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绪论 交流调速概述 交流调速系统课件
7
交流调速系统概述
交流电动机调速系统的技术应用：
（1）风机、水泵、压缩机耗能占工业用电的40%，进 行变频、串级调速，可以节能。
（2）对电梯等垂直升降装置调速实现无级调速，运 行平稳、档次提高。
（3）纺织、造纸、印刷、烟草等各种生产机械，采 用交流无级变速，提高产品的质量和效率。
（4）钢铁企业轧钢、输料、通风等多种电气传动 设备上使用交流变频传动。
宽范围无级变速
5
交流调速系统概述
3.交流电动机调速系统的现状和发展趋势
交流电动机调速系统的目前水平：
（1）从中小容量等级发展到大容量、特大容量等级， 填补了直流调速系统留下的特大容量电机调速空白。
（2）交流调速系统已具备高的可靠性和长期连续运 行能力，能满足实际工况对可靠性要求高、长期不停机 检修等特殊要求。
交流调速系统概述
交流电动机调速系统
————交流调速装置+交流电动机
1.交流电动机调速系统的特点 2.交流电动机调速系统分类 3.交流电动机调速系统的发展趋势
1
交流调速系统概述
交流调速系统概述
交流调速系统概述
（6）在交流电动机的专属领域----风机泵 类负载拖动领域，调速就意味着节能。
2.交流电动机调速系统分类 由交流电动机的速度表达式 ：
（1）新型开关元件和储能元件的研制。 （2）最新控制思想、控制算法、控制技术不断应用 于交流调速产品。 （3）控制装置设计可靠性越来越高性能，不断解决 瞬时停电后的装置安全及恢复正常问题。 （4）高运算速度、高控制性能的微型计算机产品在 现代交流调速装置中不断应用，充分显示了现代控制手 段的优越性。 （5）进行大容量、特大容量等级的新型交流调速 动机技术研究。同时也在进行结构精巧的高效能、高精 度交流控制电机技术研究。
交流调速系统概述
交流电动机调速系统的技术应用：
（1）风机、水泵、压缩机耗能占工业用电的40%，进 行变频、串级调速，可以节能。
（2）对电梯等垂直升降装置调速实现无级调速，运 行平稳、档次提高。
（3）纺织、造纸、印刷、烟草等各种生产机械，采 用交流无级变速，提高产品的质量和效率。
（4）钢铁企业轧钢、输料、通风等多种电气传动 设备上使用交流变频传动。
宽范围无级变速
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交流调速系统概述
3.交流电动机调速系统的现状和发展趋势
交流电动机调速系统的目前水平：
（1）从中小容量等级发展到大容量、特大容量等级， 填补了直流调速系统留下的特大容量电机调速空白。
（2）交流调速系统已具备高的可靠性和长期连续运 行能力，能满足实际工况对可靠性要求高、长期不停机 检修等特殊要求。
交流调速系统概述
交流电动机调速系统
————交流调速装置+交流电动机
1.交流电动机调速系统的特点 2.交流电动机调速系统分类 3.交流电动机调速系统的发展趋势
1
交流调速系统概述
交流调速系统概述
交流调速系统概述
（6）在交流电动机的专属领域----风机泵 类负载拖动领域，调速就意味着节能。
2.交流电动机调速系统分类 由交流电动机的速度表达式 ：
（1）新型开关元件和储能元件的研制。 （2）最新控制思想、控制算法、控制技术不断应用 于交流调速产品。 （3）控制装置设计可靠性越来越高性能，不断解决 瞬时停电后的装置安全及恢复正常问题。 （4）高运算速度、高控制性能的微型计算机产品在 现代交流调速装置中不断应用，充分显示了现代控制手 段的优越性。 （5）进行大容量、特大容量等级的新型交流调速 动机技术研究。同时也在进行结构精巧的高效能、高精 度交流控制电机技术研究。
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f1—定子频率（Hz）；
N 1—定子每相绕组串联匝数；
m—每极磁通量（Wb）。
从上两式中可以看出，调节交流异步电动机的转速有三大类方案。
1、变压变频调速
当异步电动机的磁极对数
pn一定，转差率s—定时，改变定子绕组的供电频率
f1可以
达到调速目的， 为了达到良好的控制效果，
常采用电压——频率协调控制，
电动机转速n基
（5）、有色冶金行业如冶炼厂对回转炉、培烧炉、球磨机、给料等进行变频无级调速控制。
（6）、油田利用变频器拖动输油泵控制输油管线输油。此外，在炼油行业变频器还被应用于锅炉引风、送风、输煤等控制系统。
（7）、变频器用于供水企业、高层建筑的恒压供水。
（8）、变频器在食品、 饮料、包装生产线上被广泛使用， 提高调速性能和产品质量。
