第一讲 交流调速系统概述(精选)
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
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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
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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
(完整版)交流调速系统概述.docx
f1成正比，因此，就能平滑地调节供电电源的频率，无级地调节异步电
动机的转速。变频调速调速范围大，低速特性较硬，只要控制好
Eg和f1便可达到控制气隙
磁通
m的目的，对此有基频（额定频率
f 50Hz）以下和基频以上两种情况，基频
f
50Hz以下，保持气隙磁通不变，属于恒转矩调速方式；在基频
f
2、在交流同步电动机中，由于其转差功率恒为零，从定子传入的电磁功率Pm全部变为
机 械轴上输出的机械功率Pm ech，只能是转差功率不变 型的调速系统。其表达 式为
nn1
60f
np,同步电动机的调速只能通过改变同步转速n1实现，由于同步电动机极对数是
固定的，只能采用变压变频调速。
交流调速系统的调速
2.1三大调速方案
f1—定子频率（Hz）；
N 1—定子每相绕组串联匝数；
m—每极磁通量（Wb）。
从上两式中可以看出，调节交流异步电动机的转速有三大类方案。
1、变压变频调速
当异步电动机的磁极对数
pn一定，转差率s—定时，改变定子绕组的供电频率
f1可以
达到调速目的， 为了达到良好的控制效果，
常采用电压——频率协调控制，
电动机转速n基
1.3、交流调速系统分类
交流调速系统分为交流异步电动机调速系统和交流同步电动机调速系统两大类。
1、在交流异步电动机中，从定子传入转子的电磁功率
pm可以分成两部分：一部分
pmech（1- s）pm是拖动负载的有效功率，另一部分是
psspm与转差率s成正比的转差功
率，转差功率的流向是调速系统效率高低的标志。
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。
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。
交流调速系统概述
交流调速系统概述Revised on July 13, 2021 at 16:25 pm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..如水泥厂的回转窑、给料机、风机均可采用交流无级变速..10、机械行业是企业最多、分布最广的基础行业..从电线电缆的制造到数控机床的制造..电线电缆的拉制需要大量的交流调速系统..一台高档数控机床上就需要多台交流调速甚至精确定位传动系统;主轴一般采用变频器调速只调节转速或交流伺服主轴系统既无级变速又使刀具准确定位停止;各伺服轴均使用交流伺服系统;各轴联动完成指定坐标位置移动..1.3、交流调速系统分类交流调速系统分为交流异步电动机调速系统和交流同步电动机调速系统两大类..1、在交流异步电动机中;从定子传入转子的电磁功率m p 可以分成两部分：一部分m mech p s -1p ）（=是拖动负载的有效功率;另一部分是m s sp p =与转差率s 成正比的转差功率;转差功率的流向是调速系统效率高低的标志..就转差功率的流向向而言;交流异步电动机调速系统可以分为三种：1、转差功率消耗型调速系统这种调速系统全部转差功率都被消耗掉;用增加转差功率的消耗来换取转速的降低;转差率s 增大;转差功率m s sp p =增大;以发热形式消耗在转子电路里;使得系统效率也随之降低..