交流调速技术概述教材
绪论 交流调速概述 交流调速系统课件
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。
交流调速技术与系统ppt课件完整版
1.2.1.1变频调速
1. 变频调速的基本要求及机械性能 ⑴. 保持磁通为额定值 ① E1 f 1恒定
图1-1 异步电动机的稳态等效电路
转子电流
I 2
E2
x ( r2 ) 2
2 2
s
E1
x ( r2) 2
2 2
s
电磁功率
PM
m1
I
2
2
r 2
s
电磁转矩
2
T
PM 1
2
PM f1
P2 T 2n2 9550
Ps P1 P2 T 2 (n1 n2) 9550
离合器输出转矩为 T 2 9550Ps n1 n2
图1-20 电磁转差离合器的机械特性
4. 双馈调速及串级调速
（1）双馈调速 双馈调速是将定、转子三相 绕组分别接入两个独立的三相对称电源：定 子绕组接入工频电源；转子绕组接入频率、 幅值、相位都可以按照要求进行调节的交流 电源，即采用交-交变频器或交-直-交变频器 给定子绕组供电。其中，必须保证的是在任 何情况下转子外加电压的频率都要与转子感 应电动势的频率保持一致。当改变转子外加 电压的幅值和相位时就可以调节异步电动机 的转速，也可以调节定子侧的功率因数。
1 2 f1
(
1
2 f1
)2
( L1
L2
)2
可见，保持U1/f1恒定进行变频调 速时，最大转矩将随f1的降低而 降低。
图1-3 保持U1/f1恒定时，变频调速时的机械特性
（2）．保持电压为额定值
此时气隙磁通 将随着频率f1的升高而反比 例下降，类似于直流电动机的弱磁升速。
T
2 f1
m1 pNU12 r2 s
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。
《交流调速技术》大纲
《交流调速技术》大纲《交流调速技术》课程教学大纲课程编码：15011453课程类型：学位任选课总学时：48学分：3第一部分相关说明一、课程的性质和任务《交流调速技术》课程是电气工程专业的一门应用性专业课程。
课程的主要任务是：结合变频器行业的最新发展情况，通过理论教学、实验、实训，使学生具备应用和维护维修各种变频器控制系统的基本能力；教会学生利用网络搜索技术资料的方法，使学生具备应用技术资料解决现场问题的能力；在授课过程中培养学生认真的工作作风和严谨的工作态度，树立学生的岗位责任意识；培养学生科学的思维方法和综合的职业能力，以适应职业教育发展的需要。
二、课程的基本建议1、掌握变频器的内部结构理论和各类外端子的功能，为正确安装、设置变频器及故障分析打基础；2、深刻理解通用型变频器各类功能的含义和促进作用，为恰当设置功能参数打基础；3、掌控1个品牌变频器的基本操作方法，介绍4至5种类型变频器的功能参数码特点和操作方法。
4、能够根据工程需要设计、安装、调试及改造教简单的变频器控制系统；5、具备将有关课程(电气控制、plc、单片机、触摸屏等)科学知识融合在一起，综合应用领域自动控制系统的能力。
6、具有变频器控制系统日常维护及故障诊断的基本能力，能够诊断出故障类型（软件设置故障、主电路硬件故障、控制电路故障），能对软件类故障进行修复，能对主电路故障进行准确判断并分析故障原因，能对控制电路的故障范围进行诊断；7、具备根据实际设备搜寻、查询变频器有关技术资料，并利用技术资料自学适当变频器科学知识和操作方式、化解现场问题的能力。
8、具有根据设计资料、调试过程编写技术文件的能力。
9、深入细致的工作作风和细致的工作态度，具备明晰的岗位责任意识；10、具备科学的思维方法、技术创新精神、课堂教学能力和稳步自学新技术的能力。
三、教学方法与重点、难点教学方法：课堂传授，实时水解模拟，随堂课堂教学。
重点：该课程重点为变频器的使用，通过理论教学、实验、实训，使学生具备应用和维护维修各种变频器控制系统的基本能力。
《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。
2-交流电机变频调速详解
以下情况要选用交流输出电抗器
变频器到电机线路超过100米（一般原则）
以下情况一般要选用制动单元和制动电阻 提升负载 频繁快速加减速 大惯量（自由停车需要1min以上，恒速运行电流小于加速电流的设备）
变频器选型—选型原则
使用通用变频器的行业和设备 使用矢量变频器的行业和设备
纺织绝大多数设备
冶金辅助风机水泵、辊道、高炉卷扬 石化用风机、泵、空压机 电梯门机、起重行走 供水 油田用风机、水泵、抽油机、空压机
多
0.4-315KW
EV1000 EV2000
TD3000 2.2-75KW TD3100 高 TD3300
高动态性能 动态性能好 总线设计 精确控制 网络化应用 行业专用
0.4-5.5KW
功 能
TD900
调速、通讯 操作简便
功能丰富 适用面广
高稳态性能
成 本
完整的功率段 行业专用
少
宽电压范围
元件化设计
R S T P1 (+) PB (-) U V
MOTOR
W
PE
POWER SUPPLY
制动电阻
工频电网输入 380V 3PH/220V 3PH
直流电抗器
三相交流电机
220V 1PH
变频器的构成—控制回路接口
接口类型 主要特点 主要功能
开关量输入
开关量输出 模拟量输入
无源输入，一般由变频 启/停变频器，接收编码器信号、多 器内部24V供电， 段速、外部故障等信号或指令
2.3 交流电机变频调速
•概 述
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，是本篇的 重点。
