[工学]交流调速-第一章
第一讲 交流调速概述及电力电子技术
交流调速系统第一讲交流调速概述及现代电力电子主讲人：讲课时间：2007年9月10日主要内容•第一章交流调速概述•1.1 电气传动控制系统•1.2 交流电动机的调速方法•1.3 三相异步电动机的六种调速方式•1.4 交流调速的基本类型第一章交流调速概述直流电动机拖动和交流电动机拖动先后诞生与19世纪，距今已有100多年的历史，并已成为动力机械的主要驱动装置。
但是，由于技术上的原因，在很长一段时期内，占整个电力拖动系统80%左右的不变速拖动系统中采用的是交流电动机（包括异步电动机和同步电动机），而在需要进行调速控制的高性能拖动系统中则基本上采用的直流电动机。
由于结构上的原因，直流电动机存在以下缺点：（1）需要定期更换电刷和换向器，维护保养困难，寿命较短；（2）由于直流电动机存在换向火花，难以应用于存在易燃易爆气体的恶劣环境；（3）结构复杂，难以制造出大容量、高转速和高电压的直流电动机。
与直流电动机相比，交流电动机则具有以下优点：（1）结构坚固，工作可靠，易于维修保养；（2）不存在换向火花，可以应用于存在易燃易爆气体的恶劣环境；（3）容易制造出大容量、高转速和高电压的交流电动机。
因此，很久以来，人们希望在许多场合下能够用可调速的交流电动机来代替直流电动机，并在交流电动机的调速控制方面进行了大量的研究开发工作。
直至20世纪70年代，交流调速系统的研究开发方面一直未能得到真正能够令人满意的成果，也因此限制了交流调速系统的推广应用。
也正是因为这个原因，在工业生产中大量使用的诸如风机、水泵等需要进行调速控制的电力拖动系统中不得不采用挡板和阀门来调节风速和流量。
这种做法不但增加了系统的复杂性，也造成了能源的浪费。
经历了20世纪70年代中期的第2次石油危机之后，人们充分认识到了节能工作的重要性，并进一步重视和加强了对交流调速技术的研究开发工作。
随着电力电子技术、微电子技术和控制理论的发展，电力半导体器件和微处理器的性能的不断提高，变频驱动技术也得到了显著的发展。
交流调速1
一般性能的节能调速（续） 如果换成交流调速系统，把消耗在挡板 和阀门上的能量节省下来，每台风机、水 泵平均都可以节约 20 ~ 30% 以上的电能， 效果是很可观的。 但风机、水泵的调速范围和对动态快速 性的要求都不高，只需要一般的调速性能。
2. 高性能的交流调速系统和伺服系统 许多在工艺上需要调速的生产机械过去 多用直流拖动，鉴于交流电机比直流电机 结构简单、成本低廉、工作可靠、维护方 便、惯量小、效率高，如果改成交流拖动， 显然能够带来不少的效益。但是，由于交 流电机原理上的原因，其电磁转矩难以像 直流电机那样通过电枢电流施行灵活的实 时控制。
第 5章
基于稳态模型的异 步电动机调速系统
基于稳态模型的异步电动机调速
在基于稳态模型的异步电动机调速 系统中，采用稳态等值电路来分析 异步电动机在不同电压和频率供电 条件下的转矩与磁通的稳态关系和 机械特性，并在此基础上设计异步 电动机调速系统。
基于稳态模型的调速方法
常用的基于稳态模型的异步电动机 调速方法有调压调速和变压变频调 速两类。
电力拖动自动控制系统
第 2 篇
交流拖动控制系统
内容提要
概述
交流调速系统的主要类型
交流变压调速系统（基于稳态模型）
交流变频调速系统(分别基于稳态模型 和动态模型进行设计) *绕线转子异步电机双馈调速系统—— 转差功率馈送型调速系统 *同步电动机变压变频调速系统
概
述
直流电力拖动和交流电力拖动在19世纪先 后诞生。在20世纪上半叶的年代里，鉴于直 流拖动具有优越的调速性能，高性能可调速 拖动都采用直流电机，而约占电力拖动总容 量80%以上的不变速拖动系统则采用交流电 机，这种分工在一段时期内已成为一种举世 公认的格局。交流调速系统的多种方案虽然 早已问世，并已获得实际应用，但其性能却 始终无法与直流调速系统相匹敌。
交流调速
1．文献综述1.1 调速系统的发展史直流电动机是最早出现的电动机，也是最早实现调速的电动机，长期以来直流电动机一直占据着调速控制的统治地位。
