交流调压调速系统 ppt课件
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交直流调速系统
交直流调速系统•引言•交直流调速系统基本原理•交直流调速系统组成与结构目录•交直流调速系统控制策略•交直流调速系统性能分析•交直流调速系统设计与实践•交直流调速系统应用与展望引言01CATALOGUE调速系统概述调速系统的定义调速系统是一种能够改变电动机转速的控制系统，通过调整电动机的输入电压、频率等参数，实现对电动机转速的精确控制。
调速系统的分类根据电动机类型不同，调速系统可分为直流调速系统和交流调速系统两大类。
其中，直流调速系统具有调速范围广、静差率小等优点，而交流调速系统则具有结构简单、维护方便等特点。
交直流调速系统的发展与应用发展历程交直流调速系统经历了从模拟控制到数字控制的发展历程。
早期的调速系统主要采用模拟控制技术，随着计算机技术的发展，数字控制技术逐渐取代了模拟控制技术，使得调速系统的性能得到了显著提升。
应用领域交直流调速系统广泛应用于工业生产的各个领域，如机械制造、冶金、化工、纺织等。
在现代化生产线中，交直流调速系统是实现自动化生产的关键技术之一，对于提高生产效率、降低能耗具有重要意义。
交直流调速系统基本原理02CATALOGUE直流电机通过电枢电流和磁通量的相互作用产生转矩，实现电机的旋转运动。
直流电机原理调速方式控制策略直流调速系统通过改变电枢电压、电枢电阻或磁通量来调节电机的转速。
直流调速系统常采用PID 控制、模糊控制等策略，实现电机转速的精确控制。
030201交流电机通过定子电流产生的旋转磁场与转子电流的相互作用，实现电机的旋转运动。
交流电机原理交流调速系统通过改变定子电压、频率或改变电机结构等方式来调节电机的转速。
调速方式交流调速系统常采用矢量控制、直接转矩控制等策略，实现电机转速的精确控制。
控制策略交直流混合调速系统原理混合调速原理交直流混合调速系统结合了直流和交流调速系统的优点，通过交直流变换器实现能量的双向流动和转速的精确控制。
能量转换交直流混合调速系统通过交直流变换器将直流电能转换为交流电能，或将交流电能转换为直流电能，以满足不同负载的需求。
第六章 交流调速系统
华南理工大学
交流电机的同步转速表达式为：
n1
＝
60 f1 p
异步电动机的转速表达式为：
n1＝
60 f1 p
(1
s)
因此，异步电动机的调速方法有改变电动机
定子供电频率，改变转差率及改变极对数等三种。
其中改变转差率又可通过调定子电压、转子电阻、
转差电压及定、转子频率差等方法实现。同步电
动机的调速可用改变供电频率从而改变同步转速
Sm
R2
R12 12 (Ll1 Ll2 )2
Tm
21[R1
3 pU12
R12 12 (Ll1 L'l 2 ) 2 ]
华南理工大学
上式表明，当转速或转差率一定时，电磁转
矩与电压平方成正比。对应不同的定子电压，可 得到一组机械特性曲线，如图6—3 所示，图中
U1N表示定子额定电压。
右图分析： 带恒转矩负载时，普 通笼型异步电动机调 压时的稳定工作点为 A—B—C，转差率在 0—Sm范围内变化，调 速范围很小。如带风 机类负载运行，工作 点为D、E、F，调速范 围稍大些。
电路（e）只用三个晶闸管，它们位于三相绕 组后面可减少电网浪涌电压对它的冲击，即使 三相绕组发生相间短路也不致损坏晶闸管，它 的移相范围为2100。此电路要求定子绕组中性 点能拆开，且只能接成Y形。电路上有偶次谐 波，对电机不利。
华南理工大学
优胜电路：
综上所述，电路（b）、(e)性能 较好，在交流调压调速系统中多采 用这两个方案。
华南理工大学
6.2.2 异步电动机 在调压时的机械特性
根据电机学原理，异步电动机稳态时的简化 等值电络图如图6—2所示。
I1
R1
Ll1
交流电机的同步转速表达式为：
n1
＝
60 f1 p
异步电动机的转速表达式为：
n1＝
60 f1 p
(1
s)
因此，异步电动机的调速方法有改变电动机
定子供电频率，改变转差率及改变极对数等三种。
其中改变转差率又可通过调定子电压、转子电阻、
转差电压及定、转子频率差等方法实现。同步电
动机的调速可用改变供电频率从而改变同步转速
