动车组传动和控制--交流电动机变频调速
CRH动车组驱动装置的控制策略与参数调整
CRH动车组驱动装置的控制策略与参数调整CRH动车组是中国铁路高速动车组的代表，具有高速、节能、安全等优势。
而驱动装置作为CRH动车组的核心组成部分，其控制策略和参数调整对于车辆的性能和运行效率至关重要。
本文将就CRH动车组驱动装置的控制策略与参数调整进行探讨。
一、控制策略在CRH动车组的驱动装置控制中，采用了先进的逆变器技术，优化了电机控制算法，以实现对电机转矩和速度的精准控制。
控制策略主要包括以下几个方面：1.转矩控制：通过控制电机的电流和电压，实现对电机输出转矩的调节。
在启动加速和制动减速时，需要根据列车的运行状态和线路特性，动态调整转矩控制策略，以确保车辆平稳运行。
2.速度控制：根据列车的运行速度和目标速度，调整电机的输出功率，实现对列车速度的稳定控制。
在高速行驶和进出站台时，需要对速度控制策略进行优化，以提高车辆的运行效率和安全性。
3.能量回馈控制：利用制动过程中的惯性能量和电动制动能量，实现对列车动能的回馈控制，提高整车系统的能量利用率。
通过逆变器和超级电容等设备的协同作用，实现能量的高效储存和回馈利用。
二、参数调整在CRH动车组的驱动装置参数调整中，需根据列车的运行状态和线路特性，动态调整电机参数和控制参数，以确保车辆的性能和安全。
参数调整主要包括以下几个方面：1.电机参数调整：根据列车的牵引负载和最大速度要求，调整电机的额定功率、额定转速和电流容量等参数。
通过匹配电机参数和车辆特性，优化列车的动力性能和能耗指标。
2.控制参数调整：根据列车的运行环境和行车任务，调整逆变器控制器的参数，如PWM频率、电压幅值、功率因数等。
通过合理调整控制参数，提高电机转矩响应速度和稳定性。
3.故障诊断参数调整：根据电机和逆变器系统的运行状态，设置故障诊断参数，实现对设备状态和性能的实时监测和诊断。
通过定期检测和修正故障诊断参数，提高列车运行的可靠性和安全性。
综上所述，CRH动车组驱动装置的控制策略和参数调整至关重要，直接影响列车的性能和运行效率。
交流变频调速基本原理
交流变频调速基本原理交流变频调速是指通过改变交流电源的频率来调节机电的转速，实现对机电的调速控制。
它是现代工业中广泛应用的一种调速方式，具有调速范围广、调速精度高、能耗低等优点。
本文将详细介绍交流变频调速的基本原理。
一、交流机电的基本原理交流机电是利用交流电源产生的旋转磁场来驱动转子旋转的机电。
根据机电的结构和工作原理的不同，可以分为异步机电和同步机电两种。
1. 异步机电异步机电是最常用的一种交流机电，也是应用最广泛的机电之一。
它的转速与供电频率成正比，即转速随着频率的增加而增加。
异步机电的转速与电源频率之间的关系由下式表示：n = (120f) / p其中，n为机电的转速（单位：转/分钟），f为电源频率（单位：赫兹），p为机电的极对数。
2. 同步机电同步机电的转速与供电频率成正比，但与异步机电不同的是，同步机电的转速是固定的，与电源频率彻底同步。
同步机电的转速由下式表示：n = (120f) / p其中，n为机电的转速（单位：转/分钟），f为电源频率（单位：赫兹），p为机电的极对数。
二、交流变频调速的原理交流变频调速的基本原理是通过改变电源的频率来改变机电的转速。
当电源频率改变时，机电的转速也会相应改变。
交流变频调速系统主要由变频器、机电和控制器组成。
1. 变频器变频器是交流变频调速系统的核心设备，它能够将固定频率的交流电源转换为可调频率的交流电源。
变频器通过控制输出电压的频率和幅值，实现对机电的调速控制。
变频器通常由整流器、逆变器和控制电路组成。
整流器将交流电源转换为直流电源，逆变器将直流电源转换为可调频率的交流电源。
控制电路负责接收来自控制器的指令，控制变频器的输出频率和幅值，从而实现对机电的调速控制。
2. 机电机电是交流变频调速系统中的执行器，负责将电能转换为机械能，驱动负载工作。
机电的转速与供电频率成正比，通过改变电源的频率，可以改变机电的转速。
机电的转速与负载的转矩之间存在一定的关系，通过控制电源频率和幅值，可以实现对机电的调速控制。
电机拖动与变频调速-交流电动机的变频调速
任务内容
某生产机械工作台采用三相异步电动机拖动 ，为了生产工艺需要，需采用变频器面板控制 电动机的变频调速。试查阅变频器技术手册， 设计如何采用变频器面板操作实现电动机的运 行控制。
主要内容
步骤一 认识变频器 步骤二 变频器的安装接线 步骤三 变频器操作面板的基本操作 步骤四 变频器控制电动机运行操作
n
n
n
O
T
电动时
负载时
再生时
O
T
O
T
a)
b)
c)
变频调速机械特性
步骤一 （二）基频以上恒功率（恒电压）变频调速
恒功率变频调速又称弱磁通变频调速。相当于直流电动机弱磁 调速的情况
随着转速的提高，电压恒定，磁通就自然下降，当转子电流不 变时，其电磁转矩就会减小，而电磁功率却保持恒定不变。
变频调速控制特性
步骤一
（二）通用变频器的基本结构
通用变频器大多可以分为主电路单元、驱动控制单元、中央处理 器单元、保护和报警单元以及参数设定与监视单元五大部分。
序号 基本单元
功能描述
主电路单元主要包括整流器和逆变器两个主要单元，三相交流电由输
1
主电路 入端接入后，经过整流器整流成直流电压，然后由逆变器变成电压、 单元 频率可以调整的交流电，从输出端输出接到三相异步电动机的接线端
此键用于浏览辅助信息。变频器运行过程中，在显示任何参数时按下此键并保
持不动2秒钟，将显示以下参数值（在变频器运行中从任何一个参数开始）：1.