直流电机调速最大的优点就是可以实现平滑而经济的调速；直流电机的调速不需要其它设备的配合，可通过改变输入的电压/电流，或者励磁电压/电流来调速[1]。
直流电机虽不需要其它的设备来帮助调速，但自身的结构复杂，制造成本高，在大功率可控晶闸管工业生产化以后，直流电机的调速系统就变得更加复杂了[2]。
五十多年来，直流电气传动经历了重大的变革。
首先，实现了整流器件的更新换代，从50年代的使用已久的直流发电机—电动机组(简称G．M系统)及水银整流装置，到60年代的晶闸管—电动机调速系统(简称V-M系统)，使得变流技术产生了根本的变革。
再到脉宽调制(PWM)变换器的产生，不仅在经济性和可靠性上有所提高，而且在技术性能上也显示了很大的优越性，使电气传动完成了一次大的飞跃。
另外，集成运算放大器和众多的电子模块的出现，不断促进了控制系统结构的变化。
随着计算机技术和通信技术的发展，数字信号处理器DSP应用于控制系统，控制电路已实现高集成化，小型化，高可靠性及低成本。
以上技术的应用，使系统的性能指标大幅度提高，应用范围不断扩大。
由于系统的调速精度高，调速范围广，所以，在对调速性能要求较高的场合，一般都采用直流电气传动。
技术迅速发展，走向成熟化、完善化、系统化、标准化，在可逆、宽调速、高精度的电气传动领域中一直居于垄断地位[3]。
在相当长的时间内几乎都采用直流拖动系统。
其主要优点在于调速范围宽，静差率小，稳定性好以及具有良好的动态性能，因此在高性能的拖动技术领域中获得了广泛应用。
尽管如此，直流调速系统却解决不了直流电动机本身的换向问题，以及在恶劣环境下不适用的问题，同时制造大容量、高转速及高电压直流电动机也十分困难，这就制约了直流拖动系统的进一步发展。
随着电力电子技术的发展，使得采用电力电子变换器的交流拖动系统得以实现，高性能交流调速系统便应运而生[4]。
交流调速原理及应用(上传)
交流调速原理及应用第一单元 交流调速的原理——异步电机变压变频调速系统（VVVF 系统）异步电机的变压变频调速系统一般简称为变频调速系统。
由于在调速时转差功率不随转速而变化，调速范围宽，无论是高速还是低速时效率都较高，在采取一定的技术措施后能实现高动态性能，可与直流调速系统媲美,因此现在应用面很广。
第一节 变压变频调速的基本控制方式定子每相电动势m N s 1g S 44.4Φk N f E =只要控制好 E g 和 f 1 ，便可达到控制磁通Φm 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。
1、基频以下调速要保持 Φm 不变，当频率 f 1 从额定值 f 1N 向下调节时，必须同时降低 E g ，使常值=1f E g即采用恒值电动势频率比的控制方式。
然而，绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压 U s ≈ E g ，则得常值=1f U s 这是恒压频比的控制方式。
但是，在低频时 U s 和 E g 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 U s 抬高一些，以便近似地补偿定子压降。
带定子压降补偿的恒压频比控制特性示于图1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 f 1N 向上升高，但定子电压U s 却不可能超过额定电压U sN ，最多只能保持U s = U sN ，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。
把基频以下和基频以上两种情况的控制特性画在一起，如图2所示。
如果电机在不同转速时所带的负载都能使电流达到额定值，即都能在允许温升下长期运行，则转矩基本上随磁通变化，按照电力拖动原理，在基频以下，磁通恒定时转矩也恒定，属于“恒转矩调速”性质，而在基频以上，转速升高时转矩降低，基本上属于“恒功率调速”。