定子调压调速、电磁转差离合器调速及绕线式异步电动机转子串电阻调速这三种方法属于这一类;这类调速系统存在着调速范围愈宽;转差功率s p 愈大;系统效率愈低的问题;故不值得提倡..2、转差功率馈送型调速系统这种调速系统的大部分转差功率通过变流装置回馈给电网或者加以利用;转速越低回馈的功率越多;但是增设的装置也要多消耗一部分功率..绕线式异步电动机转子串级调速即属于这一类;它将转差功率通过整流和逆变作用;经变压器回馈到交流电网;但没有以发热形式消耗能量;即使在低速时;串级调速系统的效率也是很高的..3、转差功率不变型调速系统这种调速系统中;转差功率仍旧消耗在转子里;但不论转速高低;转差功率基本不变..如变极对数调速;变频调速即属于这一类;由于在调速过程中改变同步转速0n ;转差率s 是一定的;故系统效率不会因调速而降低..在改变0n 的两种调速方案中;又因变极对数调速为有极调速;且极数很有限;调速范围窄;所以;目前在交流调速方案中;变频调速是最理想;最有前途的交流调速方案..2、在交流同步电动机中;由于其转差功率恒为零;从定子传入的电磁功率m P 全部变为机械轴上输出的机械功率m ech P ;只能是转差功率不变型的调速系统..其表达式为p 1n f60n n ==;同步电动机的调速只能通过改变同步转速1n 实现;由于同步电动机极对数是固定的;只能采用变压变频调速..交流调速系统的调速2.1三大调速方案由电机与拖动技术知;交流异步电动机的转速公式如下：n 1p s -1f 60n ）（=1-1式中 n p ——电动机定子绕阻的磁极对数；1f ——电动机定子电压供电频率；s ——电动机的转差率..由电机理论知道;三相异步电动机定子每相电动势的有效值是m 11g N 4.44f Φ=E 1-2式中g E —气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值V ；1f —定子频率Hz ；1N —定子每相绕组串联匝数；m Φ—每极磁通量Wb..从上两式中可以看出;调节交流异步电动机的转速有三大类方案..1、变压变频调速当异步电动机的磁极对数n p 一定;转差率s —定时;改变定子绕组的供电频率1f 可以达到调速目的;为了达到良好的控制效果;常采用电压——频率协调控制;电动机转速n 基本上与电源的频率 1f 成正比;因此;就能平滑地调节供电电源的频率;无级地调节异步电动机的转速..变频调速调速范围大;低速特性较硬;只要控制好g E 和1f 便可达到控制气隙磁通m Φ的目的;对此有基频额定频率50Hz f =以下和基频以上两种情况;基频50Hz f =以下;保持气隙磁通不变;属于恒转矩调速方式；在基频50Hz f =以上;保持定子电压不变;属于恒功率调速方式..1、基频以下调速在基频一下调速时;为了保持电动机的负载能力;应保持气隙磁通m Φ为额定值N m Φ不变;这就要求频率1f 从额定值N 1f 向下调节时;必须同时降g E 使 m 11g N 4.44f Φ=E 常数= ; 即保持电动势与频率之比常数进行控制..这种控制又称为恒磁通变频调速;属于恒转矩调速方式..但是;g E 难于直接检测和直接控制..当g E 和1f 的值较高时;定子的漏阻抗压降相对比较小;如忽略不计;则可近似地保持定子相电压s U 和频率1f 的比值为常数;即认为g E U =1;保持=1f s U 常数即可;这就是恒压频比控制方式;是近似的恒磁通控制..低频时;1U 和g E 都较小;定子电阻和漏磁感抗压降主要是定子电阻压降所占的分量比较显着;不能再忽略..这时;可以人为地适当提高定子电压s U ;以便近似地补偿定子阻抗压降;使气隙磁通基本保持不变..图1 基频以下调速机械特性（2）、基频以下电流补偿控制基频以下运行时;采用恒压频比的控制方法具有控制简便的有点;但负载的变化将导致磁通的改变;因此采用需要采用定子电流补偿;根据电子电流的大小改变电子电压;保持磁通恒定..