交交变频调速系统简介
交交变频与交直交变频的对比
交直交变频定义
交直交变频是一种将直流电转换为交流电的电力电子技术。
它首先将直流电通过电力电子器件转换成交流电，然后通过 滤波和调节控制，输出所需频率和电压的交流电。
工作原理概述
交交变频器通常由两组反并联的晶闸管组成，通过控制晶闸管的导通角来改变输 入交流电的相位角，从而实现频率的变换。
交直交变频器则是由整流器和逆变器组成，通过控制逆变器的开关状态来改变输 出交流电的频率和电压。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
交交变频与交直交变 频的对比
目录
• 定义与原理 • 电路结构与特点 • 应用场景与优缺点 • 性能参数比较 • 发展趋势与展望
01
定义与原理
交交变频定义
交交变频是一种将工频交流电转换为 另一种频率交流电的电力电子技术。
它通过改变输入交流电的频率，输出 不同频率的交流电，以满足各种电机 调速和控制系统对电源的要求。
交直交变频应用场景
01
新能源领域
在风力发电和太阳能发电等新能源领域，交直交变频器用于控制风力发
电机和太阳能逆变器的运行，实现最大功率点跟踪和并网发电。
02
电动汽车驱动
在电动汽车和混合动力汽车中，交直交变频器用于驱动电动机，实现车
辆的加速、减速和制动等功能。
03
工业传动领域
在工业传动领域，交直交变频器用于控制各种电动机的速度和转矩，实
交交变频和交直交变频技术的不断创新和发展， 将推动电力传动技术的进步和发展。
促进节能减排
推广变频器在各领域的应用，有助于实现节能减 排和绿色发展目标。
ABCD
提高能源利用效率
通过应用变频器技术，实现对电机的高效控制和 精确调速，提高能源的利用效率。
交流电机变频调速原理与应用
异步电动机的“多功能控制器”。
3．风机、泵类的调速节能
风机、泵类的调速节能是调压调速系统应用得最多的领域之一。
3 异步电动机变频调速基础
变频调速时s变化很小，效率最高，性能也最好。
变频调速是异步电机交流调速系统的主流。
3.1 变频时的电压控制方式及控制特性
xK
1．变频的同时为什么要变压
r1
x1
②交交变频
电 动
鼠笼式转子
调压调速
机 感应电动机
交流调压
电压源型
常规意义 同步电动机
①变频调速，他控式
②变频调速，矢量控 制
①交直交变频 （整流＋无源逆变） ②交交变频
①电流源型 ②电压源型
同 步
无换向器 电机
变频调速，自控式
电
动 机 无刷直流电动机 变频调速，自控式
开关磁阻电动机 变频调速，自控式
I1
定子每相电动势的有效值: E 14.44f1N 1kN 1 mU 1 U1
E1
x2
Im
xm
若f1↓，U1不变，则磁通Φm ↑ ，Im ↑ ↑ 。
rm
r2
I2 Er
若f1↑，U1不变，则磁通Φm↓，I不变时T ↓ 。
B m ,E1
结论：频率变化时，若不同时改变电压， 则会使电机的磁通 mN 大幅变化，这将使电机运行不正常甚至损坏电机，所以变频的
Ui
+
-
GT
U ct
+
TG
～ VVC
M 3~
Hale Waihona Puke 2.3 交流调压调速系统的制动
交调系统制动时，通常采用在定子绕组中通入直流电流（能耗制动）的方法。
《变频调速系统》课件
03
变频调速系统的控制策略
转矩控制
01
转矩控制是通过控制电机的输出转矩来满足系统的转矩需求。
02
在转矩控制中，电机的转速和转矩是独立控制的，可以根据负
载的需求精确地调整转矩。
转矩控制广泛应用于需要精确转矩控制的场合，如电梯、起重
03
机等。
速度控制
1
速度控制是通过控制电机的输出转速来满足系统 的速度需求。
群控管理
在多台电梯并存的场合，变频调速系统可以实现群控管理 ，根据乘客需求和电梯运行状态，智能调度和控制多台电 梯的运行，提高电梯的使用效率。
05
变频调速系统的维护与保养
日常维护与保养
01
02
03
每日检查
检查变频器是否有异常声 音、异常气味、过热等现 象。
清洁保养
定期清洁变频器的外壳和 散热风扇，保持其良好的 散热性能。
电力能源
用于风力发电、水力发 电等可再生能源设备的
控制和调节。
交通运输
应用于地铁、动车、船 舶和飞机等交通工具的
驱动和控制。
空调和制冷
变频空调和制冷设备能 够实现节能降耗，提高
舒适度。
变频调速系统的优缺点
节能降耗
根据实际需求调节电机速度，减少能源浪费。
精确控制
可以实现高精度的速度和位置控制。
变频调速系统的优缺点
定期检查与保养
定期检查
每季度或半年对变频器进行一次全面检查，包括 所有接线、元件、散热系统等。
保养内容
根据检查结果，对变频器进行必要的保养，如更 换元件、清洗散热系统等。
注意事项
在保养过程中，应遵循安全操作规程，确保人员 和设备安全。
06
交流调速系统 - 北京交通大学电气工程学院
§6.2 闭环控制的交流变压调 速系统
异步电机模型
r1 I1 x1σ r2’ Im=-I2’