第二节 异步电动机电压－频率协调控制时的机械特性1、 恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性当定子电压U s 和电源角频率w 1恒定时，异步电机在恒压恒频正弦波供电时的机械特性方程式T e = f (s )如下：2'lr ls 2122'r s 'r 121s p e )()(3L L s R sR R s U n T +++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=ωωω当s 很小时，转矩近似与s 成正比，机械特性T e = f (s )是一段直线。
交流调速教材
交流调速教材
一、概述
交流调速系统是工业自动化领域中非常重要的组成部分，其性能的优劣直接影响到工业设备的运行效果。
而掌握交流调速技术，则能够更好地应对不断变化的工业需求。
本教材将为你揭示交流调速技术的奥秘，帮助你全面了解和掌握交流调速系统的知识。
二、课程目标
本教材的课程目标旨在让你掌握以下知识和技能：
1. 了解交流调速系统的基本原理和组成；
2. 掌握交流调速系统的控制策略和方法；
3. 熟悉交流调速系统的调试和维护技巧；
4. 掌握交流调速系统的应用实例和解决方案。
三、课程内容
本教材的课程内容共分为以下五个部分：
1. 交流调速系统基础知识
在这一部分，我们将介绍交流调速系统的基本概念、组成、分类和发展历程。
让你对交流调速系统有一个全面的认识，为后续的学习打下基础。
2. 交流调速系统控制策略和方法
在这一部分，我们将深入探讨交流调速系统的控制策略和方法，包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
让你了解各种控制方法的原理和应用，为掌握交流调速技术打下坚实的基础。
3. 交流调速系统调试和维护技巧
在这一部分，我们将介绍交流调速系统的调试和维护技巧，包括通电调试、参数整定、故障排查等。
让你学会如何对交流调速系统进行调试和维护，保证系统的稳定性和可靠性。
4. 交流调速系统应用实例和解决方案
在这一部分，我们将通过介绍多个交流调速系统的应用实例和解决方案，让你了解不同领域中交流调速系统的应用和实现方式。
让你能够将所学知识应用到实际工作中，提升你的实践能力和解决问题的能力。
交流调速器工作原理
交流调速器工作原理
调速器是一种用于调节机械设备转速的装置，它使用一种称为调速器的装置来实现工作原理。
调速器通常包含一个控制系统和一个执行系统。
工作原理如下：当控制系统接收到调速信号时，它会根据信号的要求调整执行系统的工作状态。
控制系统通常由一个感知器、一个比较器和一个执行器组成。
感知器是一个用来感知原始信息的装置，可以是传感器或者人工输入。
它能够感知到机械设备的转速，并将其转化为电信号。
比较器负责将感知到的信号与设定值进行比较，然后产生一个偏差信号。
如果实际转速低于设定值，偏差信号会告诉执行器，需要增加动力输出；如果实际转速高于设定值，偏差信号会告诉执行器，需要减少动力输出。
执行器则负责根据比较器发出的指令调整机械设备的工作状态。
它可以通过控制设备的供电电压或调整传动系统的速比来改变输出功率。
综上所述，调速器通过感知器感知机械设备的转速，然后通过比较器和执行器实现对设备转速的调节。
这个过程一直持续进行，以保持设备转速在设定范围内的稳定工作。
交流调速原理
交流调速原理今天来聊聊交流调速原理，这可真是个既有趣又实用的话题呢。
你看啊，我们日常生活中像家里的电扇就有调速的功能，这其实就用到了交流调速原理的一种简单体现。
电扇一般有不同的转速档，可以吹出不同强度的风。
这就和交流电机的转速控制有关了。
在讲原理之前呢，先得说说交流电机。
交流电机就像是一个在磁场里不断跳舞的小精灵。
它的转速是和交流电源的频率、电机自身的磁极对数有关系的，这就好像是音乐的节奏（电源频率）和舞伴的人数（磁极对数）决定了这个小精灵跳舞的速度。
公式是n = 60f / p，这里的n就是电机的转速，f是电源频率，p是磁极对数。
比如说，当电源频率是50Hz，磁极对数是2的时候，按照公式算出来电机的基本转速就是1500转每分钟。
那么要调速呢？这就要说到最常见的变频调速了。
