现代交流调速技术的发展与现状
交直流电机调速技术历史、现状及发展趋势【范本模板】
交直流电机调速技术历史、现状及发展趋势xxx(中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州 221116）摘要：本文摘录了交直流电动机的原理以及调速技术历史发展的状况,并整理了一些目前较为常用的交直流调速技术,结合所学知识以及查阅相关资料,对交直流调速技术的发展趋势作了一定的分析，最后对交直流调速系统作了总结.关键词：直流电动机、交流电动机、原理、调速技术、历史、现状、发展趋势History, Current Situation and Development Trend of AC and DC motor Speed Control Technologyxxx(School of information and electrical engineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou221116,Jiangsu,China)Abstract: This paper summarizes the principle of AC / DC motor speed control technology and the history of the development ， and to sort out some of the more commonly used AC and DC speed control technology, combined with the knowledge and access to relevant data, the development trend of AC and DC speed control technology are analyzed。
Finally the AC and DC speed control system is summarized.Key words: DC motor, AC motor， principle, control technology， history， present situation， developmenttrend1 引言能源在我们日常生活中的应用是一个不争的事实，要使能源为我们人类所利用,目前大部分要靠电动机和发电机所实现。
交流调速技术概述与发展方向
交流调速技术概述与发展方向
交流调速技术是以控制电力电子器件改变负载电流量为基础，利用变频技术改变交流电源频率来改变负载的转矩，实现负载的微调，达到节能效果的一种技术。
它是电力电子学和控制理论中的重要研究内容，已被广泛应用于电气机械，包括水泵、风机、电机、涡轮增压器等的调速、节能及控制。
交流调速技术发展方向主要由传统变频技术拓展为可调速系统架构体系，它能使负载及调速系统功率性能得到提高和可控性增强，进而实现节能及控制效果。
与此同时，研究也将重点放在调速系统的稳定性、启动特性及功能强化上，以进一步提高电机的有功及功率性能。
在交流调速技术研究领域，逆变器技术也发挥了很重要作用。
采用逆变技术，将调速器由基于调速补偿器的锁相环控制系统改造为基于绝对坐标系统的跟踪控制系统，可以提高调速系统的响应精度和减少谐波干扰，实现高效节能和智能控制。
随着技术的发展，交流调速技术又拓展到智能网格、电势调节及交流直驱调速等新领域。
智能网格技术可以有效的实现调速环节的综合管理，达到局域电力系统优化和节能控制的效果。
而按照电势调节原理，可以以较低的价格实现电机功率慢动作自适应调节，从而达到有效的改善负载拖动效果的目的。
此外，交流直驱技术也提供了较为方便的总线接口，可以有效的利用电磁综合机理实现对负载的调节控制。
总之，交流调速技术拓展了许多新的可能性，其技术的发展主题以节能、智能控制、可变频技术和电势调节为主，以解决电机及负载拖动问题，达到节能效果为目标，实现电力优化以及节能控制。
现代交流调速系统绪论
0.1.1直流调速技术存在的问题
①机械式换向器表面线速度及换向电
压、电流有一极限容许值，限制了电
机的转速和功率。
②为使机械式换向器能够可靠工作，
增大了电枢和换向器直径，使电机体
积增大，转动惯量大，对于快速响应 的生产工艺，采用直流调速方案难以 实现。
③机械式换向器必须经常检查和维修， 电刷必须定期更换。维修费用高。
④在一些易燃、易爆的生产场合，一 些多粉尘、多腐蚀性气体的生产场合 不能或不宜使用直流调速系统。
0.1.2 交流调速技术的发展概况
（1）电力电子器件GTR、GTO、VDMOSIGBT等 （2）脉宽调制（PWM）技术 （3）矢量控制理论的诞生和发展 （4）计算机控制技术的迅速发展和广泛应 用
交流调速技术的发展过程表明，现代工 业生产及社会发展的需要推动了交流调速的 发展；现代控制理论的发展和应用、电力电 子技术的发展和应用、微机控制技术及大规 模集成电路的发展和应用为交流调速的发展 创造了技术和物质条件。
0.1.3 现代交流调速技术的发展趋势
交流调速取代直流调速已是必然，当前
交流调速系统正朝着高电压、大容量、高性
能、高效率、绿色化、网络化的方向发展，
主要有：
①、高性能交流调速系统的进一步研究与技 术开发； ②、新型拓扑结构功率变换器的研究与技术 开发； ③、PWM模式的改进和优化；
④、中压变频装置研究。
现代交流调速系统
绪论
0.1交流调速技术发展概况与发展趋势
19世纪70年代前后,直流电动机和
交流电动机出现，人类社会进入了以
电动机为动力设备的时代。
根据采用的电流制式不同，
电动机分为直流电动机和交流
电动机两大类，其中交流电动 机拥有量最多。
交流电动机变频调速技术的发展
交流电动机变频调速技术的发展随着电力电子技术和控制理论的不断发展，交流电动机变频调速技术得到了广泛应用。