Sm
R2
R12 12 (Ll1 Ll2 )2
Tm
21[R1
3 pU12
R12 12 (Ll1 L'l 2 ) 2 ]
华南理工大学
上式表明，当转速或转差率一定时，电磁转
矩与电压平方成正比。对应不同的定子电压，可 得到一组机械特性曲线，如图6—3 所示，图中
U1N表示定子额定电压。
右图分析： 带恒转矩负载时，普 通笼型异步电动机调 压时的稳定工作点为 A—B—C，转差率在 0—Sm范围内变化，调 速范围很小。如带风 机类负载运行，工作 点为D、E、F，调速范 围稍大些。
电路（e）只用三个晶闸管，它们位于三相绕 组后面可减少电网浪涌电压对它的冲击，即使 三相绕组发生相间短路也不致损坏晶闸管，它 的移相范围为2100。此电路要求定子绕组中性 点能拆开，且只能接成Y形。电路上有偶次谐 波，对电机不利。
华南理工大学
优胜电路：
综上所述，电路（b）、(e)性能 较好，在交流调压调速系统中多采 用这两个方案。
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6.2.2 异步电动机 在调压时的机械特性
根据电机学原理，异步电动机稳态时的简化 等值电络图如图6—2所示。
I1
R1
Ll1
《调压调速》PPT课件
二. 滑差电机调速系统的组成与机械特性
电磁转差离合器本身的机械特性， 是在不同励磁电流时的一族机械特性， 如图所示。
用4
式中，
n1―原动机转速； Te ―电磁转差离合器轴上输出转矩； IL ―电磁转差离合器的励磁电流； K ―与电磁转差离合器结构有关的参数。
2020年11月26日星期四
速度负反馈构成闭环系统的引入
• 方法二：
• 根据自控原理知识，调压调速要获得较好调速性能， 应引入速度负反馈构成闭环系统。
• 详见2.2
2020年11月26日星期四
二. 异步电动机调压调速方法
2020年11月26日星期四
8
调压调速的三种方法
1. 自耦调压器----对小容量电机,体积重量大。 2. 饱和电抗器----控制铁心的饱和程度改变串联阻抗，体积重量大。 3. 晶闸管三相交流调压器-----用电力电子装置调压调速，体积小，轻便。
三.调压调速系统中的功率损耗分析
输入功率： 定子铜耗： 励磁铁耗： 电磁功率： 机械功率：
P1
Pcu1
3I
2 1
R1
PFe 3I m 2 rm
Pd Te .0 3I 2 '2 (R2 ' / s)
PM Te . (1 s)Pd
能量流程图
输出功率： 机械损耗：
P2
PM
PM
转差功率：PM
渡到特性1运行于c点。 按照反馈控制规律，将工作点c、a、
b连起来，便是闭环静特性了。
实质：
系统的闭环静特性实际上是在几个不同的电压所 对应的机械特性上各取一点，组成一条新的、较硬的 特性。
结论：
尽管异步电动机的开环机械特性和直流电动机的 开环机械特性差别很大，但在不同开环机械特性上各 取一相应的工作点，连接起来得到闭环静特性这样的 分析方法是完全一致的。
交流调压调速
• 参数定义
Rs、Rr′ —定子每相电阻和折合到定子侧的 转子每相电阻；
Lls、Llr′ —定子每相漏感和折合到定子侧的 转子每相漏感；
Lm—定子每相绕组产生气隙主磁通的 等效电感，即励磁电感；
Us、1 —定子相电压和供电角频率；
s —转差率。
•电流公式 由图可以导出
式中
(2-1)
在一般情况下，LmLl1，则，C1 1 这相当于将上述假定条件的第③条改为忽 略铁损和励磁电流。这样，电流公式可简 化成
1.交流调压调速
第二篇 交流调速系统
交流调速系统的主要类型 交流变压调速系统 绕线转子异步电机串级调速系统 ——转差功率馈送型调速系统 交流变频调速系统
• 第一章 •
•概 述
要求
•掌握几种主要的交流调速方法
交流调速系统的主要类型
交流调速系统(AC Speed Regulating System):
• 交流力矩电机的机械特性
•s,n •0 •n0
•恒转矩负载特性 •A •B
•0.5UsN •C
•UsN
•0.7UsN
•1
•0 •TL
•Te
•图2-5 高转子电阻电动机（交流力矩电动机）
•在不同电压下的机械特性
2.3 闭环控制的变压调速系统及其静特性