变频调速就像是给这个音乐换个节奏，你想啊，如果音乐节奏变快了，那个跳舞的小精灵也得跟着加快舞步。
我们通过改变电源的频率来改变电机的转速。
比如说，把50Hz的电源频率调高到60Hz，电机的转速就会相应提高。
这个道理在空调压缩机里就特别有用。
空调工作的时候，根据室内温度需要不同的制冷量，那就可以通过调整压缩机的转速来实现，这样又节能又能精确控制温度。
有意思的是，还有一种调速的方法叫变极调速，就像是突然给那个跳舞的小精灵换了一种舞蹈队形，从双人舞（一种磁极对数）变成多人舞（改变磁极对数）。
不过这种方法不像变频调速那么平滑，是一种有级的调速。
老实说，我一开始也不明白为什么改变这两个参数就能调速呢。
后来才知道这都是基于电磁感应的原理。
交流电机里的线圈在磁场里旋转产生电动势，而这个过程和电源频率以及磁极对数紧密相关。
这就好比我们在玩滑轮，速度和滑轮的大小（磁极对数）以及推动的频率（电源频率）有关系。
不过呢，在实际应用中可还有不少注意事项哦。
比如说在变频调速的时候，频率调整得不合适可能会引起电机过热甚至损坏，就像你跑步的时候节奏乱了一样容易摔倒受伤。
交流调速001
1、什么是PWM技术。
PWM技术应用于交流调速系统的意义是什么？答：PWM技术即脉宽调制技术，是利用全控型电力电子器件的导通和关断把电压变成一定形状的电压脉冲，实现变压、变频控制并且消除谐波的技术,变频调速系统采用pwm技术不仅能及时、准确地实现变压变频控制要求，而且更重要的意义是抑制逆变器输出电压或电流中的谐波分量，从而降低或消除了变频调速时电机的转矩脉动，提高了电机的工作效率，扩大了调速系统的调速范围。
2、PWM控制方式所引起的主要问题有哪些？主要用哪些性能指标来描述。
答：PWM控制方式所引起的主要问题有电流畸变、变换器中的开关损耗、负载中的谐波损耗以及电机转矩的脉动。
主要用电流谐波、载波比、最大调制度、谐波转矩、开关频率和开关损耗来描述。
3、什么是载波比？什么是调制度？输出电压的大小和其中的哪个量有关？答：在spwm逆变器中，载波频率fc与调制波频率fm之比Ncm=fc/fm称为载波比，也称调制比。
调制度定义为参考电路的峰值Umn与三角载波信号的峰值Ucm之比，输出电压的大小与调制度有关。
若要输出波形尽量接近正弦，则应尽可能增大载波比。
4、简述电压SPWM的基本控制思想。
电压SPWM基本控制思想即冲量有效原理。
对于电压正弦SPWM来说，可以把电压正弦半波分为N等份，然后每一等份的正弦曲线与横轴所包围的面积都是一个与此面积相等的等高矩形脉冲来代替，矩形脉冲的中点与正弦波每一等份的中点重合。
这样由N个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形与正弦波的半周等效。
5什么是电流滞环SPWM？它的特点是什么？答：电流滞环spwm是把正弦电流参考波形和电流的实际波形通过滞环比较器进行比较，其结果决定逆变器桥璧上下开关器件的导通和关断。
它的特点是控制简单、响应快、瞬时电流可以被限制，功率开关器件得到自动保护。
缺点是相对的电流谐波较大。
6电压空间矢量PWM技术（磁链追踪法）有什么特点？添加零矢量的作用是什么？答：磁链轨迹pwm控制方法将逆变器和交流电机视为一个整体，它的数学模型是建立在电机统一理论和电机坐标轴系变换理论基础之上，物理意义直观，数学模型简单，便于微机实时控制，并具有转矩脉动小、噪声低、电压利用率高地优点。
交流调速基础和原理
异步电动机的机械特性曲线
20
交 流 变 频 调 速 技 术
起动点：图中的S点，在起动 点上，电动机已接通电源， 但尚未起动。对应这一点的 转速 n ＝0 (s＝1)，电磁转矩 称起动转矩Tst。
异步电动机的机械特性曲线 临界点：临界点K是一个非常重要的点，它是机械特性稳定运 行区和非稳定运行区的分界点。
n0 n s n0
11
交 流 变 频 调 速 技 术
主磁通和定子感应电动势
主磁通是通过气隙并同时与定、转子绕组相交链的磁通， 它经过的磁路(称为主磁路)包括气隙、定子齿、定子轭、转子 齿、转子轭等五部分．感应电机中主磁通所经过的磁路如下页 图所示。 气隙中的主磁场以同步转速旋转时，主磁通 φm 将在定 子每相绕组中感生电动势有效值 Es 。