(1-s)r2’
x 2 σ’
rm
U1
xm
Im
s
异步电机模型
σ1r1
I1 r1 x 1σ rm xm
σ1x1σ
-I2’’ =I2’ / σ1
六.本课程与其它课程的关系
要求 1.掌握基本的理论、分析方法、和典型的应用 2.学习本课程的思想，通过本课程的学习，不 仅掌握知识，而且在学习能力、分析能力、 综合能力上有提高。
六.本课程与其它课程的关系
如何学好本课程 1.复习+综合 2.学习做读书报告
七.计算机控制系统的概念
从本质上讲，计算机控制系统包括： 1.实时数据采集 2.实时决策 3.实时控制
1964年 德 A.schonung 提出PWM。
§ 7-3 SPWM逆变器
PWM方法 控制逆变器功率开关器件导通或断开，其输出 端即获一系列宽度不等的矩形脉冲波形，从 而决定开关动作的顺序和时间分配规律的控 制方法。 改变矩形脉冲宽度----逆变器输出交流基波电压 幅值。 改变调制周期---逆变器输出交流基波电压频率。
二.自动控制系统的分类
③过程控制系统 特点：对生产过程自动提供一定的外界条件， 例如：温度、压力、流量、粘度、浓度等参 量保持恒定或按一定的程序变化。对其中的 每一局部，可以是随动系统，也可以是恒值 系统。 例子：化工厂控制系统。
二.自动控制系统的分类
2.按数学模型分类 数学模型
描述系统内部各物理量之间关系的数学表达式。 静态模型
当电机电路参数不变时,在一定转速下，转矩正比于电压的平方
交直流调速系统
交直流调速系统简介交直流调速系统是一种广泛应用于电机调速的控制系统。
它通过控制电机输入的电压或电流，实现对电机输出转速的精确控制。
交直流调速系统在工业领域中的应用非常广泛，可以用于机械设备、电梯、风机、泵站等各种场合。
原理交直流调速系统的基本原理是采用电力电子技术，将交流电转换为直流电，并通过控制器对直流电进行调节，再将调节后的直流电供给电机，从而实现对电机的转速控制。
交直流调速系统的核心部件是变频器，它通过改变电压或频率的大小，控制电机的转速。
变频器通常由整流器、滤波器、逆变器和控制器组成。
•整流器：将交流电转换为直流电，通过整流和滤波过程，将交流电的波形变换为平滑的直流电。
•逆变器：将调节后的直流电转换成交流电，逆变器可以改变输出的频率和电压大小，从而实现对电机转速的控制。
•控制器：控制系统的大脑，接收输入的控制信号，根据设定的转速要求对逆变器进行控制。
优势交直流调速系统相比传统的电阻调速和磁阻调速有以下几个优势：1.节能高效：交直流调速系统可以根据负载的需求调节电机的转速，避免了不必要的能耗，提高了能源利用效率。
2.转速范围广：通过控制器的精确调节，交直流调速系统可以实现广范围的转速调节，满足不同应用场景的需求。
3.控制精度高：交直流调速系统具有良好的转速控制性能，可实现对电机的精确控制，提高生产过程的稳定性和产品质量。
4.可靠性强：交直流调速系统采用先进的电力电子技术，具有较高的可靠性和抗干扰能力，可以适应恶劣的工作环境。
5.维护成本低：交直流调速系统的维护成本相对较低，设备运行稳定可靠，减少了维修和更换的频率。
应用领域交直流调速系统广泛应用于各个领域，特别适用于以下场合：1.机械设备：交直流调速系统可以应用于各种机械设备的转速调节，如印刷机、纺织机、切割机等。
2.电梯：交直流调速系统可以实现电梯的平稳起动和停止，提高电梯运行的安全性和舒适性。
3.风机：交直流调速系统可以应用于风机的转速调节，根据风量需求自动调节风机的运行速度，降低能耗。
交交变频器的工作原理
交交变频器的工作原理交流变频器（Variable Frequency Drive，简称VFD）是一种电力电子器件，能够将交流电源的频率和电压进行调节，以驱动交流电动机实现电动机的无级调速。
下面将详细介绍交流变频器的工作原理。
交流变频器主要由整流器、中间电路、逆变器和控制电路等部分组成。
1.整流器：交流变频器输入电压为交流电源，通过整流器将交流电转换为直流电。
整流器采用的一般是整流桥电路，由四个二极管构成。
当输入终端为正半周电压时，D1、D2导通，负半周电压时，D3、D4导通，通过整流器将交流电转换为直流电。
2.中间电路：中间电路主要由电容器组成。
电容器的作用是储存能量，平滑整流后的直流电。
在整流器输出的直流电的波动范围内，电容器能够提供稳定的直流电源。
3.逆变器：逆变器是交流变频器的核心部分，将直流电转换为可调频率和可调幅度的交流电。
逆变器采用的是电子开关逆变器，通常采用IGBT（绝缘栅双极性晶体管）作为开关元件。
逆变器根据控制信号调节IGBT的导通和截止，从而实现对输出交流电频率和电压的调节。
4.控制电路：控制电路负责根据用户设定的参数，控制逆变器的工作状态。
控制电路接收用户输入的控制信号，通过对逆变器中的开关元件IGBT的控制，调节输出电压和频率。
控制电路通常由微处理器和相关模拟和数字电路组成。
