科技创新与应用Ｊ ２０１３年第２期 科技创新
交流调速系统的设计
周丹 裴久玲
（新疆阿拉尔市塔里木大学机械电气化工程学院，新疆阿拉尔８４３３００）
摘要：动力系统的控制要求不断提高，在上世纪６０年代以前，直流调速系统在调速领域中站占治地位，而在全控型功率开关器 件出现以后，交流调速才得到了长足的发展，特别是集成电路的出现，使用合适的调速方式（如ＰＷＭ调速），使得交流调速动态和
静态特性完全可以和直流调速相媲关，在本课题着重研究了现代交流调速系统中的变压变频调速，以及现在已经运用成熟的电
压空间矢量调速系统，来解决本课题的调速问题。
关键词：交流调速系￣Ｅ；ＰＷＭ调速；规模集成电路；电力电子器件
１交流调速控制的选择
现阶段的变压变频调速的控制方式，矢量控制系统：根据磁链的 是否闭环又可以分为直接矢量控制和间接矢量控制，她们都具有非常
良好的动态和静态性能，调速范围也很宽在实践中得到了普遍的运用；
不足之处是动态性能受电动机参数影响。 在本课题的设计中选择间接矢量控制方法即—磁链开环转差型矢
量控制。 ２电动机类型的选择 按照本课题的设计要求，以５００ＫＷ的电动机为被控对象，那么电
动机就选择西安电动机厂生产的ＪＳ１４１０－－４型三相交流异步电动机。
在电动机参数测量问题上，一般都是同过电动机空载和短路试验
测的，但是因为条件的限制，对以上电动机的参数直接给出： ２．１三相交流鼠笼转子异步电动机，△型连接
２．２功率：５００ＫＷ
２．３额定电压：６ＫＶ ２．４额定电流：５７Ａ
２．５额定转速：１４８５
２．６电动机效率：９３－３％
２．７电动机的功率因数：０．９２ ３主电路元器件的计算
主电路的动能介绍 主电路采用典型的交一直一交电压源通用变频器结构，输入功率级
采用三相桥式不可控整流电路ｕＩ，整流输出环节由大容滤波，获得平滑
的直流电压，逆变部分通过功率开关器件有规律的导通和关断产生变
压变频的电压。 主电路中主要是对整流器和逆变器电力电子器件的计算
1 《交流调速系统》复习题
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一、填空题
1、生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比被称为调速范围，用字母D表示。
2、交流调速系统的应用领域主要有3个方面，分别是 一般性能的节能调速和按工艺要求调速、高性能的交流调速系统和伺服系统、特大容量与极高转速的交流调速。
3、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为两部分，一部分是拖动生产机械的有效功率，称作机械功率；另一部分是传输给转子电路的转差功率，与转差率成正比。
4、按电动机能量转换类型分类，交流调速系统可分为转差功率消耗型、转差功率馈送型、转差功率不变型。
5、按电动机调速方法分类，常见的交流调速方法有变极对数调速、变压变频调速、降电压调速、转差离合器调速、转子串阻调速、绕线式电机串级调速等。
6、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。
7、异步电动机调压调速的方法一般有四种：自耦调压器、饱和电抗器、晶闸管交流调压器、全控新型调压器。
8、对于绕线式异步电动机，可以在其转子回路串入电阻来减小电流，从而减小电磁转矩，进而减小转速。
9、所谓“双馈”，就是指把绕线转子异步电机的定子绕组与交流电网连接，转子绕组则与其他含电动势的电路连接，使它们可以进行电功率的相互传递。
10、在双馈调速工作时，除了电机定子侧与交流电网直接连接外，转子侧也要与交流电网或外接电动势相连，从电路拓扑结构上看，可认为是在转子绕组回路中附加一个交流电动势。
11、在异步电机转子回路中附加交流电动势调速的关键就是在转子侧串入一个可变频、可变幅的电压。对于只用于次同步电动状态的情况来说，比较方便的办法是将转子电压先整流成直流电压，然后再引入一个附加的直流电动势，控制其幅值，就可以调节异步电动机的转速。
12、串级调速装置是指整个串级调速系统中除异步电动机以外为实现串级调速而附加的所有功率部件，包括转子整流器、逆变器、逆变变压器。
1、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。
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。在过去很长一段时期，由于直流电动机的优良调速性能，在可逆、可调速与高精度、宽调速范围的电力拖动技术领域中，几乎都是采用直流调速系统。然而由于直流电动机其有机械式换向器这一致命的弱点，致使直流电动机制造成本高、价格昂贵、维护麻烦、使用环境受到限制，其自身结构也约束了单台电机的转速，功率上限，从而给直流传动的应用带来了一系列的限制。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。
随着电力电子器件，大规模集成电路和计算机控制技术的迅速发展，以及现代控制理论向交流电气传动领域的渗透，为交流调速系统的开发研究进一步创造了有利的条件。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。交流调速传动的客观发展趋势已表明，它完全可以和直流传动相媲美、相抗衡，并有取代的趋势。
摘要
对于可调速的电力拖动系统来说，工程上通常分为直流调速系统和交流调速系统两大类。根据电动机在电能和机械能的转换时电流制型式的不同来分类，关于交流调速系统，它利用交流电动机来进行电能—机械能的转换，并且通过控制产生我们所需要的转速。在电力拖动的发展过程中，交流调速系统和直流调速系统一直并存于各个工业领域中，但是，在科学技术发展的不同时期，他们所处的地位也有所不同。相对于直流调速系统，交流调速系统具有结构简单，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，等优点并且在向高速，高压和大功率的发展前景也较好。近年来，很多国家偏向于对交流调速系统的研究。
关键词：矢量控制，交流调速，变频器，变频调速
第一章 交流调速系统的发展
1.1交流调速系统的发展历程
在工业发展的初级阶段，交流电动机仅仅作为动力使用而无需调速。随着工业的进一步发展，尤其是电子方面和起重运输机械的发展，才对电动机的调速提出了要求，才有了直流电动机的出现。直流电机提高了生产的连续性和产品的产量以及质量，并且以其快速的正反转，准确的定位逐渐取代了简单可靠的交流电机，并且到了了广泛的运用于各行业。
80年代以来，由于直流调速系统造价高，维护投入大等缺点，在工业较为发达的国家开始使用直流调速系统，并且逐渐取代直流调速系统。这主要是由于电力电子器件，脉宽调制技术，矢量控制技术的发展，特别是以微处理机为核心的全数字化控制的应用，这才使得简单廉价的交流电机又得以取代直流电机调速系统占据主导地位。
现代控制理论的发展和应用，才促成矢量控制的出现，更是奠定了现代交流电机调速技术的理论基础，这才使得交流电机调速系统的性能能够与直流调速系统相媲美。国家的重视使得各种各样的的交流调速系统不断被开发，应用，普及，节约了社会上的大量资源，更是将社会上的传统产业发生了巨大的变革。
1.2交流调速系统的发展趋势
1.2.1交流调速系统的高性能化