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
交流调速技术概述
无刷电机
近年来，转子采用永磁结构、主电路采用功率器 件的无刷直流电机得到了很大的发展，其功率覆盖等 级较大。小功率无刷直流电机主要应用于工厂自动化 和办公自动化方面，如计算机外设复印机和家用电器 中，它正在迅速取代传统的直流电机和异步电机；90 年代以来，在高精度的数控设备中相当多的采用了永 磁同步无刷电机（交流伺服电机）以取代宽调速的直 流伺服电机，特别是在机器人和机械手的驱动中，无 刷直流电机的应用相当多。目前全世界机器人的拥有 量已经超过100万台，且每年以大于20%的速度增长， 这已经成为无刷直流电机的主要应用领域。近年来， 采用交流无刷电机代替异步电机作为机床的主轴直接 驱动也已成为新的研究和应用热点。大功率无刷直流 电机（一般采用晶闸管作为功率器件，习惯上称为无 换向器电机）在低速、环境恶劣和有一定调速性能要 求的场合有着广泛的应用前景，如钢厂的轧机、水泥 窑传动抽水蓄系统的类型
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
§1.1 交流调速系统概况
按照交流异步电机的基本原理，从定子传入转子的电磁功 拖动负载的有效功率 率可以分为两个部分： P2 =（1-S）Pm
①②③
④ ⑤⑥
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 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
交流调速技术概述
§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：
直流传动具有优良的调速性能；
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；
控制方面也从模拟控制发展到数字控制，从单片机发展 到数字信号处理器（DSP）和高级专用集成电路，控制 部件功能日益完善，而所需的控制器件和控制器体积日 益减小，控制器可靠性日益提高而成本日益降低。
例如0.75kW通用变频器的过去的10年间， 体积减小到原来的1/10，成本下降了大 约40~50%，中小型电机变频调速系统已
§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：
大规模集成电路﹑计算机控制技术和现代控制理论的发展
§1.1 交流调速系统概况
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；
小知识：1834 德国 雅可比发明直流发动机 1888 南斯拉夫裔美国 特斯拉发明了交流电动机 1821年英国科学家法拉第首先证明可以把电力转变为旋转运动。
交流变频调速系统及变频电机 二十年来，电力电子技术发生了革命性的进展。
讲交流调速系统概述PPT课件
1）调速优良，易于控制
静态性能 性能
动态性能
静差度 精度误差 调速范围（深度） 动态响应快
13
易于控制：电枢和励磁线圈可以独立调节
天然解耦：DC MOTOR
Φm
Ia与Φm线性无关 是解耦的 T=Cm×Ia×Φm
Ia
数学模型简单：线性2阶＋1阶，经典控制论足 以应对
1阶：SCR整流器的数学模型
G(s) Kses K s
7
课程的性质、目的、任务
通过本课程的学习，使大家了解现代交流调速系统的技 术概况与发展趋势以及主要应用领域； 掌握现代交流调速系统工作原理与控制策略； 掌握变频器与感应电动机、变频器与同步电动机组成变频 调速系统等电力拖动系统的组成、工作原理、运行特性； 为今后工作和进一步深入应用和研究运动控制系统和电气 节能技术奠定坚实的理论基础。
11
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。
12
2 直流调速系统的特点
因此，有效地利用电动机，改进其运行性能， 根据需要控制电动机的转速，降低运行中的消耗，是 节省电能的一个重要手段。
18
实例分析
以大型轧机的传动系统为例，一套2050mm的热连 轧板机，精轧部分采用交流传动，比直流传动可节电1150 万kWh／年，节水30％，转动惯量减少77％，响应时间缩短 30％，设备投资节省很多，停机维修时间缩短75％。
交流机若达到直流机的调速水平，对调速器提出了极 高的要求：功率器件？微处理器？控制理论与方法？
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》PPT课件
第15讲
5.1 引言
1、交直流调速系统的格局
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年代开始电力电子技术的应用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。
VT1
U
R
VT4
VT3
R
V
VT6
VT5 R
W
VT2
图5-6 三 三相相全全波波 星形星联形结的联调结压的电路调压电路
电路正常工作的条件： （1） 要求采用宽脉冲或双窄脉冲触发电路，与电源电压同步。 （2）要求U、V、W三相电路中正向晶闸管的触发信号相位互差120°，三相 电路中反向晶闸管的触发信号相位也互差120°。 （3）同一相中反并联的两个正、反向晶闸管的触发脉冲相位应互差 180°。 根据上面的结论，可得出三相调压电路中各晶闸管触发的次序为VT1 、VT2、 VT3、VT4、VT5、VT6、VT1……，相邻两个晶闸管的触发信号相位差为60°。