总结起来，交流变频器的工作原理可以概括为以下几个步骤：1.输入电压经过整流器转换为直流电；2.直流电经过中间电路的储能和滤波，获得稳定的直流电源；3.控制电路接收用户输入的控制信号，并根据信号调节逆变器中的开关元件IGBT的导通和截止；4.逆变器将直流电转换为可调频率和可调幅度的交流电，供给交流电动机。
交流变频器工作原理的核心在于逆变器的控制，通过对逆变器控制信号的调节，可以改变电机的电压和频率，从而实现电机的无级调速。
在变频器的控制下，电机可以根据需要以不同的转速工作，实现对电机的精确控制，提高工作效率，同时也能够达到节能的目的。
第四章 交流电动机调速控制系统
r12
(X1
c1 X
' 20
)2
]
（4-8）
因 r12
(X1
c1
X
' 20
)
2
，近似得：
Mm
1 2c1
2f1[r1
m1PU12
(X1
c1 X
' 20
)]
（4-9）
2. 生产机械的转矩特性
摩擦类 特性曲线见图（a） 负载： ，位于1、3象限。
生产机械
恒转矩负载：它的负载转矩是一 个恒值，不随转速 而改变。
——定子极对数
（4-3）
4)．传给转子的功率（又称电磁功率）与机械功率、转子铜耗之间有如下
关系式 ： PMX PM PM 2 (1 S)PM
（4-4）
式中：
PM ——传给转子的功率（又称电磁功率）
PMX ——机械功率
PM 2 ——转子铜耗
5)．电机的平均转矩为：
M CP
PMX
M0 Mn 否则电机无法进入正常运转工作区。
交流机的起动电流一般为额定电流的4~6倍 ,起动时 一般要考虑以下几个问题：
图4-7 机械特性曲线
1. 应有足够大的起动力矩和适当的机械特性曲线。 2. 尽可能小的起动电流。 3．起动的操作应尽可能简单、经济。 4．起动过程中的功率损耗应尽可能小。
普通交流电机在起动过程中为了限制起动电流，常用的起动方法有三种。即：
图6-1的等效电路，经化简后得到能耗制动的等效电路如图4-10所示。
图4-10 能耗制动的等效电路
图中：
•
I1 ——直流励磁电流的等效交流电流
浅议交流变频调速技术
图 ２ 变换器原理简 图
按照 控制 回路 的程 序 指示 ， 以一 定 的顺 序 和 时
三相 桥式 连接 ， 与三相 异 步 电动机组 成 一个 系统 ， 再
见图 ２ 。
变换 器 和 电流型 变换 器两 类 。这几 种类 型 的变换器
各有其特点 ， 可在不同场合选用 。
２ 交流变频调速 的特点
由变换器 驱 动 的三相异 步 电动机 的调 速 系统与
直流调速系统 以及变极等其他调速方法相 比， 具有 以下 特点 ： １ 调速 范 围广 。Ｔ ） Ｐ系 列 变换 器 频 率 变 化 范 围一 般 为 ０ ５～３０Ｈ ， ． ２ ｚ结合 配 套 电动 机 的特 性 ， 调 速 比可 达 １ １ ： ０～１ ０ 如 果 采 用 专 用 电动 机 ， ：２ ， 调
变 换器 按 结 构 形 式 分 为 “ 一直 一交 ” 换 器 交 变 和“ 交一 交 ” 变换器 两 类 ； 电 源性 质 可分 为 电压 型 按
变换器 由主 回路 （ 电） 强 和控制 回路 （ 电） 弱 两 部分组成。在主 回路 中， 输入变换器 的工频 电流经 过 整流 变为 直流 电 ， 过脉 冲控 制 逆 变 为 频 率 和 电 通 压 均可 调节 的交 流 电。在 实 践 中 ， 变 部 分通 常是 逆 将大功率的晶体管视为开关元件 ， 用六只晶体 管按
王春 生： 高瓦斯综采工作面的瓦斯综合 治理
第１ 第１ ７卷 ２期
正 常 回采 期 间 ，２２ ３ 工 作 面顺 层 钻孔 仍 继 １２ （ ） 续 进行抽 放 ， 钻孔一 般提前 工作 面 ｌ ２ 顺层 ０～ ０ｍ结
4.交流变频调速系统
交压变频调速系统
第一节 变频调速技术的发展及应用 第二节 变频调速系统的工作原理 第三节 变频调速系统无逆变电路 第四节 晶闸管变频调速系统 第五节 正弦波脉宽调制技术
第一节 变频技术的发展及应用
什么叫变频?变频器有什么特点？
变频调速就是通过变频器将固定频率和固定电压 的交流电源转化为能在宽广的范围内电压和频率 均可调的变频电源。
U1 R1I1 E1 E1 4.44 f1 N1K1
E1 U1 4.44 f1 N1 K1 4.44 f1 N1 K1
由上面推导出来的式子可知，只要控制好 U1 和 f1 ，便可达到控制磁通 的目的， 对此，需要考虑基频（额定频率）以下和基 频以上两种情况。
a、基频以下的变频控制方式
b、基频以上的变频控制方式 在基频以上时，频率可从f1N往上增高，但电压U1却 不能增加得比额定电压U1N大，一般保持U1=U1N，使 磁通与频率成反比地降低，相当于直流电机弱磁升 速的情况。
m
U 1N 4.44 f1 N 1 K N 1
f1 f1 N
恒电压的控制方式用于基频以上的变频系统中，此时 电压恒定，磁通会从额定值ΦN向下调节。
60 f1 n (1 s) 1.异步电动机的转速： n1 (1 s) np