在四象限作可逆运行等良好的技术性能。现在从数百瓦的伺服系统到数百千瓦的特大功率高
速传动系统，从一般要求的小范围调速传动到高精度、快响应、大范围的调速传动，从单机传动到多机协调运转，已几乎都可采用交流调速传动。
1.2交流调速系统的应用
由于交流调速系统的优越性，其已经普遍应用于现代工业中，主要由以下几个方面：
就转差功率的流向向而言， 交流异步电动
机调速系统可以分为三种：
（1）、转差功率消耗型调速系统
这种调速系统全部转差功率都被消耗掉，用增加转差功率的消耗来换取转速的降低，
转差率s增大，转差功率psspm增大，以发热形式消耗在转子电路里，使得系统效率也随
之降低。 定子调压调速、 电磁转差离合器调速及绕线式异步电动机转子串电阻调速这三种方
由电机与拖动技术知，交流异步电动机的转速公式如下：
（1
）
60f 1- s
N 1—定子每相绕组串联匝数；
m—每极磁通量（Wb）。
从上两式中可以看出，调节交流异步电动机的转速有三大类方案。
1、变压变频调速
当异步电动机的磁极对数
pn一定，转差率s—定时，改变定子绕组的供电频率
f1可以
达到调速目的， 为了达到良好的控制效果，
常采用电压——频率协调控制，
电动机转速n基
（5）、有色冶金行业如冶炼厂对回转炉、培烧炉、球磨机、给料等进行变频无级调速控制。
（6）、油田利用变频器拖动输油泵控制输油管线输油。此外，在炼油行业变频器还被应用于锅炉引风、送风、输煤等控制系统。
（7）、变频器用于供水企业、高层建筑的恒压供水。
（8）、变频器在食品、 饮料、包装生产线上被广泛使用， 提高调速性能和产品质量。
在四象限作可逆运行等良好的技术性能。现在从数百瓦的伺服系统到数百千瓦的特大功率高
速传动系统，从一般要求的小范围调速传动到高精度、快响应、大范围的调速传动，从单机传动到多机协调运转，已几乎都可采用交流调速传动。
1.2交流调速系统的应用
由于交流调速系统的优越性，其已经普遍应用于现代工业中，主要由以下几个方面：
就转差功率的流向向而言， 交流异步电动
机调速系统可以分为三种：
（1）、转差功率消耗型调速系统
这种调速系统全部转差功率都被消耗掉，用增加转差功率的消耗来换取转速的降低，
转差率s增大，转差功率psspm增大，以发热形式消耗在转子电路里，使得系统效率也随
之降低。 定子调压调速、 电磁转差离合器调速及绕线式异步电动机转子串电阻调速这三种方
由电机与拖动技术知，交流异步电动机的转速公式如下：
（1
）
60f 1- s
交流调速系统综述
1
交流调速系统综述
一、交流调速系统的发展
交流传动与控制技术是目前发展最为迅速的技术之一， 这是和冉力电子器件 制造技术、 变流技术控制技术以及微型计算机和大规模集成电路的飞速发展密切 相关。 通用变频器作为早期商品开始在国内上市，是近十年的事，销售额逐年增 加，于今全年有超过数十亿元（RMB）的市场。其中．各种进口品牌居多，功率 小至百瓦大至数千千瓦；功能简易或复杂；精度低或高；响应慢或快：有 PG（测 速机）或无 PG;有噪音或无噪音等等。 对于许多用户来说,这十年中经历了多次更新，现所使用的变频器大都属 于目前最为先进的机型如果从应用的角度来说， 我们的水准与发达国家没有什么 两样。作为国内制造商,通过这十年来对国外的先进技术进行销化，也正在积极 地进行国产变频器的自主开发．努力追赶世界发达国家的水平。 回顾近十年来国外通用变频器技术的发展对于深入了解交流传动与控制 技术的走向， 以及如何站在高起点上结合我国国情开发我国自己的产品应该说具 有十分积极的意义。 在工业发展的初级阶段， 作为动力的交流电动机是无需调速的。它的调速是 由外界的皮带和齿轮传动来实现的。随着工业发展的进一步提高，尤其是电子方 面的发展和起重运输机械的发展，对电动机提出ｒ调速的要求，进而出现了直流 电机。它提高了生产的连续性和产品的产量及质量，以其快速正反转，准确的定 位取代了简单可靠的交流电动机，并得到了广泛的使用。 80 年代以来，在各个工业发达国家已经开始使用交流调速系统，并取代直 流调速系统 （直流调速系统造价高， 维护投入大） 。 这主要是因为电力电子器件， 脉宽调制技术、 矢量控制技术特别是以微处理机为核心的全数字化控制等关键技 术的发展，才使得结构简单，造价低廉的交流电机调速系统得以取代结构复杂、 维修不便的直流电机调速系统， 并且它具有无速度传感器和矢量控制的功能，调 速范围宽，且可依靠数控技术的支持，不断进行硬件软件化，把硬件减少到最低 限度，提高设备的免维护性、可靠性。其次，电力电子器件的发展，其容量和速 度也不断提高。 