现代交流调速系统绪论

0.3现代交流调速系统的调速方法和应用领域
现代交流调速系统有交流电动机、 电力电子功率变换器、控制器和检测 器等四大部分组成，如图0-11所示。
0.3.1现代交流调速系统的调速方法
1.同步电动机的调速方法
同步电动机的转速公式为：
n ns 60 fs / np
式中，fs 为同步频率；ns 为同步转速；
现代交流调速系统
绪论
0.1交流调速技术发展概况与发展趋势
19世纪70年代前后,直流电动机和
交流电动机出现，人类社会进入了以
电动机为动力设备的时代。
根据采用的电流制式不同，
电动机分为直流电动机和交流
电动机两大类，其中交流电动 机拥有量最多。
交流电动机分为同步电动机和
异步（感应）电动机两大类：
电动机的转子转速与定子电流的 频率保持严格不变的关系，即是同步 电动机；反之，若不保持这种关系， 即是异步电动机。
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2.自控式同步电动机调速系统
采用频率闭环方式的同步电动机调速系统叫
做自控式同步电动机调速系统，是用电机轴
上所装转子位置检测器来控制变频装置触发
脉冲，使同步电动机工作在自同步状态。他 又分为两类，如下：
（1）负载换向自控式同步电动机调速系统 （无换向器电机） （2）交-交变频供电的同步电动机调速系统
0.1.1直流调速技术存在的问题
①机械式换向器表面线速度及换向电
压、电流有一极限容许值，限制了电
机的转速和功率。
②为使机械式换向器能够可靠工作，
增大了电枢和换向器直径，使电机体
积增大，转动惯量大，对于快速响应 的生产工艺，采用直流调速方案难以 实现。
③机械式换向器必须经常检查和维修， 电刷必须定期更换。维修费用高。
④在一些易燃、易爆的生产场合，一 些多粉尘、多腐蚀性气体的生产场合 不能或不宜使用直流调速系统。
0.1.2 交流调速技术的发展概况
（1）电力电子器件GTR、GTO、VDMOSIGBT等 （2）脉宽调制（PWM）技术 （3）矢量控制理论的诞生和发展 （4）计算机控制技术的迅速发展和广泛应 用
交流调速技术的发展过程表明，现代工 业生产及社会发展的需要推动了交流调速的 发展；现代控制理论的发展和应用、电力电 子技术的发展和应用、微机控制技术及大规 模集成电路的发展和应用为交流调速的发展 创造了技术和物质条件。
np 为极对数。
现代同步电机的调速方法有变频调 速、最大转矩控制、100%功率因数控制 等方法。
2.异步电动机的调速方法 （1）变压变频调速 异步电动机的调速公式为：
60 fs 60s n (1 s) (1 s) ns (1 s) np 2 np
异步电动机的调速方法是通过改变同步 频率 fs 或改变转差率 S 来实现转速调节 与控制。
0.2.2异步电动机调速系统的基本类型
由异步电动机工作原理可知，从定子传入转子的电磁功率 Pm 可分为两部分：一部分
Pd (1 s)Pm 是拖动负载的有效功率；另一部分是转差功率 Ps sPm ，与转差率 s 成正比。
进一步可分为：
（1）转差功率消耗型调速系统
（2）转差功率回馈型调速系统 （3）转差功率不变型调速系统
（2）绕线转子异步电动机的双馈调速与 串级调速 绕线转子异步电动机的双馈调速与 串级调速是通过转差功率回馈（电网）
方式实现转速调节与控制。
0.3.2交流调速系统的应用领域
交流拖动控制系统的应用领域主要有
下述三个方面：
（1）一般性能的的节能调速 （2）高性能的交流调速系统和交流伺服 系统 （3）直流调速难以实现的领域，如大容
0.1.3 现代交流调速技术的发展趋势
交流调速取代直流调速已是必然，当前
交流调速系统正朝着高电压、大容量、高性
能、高效率、绿色化、网络化的方向发展，
主要有：
①、高性能交流调速系统的进一步研究与技 术开发； ②、新型拓扑结构功率变换器的研究与技术 开发； ③、PWM模式的改进和优化；
④、中压变频装置研究。
（4）中压变频装置的研究与开发 中压是指电压等级为1kV～10kV，中、 大功率是指功率等级在300kW以上。随着全 控型功率器件耐压的提高，中压变频器的应 用迅速加快了。应用较多的是采用IGBT、
IEGT、IGCT三电平中压变频器及级联式单
元串联多电平中压变频器。
0.2现代交流调速系统的类型
现代交流调速系统有交流电动机、 电力电子功率变换器、控制器和检测 器等四大部分组成，如图0-11所示。
量、高转速的电机拖动等领域
本章结束！
（1）控制理论与控制技术方面的研究与开
发，如下：
矢量控制理论及其他现代控制理论随着
交流调速的发展而不断完善；
转子磁链定向的异步电动机矢量控制； 直接转矩控制技术等。
（2）变频器主电路拓扑结构研究与开发 提高变频器的输出效率；电力电子逆变 器朝着高频化、大功率方向发展；矩阵式变 频器提高输出频率
（3）PWM模式改进与优化研究 为解决三电平中压变频器中点电压偏移 问题，研究了虚拟电压矢量合成PWM模式， 并取得了具有实用价值的研究成果。
图0-11现代交流调速系统组成示意图
根据被控对象——交流电动机的 种类不同，现代交流调速系统可分为 异步电动机调速系统和同步电动机调 速系统。
0.2.1同步电动机调速系统的基本类型
由同步电动机转速公式 n 60 fs / np 可知，同步电动机惟一依靠变频调速。因此又分为 两类：
1.他控式同步电动机调速系统 用独立的变频装置作为同步电动机的变 频电源叫做他控式同步电动机调速系统。