改变电源频率，同步转速发生改变，从而改变电 动机的转速。
2、变频调速的基本控制方式
由电机学知
E1 4.44 f1 N1 K1
/ Te Cm m I 2 cos 2
如果忽略定子上的电阻压降，则有
n
I sb , 1a
I sa , 1a
I sa I sb
1a 1b
I sb , 1b
交--交变频器与交--直--交变频器有什么区别
1交直交电压型变频器，此类变频器价格比较贵，另外技术上存在二大问题，一是存在中间整流滤波环节，故效率比较低，二是当电动机处于发电状态能量返回电网困难，通常是接通电阻回路把能量消耗掉，这样一方面增大设备的体积，另一方面能量未得到利用，是极大的浪费，为了使能量能得到利用，可增加有源逆变电路，但这又增加成本和电路的复杂性。
交交变频器其工作原理是将三相工频电源经过几组相控开关控制直接产生所需要变压变频电源，其优点是效率高，能量可以方便返回电网，其最大的缺点输出的最高频率必须小于输入电源频率1/3或1/2，否则输出波形太差，电机产生抖动，不能工作。
故交交变频器至今局限低转速调速场合，因而大大限制了它的使用范围。
2交- 交变频技术交-交变频器采用晶闸管自然换流方式，工作稳定，可靠，适合作为双馈电机转子绕组的变频器电源，交交变频的最高输出频率是电网频率的1/3-1/2，在大功率低频范围有很大的优势。
交交变频没有直流环节，变频效率高，主回路简单，不含直流电路及滤波部分，与电源之间无功功率处理以及有功功率回馈容易。
虽然交交变频双馈系统得到了普遍的应用，但因其功率因数低，高次谐波多，输出频率低，变化范围窄，使用元件数量多使之应用受到了一定的限制。
矩阵式变频器是一种交交直接变频器，由九个直接接于三相输入和输出之间的开关阵组成。
矩阵变换器没有中间直流环节，输出由三个电平组成，谐波含量比较小；其功率电路简单、紧凑，并可输出频率、幅值及相位可控的正弦负载电压；矩阵变换器的输入功率因数可控，可在四象限工作。
虽然矩阵变换器有很多优点，但是在其换流过程中不允许存在两个开关同时导通的或者关断的现象，实现起来比较困难。
矩阵变换器最大输出电压能力低，器件承受电压高也是此类变换器一个很大缺点。
应用在风力发电中，由于矩阵变换器的输入输出不解耦，即无论是负载还是电源侧的不对称都会影响到另一侧。
另外，矩阵变换器的输入端必须接滤波电容，虽然其电容的容量比交直交的中间储能电容小，但由于它们是交流电容，要承受开关频率的交流电流，其体积并不小。
4章 交流异步电动机变频调速系统
为交流异步电动机转矩系数，其中Nr为转子绕组有效匝数；
φr为转子功率因数角。
可见，转矩控制的困难体现在以下几点： T T ① m 是由定子电流is iA , iB , iC 和转子电流 ir ia , ib , ic 共同产生的，它的
空间位置相对于定子和转子都是运动的。 ② m 与 I r 是两个相互耦合的变量，且 I 对于一般的鼠笼形异步电机是无法 r ③ r 是与转速相关的时变量（与转差s有关）， 且当电机运行时转子电阻 Rr 随温度变化而变化， Te 也随之变化。除此以外，式中的 Te 只是平均转矩的概念， 对平均转矩的控制已十分困难了，更何况瞬时转矩。对转速的控制实质上就是 对转矩的控制，转矩控制的困难是实现交流电机高性能调速的主要障碍，也是 过去限制交流调速系统获得广泛应用的主要原因。 2）调速装置中器件发展的限制：调速装置中两大组成部件是主电路和控制电路。 主电路中的主要器件—电力电子功率器件在近五十年来更新换代了五代之多，以 适应变频调速（PWM脉宽调制）的需要。控制电路中的主要器件—微处理器在 近二十年中运算速度提高了数倍，以适应高性能变频调速复杂算法的需要。交流 调速系统的发展依赖于新型电力电子器件的应用、微电子技术的发展。
直流调速系统中各部分分别为5%，40%和55%，而交流调速系统中各部分分别 为10%，60%和30%。特别是当功率大于500 kW，交流调速系统的成本比直流 调速系统的成本明显降低。 4.1.2交流电动机的调速方法及其主要应用领域 1．交流电动机的调速方法 由电机学可知，交流电动机的同步转速表达式为 60 f s （4.6） ns np ns 为同步转速。 式（4.6）中，np为电机极对数；fs为电机定子供电频率； (1) 同步电动机的调速方法 可见，均匀地改变同步电动机的定子供电频率fs，就可以平滑地调节电动机
SPWM控制的交直交变频调速系统
目录一、电路原理图及波形图二、系统的工作原理三、观察现象并分析四、心得体会五、参考文献一、 电路原理图主电路ACD1D2D3D4CUG1UG4UG3UG6UG2UG53M 交流电机+0V+Ud单相桥式整流滤波三项逆变器三项鼠笼电机控制电路SPWM 正弦脉宽调制控制电路功放电路调制电路幅值 控制操 作 指 令电 压 矢 量发 生 器V/f 函数电路三角波发生器234678G1G4G3G6G5G2波形图用示波器测三角发生器处的波形XYU/V440--2.850μs 80μswt由此图，可看出三角波并不是规则的波形，周期是80μs ，而上下的幅值却是不一样的。