现代控制理论的发展和应用，促成了矢量控制的出现，奠定了现代交流电机 调速技术的理论基础， 使交注电机调速系统性能可以与直流电机相比。行进的交 流电机调速系统控制理论与电力电子技术、微电子技术、计算机技术的结合。使 交流电机调速在电气传动领域中越来越占有重要地位， 成为一种典型的机电一体 化设备。随着各种交流电机调速系统的开发，应用、普及，不但能节约大量的能 源，而且将使传统产业发生巨大变革。 从电力拖动的发展过程来看， 交、 直两大调速系统一直并存于各个工业领域， 虽然由于各个时期科学技术的发展使得它们所处的地位有所不同， 但它们始终是 随着工业技术的发展， 特别是随着电力电子元器件的发展而在相互竞争。随着电 力电子器件， 单片机的迅速发展， 以及现代控制理论向交流电气传动领域的渗透， 为交流调速系统的开发研究进一步创造了有利条件。
交流调速系统概述共66页
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
交流调速系统概述4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
Hale Waihona Puke 谢谢11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
交流调速系统讲义
交流调速系统讲义班级：电气09－5班时间：2021.9.25三、四节第一章交流调压调速系统定义：改变异步电动机定子供电电压的大小以调节电动机运行速度的系统，称为交流调压调速系统，这属于转差功率消耗型调速系统。
1.1异步电动机调压调速的原理1.1.1调压调速的原理根据异步电动机的电磁转矩公式：（也可以叫机械特性方程）])()/[(2/32”2012”211”221XXsrrfsrUnTpe（1－1）式中可变的参数只有转差率s和定子电压U1，当s一定时，电磁转矩Te与定子电压U1正比。
一般在一工况下负载转矩不变，改变U1，s随之变化，而同步转速pnfn1160是不变的，则电动机的转速n发生了变化。
这就是调压调速的原理。
1.1.2调压调速的机械特性根据式（1－1）可得调压调速的机械特性如图1－1图1－1异步电动机在不同电压下的机械特性根据图1－1曲线可得出异步电动机调压调速机械特性的特点：1、不同电压时，空载转速n0不变；pnfnn110602、不同电压时，临界转差率sm不变；2”20121”2)(XXrrsm3、调压调速属于一种弱磁调速;根据公式NsmKNfU1144.40风机类负载特性011N7.0U1NU1N5.0U0nECABDSnmSFeTmaxeT图5-1异步电动机在不同电压下的机械特性4、调压调速的稳定工作范围为0<s<sm。
调速范围小。
风机泵类负载调速范围可以大一些。
1.1.3力矩电机调压调速的机械特性如何解决异步电机调速范围小的问题：只有增大sm。
根据2”20121”2)(XXrrsm可得，只有增大电动机转子电阻，才能使sm增大。
这种转子电阻很大的电动机称为力矩电动机。
它的调压调速的机械特性如图1－2所示。
图1－2力矩电动机调压调速的机械特性力矩电机高压调速机械特性很软,调速范围较大,开环应用不多。
1.1.4调压调速的方法1、自耦变压器调压（TU）；－对小容量电机,体积重量大。
交流调速系统概述
运动控制特别是交流调速系统是近代工业 的重要基础，是电气传动发展的主流方向。
交流调速系统概述
5
课程的性质、目的、任务
《现代交流调速系统》课程为自动化专业本科 生的一门专业必修课。它以交流电机为被控对象， 以控制理论为指导，以电力电子技术为强弱电媒 介，以计算机技术和电子技术为手段，并结合检 测技术、通信技术构成一门专业性、实用性强的 课程。
提
经煤 济炭 清合 洁理 技高 术效
技保 术障 支石 撑油 体安 系全
先
技大
力先
进
术型
输进
核
研水
配可
能
究电
系靠
技
开工
统的
术
发程
电
交流调速系统概述
模可 化再 利生 用能 技源 术规
池氢 技能 术与
燃 料 电
4
课程的性质、目的、任务
以变频调速为代表的交流调速系统以其卓 越的调速性能、显著的节电效果在各个领域得 到广泛的应用，为节能降耗、改善控制性能、 提高产品的产量和质量提供了重要手段。
交流调速系统概述
10
历史回眸
由于这类机械均采用恒速交流电动机驱动，应生 产工艺流量的调节要求。
采用的主要调节措施有：
1）闸阀 2）挡板
3）放空 4）回流
大量电能无 谓的损耗
如果采用改变电机转速的办法来实现流量的调节，则
由于轴功率是与流量的三次方成正比的，因此，可收到十
分明显的节电效果型
Gs()Kses 1K ss
交流调速系统概述
13
２）直流电机的缺点