采用普通异步电机的变电压调速时， 调速范围很窄，采用高转子电阻的力矩电 机可以增大调速范围，但机械特性又变软 ，因而当负载变化时静差率很大（见图2-5 ），开环控制很难解决这个矛盾。
•从定子传入转 子的电磁功率
•定义：转差功率 Ps＝ s Pem
•总机械功率 •转子铜耗 •（转差功率）
按照交流异步电机
的原理，从定子传入转
第10章 三相交流电动机调速 PPT课件
1.凡是能用直流调速的场合,都能用交流调速; 2.直流调速达不到的,如大容量,高转速,高电压等,
都能用交流调速; 3.原来不调速的风机,泵类拖动,采用交流调速,可
以大幅度节能.
2019/11/3
电机与拖动
2
一、绕线式异步电动机转子回路串电阻调速
所串电阻越大，转速越低. 拖动恒转矩负载调速过程:
转子串R2，Sm增大，速度减小
式。即当：I1 I1N 时， T TN
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电机与拖动
16
⑵ 保持 U1 =常数（近似恒磁通控制方式 ）
f1
T
m1 pU12
R'2 S
2
f1
R1
R'2 S
2
(X1
X
2
)
2
m1 p
2
U1 f1
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电机与拖动
11
机组变频
+
U
M
TF
YD
f=np/60
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电机与拖动
12
静止变频
A B C
T1
T2
T3
T4
U, i
T
t
变频:AC DC AC
AC AC
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电机与拖动
13
1. 从基频向下变频调速（机械特性）
⑴ 保持 E1
f1
=常数 （恒磁通控制方式 ）
调速范围窄(S<Sm).
sm
0.8U UN
一般用于风机,泵类负载
N
a. 整个范围能运行;
都能用交流调速; 3.原来不调速的风机,泵类拖动,采用交流调速,可
以大幅度节能.
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电机与拖动
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一、绕线式异步电动机转子回路串电阻调速
所串电阻越大，转速越低. 拖动恒转矩负载调速过程:
转子串R2，Sm增大，速度减小
式。即当：I1 I1N 时， T TN
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电机与拖动
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⑵ 保持 U1 =常数（近似恒磁通控制方式 ）
f1
T
m1 pU12
R'2 S
2
f1
R1
R'2 S
2
(X1
X
2
)
2
m1 p
2
U1 f1
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电机与拖动
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机组变频
+
U
M
TF
YD
f=np/60
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电机与拖动
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静止变频
A B C
T1
T2
T3
T4
U, i
T
t
变频:AC DC AC
AC AC
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电机与拖动
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1. 从基频向下变频调速（机械特性）
⑴ 保持 E1
f1
=常数 （恒磁通控制方式 ）
调速范围窄(S<Sm).