用示波器测2、3、4处的波形如下：501001502005010015020010ms20ms30ms40ms1830--------183--XYU可以看出，2,3，4处的波形是幅值电压183V ，周期20ms ，相差120度正弦波形。
用示波器测6,7,8处的波形如下：60120U/V YX40Hz20HzWt可以看出，6,7,8处得波形是幅值为120V ，周期40Hz ，等幅不等宽的脉冲波形。
二系统的工作原理1.主电路的工作原理由主电路原理图可知，交直交变频调速系统一般分为整流电路，滤波电路,控制电路，逆变电路。
整流电路整流电路的功能是把交流电源转换成直流电源。
整流电路一般都是单独的一块整流模块。
大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成，它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。
主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成，滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分，变压器设置与否视具体情况而定。
变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。
整流电路图.滤波电路滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容，电感组成而成的各种复式滤波电路。
大功率交-交变频调速及矢量控制系统讲座
交-交变频 器基础
2
交-交变频 器的控制
3
矢量控制 基础
4
励磁同步 机矢量控制 系统
5
电压( V ) 效率( % ) 总损耗 (含主电路、 励磁、风机) ( kW ) 冷却水( m3/h ) GD2 ( kN-m2 ) 整套系统价格
1184 95 2 ×310
交-交变频 调速数字控 制系统
6
107 192
天津电气传动设计研究所
1 概述
(2)
输出Y接特点 触发脉冲宽度＞30° 直流偏置和交流偏置。
交-交变频 器基础
2
交-交变频 器的控制
3
矢量控制 基础
4
励磁同步 机矢量控制 系统
5
交-交变频 调速数字控 制系统
6
异步机矢 量控制系统
7
图2-6 “准梯形波”相电压及线电压波形
大功率交-交变频调速及矢量控制技术讲座 —— 马小亮
按功率因数=1 设计 高 复杂
矢量控制 基础
4
励磁同步 机矢量控制 系统
5
弱磁倍数
2倍以上
2倍以下
(2)
电机特点 电压频率：电压<=1650 V，频率<=20 Hz 阻尼绕组：不考虑起动，仅起动态稳定作用 机械强度：按可逆冲击性负载设计 通风：强迫通风；风水冷却
大功率交-交变频调速及矢量控制技术讲座 —— 马小亮
交-交变频 调速数字控 制系统
6
异步机矢 量控制系统
7
天津电气传动设计研究所
1 概述
按照电力电子器件关断方式的不同可将交流调速系统分为三类：
(1)自关断类：
交-交变频 器基础
2
使用全控型器件，如：
第六章交流异步电动机变频调速系统PPT课件
电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻
抗压降，而认为定子相电压 Us ≈ Eg，
8
则得 U s 常值
这是恒压频f1 比的控制方式。
（6-3）
但是，在低频时 Us 和 Eg 都较小，定子阻 抗压降所占的份量就比较显著，不再能忽略。
这时，需要人为地把电压 Us 抬高一些，以便 近似地补偿定子压降。
3
第一节 变频调速的基本控制方式和机械特性 通过改变定子供电频率来改变同步转速实现
对异步电动机的调速，在调速过程中从高速到 低速都可以保持有限的转差率，因而具有高效 率、宽范围和高精度的调速性能。可以认为， 变频调速是异步电动机的一种比较合理和理想 的调速方法 。
原理：利用电动机的同步转速随频率变化的特 性，通过改变电动机的供电频率进行调速。保
带定子压降补偿的恒压频比控制特性示于下
图中的 b 线，无补偿的控制特性则为a 线。
2. 基频以上调速
在基频以上调速时，频率应该从f1N向上升高，
但定子电压Us 却不可能超过额定电压
9
UsN ，最多只能保持Us = UsN ，这将迫使磁通
与频率成反比地降低，相当于直流电机弱磁升 速的情况。
Us UsN
11
Us Φm
恒转矩调速
UsN ΦmN
Us
恒功率调速
Φm
O
f1N
f1
图6-2 异步电机变压变频调速的控制特性
异步电动机的变压变频调速是进行分段控制的：
基频以下，采取恒磁恒压频比控制方式；
基频以上，采取恒压弱磁升速控制方式。
12
U Te
P
N
UN
Te
U
P