a）结构上存在的机械换向器和电刷 b）造价偏高 c）维护困难 ，使用环境受限 d）寿命短 e）在容量发展上受限制
交流调速系统概述
5
课程的性质、目的、任务
《现代交流调速系统》课程为自动化专业本科 生的一门专业必修课。它以交流电机为被控对象， 以控制理论为指导，以电力电子技术为强弱电媒 介，以计算机技术和电子技术为手段，并结合检 测技术、通信技术构成一门专业性、实用性强的 课程。
提
经煤 济炭 清合 洁理 技高 术效
技保 术障 支石 撑油 体安 系全
先
技大
力先
进
术型
输进
核
研水
配可
能
究电
系靠
技
开工
统的
术
发程
电
交流调速系统概述
模可 化再 利生 用能 技源 术规
池氢 技能 术与
燃 料 电
4
课程的性质、目的、任务
以变频调速为代表的交流调速系统以其卓 越的调速性能、显著的节电效果在各个领域得 到广泛的应用，为节能降耗、改善控制性能、 提高产品的产量和质量提供了重要手段。
交流调速系统概述
10
历史回眸
由于这类机械均采用恒速交流电动机驱动，应生 产工艺流量的调节要求。
采用的主要调节措施有：
1）闸阀 2）挡板
3）放空 4）回流
大量电能无 谓的损耗
如果采用改变电机转速的办法来实现流量的调节，则
由于轴功率是与流量的三次方成正比的，因此，可收到十
分明显的节电效果型
Gs()Kses 1K ss
交流调速系统概述
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２）直流电机的缺点
a）结构上存在的机械换向器和电刷 b）造价偏高 c）维护困难 ，使用环境受限 d）寿命短 e）在容量发展上受限制
交流调速系统概述
交流调速系统概述1.1交流调速的发展概况交流调速系统：由交流电动机拖动，电动机转速为控制目标的电力拖动自动控制系统直流电动机优点：调速性能好，控制简单直流电动机缺点：体积大，容量小，制造成本高，有机械换向装置，维护困难交流电动机优点：结构简单可靠，维护少，无机械换向火花，制造成本低20世纪70年代，研究开发高性能的交流调速系统，期望用它来节约能源。
同期，电力电子技术、大规模集成电路、各种控制理论、计算机控制技术的飞速发展，为交流调速电力拖动的发展创造了有利条件。
交流异步电动机的调速方式有多种，诸如调压调速、变级调速、串级调速、滑差调速等，而变频调速优于上述任何一种调速方式，是当今国际上广泛采用的效益高、性能好、应用广的新技术。
它采用微机控制、电力电子技术及电机传动技术取得工业交流异步电机的无级调速功能。
目前在国内外已广泛应用，是自动化电力传动的发展方向。
交流变频调速技术已经成熟。
高压大功率变频器（几千V，数千kW）已在大容量风机、高压水泵等电机上应用。
低压小功率（几百V，几个kW）变频器在鼓风机、压缩机、离心机、搅拌机、水泵、机床，甚至在空调、洗衣机等方面被广泛采用。
在纺织工业方面，用于织布机、毛纺机等，本文以地毯背涂机为例叙述在地毯制造业上的应用。
2基本原理及特点变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。
常用三相交流异步电动机的结构为图1所示。
定子由铁心及绕组构成，转子绕组做成笼型（见图2），俗称鼠笼型电动机。
当在定子绕组上接入三相交流电时，在定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转磁场，它与转子绕组产生相对运动，使转子绕组产生感应电势，出现感应电流，此电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，使电动机转动起来。
电机磁场的转速称为同步转速，用n 1表示n1=60f/p(r/min)(1)式中：f——三相交流电源频率，一般为50Hz。
p——磁极对数。
当p=1时，n1=3000r/min；p=2时，n1=1500r/min。
第2篇 交流调速系统
两类交流调速
从控制方式上看，可以将交流 调速系统分为两类： 基于交流电动机的稳态模型，其动 态性能不高，是在交流调速发展初 期出现的。 基于交流电动机的动态模型，能实 现高动态性能，是随着客观需要和 研究成果陆续开发出来的。
主要章节
第5章 基于稳态模型的异步电动机调 速系统 第6章 基于动态模型的异步电动机调 速系统 第7章 绕线转子异步电动机串级和双 馈调速系统 第8章 同步电动机调速系统
3）特大容量、极高转速的交流调速
特大容量的电力拖动设备：
厚板轧机、矿井卷扬机等，以及 极高转速的拖动，如高速磨头、离 心机等，都以采用交流调速为宜。
交流电机的同步转速表达式为： 60 f1 n1 ＝ p 异步电动机的转速表达式为：
