运动控制系统：第七章

通过坐标变换，把交流电动机的定子电流分解成转矩分量和励磁分量分别控制， 解决了交流电动机转矩和磁通的控制问题，获得和直流电动机相仿的高动态性能
7.1： 交流调速系统的基本分类
交流调速系统的分类：
交
流
异步电动机调
电
速系统
动
机
调
速
系
同步电动机调
统
速系统
转差功率消耗型 转差功率回馈型 转差功率不变型
降压调速 转差离合器调速
图7-10 异步电动机变压调速系统静态结构框图
7.3： 调压调速的应用
7.3.1软启动器 1. 软起动器工作原理
调压调速控制除了在调速系统中应用以外，还用于
软启动器 轻载降压节能运行
（7-1）
起动电流 令 s=1
（7-2）
式7-2对s求导可求出临界转差率 最大转矩
（7-3） （7-4）
7.2： 异步电动机调压调速系统
7.2.3 异步电动机调压调速的机械特性
图7-5 异步电动机风机类负载在不同电压下的机械特性
图7-6异步电动机恒转矩负载在不同电压下的机械特性
7.2： 异步电动机调压调速系统
7.2.3 异步电动机调压调速的机械特性 转子串电阻 电动机在恒转矩负载下能实现低速稳定运行而不至过热
7.2.1 异步电动机调压调速的工作原理
异步电动机传递电磁功率
其中同步机械角转速
（7-1） （7-2）
7.2： 异步电动机调压调速系统
7.2.2 晶闸管相控三相交流调压主电路结构
具有体积小
晶闸管组成调压器成为交流调压器
优点
重量轻 惯性小
的主要形式
控制方便
结构
一般用三对晶闸管反并联或三个双向
晶闸管分别串接在三相电路中
7.1： 交流调速系统的基本分类
异步电动机：转差功率不变型 特点
转差功率只有转子铜损，无 论转速高低，转差功率基本不变
变极对数 缺 点
变压变频
有级调速 应用场合有限
应用广泛，成本高
优 点
系统效率更高
7.1： 交流调速系统的基本分类
同步电动机：
结 定转子同步
构
特
性
极对数固定
没有转速差，也就没有转差功率 不能通过变极对数进行调速
图 7-3
7.2： 异步电动机调压调速系统
7.2.2 晶闸管相控三相交流调压主电路结构
~
若异步电动机需要可逆运行和制动电路，则可采用如图7-4 所示晶闸管反并联异步电动机可逆和制动电路
1、 正转运行时，由晶闸管1~6控制
9
7
5
3
1
10
8
2
6
4
2、 反转或反接制动时，由晶闸管1、4和7~10提供逆相序电源控制
转子串电阻
绕线转子串级调速 双馈电动机调速 变极对数调速 变压变频调速
转差功率不变型 变压Baidu Nhomakorabea频调速
7.1： 交流调速系统的基本分类
异步电动机：转差功率消耗型
缺 点 特点 全部转差功率都转换成热能
消耗在转子回路上
优 点
系统效率最低 恒转矩负载时是以增加转 差功率消耗换取转速降低
系统结构简单，设备成本最低
因此，要想获 得高性能控制
负载转矩发生变化或电源电压波动，电动机转速 都会随之波动特别是低速时波动尤为明显
交流调速系统必须引入速度反馈，在速度闭 环控制下，使异步电动机具有较硬的静特性。
7.2： 异步电动机调压调速系统
7.2.4 速度闭环控制下调压调速系统的组成和工作原理
调节器ASR
转速负反馈闭环交流调压调速系统由
晶闸管调压装置 转速反馈装置
系统结构图与静特性图如下：
异步电动机等
图 7-8 转速负反馈闭环控制的交流调压调速系统原理图
图 7-9 转速负反馈闭环控制的交流调压调速系统静特性图
7.2： 异步电动机调压调速系统
7.2.4 速度闭环控制下调压调速系统的组成和工作原理
异步电动机调压调速系统和直流电动机调压调速系统 最大的不同：
常见的调速方法
1）降电压调速；2）转差离合器调速；3）转子串电阻调速
7.1： 交流调速系统的基本分类
异步电动机：转差功率回馈型
特点
缺
点
除转子铜损外，大部分转差功率在转子
侧通过变流装置馈出或馈入，转速越低，能
馈送的功率越多
优
点
要增加一些设备 系统效率较高
常见的调速方法
绕线转子电动机串级调速，双馈电动机调速
此时， 调节定子电压，能得到较宽的调速范围，而且
在堵转力矩下工作也不致烧坏电动机
特性太软，常不能满足生产机械的要求，低速
缺点：
时过载能力差，负载波动，电动机转速变化大
图7-7 高转子电阻电动机在不同电压下的机械特性
7.2： 异步电动机调压调速系统
7.2.3 异步电动机调压调速的机械特性
以上是开环调速
速度比较环节： 速度调节器：PI调节器 晶闸管交流调压器： 电动机输入与输出关系： 转速反馈环节:
（7-6） （7-7）
图 7-8 转速负反馈闭环控制的交流调压调速系统原理图
（7-8） （7-9）
7.2： 异步电动机调压调速系统
7.2.5 基于稳态模型的等效结构图
二者之间的关系可根据电动机的输入、输出关系计算
前者存在失控区
最小输出电压
下的机械特性是闭环系统静特性左边的极限，额定
电压 下的机械特性是闭环系统静特性右边的极限，当负载变化达到两侧的
极限时，闭环系统便失去了自动调节作用，回到开环机械特性上工作。
7.2： 异步电动机调压调速系统
7.2.5 基于稳态模型的等效结构图
如图7-8所示，异步电动机闭环调压调速系统，各环节关系如下:
只能：变压变频调速
从频率控制方式分：他控和自控变频
自控变频调速有时又称作无换向器电动机调速，或无刷直流电动机调速
7.2： 异步电动机调压调速系统
7.2.1 异步电动机调压调速的工作原理
根据电机学原理，在下述
三个假设条件下： 稳态等效电路
①忽略空间和时间谐波；
②忽略磁饱和；
③忽略铁损
7.2： 异步电动机调压调速系统
第七章
交流调压调速系统
学习内容
7.0 引言 7.1 交流调速系统的基本分类 7.2 异步电动机调压调速系统 7.3 调压调速的应用
引言：电力拖动系统的发展
20世纪70年代以前 高精度的调速系统都是使用直流电力拖动
20世纪70年代以后
调速范围广 静差率小 稳定性好 动态性好
发明了矢量控制使交流电力拖动飞速发展
能耗制动时，可根据控制要求选择几个晶闸管不对称工作，如让晶闸
3、 管1、2、6导通，其它晶闸管都关断，这时定子绕组流过的是半波直
流电流，对旋转着的电动机转子产生制动作用
M 3~
图 7-4
7.2： 异步电动机调压调速系统
7.2.3 异步电动机调压调速的机械特性 机械特性：就是转矩与转速的关系
（7-2）