O
变电压调速
交流异步电动机变频调速系统
交流异步电动机变频调速系统简介交流异步电动机变频调速系统是一种用于控制电动机转速的技术，通过改变电机供电频率来实现电机的调速。
这种系统由多个元件组成，包括变频器、传感器和控制器等。
工作原理交流异步电动机变频调速系统的工作原理是通过改变电机供电的频率来改变电机转速。
系统中的变频器负责将输入的电源频率转换为所需的输出频率，并通过传感器实时监测电机的转速。
控制器则根据传感器反馈的信号，对变频器进行调整，以实现电机的精确调速。
特点和优势交流异步电动机变频调速系统具有以下特点和优势：1. 节能：通过调整电机转速，系统可以根据实际需要提供恰当的动力输出，减少能源浪费。
2. 精确控制：系统可以通过微调频率来实现对电机转速的精确控制，满足各种应用需求。
3. 可靠性高：系统采用先进的控制算法和监测技术，保证了系统的稳定性和可靠性。
4. 维护成本低：由于系统自动监测电机运行状态，并及时发出报警信号，因此可以降低维护成本和停机时间。
应用领域交流异步电动机变频调速系统广泛应用于各个领域，包括工业制造、交通运输、石油化工等。
常见的应用包括：1. 机械设备：用于控制机器设备的转速和运行状态，提高生产效率和质量。
2. 电梯和升降机：用于控制电梯和升降机的运行速度和平稳性。
3. 水泵和风机：用于控制水泵和风机的转速，以适应不同工况需求。
结论交流异步电动机变频调速系统是一种经济高效、可靠稳定的电机调速技术。
它在提高能源利用率、降低维护成本和实现精确控制方面具有重要意义。
在各个行业中广泛应用，为工业现代化进程提供了强有力的支持。
电机的PWM交-直-交变频调速
1 概述对于可调速的电力拖动系统，工程上往往根据电动机电流形式分为直流调速系统和交流调速系统两类。
它们最大的不同之处主要在于交流电力拖动免除了改变直流电机电流流向变化的机械换向器——整流子。
20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。
许多传统的由直流电机调速系统拖动的工业设备改由交流变额调速系统拖动，从而提高了系统的可靠性，减少了系统的维护费用。
随着变频调速应用的日益广泛，相关技术的日益成熟，人们不仅对变频调速系统的精度要求越来越高，而且对控制的功能要求越来越多，对系统的智能化要求越来越高，对系统的抗扰能力要求越来越高，以满足生产的需求并适应不同的工作环境。
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，深受工业行业的青睐。
交流变频调速的优异特性：调速时平滑性好，效率高。
低速时，特性静差率较高，相对稳定性好；调速范围较大，精度高；起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显；变频器体积小，便于安装、调试、维修简便，易于实现过程自动化；在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低。
交流电动机因其结构简单，运行可靠，价格低廉，维修方便，故而应用面很广，几乎所有的调速传动都采用交流电动机。
尽管从1930年开始，人们就致力于交流调速系统的研究，然而主要局限于利用开关设备来切换主回路达到控制电动机启动，制动和有级调速的目的。
变极对调速，电抗或自藕降压启动以及绕线式异步电动机转子回路串电阻的有级调速都还处于开发的阶段。
交流调速缓慢的主要原因是决定电动机转速调节主要因素的交流电源频率的改变和电动机的转矩控制都是非常困难的，使交流调速的稳定性，可靠性，经济性以及效率均不能满足生产要求。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
测试工具与解决方案2017.13
交交变频调速系统简介
耿莹莹
(莱钢集团设备检修中心，山东莱芜，271104 )
摘要：本文主要介绍钢材成品生产线上主传动调速系统的构成及应用，重点说明了调速系统的组成及其工作原理。
关键词：交交变频；处理器；连锁保护
Introduction of alternating current frequency control system
Geng Yingying
(Equipment maintenance center of Laiwu Steel Group,Laiwu Shandong,271104)
Abstract: this paper mainly introduces the composition and application of main drive speed system in the production line of steel products,and points out the composition and principle of the speed regulating system.