功能 直流回路电压（用d表示）2.输出电流A3.输出频率（Hz）4.输出电压（用o表
示）5.由P0005选定的数值（如果P0005选择显示上述参数中的任何一个（3，
步骤二 （二）变频器的电气安装
交流电机变频调速原理及应用
变频时, 输出电压也要配合改变，因此，变频调速系统常更 0
I mN
全面地被称为变压变频（VVVF）调速系统。
1
s
s
r2
H Im
2．基频以下调速时的电压控制方式
异步电动机在变频调速时，主导变量是频率 f1
常用的电压配合控制方式有如下三种：
（1）恒压频比控制 U1 f1C
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。
20世纪80年代，原有的交直流调速拖动系统的分工格局被逐渐打破。
20世纪90年代，交流调速系统已经占到了调速系统的主导地位。 目前的许多交流调速系统在装置容量上、动静态性能上、可四象限运
2 异步电动机调压调速系统（交调系统）
2.1 异步电动机调压时的开环机械特性
异步电动机的固有机械特性方程
S 恒转矩负载
0
风机泵类负载 Tl 2
Sm 0.5U1N
A
B 0.707U1N
1
Tl1
1.0U1N
T
Tm
低转差率电动机调压调速时的 开环机械特性
T
3pU12R2/s
1R1R2/s2x1x22
T U2 ，为减小损耗，电动机在额
无刷直流电动机 开关磁阻电动机 直流无换向器电动机 交流无换向器电动机
无刷直流电动机及 开关磁阻电动机都满足 “定子电流的频率与转 速有严格比例关系”的 条件，所以也把它归入 同步电动机。
交流调速系统的分类
电动机类别
调速原理
交流电动机变频调速技术说课稿
交流电动机变频调速技术说课稿《交流电动机变频调速技术》说课稿尊敬的各位评委老师：你们好！今天我说的课题是《交流电动机变频调速技术》，下面我从五个方面进行说明：一、教材分析与学情分析（一）教材的地位和作用本次说课教材选用吴程主编高等教育出版社出版的《常用电机控制与调速技术》，教材的特点是淡化理论，突出实践应用，掌握本教材使学生可以初步胜任工厂中的电气操作员。
本节课为此教材项目三的实践操作部分，即通过变频器对电动机实现三段速调速控制及正反转控制，通过操作使学生学会使用变频器，为今后在工作中顺利使用变频器做好铺垫。
（二）学情分析1.教学对象:机电专业09608班2.学习基础：在学习这节课之前，学生已经能对变频器的面板进行简单操作。
3.学生特点：男生居多，女生较少，学生层次分明，个体差异大，但同学之间互帮互助的意识强。
（三）教学目标1.知识目标（1）能根据任务对变频器进行参数设定。
（2）实现变频器对电动机三段速调速控制及正反转控制。
2.能力目标（1）自主学习的能力。
（2）提高运用所学知识解决实际问题的能力。
3.情感目标（1）增进同学之间互帮互助的意识。
（2）在“做中学，学中做”激发学生学习兴趣，通过实训操作实现变频器对电动机的控制，收获成功与喜悦。
（四）教学重点和难点1.教学重点：分析控制要求，找出需设置的参数号。
依据：在实际工厂中，任务的控制是各种各样的，学生要能根据任务进行分析，找出需设置的参数号。
2.教学难点：实现参数值设定。
依据：要实现任务中的控制要求，必须对参数值设定成功。
二、教法学法设计（一）教法设计教学内容与生产实践联系紧密，实践操作性强，为了培养学生的操作技能，本节课主要采用任务驱动法，以任务为主线让学生熟悉变频器参数的设定，实现变频器对电动机三段速调速控制及正反转控制。
主要突出下面几个方面：1.多媒体演示法引入课题。
视频引入生产实习中装载货物板车的运行情景，激发学生探索学习的热情。
2.任务分析法。
动车组传动与控制
第一节．动车组牵引传动系统组成1.从电动车组的发展过程来看，动车组的传动方式主要包括交－直流传动方式和交－直－交、交－交传动方式。
2.交－直流传动系统是指机车或动车组采用交流供电而采用直流电动机驱动动车组运行的传动系统。
3.交流传动系统是指由各种变流器供电的异步或同步电动机作为动力的机车和动车组传动系统。
目前变流器主要有直接式变流器（即交—交变流器）和带有中间直流环节的间接式变流器（即交—直—交变流器）两大类。
4.交—交变流器是把电网的交流能量直接转换为电压和频率适合交流电机调节的能量；而交—直—交变流器，先把电网交流能量转换成直流能量，然后进一步转换成电压和频率可调节的交流能量5.交－直－交牵引传动系统主要由受电弓（包括高压电器设备）、牵引变压器、四象限变流器、中间环节、牵引逆变器、牵引电机、齿轮传动系统等组成。