输入功率 电磁功率
Pe pcu 2 P
P P2 p J
总机械功率
转子铜耗 总机械功率 转差功率
pcu2
其中
'2 ' Ps sP m1I r Rr e
P
'2 m1I r
Ps sP pCu 2 e
P2为实际输出机械功率。
1 s ' Rr (1 s) Pe s
L
nLmin
调速的平滑性：是指相邻两级转速的接近程度。 调速特性： ① 静态特性：主要是指调速后机械特性的硬度。工程上常用静 差度δ 来表示。 n0 n N 100% n0 24 ② 动态特性：指过渡过程中的性能。
交 流 变 频 调 速 技 术
1.2.2 异步电动机的调速方法
(1) 异步电机的转速表达式
*1.5 交流电动机串级调速原理
6Leabharlann 交 流 变 频 调 速 技 术
交流调速系统习题课-PPT文档资料
( r•2'•A pA x1p L xM L 1'R M L )L'Riiiixxyy''1 1 2 2
x1 L1l ix1 L1M (ix1 ix2')
y1 L1l iy1 L1M (iy1 iy2')
' x2
L2l' ix2'
L1M
(ix1
ix2')
' y2
L
2
l
'
i
' y
2
L1M
(iy1
i
' y
2
)
（1）写出坐标系下异步电动 学机 模数 型
（2）写出异步电动 dq坐 机标系下数学模型
（3）推到异步电动机在MT坐标系下电压方程 为：
UM1 UT1
r1psL
1Ls
0
0
(1p 1L M )L1M
1L'R
p1L M
r1psL 1L1M
0
r2' p'R L
0 (1)L'R
sin
2 N
i)
t on
T s (1 M 4
sin
t ) T s (1 M 4
sin
2 N
i)
其中 i 为采样点， i 0 ，1，2 ， ， N 。Biblioteka t 为采样时刻，t
0，
T s ，2 T s， ，
NT
。
s
脉冲宽度
t pw
T s（ 1 M 2
sin
2 N
i）
可见，对应某一采样时
的旋转磁场,现将每个扇区再分成两个小扇区,每个小扇区包含 t1、t2、t3时间段，同时每个小扇区包含两个开关状态，两个 工作状态在三个时间段交替切换，用线性组合的方法在每个扇
第一章交直流调速系统PPT课件
的地方仍然使用这种系统。 但是这种由机组供电的直流调速系统需要旋
转变流机组，至少包含两台与调速直流电动机 容量相当的旋转电机（原动机和直流发电机） 和一台容量小一些的励磁发电机，因而设备多 、体积大、效率低、安装需打地基、运行有噪 音、维护不方便。为了克服这些缺点，在20世 纪50年代开始采用静止变流装置来代替旋转变 流机组，直流调速系统进入了由静止变流装置 供电的时代。
K K
晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合
晶闸管由P1、N1、P2、N2四层半导体材料交替组成，其结构 及图形符号如图所示。P1区引出的电极为阳极A，N2层引出的 电极为阴极K，由中间P2层引出的电极为控制极G。为更好的理 解晶闸管的工作原理，常将其N1、P2两个区域分解成两部分， 分别构成一个NPN型和一个PNP型的三极管。分解后的情况如图
晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性， 但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、调 压及开关等方面。
优点： 体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、
操作方便、寿命长、 容量大（正向平均电流达千安、 正向耐压达数千伏）。
常用晶闸管的结构
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
平板型晶闸管外形及结构
一、基本结构
对系统的调速性能要求不高时，可直接由励