本文将介绍交流电动机变频调速技术的发展背景、基本原理、应用场景、案例分析以及交流讨论，以期读者能深入了解该技术的应用和发展前景。
交流电动机变频调速技术是一种通过改变电源频率来调节交流电动机转速的技术。
其基本原理基于交流电动机的转速与电源频率成正比关系，通过改变电源频率，可以实现对电动机转速的平滑调节。
目前，常见的交流电动机变频调速方法有直接电源变换型和间接电源变换型两种。
直接电源变换型是通过改变电源的频率和幅值来直接驱动电动机，而间接电源变换型则是通过先转换成直流，再通过逆变器转换成交流来驱动电动机。
两种方法各有优缺点，直接电源变换型具有高效率和快速响应特点，但需要使用昂贵的电力电子设备；而间接电源变换型虽然需要两级转换，但其控制精度高且成本较低。
交流电动机变频调速技术被广泛应用于各种领域。
在工业生产中，该技术用于驱动各种泵、风机、压缩机等设备，实现生产过程的自动化和节能；在交通运输业中，交流电动机变频调速技术用于驱动地铁、轻轨、动车等城市轨道交通车辆，提高运行效率和乘坐舒适度；在电力系统中，该技术用于调节负荷和功率因数，提高电网运行效率和稳定性；在环保领域，交流电动机变频调速技术用于驱动环保设备，如污水泵、除尘器等，实现环保工程的自动化和节能。
随着技术的不断发展，交流电动机变频调速技术的应用前景将更加广阔。
以地铁车辆为例，交流电动机变频调速技术被广泛应用于地铁电传动系统中。
通过使用该技术，地铁车辆能够根据运行需求自动调节速度和加速度，提高运行效率和乘坐舒适度。
同时，该技术还具有对电网的友好特性，能够实现能量的高效回馈，降低能源消耗。
在应用交流电动机变频调速技术时，有一些问题需要注意。
由于该技术的应用涉及到大量的电力电子设备，因此需要充分考虑其可靠性、稳定性和耐久性。
由于不同的应用场景对电动机的调速性能和节能效果有不同的要求，因此需要根据实际情况选择合适的变频器和控制系统。
交流调速技术新的发展动向
交流调速技术新的发展动向直流电气传动和交流电气传动在19世纪先后诞生。
在20世纪的大部分时期内，鉴于直流传动具有优良的控制性能，一般高性能的可调速的传动均采用直流电机。
20世纪70年代以来，随着电力电子技术和控制理论的高速发展，交流电机的控制技术取得了突破性进展，高性能的异步电动机调速系统正在得以广泛的应用。
由于交流电动机是多变量，强耦和的非线形系统，与直流电机相比，要实现良好的转矩控制是非常困难的。
德国工程师首先提出异步电动机矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题，到80年代，发展到直接转矩控制，原理是把电机和逆变器看作一个整体，采用空间矢量分析方法在定子坐标系进行磁通，转矩计算，通过磁通跟踪器PWM的逆变器的开关状态直接控制转矩，无须对定子电流进行解耦，免去矢量变换的复杂计算，控制结构简单。
随着新型功率器件的产生，微处理器的高速化以及现代控制理论的发展，各种新型控制方式不断出现。
下面介绍目前变频器的几种技术发展动向。
1．无速度传感器矢量控制的发展早期的无速度传感器多采用电压，电流信号构成速度观测器，后来采用磁通观测器模型，使力矩特性更好。
最新的无速度传感器产品则用电压电流模型和磁通模型构成速度观测器，在不同的速度区段，利用切换的办法取得更好的速度观测效果，称为双观测矢量控制系统。
此外，采用高速CPU芯片，信号处理更快，使系统在极低的转速下也能够获得良好的转矩特性与高速响应。
2．电机参数自检测，自整定技术高性能矢量控制变频器运行前需要进行电机参数的检测。
早期变频器执行此功能时，首先需把电动机和机械脱开，才让电机旋转，按预先设定的程序运转，记录定子电压和电流，对电动机参数进行自动整定，此方法称为“旋转自检测”。
新开发的“停车自检测”，电动机可在不旋转的状态下测量，其原理在于只让幅值变化的三相交流电压加于电动机的绕组上，基于电动机的等值电路对电动机主要参数进行精确的测算，连“旋转自检测”不能测量的漏电感参数也可以测出，因此控制性能得到提高。
交流调速的应用现状及思考
交流调速的应用现状及思考1、引言宝钢是一个举世注目的超大型钢铁联合企业。
从1978年开工建设打下第一根桩开始，直到2001年5月国家对宝钢三期工程正式验收为止，历时20多年的一期工程建设、二期工程建设、三期工程建设。
宝钢人为此付出了大量的艰辛，方才形成迄今为止年产钢1140万吨的巨大规模。
宝钢拥有从原料输送、储存、处理，冶炼，板坯连铸，初轧，热连轧，冷连轧等多条主要的生产作业线。
可以说，这些作业线的生产工艺、设备的自动化控制水平都是世界第一流的。
钢铁企业的生产设备，按照工艺要求可分为非调速和调速两大类。
在宝钢现场的各主作业线上，凡是生产工艺对设备有调速要求的，都实现了自动调速控制。
从电气传动的观点看:调速类又可分为交流调速和直流调速两大类。
2、交流电动机变频调速技术在宝钢的应用情况交流电动机变频调速技术在宝钢的应用是伴随宝钢一期工程、二期工程、三期工程的建设而发展的。
在宝钢的一期工程设计时，虽然当时交流电动机变频调速技术在国外已有相当的发展，但受国内现状的制约，宝钢一期工程的引进项目中仍然沿用直流调速。
仅引进了两套变频器作为大型电动机的起动用:其一是引进日本东芝公司生产的12MW(12kV、1024A)交-直-交变频器供能源部1＃高炉鼓风机的48MW同步电动机起动。
其二是引进日本安川公司生产的VS －630(850kVA，1750V，最高输出频率30Hz)电流型交-直-交变频器供1#高炉一、二次除尘风机的1600kW异步电动机起动。
在二期工程中，交流变频调速技术的应用范围有所扩大，使用交流变频调速技术的设备占需要调速的设备的比例有大幅度地增加，使用的变频器以SPWM电压型为主。