6.牵引逆变器是牵引传动系统的电机驱动侧变流器，列车牵引时作为逆变器，再生制动时作为整流器，可以实现牵引与再生工况间快速平滑地转换。
高速列车采用转子磁场定向矢量控制技术和直接转矩控制技术实现对逆变器的PWM控制。
逆变器——牵引电机的驱动控制技术是牵引传动控制系统的核心技术。
7.目前世界上高速电动车组有两种牵引方式：动力分散方式和动力集中方式。
注意两个问题：第一，动力轴的重量必须足够提供牵引力所需的粘着力，否则动力车轮将产生空转，丧失牵引力，不但使电机功率不能发挥反而会损伤车轮和钢轨。
第二，动力轴的重量又不能过大，否则在高速运行时会产生过大的轮轨力，损坏钢轨和线路。
动力集中设置的特点：在于集中在头车的动力设备便于检修和集中通风冷却，同时使拖车少负担动力设备的重量和噪声干扰。
动力分散特点是：(1)包括头车在内的各车厢都用来布置乘客座席和旅客设施。
(2)每组单元都具有完善的牵引、制动、控制、信息和辅助电源系统。
(3)每列编组中设2架受电弓，采用高压线连接以抑制离线和电弧的发生。
(4)动力设备分散置于车底下部，设备的工作环境和检修条件较差。
动车组电传动概论教材
二、高速受电弓
3．对高速受电的受电弓的要求 用于高速受电的受电弓应满足以下基本要求： （1）受电弓的滑板与接触导线之间要保持恒定的接触压力，以实现比 常速受电弓更为可靠的连续电接触。其接触压力不能过大或过小。 （2）与常速受电弓相比要尽可能减轻受电弓运动部分的重量，以保证 与接触网有可靠的电接触 （3）由于高速运行时空气阻力很大，因此高速受电弓在结构设计上要 作充分考虑，力求使作用在滑板上的空气阻力由别的零件承担，从而使 受电弓滑板在其垂直工作范围内始终保持水平位置，以减小甚至消除空 气阻力对滑板与接触导线间接触压力的影响。 （4）滑板的材料、性状和尺寸应适应高速的要求，以保证良好的接触 状态及更高的耐磨性能。 （5）要求受电弓在其工作高度范围内升降弓时，初始动作迅速，终了 动作较为缓慢，以确保在降弓时快速断弧，并防止升降弓时受电弓对接 触网和底架有过大的冲击载荷。
1985年又研制成功了SS4型8轴货运电力机车， 它是国产电力机车中功率最大的一种（6400kW）， 已成为中国重载货运的主型机车。以后又陆续研 制成功了SS5、SS6和SS7型电力机车。1994年研 制成功了时速为160km的准高速四轴电力机车等。 至此，中国干线电力机车已基本形成了4、6、8轴 和3200kW、4800kW和6400kW功率系列的电力机 车型谱 。
3.按传动形式不同分——个别传动的电力机 车、组合传动的电力机车 4.按供电电流制--传动型式不同分直直型电力 机车、交直型整流器电力机车、交直交型电 力机车、交交型电力机车。
3.电力牵引的特点和优越性
1.功率大 按每轴功率来说，电力机车已超过
750kW，最高已达到1350kW，较好的内 燃机车的每轴功率为440～580 kW。 2.速度高
对其先辈进行了根本性的改造，拥有更快的运行 速度，其构造速度330km/h，持续速度300km/h， 属于动力分散式。ICE-3由八辆车组成，共16个 动轮，相当于ICE-2动力的两倍。
动车组传动与控制复习题及参考答案
动车组传动与控制复习题及参考答案中南⼤学⽹络教育课程复习题及参考答案动车组传动与控制⼀、名词解释：1.异步电动机的机械特性2.ATP3.电流型牵引变流器4.两电平式逆变器5.PI调节器6.准圆形磁链轨迹控制⼆、简答题：1.简述动车组的⼏种传动⽅式。
2.简述交流传动系统的优点。
3.CRH2型动车组牵引变压器低压侧共有哪些绕组？分别向哪些设备供电？4.动车组牵引变流器与牵引电机之间的参数匹配有哪⼏种⽅案？5.简述异步电动机的⼯作原理。
6.简要分析⽐较动⼒分散⽅式和动⼒集中⽅式动车组的特点。
7.简述异步电动机变压变频调速控制发展的三个阶段。
8.简述异步电动机⽮量控制的基本思想。
9.简述异步电动机直接转矩控制的基本思想。
10.直接转矩控制（DTC）与⽮量控制（VC）在控制⽅法上有何异同？11.异步电动机转差频率控制的规律是什么？12.简述四象限脉冲整流器的基本⼯作原理。
13.简述牵引变流器的类型及特点。
14.简述电压型四象限脉冲整流器的特征。
15.简述两电平脉冲整流器PWM控制原理。
16.简述牵引变流器中间直流储能环节的作⽤和组成。
17.简述CRH1型动车组牵引传动系统主电路的组成、各组成部分所包括的主要设备。
18.简要分析CRH1型动车组辅助供电系统。
19.简要分析CRH2型动车组辅助供电系统。
20.简述CRH2型动车组牵引传动系统的组成。
21.简述列车牵引⽹络控制系统的基本构成。
三、综合分析题：1.试分析CRH2型动车组牵引传动系统的特点。