Keywords: alternating current frequency conversion;Processor;Chain safeguard
〇引言
山东钢铁莱芜分公司某钢材生产线共有主电机4台。
分别为 粗乳机1台，精乳机3台，共4套主传动调速系统，全部采用交- 交变频调速。
主传动电动机为交流同步机，控制器是西门子公司 SIMADYN D全数字64位处理器组成的矢量控制器，功率装置采 用Y连接的交流偏置式结构,功率元件全部为西门子产品，以保 证质量。
在同步机的后部安装有编码器，用来测量电机的转速。
1电动机主剪支术麵
以粗轧主电机为例说明，主电机为同步电机，极数为12 极，额定功率5500KW,最高转速60—100r/min，定子额定电压1650V,定子额定电流2003A,频率范围为6 —10HZ。
励磁电压直 流210V,励磁电流510A。
过载能力：200%额定(基速以下60S), 275%额定直接作用于跳闸。
主传动交-交同步电机定子及两侧轴承配有温度传感器，主传动电机安装接地碳刷以消除电机轴向 电流，主电机冷却方式采用背包水冷却方式。
2电机定子回路
2_1定子回路整流变压器
主传动电动机定子主回路采用3台干式三相整流变压器，容 量为3700KVA。
变比35kV/1150V,短路阻抗ek%=7. 5%,对电网形 成12相脉波整流，减少对电网造成的谐波。
定子主回路如下图1所示。
整流变压器配有超温保护、高温保护接点输出，与高压开关 回路进行联锁，由于变压器为干式，所以没有瓦斯保护。
主回路进 线经高压开关柜接a整流变压器，毎台整流变压器低压侧分别接 至3套晶闸管变流装置。
2.2定子晶闸管变流器
电动机三相定子绕组接法为Y形，3套变流装置的正输出 母线经3台主接触器接至同步电动机三相定子绕组，负输出母线 短接在一起，构成Y形三相交-交变频变流器。
三相输出交-交
I92变频器特点：（1)电流三相正弦波，附加损耗较小,脉动转矩小；
(2)无环流控制下的输出频率< 20HZ ; (3)主回路比较复杂，元 器件较多，需要36个晶闸管。
由于电动机三相定子绕组的星点与 三相变流器输出的星点是断开的，便具有一定的交流偏置，使得 装置输出相电压为梯形波，但线电压为正弦波。
因此相电压输出 能够降到原来的85%左右，使整流变压器二次电压降低,变压器 容量也可以选的小一些。
本系统触发脉冲采用宽度为36度的脉 冲列。
图1定子主回路
晶闸管变流柜的主回路采用三相全控桥式线路。
由于实际 电流切换存在“死时”,变频器输出的电流和从电网输入的电流就 不是完全准确的正弦波；此外，如果电流切换时的"死时”越长,产生的谐波也就越大,严重的时候还会造成变流装置输出能力下 降，无谓地增加损耗。
一般我们都把交交变频系统的无环流电流 切换“死时”控制在2 m s以内，以达到我们预期的目的，使之尽量 少产生谐波，增加变流装置的输出能力。
要想避免“死时”对变流 装置所带来的不利影响，我们首先必须要准确地检测出电路中的 零电流。
在这里主要是采用零电流检测器，这个元件比普通的门
甲孑测
ii!
