第10章 交流自动调速控制系统
交流调速系统的应用原理
交流调速系统的应用原理1. 简介交流调速系统是一种用于调节电机转速的系统，广泛应用于各种机械设备中。
它通过改变电机输入的电压和频率来控制电机的转速，从而实现对设备的精准控制。
本文将介绍交流调速系统的应用原理，并对其工作流程进行详细解析。
2. 应用原理交流调速系统主要由四个部分组成：输入电源、频率变换器、转速反馈器和控制器。
下面将逐一介绍各个部分的作用和原理。
2.1 输入电源输入电源是整个交流调速系统的能量来源，通常为市电或发电机提供的交流电。
输入电源的电压和频率决定了交流调速系统的工作状态，对于不同的设备，需要选择合适的输入电源参数。
2.2 频率变换器频率变换器是交流调速系统的核心组件之一，它负责接收输入电源的电压和频率，并将其转换为适合电机工作的电压和频率。
频率变换器采用电子元器件来实现，内部含有逆变器、滤波器等电路，通过调整电路中的元器件参数，可以实现对输出电压和频率的控制。
2.3 转速反馈器转速反馈器用于监测电机的转速，并将转速信息反馈给控制器。
转速反馈器通常采用传感器或编码器等设备，将转速信号转换为电信号，并传递给控制器进行处理。
2.4 控制器控制器是交流调速系统的大脑，它接收转速反馈器传来的信号，并根据设定的目标转速进行处理。
控制器包含了一些计算和调节算法，根据转速反馈信号和设定值之间的差异，调整频率变换器的输出，使电机的转速逐渐接近目标转速。
3. 工作流程交流调速系统的工作流程如下：1.输入电源供电，提供工作所需的电压和频率。
2.频率变换器接收输入电源的电压和频率信号，并将其转换为适合电机工作的电压和频率。
3.转速反馈器监测电机的实际转速，并将转速信号传递给控制器。
4.控制器根据设定的目标转速和转速反馈信号之间的差异，计算出需要调整的频率变换器输出。
5.控制器将调整后的频率变换器输出信号发送给频率变换器，调整电机的电压和频率。
6.电机根据调整后的电压和频率工作，逐渐接近设定的目标转速。
《交流调速系统概述》课件
交流调速系统的作用和优势
1 提高生产效率
2 节能环保
交流调速系统能根据生产工艺的需要精确调节电 机的转速，提高生产线的效率和生产质量。
通过控制电机的运行速度，交流调速系统能够实 现能源的节约和环境保护。
3 减少维护成本4 提源自自动化水平交流调速系统的运行稳定可靠，能够延长电机的 使用寿命，并减少维护和维修的成本。
对交流调速系统进行负载试 验，确认其运行稳定性和负 载能力。
交流调速系统的运行维护
1
定期检查
定期检查交流调速系统的各个组成部分，确保其正常运行。
2
润滑维护
对传动装置等关键部件进行润滑维护，延长使用寿命。
3
故障处理
及时排除交流调速系统的故障，保证生产线的正常运行。
交流调速系统的故障排除
1 检查电源
交流调速系统的基本组成部分
电机
交流调速系统中的核心组件，负责转动机械装置。
传感器
用于监测电机和机械装置的运行状态，并反馈给调 速器。
调速器
控制电机的转速，实现精确的调速功能。
控制电路
通过控制电压和频率，调节电机的运行速度。
交流调速系统的工作原理
交流调速系统基于电机的磁通变化原理，通过改变电压和频率以及电机的转 子电流，控制电机的转速。
交流调速系统与自动化控制系统的结合，实现了 工业生产的高度自动化和智能化。
交流调速系统的应用场景
工业生产线
交流调速系统广泛应用于各类工业 生产线，提高生产效率和质量。
输送带
交流调速系统可以实现输送带的平 稳运行，节约能源。
电梯
交流调速系统可控制电梯运行速度， 提高安全性和舒适度。
风电场
交流调速系统在风电场中用于调节 风力发电机组的转速，提高发电效 率。
交流调速系统
10.2 晶闸管交流调压调速系统（软启动器） 一、采用晶闸管的交流调压电路 1. 单相交流调压电路
当电源电压为正 半周时，触发VS1使之 导通，电压过零时， VS1自行关断；
当电源电压为负 半周时，触发VS2使之 导通，电压过零时， VS1自行关断；
触发控制角为：
只需要一个脉冲 信号，脉冲周期为： 1800
f
LA1-1 LA1-2
LB1-1 LB1-2
LC1-1 LC1-2
f/6
LA绕组 电压
LB绕组 电压
LC绕组 电压
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工作原理：
给定
脉冲频率
逆变器输出电压频率
F/V的输出
整流电路输出
n 逆变器输出电压幅值
通过改变输入电压的幅值实现交流调压。