有保持定子磁通ms Φ曲线a 、气隙磁通m Φ曲线b 和转子磁通mr Φ曲线c 恒定的三种控制方法;以下图 2 是这三种控制方法的特性曲线图2 不同控制方式下;异步电动机的机械特性与恒压频比控制相比;恒定子磁通ms Φ、恒气隙磁通m Φ和恒转子磁通mr Φ的控制方式均需要定子电流补偿;控制要复杂一些..恒定子磁通ms Φ和恒气隙磁通m Φ的控制方式虽然改善了低速性能;但机械特性还是非线性的;产生转矩的能力受到限制..恒转子磁通mr Φ的控制方式;可以得到和直流他励电动机一样的线性机械特性;性能最佳..3、基频以上调速在基频以上调速时;频率可以从N 1f 往上升高;但受电机绝缘耐压的限制;定子电压s U 却不能超过额定电压;最多只能保持sN U U =s 额定电压不变..由式1-2可知;这必然会导致主磁通m Φ随着1f 的上升而降低;使异步电动机工作在弱磁状态;允许输出转矩减小;但转速却升高了;可以认为允许输出转功率基本不变;属于近似的恒功率调速方式..其机械特性曲线在固有特性曲线之上..2、改变电动机的极对数调速由异步电动机的同步转速n 11p f 60n =可知;在供电电源频率1f 不变的条件下;通过改接定子绕组的连接方式来改变异步电动机定子绕组的磁极对数n p ;即可改变异步电动机的同步转速1n ;从而达到调速的目的..这种控制方式比较简单;只要求电动机定子绕组有多个抽头;然后通过触点的通断来改变电动机的磁极对数..采用这种控制方式;电动机转速的变化是有级的;不是连续的;一般最多只有三档;适用于自动化程度不高;且只需有级调速的场合..3、改变电动机的变转差率调速由式1-1知;可以通过改变异步电动机的转差率s 来改变电动机转速..改变转差率调速的方法很多;常用的方案有：异步电动机定子调压调速、电磁转差离合器调速、绕线式异步电动机转子回路串电阻调速和串级调速等..1、异步电动机定子调压调速定子调压调速系统就是在恒定交流电源与交流电动机之间接入晶闸管作为交流电压控制器;这种调压调速系统仅适用于一些属短时与重复短时作深调速运行的负载..为了能得到好的调速精度与能稳定运行;一般采用带转速负反馈的控制方式..所使用的电动机可以是绕线式异电动机或是有高转差率的鼠笼式异步电动机..2、电磁转差离合器调速电磁转差离台器调速系统;是由鼠笼式异步电动机、电磁转差离合器以及控制装置组合而成..鼠笼式电动机作为原动机以恒速带动电磁离合器的电枢转动;通过对电磁离合器励磁电流的控制实现对其磁极的速度调节..这种系统一般也采用转速闭环控制..3、绕线式异步电动机转子回路串电阻调速绕线式异步电动机转子回路串电阻调速就是通过改变转子回路所串电阻来进行调速;这种调速方法简单;但调速是有级的;串入较大附加电阻后;电动机的机械特性很软;低速运行损耗大;稳定性差..4、绕线式异步电动机串级调速绕线式异步电动机串级调速系统就是在电动机的转子回路中引入与转子电势同频率的反向电势f E ;只要改变这个附加的;同电动机转子电压同频率的反向电势f E ;就可以对绕线式异步电动机进行平滑调速..f E 越大;电动机转速越低..上述这些调速的共同特点是在调速过程中没有改变电动机的同步转速0n ;所以低速时转差率s 较大..2.2、异步电动机的调速系统1、脉冲宽度调制技术在异步电动机变频调速时;为了得到理想的控制效果需要有电压与频率均可调的交流电源;常用的交流可调电源是由电力电子器件构成的静止式功率变换器;一般称为变频器..这就涉及到了交流PWM 变频技术;即脉冲宽度调制技术;这是现代变频器中用得最多的控制技术..脉冲宽度调制PWM 的基本思想是：控制逆变器中的电力电子器件的开通或关断;输出电压为高度相等、宽度按一定规律变化的脉冲序列;用这样的高频脉冲序列代替期望的输出电压..