这些变频器(除2050热轧厂的R3和辊道驱动用变频器采用模拟器件控制系统和晶体闸流管作功率开关元件外)大多采用可关断的晶体管功率开关元件GTR，同时应用了数字化或全数字化控制技术。
如一炼钢连铸和二高炉出铁场除尘用的VS-686TV系列、VS-616H系列，第二烧结厂用的MELTRAC-200k系列、REQROL-400系列,以及2050热轧R3所用的交-交变频器，轧线辊道驱动用的交-直-交变频器。
现代交流调速技术的现状与发展
现代交流调速的现状与发展一、现代交流调速技术的历史在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，一是要具有较高的机电能量转换效率；二是应能根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。
从19世纪90年代初第一条三相输电线路建成到20世纪60年代末电力工业的发展大体形成这样的格局：99.999％的电能由同步电机发出，其中60％～70％的电能通过各种电机加以利用，交流电机占80％左右，但是大多数为人为不变速的异步电机直接拖动。
剩余20％需要变速运行的高性能传动系统中，直流电机一直占据主导地位。
直流电动机具有调速优良，数学模型简单，转矩易于控制的优点。
其换向器与电刷的位置保证了电枢电流与励磁电流的解耦。
也正是由于这个特点使得直流电动机存在着不可避免的缺陷：机械换向器和电刷造价偏高；维护困难；使用环境受限；寿命短；在容量发展上受限制。
直到1960年，晶闸管研制成功，开创了电力电子技术发展的新时代。
随着电力电子技术的发展，使得采用半导体开关器件的交流调速系统得以实现。
交流电动机的调速系统不但调速性能可以与直流电动机调速系统相媲美，而且和直流电动机相比还具有结构简单、坚固耐用、体积小、转动惯量小、价格低廉、重量轻、动态响应好、维护费用低，可靠性高的优点。
近年来，模糊控制、专家系统和神经网络的应用，使运动控制系统向智能化的方向发展。
在现代运动控制系统中，常使智能控制与传统PI控制相互结合，取长补短，既保证了系统的控制精度，又增加了系统的自学习、自调整及决策能力，提高了系统的鲁棒性。
目前在电气传动领域中，现代交流调速技术已有取代直流调速技术的趋势。
二、现代交流调速技术的现状进入21世纪以后，交流调速系统取代直流调速系统已成为不争的事实。
目前，交流调速系统的应用领域主要有以下三个方面：1）一般性能调速和节能调速；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。
交流电动机有异步电动机和同步电动机两大类，而两类电动机又有不同类型的调速方式。
现代交流调速技术的现状和发展
在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，一是要具有较高的机电能量转换效率；二是应能根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度.电动机的调速性能如何对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。
因此,调速技术一直是研究的热点。
长期以来,直流电动机由于调速性能优越而掩盖了结构复杂等缺点广泛的应用于工程过程中。
直流电动机在额定转速以下运行时,保持励磁电流恒定,可用改变电枢电压的方法实现恒定转矩调速;在额定转速以上运行时,保持电枢电压恒定,可用改变励磁的方法实现恒功率调速。
采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。
因此,20 世纪80 年代以前,在变速传动领域中,直流调速一直占据主导地位。
近几年来,科学技术的迅速发展为交流调速技术的发展创造了极为有利的技术条件和物质基础。
交流电动机的调速系统不但性能同直流电动机的性能一样,而且成本和维护费用比直流电动机系统更低,可靠性更高。
目前,国外先进的工业国家生产直流传动的装置基本呈下降趋势,而交流变频调速装置的生产大幅度上升。
以日本为例,1975 年在调速领域,直流占80 %, 交流占20 %;1985 年交流占80 %, 直流占20 % 。
到目前为止,日本除了个别的地方还继续采用直流电机驱动外,几乎所有的调速系统都采用交流变频装置。
因此,采用高效率经济型的交流调速系统来取代原有的直流电动机调速系统,是电机调速发展的新动向。
1.现代交流调速技术的发展现代交流调速的法阵可分为几个阶段20 世纪60 年代中期,德国的A Schonung 等人率先提出了脉宽调制变频的思想,他们把通信系统中的调制技术推广应用于变频调速中,为现代交流调速技术的发展和实用化开辟了新的道路。
从此,交流调速理论及应用技术大致沿下述四个方面发展。
（1）电力电子器件的蓬勃发展电力电子器件是现代交流调速装置的支柱,其发展直接决定和影响交流调速技术的发展。
调速领域的现状和发展
交流调速领域的现状与发展电子信息与电气工程学院 11电气卓越 11020312 刘闯（负责人）、范敏杰摘要：交流调速近年来发展十分迅猛，特别是随着电力电子技术的发展，使得交流调速领域的应用更加宽广，同时也使得其发展有了进一步的飞跃。
本文主要介绍交流调速系统的基本组成、调速领域的现状、发展原因、以及未来的发展趋势，并对交流调速的未来进行了思考和展望。
关键词：交流调速；现状；发展原因；发展趋势1、引言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。
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。
2、交流调速系统的基本组成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。