60 f1 n1 ＝ (1 s ) p
异步电动机的调速方法有改变电动机定子供电 频率，改变转差率及改变极对数等三种。其中 改变转差率又可通过调定子电压、转子电阻、 转差电压及定、转子频率差等方法实现。同步 电动机的调速可用改变供电频率从而改变同步 转速方法实施。
2. 同步电动机调速
同步电动机没有转差，也就没有转差 功率，所以同步电动机调速系统只能是转 差功率不变型。而同步电动机转子极对数 又是固定的，因此只能靠变压变频调速。 从频率控制方式来看，同步电动机调速可 分为他控变频调速和自控变频调速两类。 自控变频调速利用转子磁极位置检测信号 来控制变压变频装置换相，又称作无换向 器电动机调速，或无刷直流电动机调速。
通过变流装置回馈给电网或转化成机 械能予以利用，转速越低，能利用的 功率越多。 功率既可以从转子馈入又可以馈出的 系统称作双馈调速系统。 效率较高，但要增加一些设备，只能 应用于绕线转子感应电动机，应用场 合受到一定的限制。
第6章 交流调速系统
设备电气控制技术设备电气控制技术东北大学先进制造技术与自动化研究所第第66章章交流调速系统交流调速系统61概述62变频器63富士变频器简介64变频器典型电路设计及应用举例65变频器的使用与维护61概述611交流调速系统与直流调速系统的比较612交流调速系统的难点和复杂性613交流调速系统的技术突破614交流调速系统的主要应用领域615交流电动机的机械特性616交流调速的基本方法611交流调速系统与直流调速系统的比较交流调速系统与支流调速系统的比较主要在于交流电机和直流电机的比较直流电机的机械换向器由很多铜片组成铜片之间用云母片隔离工艺复杂费时费料增加了成本降低了功率重量比电刷火花和环火限制了直流电机的安装环境易燃易爆多尘以及环境恶劣的地方不能使用直流电机直流电机的大部分功率除励磁部分外都是通过换向器流入电枢转子发热多电机效率低
6.1.2 交流调速系统的难点和复杂性
交流调速系统的难点，主要来自于交流电机的数学模型，它造成转矩控 制困难；与其相关的电子器件和微处理器更新换代的速度，制约了 交流调速系统的发展速度；调速系统的精度和成本，又使交流调速 系统的应用复杂化 （1）交流电机转矩控制的困难 交流电机是一个多输入多输出（MIMO）、非线性、强耦合且时变 的控制对象，这一点可以从异步电机的转矩公式（6-13）中看到。 1) Φm 是由定子电流 I1 和转子电流 I 2 共同产生的； 2) Φm 与 I 2 是两个相互耦合的变量，且 I 2 对于一般的鼠笼异步电机是无 法测量的，更无法直接控制； 3) 功率因数角 Ψ2 是与转速相关的时变量（与S有关），且当电机运行 时电阻 r2 随温度的变化而变化，Te 也随之变化
设备电气控制技术
李虎 东北大学 先进制造技术与自动化研究所
第6章 交流调速系统
6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 概述 变频器 富士变频器简介 变频器典型电路设计及应用举例 变频器的使用与维护
6.1.2 交流调速系统的难点和复杂性
交流调速系统的难点，主要来自于交流电机的数学模型，它造成转矩控 制困难；与其相关的电子器件和微处理器更新换代的速度，制约了 交流调速系统的发展速度；调速系统的精度和成本，又使交流调速 系统的应用复杂化 （1）交流电机转矩控制的困难 交流电机是一个多输入多输出（MIMO）、非线性、强耦合且时变 的控制对象，这一点可以从异步电机的转矩公式（6-13）中看到。 1) Φm 是由定子电流 I1 和转子电流 I 2 共同产生的； 2) Φm 与 I 2 是两个相互耦合的变量，且 I 2 对于一般的鼠笼异步电机是无 法测量的，更无法直接控制； 3) 功率因数角 Ψ2 是与转速相关的时变量（与S有关），且当电机运行 时电阻 r2 随温度的变化而变化，Te 也随之变化
设备电气控制技术
李虎 东北大学 先进制造技术与自动化研究所
第6章 交流调速系统
6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 概述 变频器 富士变频器简介 变频器典型电路设计及应用举例 变频器的使用与维护
交流调速控制系统
F.自适应控制技术 F.自适应控制技术 为提高系统鲁棒性， 为提高系统鲁棒性，各种自适应控制方法也 已用在电机调速传动系统中， 已用在电机调速传动系统中，如基于参数和扰 动转矩估值的自校正调节、变结构控制、 动转矩估值的自校正调节、变结构控制、模型 参数自适应控制等。 参数自适应控制等。