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不可控整流电路
PWM控制 的逆变电路
10.3 晶闸管变频调速系统（IGBT） 一、变频调速的原理
U X E Cf
E / f Ux / f 因此，若外加电压不变，则磁通随频率改变而改变，亦即频率降低，则磁通 增加；频率增加，磁通降低。
显而易见，前者有可能造成电动机的磁路过饱和，从而导致励磁电流的增加 而引起铁心过热。
为了解决这一问题，这就要求在变频调速系统中，降频的同时最好降压，即 频率与电压能协调控制。
外部输入 信号控制
运行控制方式由用户自己确定，通过设定变频器提供的运 行方式专用参数来实现。
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4、运行速度设定方式 运行速度确定电动机的运行速度。
面板键
盘设定
显示
键盘
输入
面板电位
器设定
上位 计 算 机
I/O
机电传动控制 第10章 交流调速系统
机电传动控制第10章交流调速控制系统第10章交流调速控制系统主要内容：掌握交流调速系统的基本原理与类型； 熟悉交流调速系统的基本组成；了解变频器的结构、特点以及使用； 了解交流伺服驱动器及其使用。
交流调速方法概述旧的调速方式笨重磨损低效今天的调速节能轻巧无磨损灵活交流调速系统分为异步电机调速和同步电机调速，三相异步电动机的控制技术使用最广。
{}{}{}{}{}rpmrpm Hz rpm rpm n n p S f S n n ∆-=-=-=00/)1(60)1(长期以来，直流调速（性能好）方案一直占主导地位。
随着电力电子技术、现代控制理论的发展和应用，以及微机控制技术和大规模集成电路的发展与应用，交流调速发展飞速。
20世纪90年代以来，交流调速发展和应用已逐步取代直流调速系统：－各类型鼠笼式异步电动机压频比恒定的变压变频调速系统；－同步电动机变频调速系统；－交流电动机矢量控制系统－鼠笼式异步电动机直接转矩控制系统。
其应用范围几乎无所不有。
目前，变频调速技术及装置是21世纪的主流技术与产品。
晶闸管变频调速通过改变电动机定子供电频率以改变同步转速来实现调速。
在调速过程中，从高速到低速都可以保持有限的转差功率，因而，具有高效率、宽范围和高精度的调速性能。
变频调速是异步电动机调速最有发展前途的一种方法也是现在使用的最多的调速方法。
现代交流调速系统的构成：交流电动机、电力电子功率转换器、控制器和电量检测器等四大部分组成。
其中，电力电子功率转换器与控制器及电量检测器集成一体，称为变频器（变频调速装置）。
10.1 传统的交流调速方法异步电动机的转矩与定子电压的二次方成正比，改变其定子电压即改变电动机的转矩及机械特性，从而实现调速——简单方便。
过去：利用交流调压器（自耦变压器）改变电压，笨重；现在：利用晶闸管“交流开关”元件组成的交流调压器调压，方便！一、晶闸管的交流调压电路当电源电压为正半周时，触发VS1使之导通，电压过零时，VS1自行关断； 当电源电压为负半周时，触发VS2使之导通，电压过零时，VS1自行关断；触发控制角为： 只需要一个脉冲信号，脉冲周期为：1800晶闸管交流调压电路与晶闸管整流电路一样，也有单相与三相之分。
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..课件
VS
详细描述
模糊控制策略通过将专家的知识和经验转 化为模糊规则，对系统的输入和输出进行 模糊化处理，并根据模糊逻辑进行决策。 这种控制策略能够处理不确定性和非线性 问题，但可能存在计算量大和鲁棒性不足 的问题。
控制策略的比较与选择
总结词
根据系统特性和应用需求，选择合适的控制 策略。
详细描述
在交流调速系统的实际应用中，需要根据电 机的类型、系统的性能要求、控制精度和动 态响应等要求，选择合适的控制策略。同时 ，需要对各种控制策略的优缺点进行比较， 以实现最佳的控制效果。
系统维护保养与故障排除
故障诊断
根据故障现象，分析可能的原因。
故障排除
根据诊断结果，采取相应措施排除故障。
预防措施
对故障进行分析，采取预防措施，避免类似故障再次发生。
系统性能测试与评估
要点一
转速控制精度
测试系统转速控制的准确性。
要点二
调速范围
测试系统调速范围是否满足要求。
系统性能测试与评估
• 稳定性：测试系统在各种工况下的稳定性。
02
交流调速系统的种类与特点
变频器调速系统
01
02
03
种类
交-直-交变频器、交-交变 频器
特点
调速范围宽、动态响应快 、运行效率高、节能效果 好、易于实现自动控制和 过程控制