传统的交流PWM 技术是用正玄波来调制等腰三角波;称为正弦脉冲宽度调制SPWM;随着控制技术的发展;产生了电流跟踪PWMCFPWM 控制技术和电压空间矢量PWMSVPWM 控制技术..1、正弦脉冲宽度调制SPWMSPWM 是以频率与期望值得输出电压波相同的正弦波作为调制波;以频率与期望波高得多的等腰三角波作为载波;当调制波与载波相交时;由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻;从而获得高度相等、宽度按正弦规律变化的脉冲序列..SPWM 采用三相分别调制;在调制度为1时;输出相电压的基波幅值为2U d;输出线电压的基波幅值为d 23U ;直流电压的利用率为[]9866.0..若调制度大于1;直流电压的利用率可以提高;但会产生失真现象;谐波分量增加..这是普通SPWM 变频器的一个短处;其输出电压带有一定得谐波分量;为降低谐波分量;减少电动机的转矩脉动;在SPWM 的基础上衍生出“消除指定次数谐波”的SHEPWM 控制技术..2、电流跟踪PWMCFPWM 控制技术SPWM 控制技术的目的只在于使输出电压接近正玄波;并为考虑到电流波形因负载的性质及大小的影响..对了、交流电动机来说;应该保证为正玄波的是电流;稳态时在绕组中通入三相平衡的正弦电流才能使合成的电磁转矩为恒定值;不产生脉动;这就是以正弦波电流为控制目标的优越性;电流跟踪PWM 就能实现这种控制..CFPWM 的控制方法是在原有主回路的基础上;采用电流闭环控制;使实际电流快速跟随给定值;在稳态时;尽可能使实际电流接近正弦波形..常用的电流闭环控制方法是电流滞环跟踪PWM..在电流滞环跟踪PWM 的控制系统中;以PWM 变压变频器的A 相控制原理为例..其中;电流控制器是滞环的比较器;环宽为2h;将给定电流与输出电流进行比较;当电流偏差A i ∆超过h ±时;经滞环控制器HBC 控制逆变器A 相上或下桥臂的功率器件动作..B 、C 两相的控制与A 相相同..电流跟踪PWMCFPWM 控制技术的特点是精度高、响应快;且易于实现;但功率开关器件的开关频率不定..一般可采用具有恒定开关频率的电流控制器来克服..具有电流滞环跟踪控制的PWM型变压变频器用于调速系统时;只需要改变电流给定信号的频率即可实现变频调速;无需再人为地调节逆变器电压..此时;电流控制环只是系统的内环;外环仍应有转速外环;才能视不同负载的需要自动控制给定电流的幅值..3、电压空间矢量PWMSVPWM控制技术交流电动机需要输入三相正弦电流的最终目的是在电动机空间形成圆形旋转磁场;从而产生恒定的电磁转矩..把逆变器和交流电动机视为一体;以圆形旋转磁场为目标来控制逆变器的工作;这种控制方法称作为“磁链跟踪控制”磁链轨迹的控制是通过交替使用不同的电压空间矢量实现的;所以又称为“电压空间矢量PWM控制”..电压空间矢量控制是一种新的控制理论和控制技术;它的基本思想是：按空间矢量的平行四边形合成法则;用相邻的两个有效工作矢量合成期望的输出矢量;设法摸拟直流电动机的控制特点来进行交流电动机的控制..调速的关键问题是转矩控制问题;为使交流电动机得到和直流电动机一样的转矩控制性能;必须通过坐标变换理论;按转子磁链定向把交流电动机的定子电流分解成磁场定向坐标的励磁分量和与之相垂直的坐标转矩分量;把固定坐标系变换为旋转坐标系解耦后;交流量的控制变为直流量的控制便等同于直流电动机..即如果在调速过程中始终维持定子电流的励磁分量不变;而控制转矩分量;它就相当于直流电机中维持励磁不变;而通过控制电枢电流来控制电机的转矩一样;能使系统具有较好的动态特性..SVPWM控制模式的特点:1、逆变器共有8个基本输出矢量;6个有效工作矢量和2个零矢量;在一个旋转周期内;每个有效工作矢量只作用1次的方式；只能生成正六边形的旋转磁链;谐波分量大;将导致转矩脉动..2、用相邻的2个有效工作矢量;可合成任意的期望输出电压矢量;使磁链轨迹接近于圆..开关周期越小;旋转磁场越接近于圆;但功率器件的开关频率提高..3、利用电压空间矢量直接生成三相PWM波;计算方便..4、与一般的SPWM相比较;SVPWM控制方式的输出电压可提高15%..