转矩、速度、位置由内向外的三闭环系统如下图：（1）、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。
（2）、速度控制：以确定的速度曲线使负载产生运动。
例如风机水泵通过调速来调节流量，电梯通过速度和加速度调节来实现平稳升降。
（3）、转矩控制：维持转矩的恒定或遵循某一变化规律。
如轧钢机械、造纸机械和传送带中的张力控制等。
3、交流调速系统的分类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。
3.1、异步电机调速系统由转速公式可归纳出三类基本的调速方法：变极对数p 的调速、变电源频率f1调速及变转差率s 调速。
（1）、按调速方法分类： ①降电压调速 ②转差离合器调速 ③转子串电阻调速④绕线转子电动机串级调速和双馈电动机调速⑤变极对数调速 ⑥变压变频调速（2）、按转差功率将异步电动机的调速系统分成三类：① 转差功率消耗型 ② 转差功率馈送型 ③ 转差功率不变型3.2同步电机调速系统同步电动机没有转差，也就没有转差功率，所以同步电动机调速系统只能是转差功率不变型。
绪论交流调速概述
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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。
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交流调速系统概述
（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。
交流调速的前景
交流调速系统的发展与应用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。
随着各种交流电机调速系统的开发，应用、普及，不但能节约大量的能源，而且将使传统产业发生巨大变革。
交流电动机调速分为：1、调压调速；2、串级调速；3、变频调速；4、矢量控制；5、无换向器电动机。
以上5种调速方式均由交流异步电动机的转速公式：n=60f,(1一s)／P而得出，其中以变频调速是一种应用最广泛和最有发展前景的交流调速方法。
它是改变加到交流电动机定子绕组电源的频率采改变转速的调速方法。
它分为交一直一交和交一交变频调速两种方式。
早期以晶闸管为开关元件，变频系统为交一交直接变频方式。
浅析交流调速技术的现状及发展
浅析交流调速技术的现状及发展自第二次工业革命以来，电气技术已成为诸多高新技术系统中不可缺少的关键技术之一。
电气技术的外延十分广阔，内涵十分丰富。
本论文将浅析交流调速技术的现状及发展。
交流电动机固有的优点是：结构简单，造价低，坚固耐用，事故率低，容易维护；但它的最大缺点在于调速困难，简单调速方案的性能指标不佳，这只能够依靠交流调速理论的突破和调速装置的完善来解决。
交流传动系统之所以发展得如此迅速，和一些关键性技术的突破性进展有关。
它们是功率半导体器件（包括半控型和全控型）的制造技术、基于电力电子电路的电力变换技术以及微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术。
逐步提高交流传动系统的性能，国内外有关研究工作正围绕以下几个方面展开：采用新型功率半导体器件和脉宽调制技术、采用新型功率半导体器件和脉宽调制功率半导体器件的不断进步，尤其是新型可关断器件，如 BJT（双极型晶体管）、MOSFET（金属氧化硅场效应管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的实用化，使得开关高频化的PWM 技术成为可能。
目前功率半导体器件正向高压、大功率、高频化、集成化和智能化方向发展。
典型的电力电子变频装置有电压型交-直-交变频器、电流型交-直-交变频器和交-交变频器三种。
电流型交-直-交变频器的中间直流环节采用大电感作储能元件，无功功率将由大电感来缓冲，它的一个突出优点是当电动机处于制动（发电）状态时，只需改变网侧可控整流器的输出电压极性即可使回馈到直流侧的再生电能方便地回馈到交流电网，构成的调速系统具有四象限运行能力，可用于频繁加减速等对动态性能有要求的单机应用场合，在大容量风机、泵类节能调速中也有应用。
电压型交-直-交变频器的中间直流环节采用大电容作储能元件，无功功率将由大电容来缓冲。
对于负载电动机而言，电压型变频器相当于一个交流电压源，在不超过容量限度的情况下，可以驱动多台电动机并联运行。
电压型PWM变频器在中小功率电力传动系统中占有主导地位。
交流变频调速技术发展的现状及趋势
交流变频调速技术发展的现状及趋势交流变频调速技术发展的现状及趋势概述交流电动机变频调速技术是在近⼏⼗年来迅猛发展起来的电⼒拖动先进技术，其应⽤领域⼗分⼴泛。
为了适应科技的发展，将先进技术推⼴到⽣产实践中去，交流变频调速技术已成为应⽤型本科、⾼职⾼专电类专业的必修或选修课程。
变频调速技术概述，常⽤电⼒电⼦器件原理及选择，变频调速原理，变频器的选择，变频调速拖动系统的构建，变频技术应⽤概述，变频器的安装、维护与调试和变频器的操作实验。
在理论上以必需、够⽤为原则；精⼼选材，努⼒贯彻少⽽精、启发式的教学思想；变频调速技术是⼀种以改变交流电动机的供电频率来达到交流电动机调速⽬的的技术。
⼤家知道，从⼤范围来分，电动机有直流电动机和交流电动机。
由于直流电动机调速容易实现，性能好，因此，过去⽣产机械的调速多⽤直流电动机。
但直流电动机固有的缺点是，由于采⽤直流电源，它的滑环和碳刷要经常拆换，故费时费⼯，成本⾼，给⼈们带来不少的⿇烦。
因此⼈们希望，让简单可靠价廉的笼式交流电动机也能像直流电动机那样调速。