应用领域
广泛应用于各行业的风机 、水泵、压缩机等通用机 械的调速和节能运行
串级调速系统
工作原理
通过改变电机转子回路电 阻来调节电机转子电流， 进而改变电机转速
行。
系统软件设计
控制算法选择
选择适合的控制系统算法，如PID控制、模 糊控制等。
软件架构设计
交流调压调速系统
一、调压调速措施 获取交流调压电源旳措施：
（1）调压器调压 如图（a）所示。
~
~
LS
TU
+-
M
M
3~
3~
(a)
(b)
图5-2 异步电动机调压调速原理
~ VVC
M
3~ (c)
23
（2）饱和电抗器调压 如图（b）所示，饱和电抗器LS是带有直流励磁绕组旳
交流电抗器。
（3）晶闸管交流调压器调压 如图（c）所示。单相调压电路如图所示，其控制措施
31
1. 系统构成
~
+
U*n +
GT ASR Uc
Un
M 3~
n
T-G-
a)原理图
图5-6 带转速负反馈闭环控制旳交流变压调速系统
32
2. 系统静特征
nห้องสมุดไป่ตู้
n0
恒转矩负载特征
U*n1
A
A A’U*n2
’’
U*n3
Us min
UsN
O
TL
Te
图5-6b 闭环控制变压调速系统旳静特征
33
当系统带负载在 A 点运营时，假如负载增大 引起转速下降，反馈控制作用能提升定子电压，
25
2）开关控制方式 把晶闸管作为开关，将负载与电源完全接通几种半波， 然后再完全断开几种半波。交流电压旳大小靠变化通断时 间比t0/ tp来调整。输出电压波形如图所示。
U
0
t
通t0
断tp
图5-5 晶闸管开关控制下的负载电压波形
晶闸管开关控制下旳负载电压波形
特点：采用“过零”触发，谐波污染小；转速脉动较大。26
异
(完整版)交流调速系统概述
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，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：（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。
（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。
（9）、变频器在建材、陶瓷行业也获得大量应用。
交流调速控制系统课程设计
交流调速控制系统课程设计一、实验目的本实验旨在让学生掌握交流调速控制系统的工作原理与设计方法，理解交流电机的调速特性及其应用。
二、实验内容1.交流调速控制系统的设计及组装；2.交流电机的调速特性实验；3.利用交流调速控制系统控制交流电机的转速；4.测试交流电机在不同转速下的性能参数。
三、实验原理交流调速控制系统是通过改变电机绕组施加电压的方式来控制电机转速的。
主要包括三种类型：电压型、频率型和 PWM 型。
实验中采用电压型交流调速控制系统。
电路主要由三部分组成：晶闸管控制器、变压器、电机。
控制器可以调整交流电源输入电压的大小，从而改变电机的转速。
交流电机的调速特性取决于电压和负载。
一般情况下，电机的转速与电压呈线性关系。
在负载变化时，电机转速的变化主要取决于负载对电机的转矩要求。
四、实验设计实验器材和材料•交流电机•电压型交流调速控制系统•三相变压器•电压表•电流表•多用表实验步骤1.搭建交流调速控制系统，将三相变压器接在电机上；2.将电压表、电流表和多用表依次接在控制器输出端、变压器输入端和电机端；3.将控制器接入电源，打开电源开关，开始进行实验。
实验流程1.逐步调整交流电机转速，记下不同转速下的电压、电流、功率及效率等数据；2.根据数据绘制出交流电机的调速特性曲线（电压 - 转速曲线、效率- 转速曲线等）；3.讨论曲线所反映的电机性能特点、调速控制器的作用及其优化方法等。
五、实验结果通过实验可以得到电压 - 转速曲线、效率 - 转速曲线等数据，进而分析交流电机的调速特性。
针对不同的调速要求，可以调整控制器的输出电压，以达到最佳调速效果。
六、实验总结交流调速控制系统在现代工业中有着广泛的应用。
本实验让学生深入理解交流调速控制系统的设计原理、系统组成、性能特点及优化方法等，培养学生的实验技能、动手能力和解决问题的能力。
交流调速系统
交流调速技术的发展概况与趋势随着生产技术的不断发展，直流拖动的薄弱环节逐步显现出来。
由于换向器的存在，使直流电动机的维护工作量加大，单机容量、最高转速以及使用环境都受到限制。
人们转向结构简单、运行可靠、便于维护、价格低廉的异步电动机，但异步电动机的调速性能难以满足生产要求。