异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统通过坐标变换和按转子磁链定向;可以得到等效的直流电动机模型;在按转子磁链定向坐标系中;用直流机的方法控制电磁转矩与磁链;然后将转子磁链定向坐标系中的控制量经逆变换得到三相坐标系的对应量;以施以控制..由于变换的是矢量;所以坐标变换也可称作矢量变换;相应的控制系统成为矢量控制系统..图 3 矢量控制系统控制原理结构图按转子磁链定向的矢量控制系统的关键是准确定向;也就是说需要获得转子磁链矢量的空间位置;根据转子磁链的实际值进行矢量变换的方法;称作直接定向..转子磁链的直接检测相当困难;实际的系统中;多采用间接计算的方法;即利用容易测得的电压、电流或转速等信号;借助于转子磁链模型;实时计算磁链的幅值与空间位置.. 在计算模型中;由于主要实测信号的不同;分为电流模型和电压模型两种..电压模型更适合于中、高速范围;而电流模型能适应低速..有时为了提高准确度;把两种模型结合起来;在低速时采用电流模型;在中、高速时采用电压模型..矢量控制系统的特点：1、按转子磁链定向;实现了定子电流励磁分量和转矩分量的解耦;需要电流闭环控制..2、转子磁链系统的控制对象是稳定的惯性环节;可以采用磁链闭环控制;也可以是开环控制..3、采用连续的PI 控制;转矩与磁链变化平稳;电流闭环控制可有效地限制启、制动电流..异步电动机按定子磁链控制的直接转矩控制系统矢量控制方法的提出使交流传动系统的动态特性得到了显着的改善;并且具有调速范围宽的特点..但是经典的矢量控制方法比较复杂;它要进行坐标变换;且需精确测算出转子磁链的大小和方向;比较麻烦;且其精度受转子参数变化的影响很大..继而又出现了一种对交流电动机实现直接转矩控制的新方法;它避开了矢量控制中的两次坐标变换及求矢量的模与相角的复杂计算工作量;直接在它的转速环里面;利用转矩反馈直接控制电机的电磁转矩;其基本原理是根据定子磁链幅值偏差和电磁转矩偏差的符号;再根据当前定子磁链矢量所在的位置;直接选取合适的电压空间矢量;减少定子磁链幅值的偏差和电磁转矩的偏差;实现电磁转矩与定子磁链的控制;响应较快;控制性能比矢量控制还好..直接转矩控制系统简称DTC 系统;是继矢量控制系统之后发展起来的另一种高动态性能的交流电动机变压变频调速系统;在它的转速环里面;利用转矩反馈直接控制电机的电磁转矩..图4 直接转矩控制系统原理结构在转速环里面设置了转速内环;可以抑制定子磁链对内环控制对象的扰动;从而实现了转速和磁链子系统之间的近似解耦..根据定子磁链幅值偏差s ϕ∆的符号和电磁转矩e T ∆的符号;再依据当前定子磁链矢量s ψ所在的位置;直接选取合适的电压空间矢量;减小定子磁链幅值的偏差和电磁转矩的偏差;实现电磁转矩与定子磁链的控制..转速双闭环：ASR 的输出作为电磁转矩的给定信号；设置转矩控制内环;它可以抑制磁链变化对转速子系统的影响;从而使转速和磁链子系统实现了近似的解耦..转矩和磁链的控制器：用滞环控制器取代通常的PI 调节器..与VC 系统一样;它也是分别控制异步电动机的转速和磁链;但在具体控制方法上;DTC 系统与VC 系统不同的特点是：1、转矩和磁链的控制采用双位式控制器;并在 PWM 逆变器中直接用这两个控制信号产生电压的SVPWM 波形省去了旋转变换和电流控制;简化了控制器的结构..2、选择定子磁链作为被控量;计算磁链的模型可以不受转子参数变化的影响;提高了控制系统的鲁棒性..如果从数学模型推导按定子磁链控制的规律;显然要比按转子磁链定向时复杂;但是;由于采用了非线性的双位式控制;这种复杂性对控制器并没有影响..3、由于采用了直接转矩控制;在加减速或负载变化的动态过程中;可以获得快速的转矩响应;但必须注意限制过大的冲击电流;以免损坏功率开关器件;因此实际的转矩响应的快速性也是有限的..1、同步电动机的分类与异步电动机相比;在稳态时同步电动机的稳态转速等于同步转速;即1n n =；定子除了定子磁动势外;在转子侧还有独立的直流励磁或者永久磁钢励磁；同步电动机的气隙是不均匀的有凸极和隐极之分;异步电动机要靠加大转差后才能提高转矩;而同步电动机只需加大功率角就能增大转矩;同步电动机比异步电动机对转矩扰动具有更强的承受能力;动态响应快..