sm
0.8U UN
一般用于风机,泵类负载
N
a. 整个范围能运行;
1、调压调速系统
3n
pU
2 s
Rr'
s
2
s2
Rs2s2
2sRs Rr'
Rr' 2
（3）当s很小时，忽略分母中含s各项
Te
3n
pU
2 s
s
1Rr'
s
转矩近似与s成正比，机械特性近似为直线
Te 1 12
Lls L'lr
3n
pU
2 s
Rr'
s
2
s2
Rs2s2
2sRs Rr'
根据电机学原理，异步电动机的电磁功率为
Pm
Tem1
Te1
np
Te
np(1
s)
电机的转差功率为
PS sPm
（1-4） （1-5）
不同性质负载的转矩可用下式表示
TL Ca
式中C为常数，
（1-6）
0、1、2 分别代表恒转矩负载、与转速成比例的负载和与转速的平
方成比例的负载（风机、泵类等）。
由电机原理可知，电动机的电磁转矩与定子电压的平方成正比。
由于受电动机绝缘和磁路饱和的限制，定子电压只能降低，不能 升高，故又称作降压调速。
晶闸管交流调压器的主电路接法有以下几种方式，如图1-1所示:
SCR KS
MI
MI
a) 电机绕组Y联接时的三相分支双向电路
VD
SCR
MI b) 电机绕组Y联接时的三相分支单向电路
(2) 转折点：
对s求导，并令
dTe 0 ds
可得：
最大转矩，又称临界转矩
第04章电气调速系统ppt课件
;
图4－9
调压调速 在此方法中，由于电动机在任何转速下磁通都不变，只是改 变电动机的供电电压，因而在额定电流下，不论在高速还是 低速下，电动机都能输出额定转矩，故称这种调速方法为恒 转矩调速。这是它的一个极为重要的特点。
图4－9 调压调速的机 械特性 A1－－固有特性 A2、A3－－人为特性
;
调压调速的特点： (1)调节细，可实现无级调速，平滑性好。 (2)物性硬度不变，相对稳定性好。 (3)调速过程能耗低，可节省减压起动设备，经济性好。 (4)调速范围宽〔10～12）。
;
2、无静差调速控制
2、无静差调速控制
U da K U U c＋ 1 Ut而 d U f n
无静 U g 差 U f则 U 时 da U c＋ 1 U t d
UUgUf由 1 Utd 来补 IdR 偿 d的变化达到
;
四、直流电动机的PWM调速原理
1按电源种类可分为直流和交流1直流调速系统1直流发电机直流电动机gm系统2交磁放大机直流电动机skkm系统3晶闸管直流电动机scrm系统4脉宽调制直流电动机pwm系统二电动机无级调速的类型二无级调速类型2交流调速系统1变极对数2变转差率3变电源频率2按电动机特性分为恒功率和恒转矩交流1恒功率调速在调速过程中电动机始终输出额定功率而输出转矩与转速成反比
1、开环系统
从调速控制原理上可将调速系统分为开环调速系统和 闭环调速系统。 1、开环调速系统，如图 4一2所示，调速是通过改变给定信 号，经过控制环节而实现的。开环控制由于不能克服外界 扰动带来的转速变化，故不能进行精确的速度控制。
图 4一2 开环调速系统结构 ;
2、闭环系统
稳速――使电动机转速不随外界扰动而变化，始终能精确 地保持在给的的数值上。
图4－9
调压调速 在此方法中，由于电动机在任何转速下磁通都不变，只是改 变电动机的供电电压，因而在额定电流下，不论在高速还是 低速下，电动机都能输出额定转矩，故称这种调速方法为恒 转矩调速。这是它的一个极为重要的特点。
图4－9 调压调速的机 械特性 A1－－固有特性 A2、A3－－人为特性
;
调压调速的特点： (1)调节细，可实现无级调速，平滑性好。 (2)物性硬度不变，相对稳定性好。 (3)调速过程能耗低，可节省减压起动设备，经济性好。 (4)调速范围宽〔10～12）。
;
2、无静差调速控制
2、无静差调速控制
U da K U U c＋ 1 Ut而 d U f n
无静 U g 差 U f则 U 时 da U c＋ 1 U t d
UUgUf由 1 Utd 来补 IdR 偿 d的变化达到
;
四、直流电动机的PWM调速原理