磁电源供电，要求较高的闭环直流调速系统一 般都通过放大装置（G-M系统的放大装置多采用 交磁放大机或磁放大器）进行控制。如果改变 if的方向，则U的极性和n的转向都跟着改变， 因此G-M系统的可逆运行是很容易的。
G-M系统具有很好的的调速性能，在20世纪50 年代曾广泛地使用，至今在尚未进行设备更新
Ra
调改速变特电性压：UN U n ， n0
转速下降，机械特性曲线平行下移。
《交流调速技术》复习
交流调速技术复习第一章1、异步电动机的调速方式n0=60f*(1-s)/p由上式可知，若要改变电动机转速n，有如下三种方法。
（1）变极调速：改变电子绕组的磁极对数p。
（2）改变转差率调速：改变电动机的转差率s。
转差频率（Slip Frequency，SF）控制是解决异步电动机电磁转矩控制的一种方式，是对V/f控制方式的一种改进。
相对于V/f控制方式，采用转差频率控制方式，有助于改善异步电动机变压变频调速系统的动、静态性能。
（3）变频调速：改变供电电源的频率f。
目前常见的调速方式主要有：降电压调速；转子串电阻调速；串级调速；变极调速；变频调速。
其中前三项均属于变转差率调速方式。
2、异步电动机的变极调速优点：在每一个转速等级下具有较硬的机械特性，稳定性好，控制线路简单，容易维护。
缺点是有级调速，调速平滑性差，从而限制了它的使用范围3、降电压调速优点：是控制设备比较简单，可无级调速，初始投资低，使用维护比较方便。
缺点是机械特性软，调速范围窄，调速效率比较低。
适用于调速要求不宽，较长时间在高速区运行的中小容量的异步电动机4、转子串电阻调速优点：设备简单，维护方便；控制方法简单，易于实现。
其缺点是只能有级调速，平滑性差；低速时机械特性软，故静差率大；低速时转差大，转子铜损高，运行效率低。
它适合于调速范围不太大和调速特性要求不高的场合。
5、转子回路串电阻方式优点：是可以通过某种控制方式使转子回路的能量回馈的电网，从而提高效率；还可以实现无级调速。
缺点：是对电网干扰大，调速范围窄。
6、变频调速变频调速是通过改变异步电动机供电电源的频率f来实现无级调速的。
从实现原理上考虑，变频调速是一个简洁的方法。
从特速特性上看，变频调速的任何一个速度段的硬度均接近自然机械特性，调速特性好，如果能有一个可变频率的交流电源，则可实现连续调速，平滑性好7、变频器控制方式发展和现状第一代，采用正弦脉宽调制(SPWM)的恒压频比控制。
交流电动机的调速方法PPT1
改变定子电压，调速范围不大（如a、b、c三点）。
改变定子电压，调速范围不大（如a、b、c三点）。
24所示的交变电压，其值由SCR控制角来控制。
3) 恒P变频调速中，
1. 附加电势的方向（或相位） 低速时运行稳定性不好（如d点），转子电流相应增大。
l 常用串联二极管式逆变电路。
适用于频繁加减速和变动负载的场合。
2) 恒幅PWM型变频器（直流电压恒定） l 整流器——二极管整流桥； l 逆变器——输入恒定的直流电压，调节输
出电压的脉冲宽度和频率（实现调压和调频）。
3) 特点： l 电路简单； l 调节速度快； l 动态响应好。
注：
a) 改变调制周期→改变输出频率。
b) 调制方法：单极性调制和双极性 调制。
1. 主电路 ——整流器、逆变器（逆变电路和换流电路）
和电容（中间环节、滤波）。
2. 逆变器的换流原理 工作方式——180o、120o 通电型。 以单相为例，C预充电 → 稳态导通阶段 → 开
始换流阶段 →振荡换流阶段 → 振荡衰减阶段 → 反馈阶段 → 换流结束阶段。
1) VS1、VS2——主晶闸管，VS1´、VS2´ ——辅助换流晶闸 管，作为LC振荡电路的充放电开关。
1) C为换向电容，V为隔离二极管，与主晶闸管串联。
2) 换流电路为120o导电型，同一相两只SCR同时导通， 脉冲间隔（相位差）为180o。
3) 两只相邻SCR，脉冲间隔为60o（正转时触发VS1、2、 3、4、5、6、1…，反转时触发VS6、5、4、3、2、1、6…）。
4) 两相轮流导通，脉冲间隔为120o（1-3-5或2-4-6）。
注：U 1—电源电压； U—控制电压； U —x ' 可变电压（输出电