2.试分析⾼速动车组牵引传动系统所采⽤的新技术。
3.试分析下图所⽰异步电动机转差频率控制系统的控制过程。
参考答案⼀、名词解释：1.异步电动机的机械特性：异步电动机的机械特性是指其转差率与电磁转矩之间的关系T em=f(s)。
2.ATP：列车⾃动保护系统（Automatic Train Protection，简称：ATP），亦称列车超速防护系统，其功能为列车超过规定速度时即⾃动制动，当车载设备接收地⾯限速信息，经信息处理后与实际速度⽐较，当列车实际速度超过限速后，由制动装置控制列车制动系统制动。
交流变频调速基本原理
交流变频调速基本原理交流变频调速是一种常见的电机调速技术，通过调整电机的供电频率来控制电机的转速。
它广泛应用于工业生产中的各种设备，如风机、水泵、压缩机等。
一、交流变频调速的原理交流变频调速的基本原理是将交流电源的频率转换为可调的频率，从而改变电机的转速。
其主要由以下几个部分组成：1. 电源模块：交流电源模块负责将输入的交流电源转换为直流电源，并通过逆变器将直流电源转换为可调的交流电源。
2. 逆变器：逆变器是交流变频调速系统的核心部分，它通过控制开关管的导通和断开，将直流电源转换为可调的交流电源。
逆变器的输出频率可以通过调整开关管的导通时间来实现。
3. 控制模块：控制模块是交流变频调速系统的控制中心，它通过接收用户的输入信号和反馈信号，计算出逆变器的输出频率，并控制逆变器的开关管导通和断开，从而实现对电机转速的调节。
二、交流变频调速的优势交流变频调速相比传统的调速方式具有以下几个优势：1. 节能：交流变频调速可以根据实际负载情况调整电机的转速，避免了传统调速方式中电机运行在额定转速下的能耗浪费。
2. 精确控制：交流变频调速可以实现对电机转速的精确控制，可以根据实际需求调整转速，提高生产效率和产品质量。
3. 起动平稳：交流变频调速可以通过逐渐增加电机的供电频率，实现电机的平稳起动，避免了传统调速方式中电机起动时的冲击和振动。
4. 调速范围广：交流变频调速可以实现电机的宽范围调速，适用于各种负载情况下的工作需求。
三、交流变频调速的应用交流变频调速广泛应用于各个行业的设备中，主要包括以下几个方面：1. 风机调速：交流变频调速可以根据实际风量需求调整风机的转速，实现节能和精确控制。
2. 水泵调速：交流变频调速可以根据实际水量需求调整水泵的转速，实现节能和精确控制。
3. 压缩机调速：交流变频调速可以根据实际气体需求调整压缩机的转速，实现节能和精确控制。
4. 输送机调速：交流变频调速可以根据实际物料需求调整输送机的转速，实现精确控制和生产线的协调运行。
动车组交流传动技术及其应用探讨
动车组交流传动技术及其应用探讨铁路系统的高速发展是铁路电气化的结果，列车的运行依赖于电力机车的牵引。
随着时代的变化，人们早已不满足于铁路牵引系统的基本功能，即能够带动列车的运转。
人们将关注的矛头转向了电机牵引功能的好坏，列车运行的成本和受到电磁影响的强弱等新课题。
交流传动系统在铁路系统的应用是文章主要研究的课题。
标签：动车组；电机牵引；交流传动；技术应用上世纪90年代初，交流电动机牵引开始逐渐代替动力牵引和直流电牵引模式应用于高速铁路的驱动系统当中。
交流电动机可分为同步电动机和异步电动机。
同步电动机最早应用于法国，其特点是机器运转稳定性较高，但是其必须在定子和转子的同步转速下才能实现转矩，这就使它的适用性大大降低。
在此基础上异步电动机应运而生。
异步电动机的结构简单，转矩条件也相对较低，并且运行效能较高，弥补了同步电动机的不足。
此外异步电动机还可以根据运行环境的不同衍生出所需产品，实用性极高。
时至今日，异步电动机仍为电动机产品的首选。
1 动车组交流传动系统的构成在全世界范围内，各国高铁及动车组的牵引控制系统都采用交流方式进行动力的传送。
其构造部件如下：1.1 交流牵引电机铁路列车和动车组系统中多使用三相交流电机。
三相交流电机是异步交流电机的一种，它的构造最为简单，转速极高，黏着性好，牵引力强，具有较好的制动性，是同步直流电机所不可比拟的。
目前各个国家还在进一步提高交流电动机的性能和技术研发水准，我国也在不断加大研发力度，以求开创交流电机在我国应用的新局面。
1.2 变流装置在工业领域，三相交流电机的应用十分广泛，高铁和动车组上就是用三相交流电机作为机车的牵引装置。
为了配合三相交流电机的使用，最大程度的发挥牵引效能，就需要配备专门的交流装置。
这种装置结构较为繁复，所需功率极大，是专门应用于铁路运输系统的，它的作用就是将原有的单向交流电转化为系统需要的三相交流电。