1按电源种类可分为直流和交流1直流调速系统1直流发电机直流电动机gm系统2交磁放大机直流电动机skkm系统3晶闸管直流电动机scrm系统4脉宽调制直流电动机pwm系统二电动机无级调速的类型二无级调速类型2交流调速系统1变极对数2变转差率3变电源频率2按电动机特性分为恒功率和恒转矩交流1恒功率调速在调速过程中电动机始终输出额定功率而输出转矩与转速成反比
1、开环系统
从调速控制原理上可将调速系统分为开环调速系统和 闭环调速系统。 1、开环调速系统，如图 4一2所示，调速是通过改变给定信 号，经过控制环节而实现的。开环控制由于不能克服外界 扰动带来的转速变化，故不能进行精确的速度控制。
图 4一2 开环调速系统结构 ;
2、闭环系统
稳速――使电动机转速不随外界扰动而变化，始终能精确 地保持在给的的数值上。
交流调压调速系统
一、调压调速措施 获取交流调压电源旳措施：
（1）调压器调压 如图（a）所示。
~
~
LS
TU
+-
M
M
3~
3~
(a)
(b)
图5-2 异步电动机调压调速原理
~ VVC
M
3~ (c)
23
（2）饱和电抗器调压 如图（b）所示，饱和电抗器LS是带有直流励磁绕组旳
交流电抗器。
（3）晶闸管交流调压器调压 如图（c）所示。单相调压电路如图所示，其控制措施
31
1. 系统构成
~
+
U*n +
GT ASR Uc
Un
M 3~
n
T-G-
a)原理图
图5-6 带转速负反馈闭环控制旳交流变压调速系统
32
2. 系统静特征
nห้องสมุดไป่ตู้
n0
恒转矩负载特征
U*n1
A
A A’U*n2
’’
U*n3
Us min
UsN
O
TL
Te
图5-6b 闭环控制变压调速系统旳静特征
33
当系统带负载在 A 点运营时，假如负载增大 引起转速下降，反馈控制作用能提升定子电压，
25
2）开关控制方式 把晶闸管作为开关，将负载与电源完全接通几种半波， 然后再完全断开几种半波。交流电压旳大小靠变化通断时 间比t0/ tp来调整。输出电压波形如图所示。
U
0
t
通t0
断tp
图5-5 晶闸管开关控制下的负载电压波形
晶闸管开关控制下旳负载电压波形
特点：采用“过零”触发，谐波污染小；转速脉动较大。26
异
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。
第六章交流异步电动机变频调速系统PPT课件
电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻
抗压降，而认为定子相电压 Us ≈ Eg，
8
则得 U s 常值
这是恒压频f1 比的控制方式。
（6-3）
但是，在低频时 Us 和 Eg 都较小，定子阻 抗压降所占的份量就比较显著，不再能忽略。
这时，需要人为地把电压 Us 抬高一些，以便 近似地补偿定子压降。
3
第一节 变频调速的基本控制方式和机械特性 通过改变定子供电频率来改变同步转速实现
对异步电动机的调速，在调速过程中从高速到 低速都可以保持有限的转差率，因而具有高效 率、宽范围和高精度的调速性能。可以认为， 变频调速是异步电动机的一种比较合理和理想 的调速方法 。
原理：利用电动机的同步转速随频率变化的特 性，通过改变电动机的供电频率进行调速。保
带定子压降补偿的恒压频比控制特性示于下
图中的 b 线，无补偿的控制特性则为a 线。
2. 基频以上调速
在基频以上调速时，频率应该从f1N向上升高，
但定子电压Us 却不可能超过额定电压
9
UsN ，最多只能保持Us = UsN ，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。
Us UsN
11
Us Φm
恒转矩调速
UsN ΦmN
Us
恒功率调速
Φm
O
f1N
f1
图6-2 异步电机变压变频调速的控制特性
异步电动机的变压变频调速是进行分段控制的：
基频以下，采取恒磁恒压频比控制方式；
基频以上，采取恒压弱磁升速控制方式。
12
U Te
P
N
UN
Te
U
P
O
变电压调速
《交流调速系统》PPT课件
交流调速系统
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
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。