于是，从20世纪30年代开始，人们就致力于交流调速技术的研究，然而进展缓慢.在相当长时期内，在变速传动领域，直流调速一直以其优良的性能领先于交流调速。
60年代以后，特别是70年代以来，电力电子技术和控制技术的飞速发展，使得交流调速性能可以与直流调速相媲美、相竞争。
目前，交流调速逐步代替直流调速的时代已经到来。
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。
交流调速系统概述.doc
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。
纵观电力拖动的发展过程，交、直流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。
在过去很长一段时期，由于直流电动机的优良调速性能，在可逆、可调速与高精度、宽调速范围的电力拖动技术领域中，几乎都是采用直流调速系统。
然而由于直流电动机其有机械式换向器这一致命的弱点，致使直流电动机制造成本高、价格昂贵、维护麻烦、使用环境受到限制，其自身结构也约束了单台电机的转速，功率上限，从而给直流传动的应用带来了一系列的限制。
相对于直流电动机来说，交流电动机特别是鼠笼式异步电动机具有结构简单，制造成本低，坚固耐用，运行可靠，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。
因此，近几十年以来，不少国家都在致力于交流调速系统的研究，用没有换向器的交流电动机实现调速来取代直流电动机，突破它的限制。
随着电力电子器件，大规模集成电路和计算机控制技术的迅速发展，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的条件。
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。
交流调速传动的客观发展趋势已表明，它完全可以和直流传动相媲美、相抗衡，并有取代的趋势。
交流调速系统
后，在定子、转子之间的气隙内产
向
生了以同步转速旋转的旋转磁场。
转子导条被这种旋转磁场切割，在
导条内产生感生电流，磁场又对导
条产生电磁力。于是转子就跟着旋
转磁场旋转。
右手定 则
决定电 流 方向
2.2 三相异步电动机的转速与运行状态
异步电动机的工作原理决定了它的转速一般
低于同步转速 。n0如果异步电动机的转子转速达
20世纪70年代，开始研究交流调速系统。 20世纪80年代，交流调速系统开始广泛地应用。 交流拖动控制系统已经成为当前电力拖动控制的 主要发展方向。
直流电机的主要缺点： 1、电刷和换相器的磨损，因而必须经常检查维修； 2、换向火花使直流电机的应用环境受到限制； 3、换向能力限制了直流电机的容量和速度。
3 电力变换电路基础
1）整流与逆变
整流技术：AC-DC 把交流电压变为固 定的或可调 的直流电压。（变流器）
逆变技术：DC-AC 把固定的直流电压 变为固定或 可调的交流电压。（逆变器）
斩波技术：DC-DC 把固定的直流电压 变为可调的
AC
整流器
DC
DC
逆变器
AC
无源逆变 负载
有源逆变 电网
有源逆变：把直流电逆变为电网同频率的交 流电反送
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
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。
交流调速系统概述
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，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：（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。
（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。
（9）、变频器在建材、陶瓷行业也获得大量应用。
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项目2 交流调速系统
异步电动机调速
按能量转换类型分类
按照交流异步电机的原理，从 定子传入转子的电磁功率PM可 分成： 机械功率Pm--拖动负载的有效 功率； 转差功率Ps--传输给转子电路 的，与转差率s 成正比。
~
Pm = (1 – s) PM Ps = sPM