交流调速
交流调速系统的基本控制量是位置、速度、转矩这三个物理量✓位置控制将某负载从某一确定的空间位置按某种轨迹移动到另一确定的空间位置。
例如数控机床和机器人就是典型的位置控制系统即伺服系统。
✓速度控制以确定的速度曲线使负载产生运动。
例如风机水泵通过调速来调节流量，电梯通过速度和加速度调节来实现平稳升降。
✓转矩控制维持转矩的恒定或遵循某一变化规律。
如轧钢机械、造纸机械和传送带中的张力控制等。
直流调速系统特点：●控制对象：直流电动机●控制原理简单，一种调速方式●性能优良，对硬件要求不高●电机有换向电刷（换向火化）●电机设计功率受限●电机易损坏，不适应恶劣现场●需定期维护优点：数学模型简单交流调速系统特点：●控制对象：交流电动机●控制原理复杂,调速方式多●电机无电刷，无换向火化问题●转速高、耐压高●容量大（交流电机本身容量大）●电机不易损坏，适应恶劣现场●体积小、重量轻，基本免维护●节能显著●缺点:动态数学模型复杂具有非线性多变量强耦合的性质交流电机主要分为异步电机（即感应电机）和同步电机两大类，每类电机又有不同类型的调速系统。
由转速公式可归纳出三类基本的调速方法：变极对数p的调速、变电源频率f1调速及变转差率s调速。
按调速方法分类:①降电压调速②转差离合器调速③转子串电阻调速④绕线转子电动机串级调速和双馈电动机调速⑤变极对数调速⑥变压变频调速按转差功率将异步电动机的调速系统分成三类：①转差功率消耗型②转差功率馈送型③转差功率不变型（1）转差功率消耗型调速系统：转差功率全部转化成热能而被消耗掉。
特点：系统的效率低，结构简单。
调压调速、绕线式异步电动机转子串电阻调速、电磁转差离合器调速系统属于此类。
（2）转差功率馈送型调速系统——转差功率的少部分被消耗掉，大部分通过变流装置回馈给电网或者转化为机械能予以利用。
特点：效率高。
串级调速和双馈调速属该类系统。
（3）转差功率不变型调速系统——调速过程中，转差功率基本不变。
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交流传动因技术发展的局限性，尽管提出多种技术解决 方案，但是性能无法与直流传动相比，难于满足生产要求；
应用情况： 高性能可逆可调速传动领域都采用直流传动； 约占电气传动总容量80%的不变速传动采用交流传动；
§1.1 交流调速系统概况
20世纪70年代初叶，交流传动技术获得突破性进展 直流电机具有电刷换向器，必须进行维护，转速不高， 容量小，适用范围有限； 席卷全球的石油危机迫使西方工业国家投入大量的人力 物力研究高效的交流调速系统 技术基础的发展：
类型
调速方法
特点
转差功率消耗型 ①②③ 转差功率回馈型 ④
消耗全部功率；效率最低； 结构简单；
大部分转差功率回馈利用； 效率较高；需要回馈装置
转差功率不变型 ⑤⑥
转差功率消耗基本不变； 效率高
§1.1 交流调速系统概况
2.同步电机调速系统的类型
同步电机没有转差，也没有转差功率，所以同步电机调速 系统只能是功率不变型（恒为零），极对数固定，只能靠 改变供电电压的频率来改变同步转速 不改变同步转速的调速方法
§1.1 交流调速系统概况
2.特大容量，极高转速
直流电机换向器的换向能力限制了它的容量和转速，其极 限容量和转速的乘积约为106KW.r/min,超过这一数值的直 流电机设计制造比较困难,而交流电机无此限制,因此特大 容量(厚板轧机﹑矿井卷扬机)和极高转速传动(高速磨床 ﹑离心机)
3.传统直流传动系统的技术改造
一、电气传动系统的发展历程
直流传动和交流传动分别在19世纪先后诞生。 19世纪80年代以前，直流传动是唯一的电气传动方式 19世纪末，交流传动开始在工业生产中得到应用
交流电的产生； 三相制交流电输送与配电问题的解决； 交流鼠笼式异步电动机的发明；
§1.1 交流调速系统概况
20世纪前半叶 生产技术的发展，对电气传动系统在启制动﹑正反转﹑ 调速精度 ﹑调速范围和静动态特性方面提出了更高要求 技术性能：
转子串电阻；转子斩波调速；改变定子电压；改变转子附 加电势；应用电磁转差离合器等方法 改变同步转速的调速方法
