第10章 交流自动调速控制系统

交流调速系统的应用原理1. 简介交流调速系统是一种用于调节电机转速的系统，广泛应用于各种机械设备中。

它通过改变电机输入的电压和频率来控制电机的转速，从而实现对设备的精准控制。

本文将介绍交流调速系统的应用原理，并对其工作流程进行详细解析。

2. 应用原理交流调速系统主要由四个部分组成：输入电源、频率变换器、转速反馈器和控制器。

下面将逐一介绍各个部分的作用和原理。

2.1 输入电源输入电源是整个交流调速系统的能量来源，通常为市电或发电机提供的交流电。

输入电源的电压和频率决定了交流调速系统的工作状态，对于不同的设备，需要选择合适的输入电源参数。

2.2 频率变换器频率变换器是交流调速系统的核心组件之一，它负责接收输入电源的电压和频率，并将其转换为适合电机工作的电压和频率。

频率变换器采用电子元器件来实现，内部含有逆变器、滤波器等电路，通过调整电路中的元器件参数，可以实现对输出电压和频率的控制。

2.3 转速反馈器转速反馈器用于监测电机的转速，并将转速信息反馈给控制器。

转速反馈器通常采用传感器或编码器等设备，将转速信号转换为电信号，并传递给控制器进行处理。

2.4 控制器控制器是交流调速系统的大脑，它接收转速反馈器传来的信号，并根据设定的目标转速进行处理。

控制器包含了一些计算和调节算法，根据转速反馈信号和设定值之间的差异，调整频率变换器的输出，使电机的转速逐渐接近目标转速。

3. 工作流程交流调速系统的工作流程如下：1.输入电源供电，提供工作所需的电压和频率。

2.频率变换器接收输入电源的电压和频率信号，并将其转换为适合电机工作的电压和频率。

3.转速反馈器监测电机的实际转速，并将转速信号传递给控制器。

4.控制器根据设定的目标转速和转速反馈信号之间的差异，计算出需要调整的频率变换器输出。

5.控制器将调整后的频率变换器输出信号发送给频率变换器，调整电机的电压和频率。

6.电机根据调整后的电压和频率工作，逐渐接近设定的目标转速。

机电传动控制第10章交流调速控制系统第10章交流调速控制系统主要内容：掌握交流调速系统的基本原理与类型； 熟悉交流调速系统的基本组成；了解变频器的结构、特点以及使用； 了解交流伺服驱动器及其使用。

交流调速方法概述旧的调速方式笨重磨损低效今天的调速节能轻巧无磨损灵活交流调速系统分为异步电机调速和同步电机调速，三相异步电动机的控制技术使用最广。

{}{}{}{}{}rpmrpm Hz rpm rpm n n p S f S n n ∆-=-=-=00/)1(60)1(长期以来，直流调速（性能好）方案一直占主导地位。

随着电力电子技术、现代控制理论的发展和应用，以及微机控制技术和大规模集成电路的发展与应用，交流调速发展飞速。

20世纪90年代以来，交流调速发展和应用已逐步取代直流调速系统：－各类型鼠笼式异步电动机压频比恒定的变压变频调速系统；－同步电动机变频调速系统；－交流电动机矢量控制系统－鼠笼式异步电动机直接转矩控制系统。

其应用范围几乎无所不有。

目前，变频调速技术及装置是21世纪的主流技术与产品。

晶闸管变频调速通过改变电动机定子供电频率以改变同步转速来实现调速。

在调速过程中，从高速到低速都可以保持有限的转差功率，因而，具有高效率、宽范围和高精度的调速性能。

变频调速是异步电动机调速最有发展前途的一种方法也是现在使用的最多的调速方法。

现代交流调速系统的构成：交流电动机、电力电子功率转换器、控制器和电量检测器等四大部分组成。

其中，电力电子功率转换器与控制器及电量检测器集成一体，称为变频器（变频调速装置）。

10.1 传统的交流调速方法异步电动机的转矩与定子电压的二次方成正比，改变其定子电压即改变电动机的转矩及机械特性，从而实现调速——简单方便。

过去：利用交流调压器（自耦变压器）改变电压，笨重；现在：利用晶闸管“交流开关”元件组成的交流调压器调压，方便！一、晶闸管的交流调压电路当电源电压为正半周时，触发VS1使之导通，电压过零时，VS1自行关断； 当电源电压为负半周时，触发VS2使之导通，电压过零时，VS1自行关断；触发控制角为： 只需要一个脉冲信号，脉冲周期为：1800晶闸管交流调压电路与晶闸管整流电路一样，也有单相与三相之分。

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。

交流调速控制系统课程设计一、实验目的本实验旨在让学生掌握交流调速控制系统的工作原理与设计方法，理解交流电机的调速特性及其应用。

二、实验内容1.交流调速控制系统的设计及组装；2.交流电机的调速特性实验；3.利用交流调速控制系统控制交流电机的转速；4.测试交流电机在不同转速下的性能参数。

三、实验原理交流调速控制系统是通过改变电机绕组施加电压的方式来控制电机转速的。

主要包括三种类型：电压型、频率型和 PWM 型。

实验中采用电压型交流调速控制系统。

电路主要由三部分组成：晶闸管控制器、变压器、电机。

控制器可以调整交流电源输入电压的大小，从而改变电机的转速。

交流电机的调速特性取决于电压和负载。

一般情况下，电机的转速与电压呈线性关系。

在负载变化时，电机转速的变化主要取决于负载对电机的转矩要求。

四、实验设计实验器材和材料•交流电机•电压型交流调速控制系统•三相变压器•电压表•电流表•多用表实验步骤1.搭建交流调速控制系统，将三相变压器接在电机上；2.将电压表、电流表和多用表依次接在控制器输出端、变压器输入端和电机端；3.将控制器接入电源，打开电源开关，开始进行实验。

实验流程1.逐步调整交流电机转速，记下不同转速下的电压、电流、功率及效率等数据；2.根据数据绘制出交流电机的调速特性曲线（电压 - 转速曲线、效率- 转速曲线等）；3.讨论曲线所反映的电机性能特点、调速控制器的作用及其优化方法等。

五、实验结果通过实验可以得到电压 - 转速曲线、效率 - 转速曲线等数据，进而分析交流电机的调速特性。

针对不同的调速要求，可以调整控制器的输出电压，以达到最佳调速效果。

六、实验总结交流调速控制系统在现代工业中有着广泛的应用。

本实验让学生深入理解交流调速控制系统的设计原理、系统组成、性能特点及优化方法等，培养学生的实验技能、动手能力和解决问题的能力。

交流调速技术的发展概况与趋势随着生产技术的不断发展，直流拖动的薄弱环节逐步显现出来。

由于换向器的存在，使直流电动机的维护工作量加大，单机容量、最高转速以及使用环境都受到限制。

人们转向结构简单、运行可靠、便于维护、价格低廉的异步电动机，但异步电动机的调速性能难以满足生产要求。

于是，从20世纪30年代开始，人们就致力于交流调速技术的研究，然而进展缓慢.在相当长时期内，在变速传动领域，直流调速一直以其优良的性能领先于交流调速。

60年代以后，特别是70年代以来，电力电子技术和控制技术的飞速发展，使得交流调速性能可以与直流调速相媲美、相竞争。

目前，交流调速逐步代替直流调速的时代已经到来。

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。