其特点具体归纳如下：（1）与直流电相比，交流电动势图呈正弦波的趋势，可有效减轻在变矩过程中电流谐波对转矩的干扰。
列车电力传动与控制第1章交-直流传动技术
(1)速率特性
n n0 I a
式中, n0 U Ce 为理想空载转速； Ra Ce 为特性曲线 的斜率。 显然，他励(并励)电动机其速率特性是一条斜率为的直 线，斜率的大小取决于电枢回路的总电阻值。
2018/2/12 18
电力传动与控制
对于串励电动机，由于 I a I f ，即气隙主磁通随电枢电流
动、交-直流传动两个阶段。直-直流传动机车因技术原因已 被淘汰，交-直流传动机车/动车组技术成熟、性能可靠，保 有量很大，仍在许多国家、地区作为主型机车继续服役。 对于直流传动电力机车/EMU，没有经过直-直流传动阶 段，只经历了交-直流传动阶段。由于采用整流调压电路结构、 形式不同，先后经历了调压开关与二极管组合的有级调压、
作为牵引电动机主要以串励成分为主，它保持了串励和他励 方式的优点，克服了缺点与不足，可以灵活地获得优异的工 作特性。 牵引电机根据列车的运行状态(即牵引与制动状态)，工 作在电动机工况和发电机工况。电动机工况采用串励方式， 将电能转换为机械能，为列车产生牵引动力；发电机工况采 用他励方式，将吸收列车惯性能量，将其转化为电能，对列 车产生制动力。
2018/2/12 14
Ua Ia S1 Ra H2 S1 If If C1 a) 他励 Uf C2 C1 I
Ua Ia Ra H2 S1 Uf b) 并励 C2 Ia
Ua If
C2 Rs C1 If C3 Ia S1
Ua
C2 Rs C1 H2
Ra
Ra
H2
Uf C4 d) 他复励
c) 串励
图1.3 直流电动机的励磁方式
交流 变压器
直流 平波电抗器 牵引电动机 DC 整流器 牵引
制动
CRH动车组驱动装置的结构及组成部件
CRH动车组驱动装置的结构及组成部件CRH动车组是中国铁路上使用的高速列车，拥有先进的技术和强大的动力系统。
在CRH动车组中，驱动装置是至关重要的组成部分，它负责提供列车运行所需的动力，并确保列车平稳高效运行。
本文将从结构及组成部件的角度，介绍CRH动车组驱动装置的工作原理和特点。
CRH动车组驱动装置的结构一般可以分为电机、传动装置和轮对三个部分。
首先是电机，作为驱动装置的核心，电机负责将电能转换为机械能，推动CRH动车组前进。
电机一般采用三相交流异步电动机，具有启动快、运行平稳、效率高的特点。
其次是传动装置，传动装置通常由减速器、齿轮、传动轴等组成，负责将电机输出的旋转力传递给轮对，实现车辆的运动。
最后是轮对，轮对是CRH动车组与铁轨接触的部分，通过传动装置传递的力推动轮对旋转，使列车前进。
在CRH动车组驱动装置的具体组成部件中，有几个关键的部分需要特别关注。
首先是变频器，变频器作为电机的控制装置，可以实现对电机的启动、调速和制动功能，确保列车的平稳运行。
其次是减速器，减速器起到减速和增大扭矩的作用，将电机高速旋转的力传递给轮对，实现CRH动车组的运动。
另外，还有联轴器、轮轴轴承等部件，它们在传动过程中起到连接、支撑的作用，确保整个驱动装置能够正常工作。
总的来说，CRH动车组驱动装置的结构及组成部件是相互配合、密切联系的，每一个部件都承担着重要的功能，共同确保列车的顺利运行。
通过对驱动装置的深入了解，可以更好地维护和保养CRH动车组，提高列车的安全性和运行效率。
希望本文内容能够对读者有所启发，增加对CRH动车组驱动装置的了解。
交流传动电力机车的调速控制方法研究
交流传动电力机车的调速控制方法研究朱亚男【摘要】针对交流传动电力机车调速受多种耦合因素影响比较困难的问题,通过系统地分析和介绍目前实用的交流调速系统控制方法,包括:转差频率控制、矢量控制和直接转矩控制,结合交流电力机车调速的实际情况,得出矢量控制和直接转矩控制方法较转差频率控制方法更适用于交流电力机车调速,而矢量控制方法在低速高开关频率区的性能则比直接转矩控制方法更加优越.以上结论对于进一步理解交流电力机车调速控制方法有着重要作用.