这样就出现了定⼦调速、变极调速、滑差调速、转⼦串电阻调速和串极调速等交流调速⽅式；由此出现了滑差电机、绕线式电机、同步式交流电机。
但其调速性能都⽆法和直流电动机相⽐。
直到20世纪80年代，由于电⼒电⼦技术、微电⼦技术和信息技术的发展，才出现了变频调速技术。
它的出现就以其优异的性能逐步取代其他交流电动机调速⽅式，乃⾄直流电动机调速系统，⽽成为电⽓传动的中枢。
要学习交流电动机的变频调速技术，必须有电⼒拖动系统的知识。
因此，先温习电⼒拖动系统的基础知识。
电⼒拖动系统由电动机、负载和传动装置三部分组成。
描写电⼒拖动系统的物理量主要是转速，n和转矩T（有时也⽤电流，因转矩和电动机的电枢电流成正⽐）。
两者之间的关系式称为机械特性。
交流电动机是电⼒拖动系统中重要的能量转换装置,⽤来实现将电能转换为机械能。
长期以来⼈们⼀直在寻求对电动机转速进⾏调节和控制的⽅法,起初由于直流调速系统的调速性能优于交流调速系统,直流调速系统在调速领域内长期占居主导地位。
交流调速系统发展趋势
读书报告—《运动控制系统》姓名：王瑞禄学号：04111447班级：自动化11-12班交流调速系统的发展趋势和动向纵观交流调速技术的发展,可以看出现代交流调速技术未来的发展趋势和动向。
(1)智能化控制方法对交流调速系统的影响研究。
(2)改善交流调速系统效率的方法研究。
(3)中压变频装置的研究。
(4)系统可靠性的研究。
围绕以上四个方面,现代交流调速技术研究与开发的主课题如下:一、智能控制理论与技术方面的应用研究矢量控制系统虽然实现了异步电动机磁通电流和转矩电流的完全解藕,但由于电机参数的不确定性、纯滞后或非线性耦合等特性,以及电机转子参数估计的不准确及参数变化的影响都会造成定向坐标的偏移,这些问题至今国内外并未真正解决,因此,转子参数辨识及针对参数变化的自适应控制是今后矢量控制研究的攻坚课题。
近几年来,在许多工业过程控制系统中,被控对象往往存在着结构和参数的不确定性、纯滞后或非线性耦合等特性,难以用准确的数学模型描述,因此,用常规线性控制算法难以满足电动机调速性能的要求。
模糊控制、人工神经网络等不依赖于对象的深层次知识,而是通过输入、输出信息进行仿人思维的智能化控制方法开始引入到交流调速系统中,成为交流调速控制技术新的研究方向。
直接转矩控制技术在应用实践中不断完善和提高,其研究的主攻方向是解决低速时电机定子参数对磁链运动轨迹的影响;进一步提高低速时的控制性能,扩大调速范围。
取消通过机械连接的测速发电机及其他测速传感器,实现无硬件测速传感器的交流调速系统已有应用,但是转速推算精度和控制的实时性有待于进一步深入研究与开发。
二、交流调速系统效率的提高是一个重要的研究方向提高调速系统的效率是现代交流调速技术解决的重要问题之一。
由图：可知要提高调速系统的效率,就必须提高变频器输出效率和改善电机的使用性能。
因此,提高调速系统效率的具体解决方法是开发研制新型变频器主电路,主要措施是降低电力电子器件的开关损耗。
如使电力电子器件在零电压或电流下转换,即工作在所谓“软开关”状态下,从而使开关损耗降低到零。
一文了解交流调速系统的发展现状及趋势
一文了解交流调速系统的发展现状及趋势随着电力电子器件的发展，以及对效率的追求，交流调速得到快速发展，加上新技术、新理论不断渗透到交流调速之中，使其不断呈现新的面貌。
本文主要介绍交流调速系统的发展现状及趋势，首先介绍了现代交流调速技术的发展，其次介绍了现代交流调速系统的类型及交流调速系统之国内外发展，最后阐述了交流调速系统的发展趋势，具体的跟随小编一起来了解一下。
一、现代交流调速技术的发展现代交流调速的法阵可分为几个阶段20 世纪60 年代中期，德国的ASchonung 等人率先提出了脉宽调制变频的思想，他们把通信系统中的调制技术推广应用于变频调速中，为现代交流调速技术的发展和实用化开辟了新的道路。
从此，交流调速理论及应用技术大致沿下述四个方面发展。
（1）电力电子器件的蓬勃发展电力电子器件是现代交流调速装置的支柱，其发展直接决定和影响交流调速技术的发展。
迄今为止，电力电子器件的发展经历了分立换流关断器件（第一代）→自关断器件（第二代）→功率集成电路PIC （第三代）→智能模块IPM （第四代）四个阶段。
20 世纪80 年代中期以前，变频装置功率回路主要采用晶闸管元件。
装置的效率、可靠性、成本、体积均无法与同容量的直流调速装置相比。
20 世纪80 年代中期以后用第二代电力电子器件GTR （Giant Transistor）、GTO （Gate TurnOff thyistor）、VDMOS-IGBT（Insulated GateBipolar Transis2 tor）等创造的变频装置在性能与价格比上可以与直流调速装置相媲美。
随着向大电流、高电压、高频化、集成化、模块化方向继续发展，第三代电力电子器件是20 世纪90 年代制造变频器的主流产品，中、小功率的变频调速装置（1-100kw）主要是采用IGBT，中、大功率的变频调速装置（1000-10000kw）采用GTO 器件。
20 世纪90 年代至今，电力电子器件的发展进入了第四代。
毕业设计(plc和变频器控制交流电机的调速的发展与现状)[管理资料]
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目录摘要........................................................................................................... Abstract . (I)1 绪论 0PLC和变频器控制交流电机的调速的发展与现状 0PLC和变频器控制交流调速的目的 (1)2 PROFIBUS的通讯原理 (2)RS485传输技术 (2)3 变频器与可编程控制器 (2)变频器原理介绍 (2)交流电机的运行理论 (3)可编程控制器 (3)变频器 (4)4 系统的设计 (4)系统设计原理和方法 (4)STEP软件简介 (5)PLC程序设计 (5)PI网络设置 (6)5 结论 (9)致谢 (11)参考文献 (12)附录程序 (13)摘要随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。