G.数字化控制技术 G.数字化控制技术 从8096系列单片机到DSP处理器再到专 8096系列单片机到DSP处理器再到专 系列单片机到DSP 用PWM调制器、矢量变换器和全功能控制 PWM调制器、 调制器 器将大大简化硬件，降低成本， 器将大大简化硬件，降低成本，提高控 制精度和系统可靠性。 制精度和系统可靠性。
第8章 交流调速控制系统 章
8.0 交流调速控制的概述 8.1 电磁转差离合器调速系统 8.2 线绕式异步电动机串级调速系统 8.3 鼠笼式异步电动机变频调速系统
8.0交流调速系统的概述 8.0交流调速系统的概述
1.感应电机特点 1.感应电机特点 结构简单，坚固耐用，价格低廉， 结构简单，坚固耐用，价格低廉，易于高速化 和大容量化，但调速控制困难。 和大容量化，但调速控制困难。 2.感应电动机调速方法 2.感应电动机调速方法 基本公式： 基本公式：
而且该技术把调频和调压二者结合在一起， 而且该技术把调频和调压二者结合在一起，输 入直流电压不需要调节， 入直流电压不需要调节，于是电源侧可用二极 管整流，可提高系统的功率因数， 管整流，可提高系统的功率因数，减小对电网 的谐波干扰。后来在PWM逆变器和 逆变器和SPWM逆 的谐波干扰。后来在 逆变器和 逆 变器控制技术的基础上又发展了电流跟踪型 PWM逆变器和磁通跟踪型 逆变器和磁通跟踪型PWM 逆变器的控制 逆变器和磁通跟踪型 技术。 技术。
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本上与电源的频率
f1成正比，因此，就能平滑地调节供电电源的频率，无级地调节异步电
动机的转速。变频调速调速范围大，低速特性较硬，只要控制好
Eg和f1便可达到控制气隙
磁通
m的目的，对此有基频（额定频率
f 50Hz）以下和基频以上两种情况，基频
f
50Hz以下，保持气隙磁通不变，属于恒转矩调速方式；在基频
f
2、在交流同步电动机中，由于其转差功率恒为零，从定子传入的电磁功率Pm全部变为
机 械轴上输出的机械功率Pm ech，只能是转差功率不变 型的调速系统。其表达 式为
nn1
60f
np,同步电动机的调速只能通过改变同步转速n1实现，由于同步电动机极对数是
固定的，只能采用变压变频调速。
交流调速系统的调速
2.1三大调速方案
f1—定子频率（Hz）；
N 1—定子每相绕组串联匝数；
m—每极磁通量（Wb）。
从上两式中可以看出，调节交流异步电动机的转速有三大类方案。
1、变压变频调速
当异步电动机的磁极对数
pn一定，转差率s—定时，改变定子绕组的供电频率
f1可以
达到调速目的， 为了达到良好的控制效果，
常采用电压——频率协调控制，
电动机转速n基
1.3、交流调速系统分类
交流调速系统分为交流异步电动机调速系统和交流同步电动机调速系统两大类。
1、在交流异步电动机中，从定子传入转子的电磁功率
pm可以分成两部分：一部分
pmech（1- s）pm是拖动负载的有效功率，另一部分是
psspm与转差率s成正比的转差功
率，转差功率的流向是调速系统效率高低的标志。
维护方便，惯性小，动态响应好，以及易于向高压、高速和大功率方向发展等优点。
随着电力电子技术，大规模集成电路和计算机控制技术的迅速发展，交流可调传动得到
了广泛的发展， 诸如交流电动机的串级调速、各种类型的变频调速，特别是矢量控制技术的
应用， 使得交流调速系统逐步具备了宽的调速范围、较高的稳速精度、快速的动态响应以及
（5）、有色冶金行业如冶炼厂对回转炉、培烧炉、球磨机、给料等进行变频无级调速控制。
（6）、油田利用变频器拖动输油泵控制输油管线输油。此外，在炼油行业变频器还被应用于锅炉引风、送风、输煤等控制系统。
（7）、变频器用于供水企业、高层建筑的恒压供水。
（8）、变频器在食品、 饮料、包装生产线上被广泛使用， 提高调速性能和产品质量。
在四象限作可逆运行等良好的技术性能。现在从数百瓦的伺服系统到数百千瓦的特大功率高
速传动系统，从一般要求的小范围调速传动到高精度、快响应、大范围的调速传动，从单机传动到多机协调运转，已几乎都可采用交流调速传动。
1.2交流调速系统的应用
由于交流调速系统的优越性，其已经普遍应用于现代工业中，主要由以下几个方面：
50Hz以上，保持定
子电压不变，属于恒功率调速方式。
（1)、基频以下调速
在基频一下调速时， 为了保持电动机的负载能力，
应保持气隙磁通
m为额定值
m N不
变，这就要求频率
f1从额定值
f1 N向下调节时，必须同时降
Eg使
Eg4.44f1N1
m
常数
,即保持电动势与频率之比常数进行控制。
由电机与拖动技术知，交流异步电动机的转速公式如下：
（1
）
60f 1- s
