针对绕线式异步电机双馈控制系统在船舶港口吊机中的应用技术进行研究。系统的主电路如图所示，采用新型功率变 换器的结构，即晶闸管构成的功率可双向流动的功率变换器。 电机转子侧采用晶闸管相控变换器，网侧采用由元件 构成功率变换器。和标是研制套基于双馈电机的吨吊机 电气传动控制系统，主电机功率为，通过实现协调控制 故障综合等功能。 系统的主要技术性能指标 系统运行节电率相对于串电阻运行 实现无级调速 运行时功率因数 能够直接启动 速度响应时间 解决机械制动与电机出力的配合问题，不产生溜钩现象 经济指标 据相关部门统计，年的全国吊机总量为万台，总容量为大约为万，比年增长。预测年产量达到 万台，年产量达到万台。而目前大部分吊机采用传统的 串电阻调速。因此从量的角度可以表明我国的吊机系统的节能潜力巨 大。 如果全国的吊机按平均共万只计算，节能率按平 均计算，每天运行时间按小时计算，天的节约电能约为 。相当于座大型电厂半个月的发电量。也相当于可以节 省座中型电厂的投资和运行燃料损耗，因此，我国的吊机系统的自 身节能潜力巨大。在吊机系统中应用双馈系统，还有利于减少船舶柴 油机的耗油量，减少有害气体的排放。 产业化前景 随着世界经济的发展，世界能源日益紧张，环境污染日益严重， 这种状况在我国粗放的经济发展中尤为严重。我国在十五规划 中，已明确要将单位的能耗降低到原来的，将节能降耗 减排作为今后经济发展的首要指标进行考核。可以肯定，今后各种高 耗能高排放的企业将被整顿或停产，各种高耗能高排放的设备将 被淘汰或进行技术改造。为此，国家各级政府都把经济发展的重点 放在了高科技方面，通过高科技手段改造传统设备，通过高科技手段 提升传统产业，通过高科技手段达到节能降耗减排的目标。 浙江省水域较多，船舶港口较多，每年由于船舶港口吊机所 产生的油耗和电耗约占全国的左右。新型双馈调速系统在船舶 港口吊机装备中的应用具有节能降耗调速灵活性好投资成本低运行效率高等系列优点，具有广阔的应用前景。 参与项目研制的公司已经具备良好的生产设备和生产管理能力， 同时还具有良好的市场拓展基础。因此预计年该系统在船舶 港口装备中的应用可以有小批量的销售和实施。计划年进行中 批量生产和销售，再加上旧设备的技术改造销售额预计万， 达到良好的经济效益和社会效益。 五研究方案技术路线组织方式与课题分解 研究方案 基于双馈电机的高性能吊机控制系统采用如图所示控制方案， 采用晶闸管相控变换器，采用变换器，为 的移相触发单元，为的脉冲产生单元，为速 度调节器，为电流调节器，含有两个电流调节器，其中个是 有功电流调节器，另个是无功电流调节器，经过两个电流调节器， 产生转子电压矢量，电压矢量输入到和环节产生相应的 触发脉冲和脉冲。 同步 状态 切换 技术路线 拟采用的系统结构如图所示，其中