电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。
变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节间效果,广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。
本文所研究的交流电机调速系统采用PLC来控制变频器调速，充分发挥可编程控制器的高可靠性、灵活性、通用性、扩展性等优点，通过PLC的开关量输入输出模块控制变频器的多功能输入端、实现电机的多级调速，期间并通过RS485传输技术建立PLC与变频器的PROFIBUSP-DP通讯进而完成PLC控制变频器调速系统的方案设计和全部的控制系统设计。
关键词：变频器；可编程控制器；PROFIBUSP-DP通讯ABSTRACTWith the power electronics technology，computer technology，the rapid development of automatic control technology，replace the DC-AC Drive Speed and computer numerical control technology to replace the analog control technology has become a trend。
我国交流调速传动的现状与发展
【】 王振 艮 三相 异步 电动机 的制 动． 京： １ 北 机械 工 业 出版社， ９ ． １ ８ ９ ［］ 吴 峻． ２ 鼠笼 电机 再生 制动状态 分析与控 制微 电机 ， ０ （） ： ２ ２３ ６． ０ ０
统逐 步 走 向实 用 化 。 目前 高 动 态 性 能 的矢 量 控 制 变 频 器 已 经成 功 地 应 用
在轧机主传动 、 电力 机 车 牵 引系 统 和 数 控 机 床 中 。 外 ， 了 解 决 系 统 此 为
复 杂 性 和 控 制 精 度 之 间 的 矛 盾 ， 提 出 了一 些 新 的 控 制 方 法 ， 直 接 转 又 如
（ 置 ） 感 器 控 制 技 术 的研 究 ， 位 传 即利 用 检 测 到 的 电 动机 出 线端 电量 （ 如 电机 电压 、电流 ） 估 测 出 转 子 的 速 度 、 置 ， 可 以观 测 到 电动 机 内 部 ， 位 还 的磁 通 、 矩 等 ， 而 构 成 无 速 度 （ 置 ） 转 进 位 传感 器 高 性 能 交 流传 动 系统 该 技 术 无 需 在 电动 机 转 子 和 机座 上 安 装 机 械 式 的 传感 器 ， 有 降 低 成 本 具 和 维 护 费 用 、 受 使 用 环 境 限 制 等 优 点 ， 成 为 今 后 交 流 电 气 传 动 技 术 不 将 发 展 的 必然 趋 势 。
速 传动 。为 此 ， 阵 式 交 一交变 频 器 应 运 而 生 。 阵 式 交 一交 变 频 器 功 矩 矩 率 密 度 大 ， 且 没 中 间直 流 环 节 ， 去 了 笨 重 而 昂贵 的 储 能 元 件 ， 实 而 省 为
交流调速技术的发展与应用
交流调速技术的发展与应用冬雷李永东（清华大学１０００８４）ＴＰ２６摘要详细介绍了目前交流调速领域研究的热点问题，分析了最新的技束发展对交流调速系统产业化的影响，并对交流调速系统的发展前景作了预测。
关量词交流调速系统ＰＷＭ数字控制１引言对能源的有效利用在我国已经非常迫切。
作为能豫消耗大户之一的电机在节能方面是大有潜力可挖的。
我国电机的总装机容量已达４×１０８ｋＷ，年耗电量达６０００×１０８ｋＷ・ｈ，约占工业耗电量的８０％。
我国各类在用电机中，８０％以上为０．５５～２２０ｋＷ以下的中小型异步电动机，总体装备水平仅相当于发达国家２０世纪５０年代的水平。
因此，在国家的“十五”计划中，电机系统节能方面的投入高达５００亿元。
所以，交流调速系统在我国将有非常巨大的市场需求。
目前，国内对交流调速系统的研究非常活跃，但是在产业化方面不是很理想，大部分市场份额被国外公司所占据。
因此，为了加快国内交流调速系统的发展，需要对国际交流调速技术的发展趋势和国内的市场需求有一个全面的了解。
本文从以下几个方面介绍了交流调速技术的发展及应用。
２全数字化的控制系统随着计算机技术的发展，人们对数字化信息的依赖程度越来越高。
计算机、网络和电机传动系统的完美结合是现代产业的发展方向。
为了使交流调速系统与信息系统紧密结合，同时为了提高交流调速系统自身的性能，必须使交流调速系统实现全数字化控制。
单片机已经在交流调速系统中得到了广泛应用。
例如由Ｉｎｔｅｌ公司１９８３年开发生产的ＭＣＳ－９６系列是目前性能较高的单片机系列之一，适用于高速、高精度的工业控制，其高档型８ｘ１９６ＫＢ、８×１９６ＫＣ、８×１９６Ｍｃ等在通用开环交流调速系统中应用较多。
由于交流电机的控制理论不断发展，控制策略和控制算法也日益复杂。
扩展卡尔曼滤波、ＦＦＴ、状态观测器、自适应控制、人工神经阿络等在交流电机的矢量控制或直接转矩控制中得到了应用。
交流变频调速技术的优势与应用
交流变频调速技术的优势与应用
交流变频调速技术是当前工业控制领域中广泛应用的一种技术。
它通过控制交流电机的频率和电压，使之匹配负载要求，实现对电