%In order to solve the difficulty that caused by various coupling factors of the AC drive electric locomotive speed control, this thesis system analysis and presentation of the practical AC speed regulation control method, including: slip frequency control, vector control and direct torque control. Consider with the actual situation of the AC locomotive speed control , analysis of the control mode suitable for AC locomotives: The vector control and the direct torque control method are superior to the slip frequency control method, and the performance of vector control method in low speed and high switching frequency region is more advantageous than the direct torque control method. It is very important for further understanding of AC electric locomotive speed control method.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2017(025)014【总页数】5页(P152-155,161)【关键词】交流调速;转差频率控制;矢量控制;直接转矩控制【作者】朱亚男【作者单位】西安铁路职业技术学院牵引动力系,陕西西安 710014【正文语种】中文【中图分类】TN710交流传动电力机车调速的实质是对三相异步电动机调速，而异步电动机和直流电动机不同，它只有一个供电回路——定子绕组，致使其速度控制比较困难，不能像直流电动机那样通过控制电枢电压或控制励磁电流均可方便地控制电动机的转速，交流异步电动机的控制量只有定子电流，而定子电流的变化，不仅影响输出转矩，而且也会使气隙磁链发生变化[1-2]。
机电传动控制12-交流调速
交流调速在工业生产中的优势
1 精确控制
交流调速系统可以实现精确的转速控制，提 高生产的稳定性和效率。
2 能量节约
通过调节电机的负载和转速，交流调速系统 可以实现能量的高效利用。
3 可靠性
交流调速系统具有高度的可靠性和稳定性， 可以减少故障和维护成本。
4 灵活性
交流调速系统可以根据工艺要求和运行条件 进行灵活调整，适应不同的生产需求。
交流调速的发展趋势
1
智能化技术
随着智能化技术的发展，交流调速系统将更加智能化和自动化，提高生产线重能源管理和节能减排，在工业生产中实现可持续发展。
3
数据分析
通过数据分析和优化算法，交流调速系统可以实现更精确的控制和预测性维护。
结论和要点
交流调速是一种重要的机电传动控制技术，具有广泛的应用领域和明显的优 势。随着技术的发展，交流调速系统将在工业生产中发挥更重要的作用。
交流调速系统原理
交流调速系统通过变频器将电源频率和电压进行调整，控制电机的转速。这 种方式可以实现精确的运动控制和能量节约。
交流调速的应用领域
• 工业生产线：用于控制传送带、机器人和自动化设备的运动。 • 电机驱动：用于调节风扇、泵和压缩机等设备的转速。 • 交通运输：应用于电动车和电动列车的动力控制。 • 可再生能源：用于控制风力发电机和太阳能跟踪系统。
机电传动控制12-交流调 速
欢迎来到机电传动控制第12部分 - 交流调速。本节将介绍交流调速的技术和 应用，以及在工业生产中的优势和发展趋势。
机电传动控制概述
机电传动控制涉及电机、驱动系统和控制策略，用于实现机械系统的运动控制和功率传递。它是工业自动化的 重要组成部分。
交流调速技术介绍
动车组牵引电机调速
采用变极调速方法的电动机称作双速电机，由于调速时其转速呈跳跃性化，因而只用在对调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床上。
2. 笼型异步电动机的变转差率调速
（1）在转子回路串入电阻，电感或电能，改变转子电阻或转子电抗。（2）改变定子绕组的端电压。（3）在定子回路串入外加电阻或电抗。
负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转速为：
额定运行时，转差率一般在0.02～0.06之间，即电机转速接近同步转速。
同步转速与转子转速之差与同步转速的比值称为转差率，用s表示，即：
n＜0 s＞1
n = 0s = 1
频率调节范围：0.5~几百赫兹
根据
3. 笼型异步电动机的变频调速
THANKS