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R
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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
交流调速系统之调压调速_课件
异步电动机调压调速系统
设VT1的导通角为 ，则有约束条件：
将此约束条件代入电流表达式，得到由阻抗角和触发角计算 角的
方程式：
该方程为超越方程，难于求解，结果已被作成曲线，实用中可以
查曲线求 。
22
异步电动机调压调速系统
f (,)
对该曲线说明如下：
23
异步电动机调压调速系统
24
2）带零线的三相全波星形联接 调压电路
9
异步电动机调压调速系统
3）三相半控星形联接的调压电路
5）晶闸管三角形联接的调压电路
4）晶闸管与负载接成内三角形的 调压电路
10
异步电动机调压调速系统
二. 三相交流调压电路的工作原理
原理分析使用下图的三相全波星形连接调压电路：
* 触发脉冲要求：双脉冲或宽脉冲，与电源电压同步。
交流调速系统之调压调速_课件
交流调速系统之调压调速_课件
异步电动机调压调速系统
第一节 调压调速的原理与方法
一. 异步电动机调压调速原理 二. 异步电动机调压调速方法
3
异步电动机调压调速系统
一. 异步电动机调压调速原理
调压调速即通过调节通入异步电动机的三相交流电压大 小来调节转子转速的方法。
理论依据来自异步电动机的机械特性方程式：
因异步电动机的拖动转矩与供电电压的平方成正比，因 此降低供电电压，拖动转矩就减小，电机就会降到较低的运 行速度。
不同供电电压对应的机械特性曲线如图所示。图中垂直 虚线为恒转矩负载线，可以看出调压调速对于恒转矩负载， 调速范围很小（A-B-C），而对于风机类负载调速范围则较大 （F-E-D）。
4
异步电动机调压调速系统
16
异步电动机调压调速系统
第6章电力拖动自动控制系统运动控制系统第5版ppt课件
差功率、减小输出功率来换取转速的降低。
增加的转差功率全部消耗在转子电阻上，
这就是转差功率消耗型的由来。
6.2.2 异步电动机调压调速 的机械特性
增加转子电阻值， 临界转差率加大， 可以扩大恒转矩负 载下的调速范围， 这种高转子电阻电 动机又称作交流力 矩电动机。
缺点是机械特性
较软。
图6-6 高转子电阻电动机（交流力矩 电动机）在不同电压下的机械特性
6.2.3 闭环控制的调压调速系统
要求带恒转 矩负载的调 压系统具有 较大的调速 范围时，往 往须采用带 转速反馈的 闭环控制系 统。
图6-7 带转速负反馈闭环控 制的交流调压调速系统
6.2.3 闭环控制的调压调速系统
当系统带负载稳定时，如果负载增大或减 小，引起转速下降或上升，反馈控制作用 会自动调整定子电压，使闭环系统工作在 新的稳定工作点。
由于受电动机绝缘和磁路饱和的限制， 定子电压只能降低，不能升高，故又 称作降压调速。
异步电动机调压调速
调压调速的基本特征：电动机同步转速保 持额定值不变
n1
n1N
60 f1N np
气隙磁通
Φm
Us 4.44 f1NskNS
随定子电压的降低而减小，属于弱磁调速。
6.2.1 异步电动机调压调速 主电路
12
Lls
L'lr
2
异步电动机的机械特性
异步电动机传递的电磁功率
Pm
3I
'2 r
Rr'
s
机械同步角速度
m1
1
np
异步电动机的机械特性
异步电动机的电磁转矩（机械特性方程式 ）
Te
Pm
m1
3n p
第一章交直流调速系统PPT课件
的地方仍然使用这种系统。 但是这种由机组供电的直流调速系统需要旋
转变流机组，至少包含两台与调速直流电动机 容量相当的旋转电机（原动机和直流发电机） 和一台容量小一些的励磁发电机，因而设备多 、体积大、效率低、安装需打地基、运行有噪 音、维护不方便。为了克服这些缺点，在20世 纪50年代开始采用静止变流装置来代替旋转变 流机组，直流调速系统进入了由静止变流装置 供电的时代。
K K
晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合