机的精准控制。
下文将从优势和应用两个方面进行分析。
一、优势
1.节能降耗
传统交流电机采用定频调速，不能根据不同负载要求实现调速，因此在无负载和轻负载等情况下，电机的效率低下，能耗和损耗较大。
而交流变频调速技术能够根据负载变化调整电机的输出，实现
高效能利用，达到节能降耗的效果。
中长期来看，变频调速设备的投资回收期平均在两年左右，同
时减少了电机的故障率和维修成本，降低了人工维保的费用，可有
效减少企业的能源消耗和运行成本，使企业降低运营难度，增加了
企业的寿命。
2.提高生产效率
交流变频技术可以实现电机电压、电流、功率的恒定调节，使
得机器的运行更加稳定精准。
通过使用变频调速器，可以有效匹配
设备负载和输出，提升设备的生产能力，减少生产线停车和人员操
作的时间，提高生产效率。
3.扩大适用范围
交流变频调速技术能够适应不同的工作环境和需求。
与传统交
流电机相比，它可以根据不同的负载和需求进行精确调节，且能够
1。
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1 现代交流调速技术的发展20 世纪60 年代中期,德国的A Schonung 等人率先提出了脉宽调制变频的思想,他们把通信系统中的调制技术推广应用于变频调速中,为现代交流调速技术的发展和实用化开辟了新的道路。
从此,交流调速理论及应用技术大致沿下述四个方面发展。
1. 1 电力电子器件的蓬勃发展电力电子器件是现代交流调速装置的支柱,其发展直接决定和影响交流调速技术的发展。
迄今为止,电力电子器件的发展经历了分立换流关断器件(第一代) →自关断器件(第二代) →功率集成电路PIC(第三代) →智能模块IPM(第四代) 四个阶段。
20 世纪80 年代中期以前,变频装置功率回路主要采用晶闸管元件。
装置的效率、可靠性、成本、体积均无法与同容量的直流调速装置相比。
20 世纪80 年代中期以后用第二代电力电子器件GTR ( Giant Transistor) 、GTO ( Gate TurnOff thyistor) 、VDMOS - IGBT( Insulated Gate Bipolar Transis2tor) 等创造的变频装置在性能与价格比上可以与直流调速装置相媲美。
随着向大电流、高电压、高频化、集成化、模块化方向继续发展,第三代电力电子器件是20 世纪90 年代制造变频器的主流产品, 中、小功率的变频调速装置( 1 —100kw) 主要是采用IGBT , 中、大功率的变频调速装置(1000 —10000kw) 采用GTO 器件。
20 世纪90 年代至今,电力电子器件的发展进入了第四代。
主要实用的第四代器件为: (1) 高压IGBT 器件, (2) IGCT( Insulated Gate ControlledTransistor) 器件, (3) IEGT ( Injection Enhanced Gate Transis2tor) 器件, (4)SGCT(Symmetrical Gate Commutated Thyristor)器件。
由于GTR、GTO 器件本身存在的不可克服的缺陷,功率器件进入第三代以来, GTR 器件已被淘汰不再使用。
进入第四代后,GTO 器件也将被逐步淘汰。
第四代电力电子器件模块化更为成熟。
如智能化模块IPM、专用功率器件模块ASPM 等。
模块化功率器件将是21 世纪主宰器件。
需要指出的是,以上所述的全控型开关功率器件主要应用于异步电动机变频调速系统中,其原因众所周知。
但是目前同步电动机变频调速系统中仍采用晶闸管,其原因也是众所周知的。
一代电力电子器件带来一代变频调速装置,性价比一代高过一代。
在人类社会进入信息化时代后,电力电子技术连同电力传动控制与计算机技术一起仍是21 世纪最重要的两大技术。
1. 2 脉宽调制(PWM) 技术脉宽调制(PWM) 技术的发展和应用优化了变频装置的性能,变频调速系统采用PWM 技术不仅能够及时准确地实现变压变频控制要求,而且更重要的意义是抑制逆变器输出电压或电流中的谐波分量,从而降低或消除了变频调速时电机的转矩脉动,提高了电机的工作效率,扩大了调速系统的调速范围。
脉宽调制(PWM) 技术种类很多,并且正在不断发展之中。
基本上可分为四类, 即等宽PWM 法、正弦PWM 法(SPWM) 、磁链追踪型PWM 法及电流跟踪型PWM 法。
PWM 技术的应用克服了相控原理的所有弊端,使交流电动机定子得到了接近正弦波形的电压和电流,提高了电机的功率因数和输出功率。
现代PWM 生成电路大多采用具有高度输出口HSO 的单片机(如80196) 及数字信号处理器DSP(Digital Signal Processor) ,通过软件编程生成PWM。
近年来,新型全数字化专用PWM 生成芯片HEF4752 、SLE4520MA818 等达到实用化,并已实际应用。
1. 3 矢量变换控制技术及直接转矩控制技术众所周知,直流电动机双闭环调速系统具有优良的静、动态调速特性,其根本原因在于作为控制对象的他励直流电动机电磁转矩能够容易而灵活地进行控制。
而交流电动机是个多变量、非线性、强藕合的被控对象,作为变频系统的控制对象———它是否可以模仿直流电动机转矩控制规律而加以控制呢?1975 年,德国学者F Blaschke 提出了矢量变换控制原理,成功地解决了交流电动机电磁转矩的有效控制,在定向于转子磁通的基础上,采用参数重构和状态重构的现代控制理论概念实现了交流电动机定子电流的励磁分量和转矩分量之间的解藕,实现了将交流电动机的控制过程等效为直流电动机的控制过程,在理论上实现了重大突破,从而使得交流调速的动态和静态性能完全可能同直流传动系统相媲美。
矢量控制的关键是静止坐标轴与旋转坐标轴系之间的坐标变换,而两坐标轴系之间的变换的关键是要找到两坐标轴之间的夹角。