交流电动机调速 ——同步电动机调速
从频率控制的方式来看，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。 他控变频调速利用独立的变压变频装置给 同步电动机供电。 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。
项目2 交流调速系统
项目2 交流调速系统
变压变频（ VVVF ）调速系统
概 述
异步电机的变压变频（VVVF，是Variable Voltage and Variable Frequency）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，是交流调速的重点。
2
2 1 2 2
2
3
l
项目2 交流调速系统
调速方式
对于异步电动机而言，当电源电压仍为额定电压
时，气隙磁通基本保持不变，如果调速前转子电 流为额定值，希望调速后仍为额定值，则有：
I2 E20 E20 定值 r R 2 r (2 ) x2 2 ( 2 )2 x2 2 s sN
式中R是转子回路所串联的电阻。
项目2 交流调速系统
科学分类方法（根据对转差功率的处理方法分类）分为三类： （ 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。 转差功率 Ps sPM P Cu 2 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。
特点：效率最高。变极调速、变频调速系统属于此类。
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交流电动机调速 ——异步电动机调速
①降电压调速
按 调 速 方 法 分 类
②转差离合器调速 ③转子串电阻调速
转差功率消耗型
④绕线转子电动机串级调速 和双馈电动机调速
转差功率馈送型 转差功率不变型
⑤变极对数调速
当转速或转差率一定时，电磁转矩与定子电压的 平方成正比； 2 1
' 2
2 1
' 2
T U
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S
n
0
Sm
n0
A C B
0.5U1N
D E
风机类负载特性
F
0.7U1N
U 1N
1 0
Te max
Te
图4-1 异步电动机在不同电压下的机械特性 图5-1 异步电动机在不同电压下的机械特性
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交流调速系统特点：
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
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
电机有换向电刷（换向火化）
异步电动机调压调速系统 一、交流异步电动机调压调速原理
异步电机的电磁转矩公式
PM 3 pU R / s 3 '2 R T I2 ' 2 1 2 n1 s 2 R2 ' 2 f R X X 1 1 1 2 60 s
电 流 控 制 功 能
* r
＋
r
－
位 置 控 制 器
＋
* r
r
－
速 度 控 制 器
＋
T
* e
Te
－
转 矩 控 制 器
i
*
＋ －
i
电 动 机
转 矩 检 测 器
机 械 负 载
r
s
转矩、速度、位置由内向外的三闭环系统
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闭环控制策略
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。
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调速的性能和特点
调速范围 这种调整方法对应的最高转速不超过理想空 载转，低速运行时机械特性太软，静差度大， 因而限制了调速范围. 平滑性 由于转子回路电流很大，使电阻的体积笨重， 抽头不易，所以调速的平滑性也不好,基本上 属有级调整. 经济性 这种方法简单、容易实现，初期投资较少。但 低速运行时效率低。 PM : Pm : pCu 2 1 : 1 s : s
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必然有
r2 r2 R 常数 sN s
cos 2
（1）
r2
R/ s
2