动车组牵引电机调速
动车组牵引电机调速
转差率
动车组牵引电机调速
01
02
转差率
由三相异步电动机原理分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速 n 不可能达到与旋转磁场的转速相等，即
因此，转子转一个基本物理量，它反映电机的各种运行情况。
0＜n＜n0 1＞s＞0
n = n0s = 0
n＞n0s＜0
三相异步电动机的调速
1. 改变磁极对数 p2. 改变转差率 s 3. 改变电源频率 f1(变频调速)
调速方法：
—— 有级调速。
笼型异步电动机的变极调速特点：
(1) 调速方向 YY→Y (△)：n Y (△) →YY ： n (2) 调速范围 D = 2 ~ 4
交流电动机变频调速的控制方式
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制作人：
2015-6-10
交流电动机变频调速的控制方式
• • • • 1：恒压频比控制 2：转差频率控制 3：矢量控制 4：直接转矩控制
2015-6-10
恒压频比控制
• 在额定频率以下，如果电压一定而只降低 频率，那么气隙磁通就要过大，造成磁路 饱和，严重时烧毁电动机。因此为了保持 气隙磁通不变，就要求在降低供电频率的 同时降低输出电压，保持u/f=常数，即保持 电压与频率之比为常数进行控制。这种控 制方式为恒压频比控制方式，又称恒磁通 控制方式。 变频器最基本的控制方式在额 定频率以下，磁通恒定时转矩也恒定，因 此，属于恒转矩调速。
变频调速的特点
特点：可以使用标准电动机，可进行连续调速， 可通过电子回路改变相序，改变转速方向
优点：启动电流小，可以调节加减速度，电动 机可以高速化和小型化，可以实现无极调速， 另一方面可以有效节能。
变频调速的应用
变频调速的应用领域非常广泛，它应用于风机、泵、搅 拌机、挤压机、精纺机和压缩机，原因是节能效果显著； 它应用于机床，如车床机械加工中心、钻床、铣床、磨 床，主要目的是提高生产率和质量；它也广泛应用于其 他领域，如各种传送带的多台电动机同步调速和起重机 械等。
2015-6-10
直接转矩控制
• 直接转矩控制技术用空间矢量的分析方法， 直接在定子坐标系下计算与控制电动机的 转矩，采用定子磁场定向，借助于离散的 两点式调节（Band-Band）产生PWM 波信号， 直接对逆变器的开关状态进行最佳控制， 以获得转矩的高动态性能。它省去了复杂 的矢量变换与电动机的数学模型简化处理， 没有通常的PWM 信号发生器。它的控制思 想新颖，控制结构简单，控制手段直接， 信号处理的物理概念明确。
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12LlsL'lr 2
三、三相异步电动机的机械特性
恒转矩负载特性
n
n0
A
D
sm
CB
E
0.5U sN
0.7 U sN
F
U sN
风机类负载特性
O
TL
T emax T e
第6章、交流电动机调速
sm
Rr'
Rs2 12(Lls L'lr)2
Tema x
21[Rs
3npUs2 Rs2 12(LlsL'lr)2]
动车组传动与控制
--交流电动机变频调速
第6章、交流电动机调速
第一节 概述
一、交流电动机调速的优越性
交流调速的应用主要有三个方面： （1）一般性能的节能调速 （2）高性能的交流调速系统和伺服系统 （3）特大容量、极高转速的交流调速
二、交流电动机原理及结构
第6章、交流电动机调速
第二节 交流电动机控制基础
速度 调节
器
器
+
器
T*
磁 链 iT1* 旋 转
iP
* 1
iA*
iA
-
观测
变换
2/3 iB*
iB
函数
器
iM1* VR
iQ1*
iC*
iC
发生
器
sin cos
向量 分析 VA
积分
ω1
ω s*
ωr
图2-19 电流和转速闭环的矢量控制系统
6 交流传动控制系统
7.1 概述 1. 交流电动机的调速方法
1) 同步电动机的调速——通过改变供电电 压的频率来改变其同步转速。
L ls
、 L'lr Lm 为定子每相漏感和折合到定子侧的转子每相漏感；
U s 为定子每相绕组产生气隙主磁通的等效电感，即励磁电感；
、1 为定子相电压和供电角频率；
s为转差率。
第6章、交流电动机调速
TeP m m 13n1pIr'2R sr'
3npUs2Rr' /s
1RsR sr' 2
2) 异步电动机的调速（利用晶闸管控制技术） l 调压调速——控制加于电动机定子绕组的电压； l 串级调速——控制附加在转子回路的电势； l 变频调速——控制定子的供电电压与频率； l 异步电动机矢量变换控制系统； l 无换向器电机调速系统； l 电磁转差离合器调速系统等。