晶闸管由P1、N1、P2、N2四层半导体材料交替组成，其结构 及图形符号如图所示。P1区引出的电极为阳极A，N2层引出的 电极为阴极K，由中间P2层引出的电极为控制极G。为更好的理 解晶闸管的工作原理，常将其N1、P2两个区域分解成两部分， 分别构成一个NPN型和一个PNP型的三极管。分解后的情况如图
晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性， 但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、调 压及开关等方面。
优点： 体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、
操作方便、寿命长、 容量大（正向平均电流达千安、 正向耐压达数千伏）。
常用晶闸管的结构
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
平板型晶闸管外形及结构
一、基本结构
对系统的调速性能要求不高时，可直接由励
磁电源供电，要求较高的闭环直流调速系统一 般都通过放大装置（G-M系统的放大装置多采用 交磁放大机或磁放大器）进行控制。如果改变 if的方向，则U的极性和n的转向都跟着改变， 因此G-M系统的可逆运行是很容易的。
G-M系统具有很好的的调速性能，在20世纪50 年代曾广泛地使用，至今在尚未进行设备更新
Ra
调改速变特电性压：UN U n ， n0
转速下降，机械特性曲线平行下移。
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ns
（3）在机械特性曲线上，转 n0 0
a
速为零时所对应的起始转矩 sm
为Tq，且s=1，此点对应着电 机刚开始启动的状态，此时
启动电流很大，可达电机额
定电流的4~7倍，但启动转矩
01
b Tq TL
Temax Te
却不大。
图异步电动机固有机械特性 16
二、调压时的人为机械特性
异步电动机调压调速方式广泛应用于启动时限制 启动电流和一些调速精度要求不高的场合，目前调压 调速方式在家用风扇、电动工具等小容量系统中仍然 普遍应用。
12
5.1 异步电动机改变电压时的机械特性
一、异步电动机的固有机械特性
Te
1
3npUs2Rr' /s RsRr' /s212LlsL'lr
2
式中：
Rs
,
R
' r
为定子每相电阻和折算到定子侧的转子 每相电阻；
L 1s L1' r 为定子每相漏感和折算到定子侧的转子
每相漏感
13
可见，当电源频率1、转差率s一定时，电磁转矩与 定子电压的平方成正比。当电压Us和频率1一定时，
恒Eg /ω1控制
转速闭环 转差频率 控制变频 调速系统
恒Er /ω1控制 矢量控制 变频 调速系统
同步电动机调速 按对象 划分
他控同步电动机变频调速系统 自控同步电动机变频调速系统
6
二、异步电动机调速系统的分类
(1)从异步电机转速表达式 n 60f1 1 s
p
可归纳出三类调速方法： 变极对数p的调速、变转差率s调速及变电源频率f1调速。
附加 风摩
转子铜耗 损耗 损耗
a)
P1 Pem
Pmec P2 Ps
b)
PemPmecpcu2
定义：转差功率 Ps＝ s Pem
P 从定子传入转
子的电磁功率 e m
总机械功率 Pmcc 1s Pem
转子铜耗 （转差功率）
pcu2sPem@ Ps
8
按照交流异步电机 的原理，从定子传入 转子的电磁功率可分 成两部分：一部分是 拖动负载的有效功率， 称作机械功率；另一 部分是传输给转子电 路的转差功率，与转
差率 s 成正比。
~ Pm
Pmech Ps
9
科学分类方法（根据对转差功率的处理方法分类）分为三类：
（1）转差功率消耗型调速系统：转差功率全部转化成热能 而被消耗掉。
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。
M
Tem ax Ten
M称为过载倍数。
ns n0 0
a
sm
左右。 1
2
T emax
b
01