同步电动机按励磁方式分为可控励磁同步电动机和永久同步电动机..可控励磁同步电动机在转子侧有独立的直流励磁;可以通过调节转子的直流励磁电流;改变输入功率因数;可以滞后也可以超前..永磁同步电动机的转子用永磁材料制成;无需直流励磁;具有体积小、重量轻;运行效率高;结构紧凑和动态性能好的特点..2、同步电动机的特点与异步电动机相比;同步电动机具有以下特点：1、交流电机旋转磁场的同步转速1n 与定子电源频率1f 有确定的关系：异步电动机的稳态转速总是低于同步转速的;而同步电动机的稳态转速等于同步转速..2、异步电动机的磁场仅靠定子供电产生;而同步电动机除定子磁动势外;在转子侧还有对立的直流励磁;或者靠永久磁钢励磁..3、同步电动机转子除直流励磁磁阻外;还可能有自身短路的阻尼绕组..4、异步电动机的气隙是均匀的;而同步电动机则有隐极和凸极之分;隐极式电机气隙均匀;凸极式则不均匀..同步电动机按励磁方式分为可控励磁同步电动机和永磁同步电动机两种..其中;永磁同步电动机按气隙磁场分布分为正弦波永磁同步电动机和梯形波永磁同步电动机无刷直流电动机..分析同步电动机恒频恒压时的稳定运行问题;在20πθ<<的范围内;同步电动机能够稳定运行..在πθπ<<2的范围内;当负载转矩加大时;转子减速使矩角θ增加;但随着θ增加;电磁转矩反而减小;由于电磁转矩的减小;导致θ继续增加;最终;同步电动机转速偏离同步转速;出现失步现象;同步电动机不能稳定运行..当同步电动机在工频电源下起动时;定子磁动势以同步转速旋转;电动机转速具有较大的滞后;不能快速跟上同步转速；在一个周期内;电磁转矩平均值等于零;故同步电动机不能起动..同步电动机中转子有起动绕组;使电动机按异步电动机的方式起动;当转速接近同步转速时再通入励磁电流牵入同步..3、同步电动机的调速方式。
交流伺服电动机调速系统介绍
交流伺服电动机调速系统介绍概述交流伺服电动机调速系统是一种广泛应用于工业自动化领域的高性能电动机控制系统。
它通过对电机的电流和速度进行精准控制，实现高速度、高精度的电动机调速。
本文将详细介绍交流伺服电动机调速系统的工作原理、组成部分、应用领域以及优势等内容。
工作原理交流伺服电动机调速系统的工作原理基于闭环控制理论。
它通过反馈电机的位置、速度和转矩等信号，与预设值进行比较，并根据比较结果调整电机的控制信号，使电机以预期的速度和转矩运行。
系统主要包含三个部分：电机驱动器、位置反馈装置和控制器。
其中，电机驱动器将控制信号转换为电机驱动所需的电流和电压；位置反馈装置用于实时监测电机的位置和速度；控制器根据反馈信号和预设值进行控制算法运算，并输出控制信号给电机驱动器。
组成部分1. 电机驱动器电机驱动器是交流伺服电动机调速系统的核心组件。
它通过将控制信号转换为电机驱动所需的电流和电压，控制电机的转速和转矩。
通常使用的电机驱动器有两种类型：直流耦合型和速度闭环型。
直流耦合型驱动器适用于要求较低的精度和转速要求较高的应用，而速度闭环型驱动器则适用于对精度和速度要求较高的应用。
2. 位置反馈装置位置反馈装置用于实时监测电机的位置和速度。
常用的位置反馈装置有编码器、光电传感器和霍尔传感器等。
编码器是最常用的位置反馈装置，它通过检测电机轴上的旋转磁场脉冲来计算电机的位置和速度。
光电传感器和霍尔传感器则通过检测旋转齿轮的牙齿或永磁体的磁场变化来实现位置和速度的反馈。
3. 控制器控制器是交流伺服电动机调速系统的智能核心。
它根据反馈信号和预设值进行控制算法运算，并输出控制信号给电机驱动器。
常用的控制器有PID控制器和模糊控制器等。