改变定子极对数；改变定子电压频率；应用无换向器电统的类型
1﹑交流调速系统的主要发展方向 变频调速
变频调速是交流调速的主要研究内容，也是最有发展前途 的一种交流调速方式，
大规模集成电路﹑计算机控制技术和现代控制理论的发展
为交流电气传动的发展创造了前提条件。
§1.1 交流调速系统概况
技术方法：
变频调速﹑矢量控制/磁场定向控制技术﹑直接转矩控制 和解耦控制控制技术的发展，形成了一系列可以和直流传 动相比的 高性能交流调速系统。
目前，交流传动有取代直流传动的趋势 交流调速在各个公元领域的应用比例正在逐渐增大； 世界范围的设计研究重点转向交流调速；
§1.1 交流调速系统概况
拖按动照负交载流的异有步效电功机率的基本原理，从定子传入转子的电磁功 率P可2 =以（分1-为S）两P个m部分：
Pm (1 s)Pm sPm
P2 Ps
转差功率Ps =SPm
§1.1 交流调速系统概况
从转差功率转换的角度来看，可以将异步电机调速系统分 为三类：转差功率消耗型调速系统；转差功率回馈型调速 系统；转差功率不变型调速系统。
串级调速
这是一种利用绕线式异步电机的转差功率（相当于转子附 加电势）的一种比较经济的调速方法，我国串级调速技术 比较成熟，有系列化产品。
双馈电机
又称超同步串级调速，绕线式异步电机的定子由电网电源 供电，转子由变频器电源供电，可以在同步速度以上运行， 不但可以运行在再生制动状态，还可以运行在电动状态。 如采用矢量控制性能类同直流调速系统，并可改善系统功 率因数，是一种很有前途的调速方式。
§1.1 交流调速系统概况
无换向器电机
又称晶体管电动机，它是具有位置检测器由变频器供电的 同步电动机系统。
交-直-交变频调速系统（在电压型和电流型基础上， 向PWM型变频和多重化技术方向发展）
交-交变频调速系统（在低速大容量应用方面有上升的 趋势）
变频器的电力半导体器件向模块化﹑快速化﹑光控化﹑ 高电压﹑大电流﹑自关断和高可靠性方向发展；
系统向高性能﹑高精度﹑大容量﹑微型化数字化发展。
§1.1 交流调速系统概况
§1.1 交流调速系统概况
二、交流传动系统的应用前景
1.节能
大多数交流传动装置设计留有相当余量，而且不总在最 大负荷下运行，可以在负荷变化时，采用变流技术降压， 达到节能的目的；
过去大量的不变速交流传动中，风机﹑水泵﹑压缩机等 机械总容量占工业电气传动总容量的一半，不少场合不是 不需要调速，而是因为过去交流电机本身无法调速，不得 不靠挡板和阀门来调节送风量和供水量，白白浪费了大量 的电能。如果换成交流调速系统，那么消耗在挡板和阀门 上的能量节省下来，每台风机水泵可节能20%。
交流调速系统
刘向东
教材: 《电气传动与控制基础》
廖晓钟 北京理工
《交流调速系统》 陈伯时 机械工业
《直接转矩控制》 陈伯时 机械工业
参考书:
﹡《现代直流伺服系统控制技术及其系统设计》
秦继荣 机械工业 1993
﹡《现代交流伺服系统》
秦忆 华工 1995
﹡《伺服控制系统中的传感器》 曲家骐 机械工业
目录
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章
绪论 异步电机的调压调速 绕线型异步电机的串级调速系统 异步电机的变频调速 异步电机的矢量控制 异步电机的直接转矩控制
第一章 绪论
§1.1 交流调速系统的概况 §1.2 异步电机的机械特性 §1.3 异步电机的基本调速方法
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§1.1 交流调速系统概况
过去许多工艺上需要调速的生产机械多采用直流传动,鉴 于交流电机比直流电机结构简单成本低工作可靠维护简单 转动惯量小效率高,因此采用交流传动来改造直流传动,本 身就能带来不少经济效益。
§1.1 交流调速系统概况
三、交流传动系统的类型
交流电机有同步电机和异步电机两大类 1.异步电机调速系统的类型 ①降压调速; ②电磁转差离合器调速; ③绕线转子异步电机转子回路串电阻调速; ④绕线转子异步电机串级调速; ⑤变极对数调速; ⑥变压变频调速