特性还是非线性的，产生转矩的能力仍受到限制。 ③恒 Er 1 控制可以得到和直流他励电机一样的线性机械特性，比 较理想。按照转子全磁通恒定进行控制，即得＝恒值，在动态中 也尽可能保持恒定是矢量控制系统要实现的目标，当然实现起来 是比较复杂的。
第6章、交流电动机调速
3．基频以上恒压变频时的机械特性
n
T em ax
Te
图2-10 恒Eg /
控制时变频调速的机械特性
第6章、交流电动机调速
s
恒 Er /1 控 制
0
c
a
b
恒 Eg /1 控 制
恒 Us /1 控 制
10
Te
图2-11 不同电压频率协调控制方式时的机械特性
Eg 1
第6章、交流电动机调速
在正弦波供电时，按不同规律实现电压－频率协调控制可得不同 类型的机械特性。
Rs
Lls
L’lr
、
Is
Us
1
Es
L
' lr
Eg Lm
I’r
I0
Er
R’r /s
Lm
、
第6章、交流电动机调速
图中，
Eg
为气隙（或互感）磁通在定子每相绕组中的感应电动势；
Es
为定子全磁通在定子每相绕组中的感应电动势；
Er 为转子全磁通在转子绕组中的感应电动势折合到定子边。
、 R s
R
' r
为定子每相电阻和折合到定子侧的转子每相电阻；
i*m1
i*1
i*A
信号
控制器i*t1 +
VR-1i*1
2/3
i*B i*C
iA 电流控制 iB 变频器 iC
1
i1
im1
等效直流
3/2 iβ1 VR
电机模型
异步电动机 it1
反馈信号
图2-18 矢量控制系统原理结构图
第6章、交流电动机调速
AC DC
DC AC
PWM
电流 速度
控制器
传感 传感
ω r*
似地补偿定子压降。
Us U sN
b —带定子压降补偿
a —无补偿
O
f 1N
f1
第6章、交流电动机调速
2．基频以上调速
在基频以上调速时，频率应该从向上升高，但定子电 压却不可能超过额定电压，最多只能保持，这将迫使 磁通与频率成反比地降低，相当于直流电机弱磁升速 的情况。把基频以下和基频以上两种情况的控制特性 画在一起
n0c
1c
n0b
1b
n0a
1a
n0N
1N
1N < 1a < 1b < 1c 恒功率调速
O Te
图2-12 基频以上恒压变频调速时的机械特性
第6章、交流电动机调速
二、转速开环恒压频比交流调速系统－通用变频器
斜 坡 函 数
f*
t 工 作 频 率 设 定升 降 速 时 间 设 定
U /f曲 线
Us Φm
恒转矩调速
U
O
f1N
f1
第6章、交流电动机调速
ns n0 0
sm
T em ax
Te
0
1
T em ax
Te
图2-8 恒压恒频时异步电动机的机械特性
第6章、交流电动机调速
n
n0N n 01
n 02
n
03
1
O
1N 11
12 13
1N 11 12 13
第四节 三相异步电动机的调速
第6章、交流电动机调速
一、变压变频调速控制基础 （一）变压变频的基本控制方式
E g4.4f4 1N skN SΦ m
1．基频以下调速
E g 常值 f1
恒压频比的控制方式
U s 常值 f1
第6章、交流电动机调速
但是不，再在能低忽频略时。这U时和s ，需E要g 都人较为小地，把定电子压阻抗压U降抬s所高占的一份些量，就以比近较显著，
u 电 压 补 偿 设 定 f
脉 冲 发 生 器
f
驱 动 电 路
u
PWM产 生
通用变频器是根据异步电动机稳态模型来涉及其控制系统， 为了实现电压－频率协调控制，它采用转速开环恒压频比 带低频电压补偿的控制方案。主要可以应用在和通用的笼 型异步电机配套使用，同时具有多种可供选择的功能，适 用于各种不同性质的负载。近年来自动控制功能的变频器 质量不断提高。
①恒压频比（Us 1＝恒值）控制最容易实现，它的变频机械特性
基本上是平行下移，硬度也较好，能够满足一般的调速要求，但 低速带载能力有限，须对定子压降实行补偿。 ②恒 Eg 1控制是通常对恒压频比控制实行电压补偿的标准，可以 在稳态时达到为恒值，从而改善了低速性能。线性调节范围比恒
压频比宽，为恒值时，恒定不变，稳态性能优于恒 Us 1，但机械
第6章、交流电动机调速
三、转差频率控制的交流调速系统
Is
s
ASR
1
Us
Usa 电
PWM Usb
压 型
M
1
Usc
逆 变
3~
器
FBS
第6章、交流电动机调速
四、矢量控制的交流调速系统
A B C
iA iB iC
i 3/2 i
it1 等效直流
VR im1 电机模型
异步电动机
第6章、交流电动机调速
~
给定