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）转差功率回馈型调速系统——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。
2、交流调速的特点
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
交流调速系统特点： 控制对象：交流电动机 控制原理复杂，有多种调速方式 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
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交流变频调速系统及变频电机 二十年来，电力电子技术发生了革命性的进展。
功率元件从70年代的晶闸管（SCR），发展到80年代 的双极型晶体管（BJT，也称作GTR），到90年代则主 要是绝缘栅双极晶体管（IGBT）。日本的三菱电机公 司已推出2000V/1200A的IGBT，欧洲的eupec公司也推 出了3300V/1200A的元件，而1200V/600A的IGBT模块 则已大量生产供应；IR以及Fairchild等著名半导体公司 生产的IPM模块更为交流调速技术的白色家电（指冰箱、 洗衣机和空调器等）以及汽车等领域的应用提供了可能。
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
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；
小知识：1834 德国 雅可比发明直流发动机 1888 南斯拉夫裔美国 特斯拉发明了交流电动机 1821年英国科学家法拉第首先证明可以把电力转变为旋转运动。
§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：
▪直流传动具有优良的调速性能；
▪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；
变频器与调速技术
徐广明 机械电子工程系
教材: 《交流变频调速技术》 何超编 北京航空航天
《交流调速系统》 陈伯时 机械工业
﹡《变频调速技术基础教程》
曾允文 机械工业
﹡《变频技术》
付兰芳 化学工业
﹡《变频器应用教程》 张燕宾 机械工业
﹡《变频调速技术与应用项目教程》
马宏骞 电子工业
2012 2011 2011
控制方面也从模拟控制发展到数字控制，从单片机发展 到数字信号处理器（DSP）和高级专用集成电路，控制 部件功能日益完善，而所需的控制器件和控制器体积日 益减小，控制器可靠性日益提高而成本日益降低。
例如0.75kW通用变频器的过去的10年间， 体积减小到原来的1/10，成本下降了大 约40~50%，中小型电机变频调速系统已
§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%。
2011
近二十年来，科学技术突飞猛进。随 着电力电子技术、计算机技术和控制理论 发展，电机调速技术得到迅速发展，使得 电机的应用不再局限于工业应用而且在商 业及家用设备等各个领域获得更加广泛的 应用；而随着新材料如稀土永磁材料、磁 性复合材料的出现，更给电机设计插上翅 膀，各种新型、高效、特种电机层出不穷。 这些都极大地丰富了电机理论，拓宽了电 机的应用领域，同时也给电机设计和制造 工艺提出更高的要求。
经发展成熟。据美国《控制工程》报道 在1996~2000年间美国用于工厂自动化 方面的电动机和传动装置的总费用约45
亿美元，其中采用变频器控制三相异步 电动机的约占52.8%，且呈逐年上升趋 势。
无刷电机
近年来，转子采用永磁结构、主电路采用功率器 件的无刷直流电机得到了很大的发展，其功率覆盖等 级较大。小功率无刷直流电机主要应用于工厂自动化 和办公自动化方面，如计算机外设复印机和家用电器 中，它正在迅速取代传统的直流电机和异步电机；90 年代以来，在高精度的数控设备中相当多的采用了永 磁同步无刷电机（交流伺服电机）以取代宽调速的直 流伺服电机，特别是在机器人和机械手的驱动中，无 刷直流电机的应用相当多。目前全世界机器人的拥有 量已经超过100万台，且每年以大于20%的速度增长， 这已经成为无刷直流电机的主要应用领域。近年来， 采用交流无刷电机代替异步电机作为机床的主轴直接 驱动也已成为新的研究和应用热点。大功率无刷直流 电机（一般采用晶闸管作为功率器件，习惯上称为无 换向器电机）在低速、环境恶劣和有一定调速性能要 求的场合有着广泛的应用前景，如钢厂的轧机、水泥 窑传动抽水蓄能等。
§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：
大规模集成电路﹑计算机控制技术和现代控制理论的发展
§1.1 交流调速系统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)
目前国外交流伺服电机已经部分形成系 列，如德国Lens公司，而宝钢引进的轧 机流水线电气传动基本采用了无换向器 电机实现；日本在电动车的应用中也主 要采用了无刷直流电机作为驱动电机， 并取得了较好的应用效果。
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