n
pn
（1-1
）
式中pn——电动机定子绕阻的磁极对数；
f1——电动机定子电压供电频率；
s——电动机的转差率。
由电机理论知道，三相异步电动机定子每相电动势的有效值是
Eg4.44f1N1m（1-2）
式中Eg—气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值（V）；
（3）、转差功率不变型调速系统
这种调速系统中，转差功率仍旧消耗在转子里，但不论转速高低，转差功率基本不变。
如变极对数调速， 变频调速即属于这一类，由于在调速过程中改变同步转速n0，转差率s是
一定的，故系统效率不会因调速而降低。在改变n0的两种调速方案中，又因变极对数调速
为有极调速，且极数很有限，调速范围窄，所以，目前在交流调速方案中，变频调速是最理想，最有前途的交流调速方案。
法属于这一类，这类调速系统存在着调速范围愈宽，转差功率ps愈大，系统效率愈低的问
题，故不值得提倡。
（2）、转差功率馈送型调速系统
这种调速系统的大部分转差功率通过变流装置回馈给电网或者加以利用，转速越低回
馈的功率越多， 但是增设的装置也要多消耗一部分功率。绕线式异步电动机转子串级调速即
属于这一类， 它将转差功率通过整流和逆变作用， 经变压器回馈到交流电网， 但没有以发热形式消耗能量，即使在低速时，串级调速系统的效率也是很高的。
就转差功率的流向向而言， 交流异步电动
机调速系统可以分为三种：
（1）、转差功率消耗型调速系统
这种调速系统全部转差功率都被消耗掉，用增加转差功率的消耗来换取转速的降低，
转差率s增大，转差功率psspm增大，以发热形消耗在转子电路里，使得系统效率也随
之降低。 定子调压调速、 电磁转差离合器调速及绕线式异步电动机转子串电阻调速这三种方
交流调速系统概述
1.1、交流调速系统的特点
对于可调速的电力拖动系统，工程上往往把它分为直流调速系统和交流调速系统两类,
这主要是根据采用什么电流制型式的电动机来进行电能与机械能的转换而划分的。所谓交流
调速系统， 就是以交流电动机作为电能—机械能的转换装置，并对其进行控制以产生所需要
的转速。 相比于直流电动机，交流电动机具有结构简单，制造成本低， 坚固耐用， 运行可靠，
（1）、风机、水泵、压缩机耗能占工业用电的40%，进行变频、串级调速，可以节能。
（2）、对电梯等垂直升降装置调速实现无级调速，运行平稳、档次提高。
（3）、纺织、造纸、印刷、烟草等各种生产机械，采用交流无级变速，提高产品的质量和效率。
（4）、钢铁企业在轧钢、输料、通风等多种电气传动设备上使用交流变频传动。
（9）、变频器在建材、陶瓷行业也获得大量应用。如水泥厂的回转窑、给料机、风机均可采用交流无级变速。
（10）、机械行业是企业最多、分布最广的基础行业。从电线电缆的制造到数控机床的制造。电线电缆的拉制需要大量的交流调速系统。一台高档数控机床上就需要多台交流调速甚至精确定位传动系统，主轴一般采用变频器调速（只调节转速）或交流伺服主轴系统（既无级变速又使刀具准确定位停止），各伺服轴均使用交流伺服系统，各轴联动完成指定坐标位置移动。
f1成正比，因此，就能平滑地调节供电电源的频率，无级地调节异步电
动机的转速。变频调速调速范围大，低速特性较硬，只要控制好
Eg和f1便可达到控制气隙
磁通
m的目的，对此有基频（额定频率
f 50Hz）以下和基频以上两种情况，基频
f
50Hz以下，保持气隙磁通不变，属于恒转矩调速方式；在基频
f
2、在交流同步电动机中，由于其转差功率恒为零，从定子传入的电磁功率Pm全部变为
机 械轴上输出的机械功率Pm ech，只能是转差功率不变 型的调速系统。其表达 式为
nn1
60f
np,同步电动机的调速只能通过改变同步转速n1实现，由于同步电动机极对数是
固定的，只能采用变压变频调速。
交流调速系统的调速
2.1三大调速方案
f1—定子频率（Hz）；
N 1—定子每相绕组串联匝数；
m—每极磁通量（Wb）。
从上两式中可以看出，调节交流异步电动机的转速有三大类方案。
1、变压变频调速
当异步电动机的磁极对数
pn一定，转差率s—定时，改变定子绕组的供电频率
f1可以
达到调速目的， 为了达到良好的控制效果，
常采用电压——频率协调控制，
电动机转速n基
1.3、交流调速系统分类
交流调速系统分为交流异步电动机调速系统和交流同步电动机调速系统两大类。
1、在交流异步电动机中，从定子传入转子的电磁功率
pm可以分成两部分：一部分
pmech（1- s）pm是拖动负载的有效功率，另一部分是
psspm与转差率s成正比的转差功
率，转差功率的流向是调速系统效率高低的标志。