PID控制器通过比例、积分和微分三个控制参数对反馈信号和预设值进行加权求和，得出控制信号。
模糊控制器则是一种基于模糊逻辑的控制方法，它通过定义模糊集合和规则库来实现对电机的控制。
应用领域交流伺服电动机调速系统广泛应用于以下领域：1.机床工业：用于铣床、车床、磨床等机床设备的高速度、高精度调速。
《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。
绪论交直流调速系统
变频调速
矢量控制
基于磁场定向控制，通过控制电机的 输入电流，实现电机的转矩和转速的 解耦控制。
通过改变电源的频率来实现调速，是 目前应用最广泛的交流调速方式。
直流调速系统的基本原理
改变电枢电压调速
01
通过改变电机的输入电压，调节电机的输入电流，实现电机的
转速调节。
改变电枢电阻调速
02
通过在电机的电枢回路中串入不同的电阻，调节电机的输入电
在某些应用场景中，同时使用交流和直流电机进行驱动，如电动 汽车等。
能量回馈
在制动或下坡时，将机械能转化为电能回馈给电网或储能装置。
自适应控制
根据电机参数和运行状态的变化，自适应地调整控制策略，提高 系统性能。
04 交直流调速系统的性能指标
CHAPTER
交流调速系统的性能指标
调速范围
交流调速系统的调速范围通常是指电机 在额定转速以下可调速的范围，以百分
交直流调速系统主要由控制器、功率驱动器和电动机三部分组成，其中控制器是核心部分， 负责接收输入信号并输出控制指令。
交直流调速系统的调速方式主要有两种：一种是改变电动机的输入电压，通过调节电压的大 小来改变电动机的转速；另一种是改变电动机的输入电流，通过调节电流的大小来改变电动 机的转速。
交直流调速系统的应用场景
较高，节能效果较好。
03
控制精度与动态响应
直流电机控制精度高，动态响应快，适用于高精度、高动态响应的场合；
而交流电机控制精度相对较低，动态响应较慢，适用于对精度和动态响
应要求不高的场合。
03 交直流调速系统的控制方法
CHAPTER
交流调速系统的控制方法
转差功率不变控制
通过改变电机转差率来调节速 度，保持转差功率不变，如滑
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
模块八交流调速系统
工业生产中的应用
电机驱动
交流调速系统广泛应用于电机驱动领域，如传送带、包装机械、印 刷机械等，以提高生产效率和产品质量。
风机和水泵控制
在工业生产中，风机和水泵是常见的耗能设备，交流调速系统能够 实现精确控制，降低能耗和节约能源。
自动化生产线
交流调速系统在自动化生产线中发挥着关键作用，如机器人、数控机 床等，能够实现高精度和高效率的生产加工。
静差率
静差率
指在一定转速下，电动机的输出转矩 与负载转矩之差与电动机额定转矩之 比。静差率越小，系统的稳态精度越 高。
总结词
静差率是衡量交流调速系统稳态性能 的重要指标之一，它反映了系统在稳 态工作时输出与输入之间的误差大小 。
详细描述
在实际应用中，电动机的输出转矩往 往受到负载转矩的影响，导致输出转 速与输入指令之间存在一定的误差。 静差率越小，说明系统的稳态精度越 高，输出转速与输入指令之间的误差 越小。因此，在选择交流调速系统时 ，需要根据实际需求考虑静差率的大 小，以保证系统的稳定性和精度。
总结词
调速范围是衡量交流调速系统性能的重要指标之一，它决定了系统能够满足不同应用场景 的需求程度。
详细描述
在交流调速系统中，电动机的转速可以通过调节电源的频率、电压或电流等参数来实现。 调速范围的宽窄直接影响到系统的调节精度、稳定性和响应速度。在实际应用中，需要根 据具体需求选择合适的调速范围，以保证系统的性能和稳定性。
03
交流调速系统的实现方 式
变压调速
总结词
通过改变电动机输入电压来调节其转速，实现调速。
详细描述
通过改变电动机输入电压，可以改变其磁通量，进一步影响转矩和转速，实现 调速。这种调速方式简单易行，但调速范围有限，且调速过程中转矩会发生变 化。
