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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。

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

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
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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。

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。
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交流调速系统的种类与特点
变频器调速系统
01
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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

§1.1 交流调速系统概况
20世纪前半叶 生产技术的发展，对电气传动系统在启制动﹑正反转﹑ 调速精度 ﹑调速范围和静动态特性方面提出了更高要求 技术性能：
直流传动具有优良的调速性能；
交流传动因技术发展的局限性，尽管提出多种技术解决 方案，但是性能无法与直流传动相比，难于满足生产要求；
应用情况： 高性能可逆可调速传动领域都采用直流传动； 约占电气传动总容量80%的不变速传动采用交流传动；
控制方面也从模拟控制发展到数字控制，从单片机发展 到数字信号处理器（DSP）和高级专用集成电路，控制 部件功能日益完善，而所需的控制器件和控制器体积日 益减小，控制器可靠性日益提高而成本日益降低。
例如0.75kW通用变频器的过去的10年间， 体积减小到原来的1/10，成本下降了大 约40~50%，中小型电机变频调速系统已
§1.1 交流调速系统概况
20世纪70年代初叶，交流传动技术获得突破性进展 直流电机具有电刷换向器，必须进行维护，转速不高， 容量小，适用范围有限； 席卷全球的石油危机迫使西方工业国家投入大量的人力 物力研究高效的交流调速系统 技术基础的发展：
大规模集成电路﹑计算机控制技术和现代控制理论的发展
§1.1 交流调速系统概况
一、电气传动系统的发展历程
直流传动和交流传动分别在19世纪先后诞生。 19世纪80年代以前，直流传动是唯一的电气传动方式 19世纪末，交流传动开始在工业生产中得到应用 交流电的产生； 三相制交流电输送与配电问题的解决； 交流鼠笼式异步电动机的发明；
小知识：1834 德国 雅可比发明直流发动机 1888 南斯拉夫裔美国 特斯拉发明了交流电动机 1821年英国科学家法拉第首先证明可以把电力转变为旋转运动。
交流变频调速系统及变频电机 二十年来，电力电子技术发生了革命性的进展。

1）调速优良，易于控制
静态性能 性能
动态性能
静差度 精度误差 调速范围（深度） 动态响应快
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易于控制：电枢和励磁线圈可以独立调节
天然解耦：DC MOTOR
Φm
Ia与Φm线性无关 是解耦的 T=Cm×Ia×Φm
Ia
数学模型简单：线性2阶＋1阶，经典控制论足 以应对
1阶：SCR整流器的数学模型
G(s) Kses K s
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课程的性质、目的、任务
通过本课程的学习，使大家了解现代交流调速系统的技 术概况与发展趋势以及主要应用领域； 掌握现代交流调速系统工作原理与控制策略； 掌握变频器与感应电动机、变频器与同步电动机组成变频 调速系统等电力拖动系统的组成、工作原理、运行特性； 为今后工作和进一步深入应用和研究运动控制系统和电气 节能技术奠定坚实的理论基础。
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历史回眸
由于这类机械均采用恒速交流电动机驱动， 应生产工艺流量的调节要求。
采用的主要调节措施有：
1）闸阀 2）挡板
3）放空 4）回流
大量电能无 谓的损耗
如果采用改变电机转速的办法来实现流量的调节，
则由于轴功率是与流量的三次方成正比的，因此，可收到
十分明显的节电效果。
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2 直流调速系统的特点
因此，有效地利用电动机，改进其运行性能， 根据需要控制电动机的转速，降低运行中的消耗，是 节省电能的一个重要手段。
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实例分析
以大型轧机的传动系统为例，一套2050mm的热连 轧板机，精轧部分采用交流传动，比直流传动可节电1150 万kWh／年，节水30％，转动惯量减少77％，响应时间缩短 30％，设备投资节省很多，停机维修时间缩短75％。
交流机若达到直流机的调速水平，对调速器提出了极 高的要求：功率器件？微处理器？控制理论与方法？

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

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 。
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异步电动机调压调速系统
f (,)
对该曲线说明如下：
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异步电动机调压调速系统
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2）带零线的三相全波星形联接 调压电路
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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
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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
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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）。
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异步电动机调压调速系统
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异步电动机调压调速系统

——改变异步电动机的定子电压，即改变 电动机的转矩（T ∝ U 2）及机械特性，从而实 现调速。
12.2.1 采用晶闸管的交流调速电路 1. 单相交流调压电路
——应用最广的是反并联电路 1) 电阻性负载
注：在同一控制角 下，负载上 得到正负对称的交流电压。
l 电源电压正半周，VS1导通；负半周，VS2导通。 l i 波形与 u 波形同相。
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
U
sa
电
PWM
U
sb
压 型
M
1
U
sc
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
U / f 曲线
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。
始换流阶段 →振荡换流阶段 → 振荡衰减阶段 → 反馈阶段 → 换流结束阶段。
1) VS1、VS2——主晶闸管，VS1´、VS2´ ——辅助换流晶闸 管，作为LC振荡电路的充放电开关。
2) 通过触发VS1´、VS2´，反向关断VS1、VS2。