维护方便，惯性小，动态响应好，以及易于向高压、高速和大功率方向发展等优点。
随着电力电子技术，大规模集成电路和计算机控制技术的迅速发展，交流可调传动得到
了广泛的发展， 诸如交流电动机的串级调速、各种类型的变频调速，特别是矢量控制技术的
应用， 使得交流调速系统逐步具备了宽的调速范围、较高的稳速精度、快速的动态响应以及
（5）、有色冶金行业如冶炼厂对回转炉、培烧炉、球磨机、给料等进行变频无级调速控制。
（6）、油田利用变频器拖动输油泵控制输油管线输油。此外，在炼油行业变频器还被应用于锅炉引风、送风、输煤等控制系统。
（7）、变频器用于供水企业、高层建筑的恒压供水。
（8）、变频器在食品、 饮料、包装生产线上被广泛使用， 提高调速性能和产品质量。
在四象限作可逆运行等良好的技术性能。现在从数百瓦的伺服系统到数百千瓦的特大功率高
速传动系统，从一般要求的小范围调速传动到高精度、快响应、大范围的调速传动，从单机传动到多机协调运转，已几乎都可采用交流调速传动。
1.2交流调速系统的应用
由于交流调速系统的优越性，其已经普遍应用于现代工业中，主要由以下几个方面：
50Hz以上，保持定
子电压不变，属于恒功率调速方式。
（1)、基频以下调速
在基频一下调速时， 为了保持电动机的负载能力，
应保持气隙磁通
m为额定值
m N不
变，这就要求频率
f1从额定值
f1 N向下调节时，必须同时降
Eg使
Eg4.44f1N1
m
常数
,即保持电动势与频率之比常数进行控制。
由电机与拖动技术知，交流异步电动机的转速公式如下：
（1
）
60f 1- s
n
pn
（1-1
）
式中pn——电动机定子绕阻的磁极对数；
f1——电动机定子电压供电频率；
s——电动机的转差率。
由电机理论知道，三相异步电动机定子每相电动势的有效值是
Eg4.44f1N1m（1-2）
式中Eg—气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值（V）；
（3）、转差功率不变型调速系统
这种调速系统中，转差功率仍旧消耗在转子里，但不论转速高低，转差功率基本不变。
如变极对数调速， 变频调速即属于这一类，由于在调速过程中改变同步转速n0，转差率s是
一定的，故系统效率不会因调速而降低。在改变n0的两种调速方案中，又因变极对数调速
为有极调速，且极数很有限，调速范围窄，所以，目前在交流调速方案中，变频调速是最理想，最有前途的交流调速方案。
法属于这一类，这类调速系统存在着调速范围愈宽，转差功率ps愈大，系统效率愈低的问
题，故不值得提倡。
（2）、转差功率馈送型调速系统
这种调速系统的大部分转差功率通过变流装置回馈给电网或者加以利用，转速越低回
馈的功率越多， 但是增设的装置也要多消耗一部分功率。绕线式异步电动机转子串级调速即
属于这一类， 它将转差功率通过整流和逆变作用， 经变压器回馈到交流电网， 但没有以发热形式消耗能量，即使在低速时，串级调速系统的效率也是很高的。
就转差功率的流向向而言， 交流异步电动
机调速系统可以分为三种：
（1）、转差功率消耗型调速系统
这种调速系统全部转差功率都被消耗掉，用增加转差功率的消耗来换取转速的降低，
转差率s增大，转差功率psspm增大，以发热形消耗在转子电路里，使得系统效率也随
之降低。 定子调压调速、 电磁转差离合器调速及绕线式异步电动机转子串电阻调速这三种方
交流调速系统概述
1.1、交流调速系统的特点
对于可调速的电力拖动系统，工程上往往把它分为直流调速系统和交流调速系统两类,
这主要是根据采用什么电流制型式的电动机来进行电能与机械能的转换而划分的。所谓交流
调速系统， 就是以交流电动机作为电能—机械能的转换装置，并对其进行控制以产生所需要
的转速。 相比于直流电动机，交流电动机具有结构简单，制造成本低， 坚固耐用， 运行可靠，
（1）、风机、水泵、压缩机耗能占工业用电的40%，进行变频、串级调速，可以节能。
（2）、对电梯等垂直升降装置调速实现无级调速，运行平稳、档次提高。
（3）、纺织、造纸、印刷、烟草等各种生产机械，采用交流无级变速，提高产品的质量和效率。
（4）、钢铁企业在轧钢、输料、通风等多种电气传动设备上使用交流变频传动。
（9）、变频器在建材、陶瓷行业也获得大量应用。如水泥厂的回转窑、给料机、风机均可采用交流无级变速。
（10）、机械行业是企业最多、分布最广的基础行业。从电线电缆的制造到数控机床的制造。电线电缆的拉制需要大量的交流调速系统。一台高档数控机床上就需要多台交流调速甚至精确定位传动系统，主轴一般采用变频器调速（只调节转速）或交流伺服主轴系统（既无级变速又使刀具准确定位停止），各伺服轴均使用交流伺服系统，各轴联动完成指定坐标位置移动。