2017.13
坎检测要准确、迅速，是保证电流切换控制在很短时间内的最重 要手段。
在变流柜内，每相变流装置还具有一个电压传感器，用来 检测定子实际电压，并能够在面板上显示出来，供现场操作人员 査看并监视装置的正常与否。
晶闸管变流装置还装配有故障检测功能，只要内部有故障发 生，可以及时发出报警信号，并且能够进行系统联锁。
而且具有记 忆功能，当技术人员检査维护时，可以査看故障并准确地推断出 产生故障的位置，从而能够快速地排除故障，给检修作业提供了 很大的方便。
晶闸管变流装置还具有开门保护功能,即：在高压开关合闸 后，此装置是不允许打开柜门的,如果强行打开，就会立刻联锁高 压开关柜，使得断路器跳闸，以保证人身安全。
3电机励磁回路
3.1励磁变压器
粗轧机励磁回路为干式整流变压器供电,容量为500KVA,变 比10KV/600V,每台电机系统用1套绕组。
接法为D/Y-11,二次电 压600 V，短路阻抗5.5%，干式变压器。
配有超温保护接点，与高 压开关回路联锁，同样，由于变压器为干式变压器,所以没有瓦斯 保护功能。
3.2励磁晶闸管变流器
励磁回路与定子回路不同，励磁回路为晶闸管三相全控不 可逆整流桥，电源通过整流桥输出后直接接到电动机的励磁绕组 上，用于电机的励磁。
为了防止在故障情况下转子过电压而损坏晶阐管，在励磁柜 外专门配置了一套高容量压敏电阻，用来吸收励磁回路中的过电 压；此外，还具有快速过压保护回路。
这样就完全能够保证励磁 回路的安全，从而保证了电机和变流装置的安全运行，防止发生 危险事故和故障。
此系统的变频控制为西门子公司的SIMADYN D数字控制柜。
本系统软件为UNIX操作系统，安装了西门子公司开发的编程软 件。
系统硬件设备主要由主机箱和辅助机箱以及接口端子板等组 成。
主机箱主要由通用微处理器单元、专用微处理器单元及各种 辅助单元、接口单元、通讯单元及电源等组成。
本系统处理器单元目前是具有64位的处理器，分为四个部 分。
第1个处理器（PM6)主要是为了完成系统起停的速度逻辑控 制等任务；第2个处理器（PM6)主要完成矢量控制、磁通控制等 任务；第3个处理器（EP22)主要是三相变流器控制，主要完成 三相交流电流控制；第4个处理器（PM6)完成励磁电流控制、故 障处理、主回路合分闸、操作面板0P控制、通讯等任务。
主机箱与现场电动机的信号、数据等信息的交换是通过Profibus_D P通讯连接ET200远程站来实现的。
在系统辅助控制 柜中安装1套远程I/O站，用来完成系统内、外控操作、开关操作 联锁、报警及故障显示等。
现场每台电动机旁也要设置1台远程 I/O站,用来采集电动机温度、轴承润滑、机械联锁等信号。
当信 号采集到远程I/O站后，再通过D P线通讯到主机箱中，参与连锁 保护等。
5故障傲户联锁
本系统通过硬件、软件可以实现多种保护功能，具有故障、报 警、联锁、记忆、复位等综合处理能力。
检测并参与联锁的故障主要包括：定子回路的过电流、过电 压；转子回路的过电流、过电压；堵转、变流装置故障、高压开关 故障分阐、欠励磁、电源欠压、变流装置风机故障、电动机风机故 障、电动机冷却水系统故障、主变压器超温、电动机超温、电动机 轴承超温、电动机润滑故障、机械润滑故障等，以及通讯故障等。
所有能给电机或者控制系统带来危险的因素都能够检测和保护。
6结束语
此套系统为西门子公司比较成熟的一套控制系统，虽然结构 有些复杂,但是它具有运行稳定、故障率低、效率高等诸多优点，在很多场所，尤其是冶金、纺织、矿业等场所都有广泛地应用。
参考文献
[1] 马小亮.大功率交一交变频调速及矢量控制，机械工业出版
社，2004年07月.
[2] 张燕宾.SPWM变频调速应用技术，机械工业出版社，2012
年01月.
[3] 李鸿儒.西门子系列变频器及其工程应用，机械工业出版社，
2013年 09 月.
(上接第126页)
参考文献
[1] 韩建海著.工业机器人[M].武汉：华中科技大学出版社,
2015:157-168.
[2] 周昌乐著.暫能系统与技术丛书智能科学技术导论[M】.北京：
机械工业出版社，2015:51-55.
[3] 张巧芬等.机器视觉中照明技术的研究进展[J].照明工程学
报,2011,(22):31-37.[4]王汉华，刘兴亮，张小平著.智能爆炸开启智人新时代[M].北
京：机械工业出版社，2015:82-86.
作者简介
李凤娇，女，1987年生，硕士研究生，研究实习员，主要从事发 明专利实质审查工作。
叶亚楠（文章贡献等同于第一作者），女，1988年生，硕士研究 生，主要从事发明专利实质审查工作。
m m m 93。