转子回路功率因数为： 已知电磁转矩为:
r2 R 2 x2 s
T CTj m I 2 cos2
根据（1）可以看出，如果保持调速前后转子 电流不变，电磁转矩也不变。因此，转子回路 串电阻调速适用于恒转矩的系统，属于恒转矩 调速方式。
. x1 . a2
+
N
S
N
S
+
N
a1
a1
x1
a2
x2
a1
x1
a2
x2
x2
S
A (a)
x
A (b)
x ( c)
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从上面分析可以看出，若把三相鼠笼式异步电 动机的定子绕组每相绕组中一半线圈的电流改 变方向，即半相绕组反向，则电动机的极对数 便成倍变化（称为倍极比变极）。因此，同步 转速n1也成倍变化，对拖动恒转矩负载运行的 电机来讲，运行的转速也接近成倍改变。 绕线式异步电动机转子极对数不能自动随定子 极对数变化，如果同时改变定、转子绕组极对 数又比较麻烦，因此不采用变极调速。该方法 主要适用于鼠笼式异步电动机。 需要说明的是， 为了保证变极调速时电动机的转向不变，变极 调速的同时，需要改变绕组的相序或者说是电 源的相序。理由很简单，要使电动机转向不变， 就要求磁通势旋转方向不变。
N N S N S
a1 a1 x1 a2 x2
+
. x1
S
a2
+
S
. x2 N
A (a)
x (b)
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如果把图中的接线方式改变一下，每相绕组 不再是两个线圈头尾串联，而变成为两个线 圈尾尾串联，即为反向串联，如图 (a)所示。 或者为反向并联，如图 (b)所示。改变后的相 绕组流过电流时产生的脉振磁势的极数都是 二极的如图（c）。
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可控硅调 压装置
n
触发器
Uk
调节器
n1
A
U3
U2
B
U1
M
-
U
+
C
U'
测速发电机
U
速度给定
0
Tl Tl '
T
当系统带负载在 A 点运行时，如果负载增大引起转速下 降，反馈控制作用能提高定子电压，从而在右边一条机 械特性上找到新的工作点 B。同理，当负载降低时，会 在左边一条特性上得到定子电压低一些的工作点。 速度调节器ASR常采用PI调节器，可以做到无静差并改善 动态性能。
二、 异步电动机调压调速方法
调压调速的三种方法： 1.自耦调压器-----对小容量电机,体积重量大。 2.饱和电抗器----控制铁心电感的饱和程度改变串联阻抗，体积重量大。 3.晶闸管交流调压器-----用电力电子装置调压调速，体积小，轻便。
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三、 转速闭环调压调速系统的组成 普通异步电动机的开环机械特性很软,且开环调压调速 范围太小,对于恒转矩的负载，要求调速范围D大于2时，往往 采用带转速负反馈的闭环控制系统。
20世纪60年代以前 80% —— 交流定速运行 18% —— 直流可调速运行 2% —— 交流可调速运行 70年代以前直流占统治地位。
70年代电力电子技术的发展开创了交流可调速 传的新纪元。
目前，交流调速是调速领域的主要发展方向。
项目2 交流调速系统
交、直流调速的特点
直流调速系统特点：
高性能的交流调速系统和伺服系统
矢量控制技术、直接转矩控制
特大容量、极高转速的交流调速
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。
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交流调速系统的主要类型
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。 现有文献中介绍的异步电机调速系统种 类繁多，可按照不同的角度进行分类。
项目2交讲
项目2 交流调速系统
概述 交流调速系统的主要类型 交流变压调速系统 交流变频调速系统 *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
项目2 交流调速系统
调速系统及其组成
项目2 交流调速系统
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
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