目前,较为成熟的矢量变换控制法有:转子磁场定向矢量变换控制,定子磁场定向矢量变换控制,滑差频率矢量控制。
受矢量控制的启迪,近年来又派生出诸如多变量解藕控制、变结构滑模控制等方法。
1985 年,德国鲁尔大学的M Depenbrock 教授通过对瞬时空间理论的研究,提出了直接转矩控制理论[7 ] ,其原理是让电动机的磁链矢量沿六边形运动。
随后日本学者I Taka2hashi 提出了磁链轨迹的圆形方案。
与矢量变换控制不同,直接转矩控制不须考虑如何将定子电流分解为励磁电流分量和转矩电流分量,而是以转矩和磁通的独立跟踪自调整并借助于转矩的Band - Band 控制来实现转矩和磁通直接控制。
从理论上看(在定子坐标系下分析交流电机的数学模型) ,直接转矩控制是控制电机的磁链和转矩,而电机主要控制的是转矩,控制了转矩,也就控制了速度。
由于采用转矩直接控制,可使逆变器切换频率低,电机磁场接近圆形,谐波小,损耗小,噪声及温升均比一般逆变器驱动的电机小的多。
多年的实际应用表明,与矢量控制法相比直接转矩控制可获得更大的瞬时转矩和极快的动态响应。
因此,交流电动机直接转矩控制也是一种很有前途的控制技术。
目前,采用IG2BT、IGCT 的直接转矩控制方式的变频调速装置已广泛应用于工业生产及交通运输部门中。
1. 4 微型计算机控制技术随着微机控制技术,特别是以单片微机及数字信号处理器DSP 为控制核心的微机控制技术的迅速发展,现代交流调速系统的控制回路由模拟控制迅速走向数字控制。
当今模拟控制器已被淘汰,全数字化的交流调速系统已普遍得到应用。
数字化使得控制器对信息处理能力大幅度提高,许多难以实现的复杂控制,如矢量控制中的复杂坐标变换运算、解藕控制、滑模变结构控制、参数辨识的自适应控制等,采用微机控制器后便都解决了。
高性能的矢量控制系统如果没有微机的支持是不可能真正实现的。
此外,微机控制技术又给交流调速系统增加了多方面的功能,特别是故障诊断技术得到了完全的实现。
微机控制技术的应用提高了交流调速系统的可靠性和操作、设置的多样性和灵活性,降低了变频调速装置的成本和体积。
以微处理器为核心的数字控制已成为现代交流调速系统的主要特征之一。
用于交流调速系统的微处理器的发展经历了单片机(MCS) →数字信号处理器(DSP) →精简指令集计算机(Reduced Instruction Set ComputerRISC)三个阶段。
交流调速技术的发展过程表明,现代工业生产及社会发展的需要推动了交流调速的飞速发展;现代控制理论的发展和应用,电力电子技术的发展和应用,微机控制技术的发展和应用为交流调速的飞速发展创造了技术和物质条件。
实践证明,现代交流调速技术的应用为工农业生产及节2 现代交流调速系统的发展趋势和动向纵观交流调速技术的发展,可以看出现代交流调速技术未来的发展趋势和动向。
(1) 智能化控制方法对交流调速系统的影响研究。
(2) 改善交流调速系统效率的方法研究。
(3) 中压变频装置的研究。
(4) 系统可靠性的研究。
围绕以上四个方面,现代交流调速技术研究与开发的主课题如下:2. 1 智能控制理论与技术方面的应用研究矢量控制系统虽然实现了异步电动机磁通电流和转矩电流的完全解藕,但由于电机参数的不确定性、纯滞后或非线性耦合等特性,以及电机转子参数估计的不准确及参数变化的影响都会造成定向坐标的偏移,这些问题至今国内外并未真正解决,因此,转子参数辨识及针对参数变化的自适应控制是今后矢量控制研究的攻坚课题。
近几年来,在许多工业过程控制系统中,被控对象往往存在着结构和参数的不确定性、纯滞后或非线性耦合等特性,难以用准确的数学模型描述,因此,用常规线性控制算法难以满足电动机调速性能的要求。
模糊控制、人工神经网络等不依赖于对象的深层次知识,而是通过输入、输出信息进行仿人思维的智能化控制方法开始引入到交流调速系统中,成为交流调速控制技术新的研究方向。
直接转矩控制技术在应用实践中不断完善和提高,其研究的主攻方向是解决低速时电机定子参数对磁链运动轨迹的影响;进一步提高低速时的控制性能,扩大调速范围。
取消通过机械连接的测速发电机及其他测速传感器,实现无硬件测速传感器的交流调速系统已有应用,但是转速推算精度和控制的实时性有待于进一步深入研究与开发。
2. 2 交流调速系统效率的提高是一个重要的研究方向提高调速系统的效率是现代交流调速技术解决的重要问题之一。
由图1 可知要提高调速系统的效率,就必须提高变频器输出效率和改善电机的使用性能。
因此,提高调速系统效率的具体解决方法是开发研制新型变频器主电路,主要措施是降低电力电子器件的开关损耗。
如使电力电子器件在零电压或电流下转换,即工作在所谓“软开关[2 ]”状态下,从而使开关损耗降低到零。
目前,电力电子逆变器正朝着高频化、大功率方向发展,这使装置内部电压、电流发生剧变,不但使器件承受很大的电压、电流应力,而且在输入、输出引线及周围空间里产生高频电磁噪声,引发电气设备误动作,这种公害称为电磁干扰(Electro Magnetic Interference) 。
抑制电磁干扰的有效方法也是采用软开关技术。
具有软开关功能的谐振变流器在国内外都在积极进行研究与开发。
2. 3 中压变频装置的研究与开发近年来,随着中压变频器的兴起,中压、大容量的交流调速系统研究与开发逐步走上了实际应用阶段,尤其高压全控型功率器件产生以来,中压变频器的应用趋势迅速加快了。
当今多电平中压变频器已成为交流调速研究的新领域,是热点课题之一。
2. 4 系统可靠性研究调速系统的可靠性是最重要的技术指标,也是国内外研究的热点。
提高系统的可靠性主要通过两个途径:一是提高部件的设计和制造水平;二是利用冗余和容错技术。
利用马尔柯夫过程理论对容错控制系统进行可靠性建模,研究冗余和容错系统的硬件结构和软件设计也是交流调速研究的新领域,是热点课题之一。