Tq TL
Temax Te
异步电动机固有机械特性
15
(2)异步电动机的工作区域，一般只能在 s0~sm范 围内，在该范围内转矩可以近似看成和转差率成正比，
故称为机械特性的线性段，大于sm部分则为机械特性 的非线性段。
3
一、交流调速系统的分类
交流电动机
交流电动机是 定子绕组通入交流 电的电机，其定子 磁动势是一个旋转 的磁动势。
异步电动机 励磁同步电动机
同步电动机 永磁同步电动机
特种同步电动机
当电机转子的转速与 定子电流的频率有严格 比例关系的电动机称同 步电动机，无严格比例 关系的电动机称异步电 动机。
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
机械特性方程式Te= f（s）是一个二次表达式。在定
子电压Us和频率1均为额定值的情况下，可画出异步
电动机的固有机械特性曲线如图所示。
ns
n0 0
a
sm
b
01
Tq TL
Temax Te
异步电动机固有机械特性
14
注意：
（1）设计电动机时通常把额定转矩Ten确定为 定义最大转矩Temax与额定转矩Ten之比为
根据异步电动机机械特性方程式，当电源频率1、 转差率s一定时，电磁转矩与定子电压的平方成正比，
这说明不同的定子电压，可以得到不同的人为机械特 性。
交直交变频
交直交，
电压源型
（单极性脉动电流）
5
交
流 按对象
调 划分 速
异
步
电 动
按Ps变化
机 情况划分
调
速
Ps功率消耗型 Ps功率回馈型 Ps功率不变型
交流调压调速系统
串级调速 实现 次同步串级调速系统 方式 超同步串级调速系统
变频调速
实现 SPWM
方式
恒U1/ω1控制
转速开环 恒压频比 控制变频 调速系统
原始的分类方法有： 1）变极调速； 2）变s调速：调压调速、绕线式异步电动机转子串电阻调 速、绕线式异步电动机串级调速、电磁转差离合器调速； 3）变频调速。
7
(2)按电动机的能量转换类型分类
输入功率
P1
电磁功率 总机械功率
Pem
Pmec
输出功率
P2Leabharlann pCu1 pFe定子 铜耗
铁耗
pCu 2
p pmec
调压调速
机 感应电动机
交流调压
电压源型
常规意义 同步电动机
①变频调速，他控式
②变频调速，矢量控 制
①交直交变频 （整流＋无源逆变） ②交交变频
①电流源型 ②电压源型
同 步
无换向器 电机
变频调速，自控式
电
动 机 无刷直流电动机 变频调速，自控式
开关磁阻电动机 变频调速，自控式
①交直交变频（可控 整流＋有源逆变） 电流源型 ②交交变频
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。
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交流调速系统的分类
电动机类别
调速原理
电力电子变换器 形式
变换器的 电源特性
异 步
绕线式转子 感应电动机
①交直交变频 串级调速（变转差） （整流＋有源逆变） 电流源型
②交交变频
电 动
鼠笼式转子
特点：效率较高。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。
特点：效率最高。变极调速、变频调速系统属于此类。
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电力拖动控制系统
第5章
交流调压调速系统
——一种转差功率消耗型调速系统
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本章提要
异步电动机改变电压时的机械特性 异步电动机变压调速电路 闭环控制的调压调速系统及其静特性
电力拖动控制系统
第2篇
交流拖动控制系统
1
内容提要
概述 交流调速系统的主要类型 交流调压调速系统 交流变压变频调速系统 绕线转子异步电机调速系统 交流调速系统的MATLAB仿真
2
交流调速系统的主要类型
交流调速系统(AC Speed Regulating System):
以实现交流电动机转速 调节为目标的电力拖动自动控 制系统.