耗中功耗小 无制动力矩需 外加 有制动力矩有制动力矩 动态特性慢动态特性快动态特性适中 故障率高可靠 性低 故障率中可靠性中故障率低可靠性 高 投资成本低投资成本高投资成本中 维修成本大维修成本中维修成本小 配绕线式电机可配绕线式或鼠笼式 电机 配绕线式电机 双馈电机调速系统是伴随着现代电力电子技术和微电子技术的 发展而发展成熟起来的。在过去，受电力电子技术和微电子技术的制 变频器 变换器 转子串电阻定子变频双馈 图三种调速方式结构约，双馈电机调速系统没有多大的进展。自上世纪年代后，电力 电子技术和微电子技术的性能得到了很大的提高，而价格得到了大幅 度的降低，使得双馈电机调速系统的可靠性和性能都得到了显著提 高，从而使得双馈电机调速系统走向成熟，走向实用。双馈电机调速 系统在风机水泵风力发电等方面已得到成功的应用，从控制性能 和节能降耗方面其效果都很好，但在船舶港口吊机中的应用还不多 见，其主要原因是吊机的控制要求要高于风机水泵，如同对变频器 的要求样。控制手段和电子元器件还不能满足要求，而且系统成本 较高，用户难于接受。随着技术的进步，控制手段电力电子元件和 微处理器芯片的性能都匹配，散 热器设计，驱动与保护电路的设计与优化 变换器的技术 双馈电机的启动技术 技术关键 变换器交流侧接电机转子回路，其电压幅值和频率随电机 转速变化，与传统的固定频率固定电压的相控变换器不样， 它的同步电路和触发电路设计将是个关键技术。 变换器交流侧电网，其电压幅值和频率固定不变，它除控 制运行中的转差功率有功分量外，还要调节无功功率的性质， 以改善网侧功率因数，的控制算法也是个关键技术。 双馈电机的启动技术直没有得到圆满地解决。传统的方法是 启动时在转子回路串电阻或频敏变阻器，启动到定转速后， 项目的背景和意义 随着我国经济的高速发展，尤其是东南沿海经济的迅速发展，船 舶货运量日益增加。浙江省是我国造船业大省，船舶工业的产值销 售收入和利润的增长率都在上下，已跻身国内造船业四强之列， 列上海江苏辽宁之后。浙江东部沿海地区是我国造船工业最发达 的地区，拥有船舶生产企业多家。起重机吊机是船舶港口 的关键设备，吊机的核心技术就是它的拖动技术。 目前，我国船舶吊机拖动仍然是以绕线式异步电动机转子回路串 电阻的交流拖动形式为主，这种方案是靠改变电机转子回路串联的附 加电阻来实现调速的。调速方法简单，曾被广泛使用。然而这种方案 是有级调速，电气冲击和机械冲击都大，电器元件经常损坏，需经常 更换钢丝绳，电机也常被烧毁。尤其对船舶这样的自备小电网，过大 的冲击必将对船用其他设备造成影响，甚至引起其他设备不能正常工 作。在本又要增加倍。基于以上原因，在吊机系统 中采用双馈电机调速方案，不需更换电机，投资小相对于变频调速 来说价格仅为同容量变频器价格的，可以很好的满足吊机对电气 传动系统的要求，为般用户所能接受。 感应电机双馈调速，属于转子转差功率调 速方式。基本思想是，在绕线式感应电动机的转子回路串入附加电势， 调节附加电势的大小相位和相序，就可以调节感应电动机的转矩转速和定子侧无功功率。附加电势的频率应当和转子电流的频率相 同，这个频率和转差率成正比。转差能量变换是通过转子侧的变频器 进行的。通过对转子回路转差功率实质是对转子电流的控制，可 灵活地实现电磁转矩的控制，实现电机无级高效地调速，减小电气冲 击和机械冲击。而且零转速力矩特性好，机械抱闸和电机力矩易于配 合，不会发生溜钩。因为可调功率为转差功率，系统成本低，投 资少。如调速范围在左右时，转差功率仅为电机功率的。 另外，在中大型系统中，双馈电机定子绕组直接接 的工频电网，而转子绕组可设计为低压，这样可采用低压变频装置， 因而可大大降低变频装置成本，提高其运行可靠性，起到四两拨千斤 的功效。据国外文献报道，如容量为同步转速为， 调速范围为的双馈电机调速系统的价格以计，则同容量同 转速和同调速范围的笼型感应电动机与变频器构成变频调速系统的 价格为。 双馈电动机在调速时，将转子的转差功率逆变回馈电网，对于船 用的小电网来说，相当于个并网发电机组，可加速阶段和低速运行时，大部分能量转差能量以热能的形式 消耗掉了，运行效率很低。为在低同步状态下产生制动转矩，需采用 直流能耗制动方案即动力制动，或采用低频制动。机械抱闸和电机 力矩难于配合好，经常发生溜钩。另外，在调速过程中电机的同 步转速保持不变，机械特性随着转子回路电阻的增大而变软，从而大 大降低了稳态调速精度。除此，这种调速方式还需配备个不小的电 核准通过，归档资料。 未经允许，请勿外传,阻箱，占用船用空间。 虽然绕线异步电动机转子回路串电阻的调速方案，存在着调速性 能差运行效率低维护工作量大冲击大等缺点，但目前在我国的 各种吊机中，大部分企业受投资成本的限制，继续选择采用这种拖动 方式，使这种方案的使用还相当普遍。今后随着国家节能降耗政策的 实施，能源的价格势必要上涨，这些系统面临着技术改造的问题。 在吊机系统中，另外个调速方案是采用定子侧直接变频技术。 变频器在中小功率风机类负载的拖动系统中得到广泛的应用。但对 于吊机这样的位势性负载，采用变频器调速，未必是最优的选择。对 于恒转矩的位势性负载，变频器容量必须倍的电机额定容量，而 且必须选用高性能的具有恒转矩特性的变频器，价格较高，般用户 难于承受。另外，采用变频器调速，虽然解决了在提升阶段调速与能 耗的矛盾，但是，在下放阶段，由于位势性负载，电机必须提供制动 力矩，而般的变频器是通过能耗电阻来提供制动力矩的，这势必将 大部分能量消耗掉了。而要进行回馈制动，变频器必须提供另套逆 变回路，变频器的 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。和根据电机的工况协调工作。当重物 提升时，工作于整流状态，工作于逆变状态，将转差功率回馈 电网，通过转差功率的控制实现电机调速的调节。为了改善电网的功 率因数，采用由元件构成变换器，在实现有功功率逆变的 同时，可以控制无功功率的性质，超前或滞后，从而达到改善电网的 功率因数。当重物下放时，工作于逆变状态，工作于整流状态， 功率经过整流，将交流电变换成直流电送给，再经过逆变， 变换成交流电馈入电机转子形成转差功率，产生制动力矩，通过对转 子侧的转差功率的控制，实现转速的调节。在此工况下，电机定子侧 图双馈电机功率变换器主电路 处于发电机工作状态。 传统的串级调速采用的是功率单向传递的相控变换器，其缺点是 功率因数低，电流谐波大，转矩响应慢，调速精度低。通过新型功率 变换器，可以克服传统串级调速的不足，实现双馈电机的高性能控制。 研究的主要内容有 新型功率变换器四象限运行时的物理机理及其控制策略 在交流侧变频变压情况下整流与逆变时的控制策略 在交流侧固频固压情况下整流与逆变的控制策略 与的协调控制，状态平滑切换技术 变换器的的容量计算，功率元件参数选择与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