交流电动机调速系统的
2023-11-05
目 录
• 交流电动机调速系统概述 • 交流电动机调速的基本原理 • 交流电动机调速系统的设计和实现 • 交流电动机调速系统的性能分析和优化 • 交流电动机调速系统的故障诊断和维护 • 交流电动机调速系统的应用和发展趋势
01
交流电动机调速系统概述
交流电动机调速的基本概念
环保、可持续性
随着环保意识的提高，交流电动机调速系统向环 保、可持续性方向发展，采用环保材料和节能技 术，降低设备能耗和排放。
调速系统的未来挑战和机遇
技术创新
随着科技的不断进步，交流电 动机调速系统需要不断进行技 术创新，以满足不同领域的需
求和提高设备性能。
市场需求
随着各领域对交流电动机调速 系统的需求不断增加，市场将 不断扩大，为相关企业带来机
随着电力电子技术、微电子技 术和计算机技术的发展，交流 电动机调速技术不断得到改进 和完善。
目前，交流电动机调速系统已 逐步向数字化、智能化和高效 化方向发展。
调速系统的分类和特点
交流电动机调速系统可以根据不同的分类标准进行分类，如按控制方式、按输入 信号类型等。
按控制方式可分为开环控制和闭环控制，开环控制调速系统结构简单，但精度较 低；闭环研究方向
向高效率、高可靠性发展
随着能源短缺和环保意识的提高，交流电动机调 速系统向高效率、高可靠性方向发展，以提高设 备运行的经济性和安全性。
模块化、紧凑化
为了满足不同领域的需求，交流电动机调速系统 向模块化、紧凑化方向发展，实现设备的灵活组 合和安装。
智能化、远程化
随着信息技术的发展，交流电动机调速系统向智 能化、远程化方向发展，实现设备的远程监控、 故障预警和优化运行等功能。
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 (1)
调压调速
转差功率消耗型： 串电阻调速
异步电机
电磁离合器调速
调速系统 转差功率回馈型： 串级调速
变磁极对数调速 转差功率不变型：
变频调速
6.2 闭环控制的交流变压调速系统
交流电机几种调压方式 异步电动机改变电压的机械特性曲线
（开环） 闭环控制的调压调速系统 近似的动态结构图
6.2 闭环控制的交流变压调速系统
1、系统组成
~
+
U*n + Un
GT
Uc ASR
M 3~
n
TG
a)原理图
图6-5 带转速负反馈闭环控制的交流变压调速系统
2、系统静特性
n n0
B
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A
A’’
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U1min
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图6-5b 闭环控制变压调速系统的静特性
按照反馈控制规律，将A´ 、A、A”连 接起来便是闭环系统的静特性。尽管异步 电机的开环机械特性和直流电机的开环特 性差别很大，但是在不同电压的开环机械 特性上各取一个相应的工作点，连接起来 便得到闭环系统静特性，这样的分析方法 对两种电机是完全一致的。
A
A’
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图6-5b 闭环控制变压调速系统的静特性
3、系统静态结构框图
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U1
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-TL n=f(U1，Te)
n
M 3~
n
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图6-6 异步电机闭环变压调速系统的稳态结构框图