山东理工大学：《运动控制系统》课程教学资源（讲稿）第6章 基于稳态模型的异步电动机调速系统 6.0 交流调速系统概述

概述 中东程子大军 口直流电力拖动和交流电力拖动在19世纪先后诞生。 口在20世纪上半叶的年代里，鉴于直流拖动具有优越的调速性能， 高性能可调速拖动都采用直流电机，而约占电力拖动总容量80% 以上的不变速拖动系统测采用交流电机，这种分工在一段时期内 已成为一种举世公认的格局。 交流调速系统的多种方案虽然早已问世，并已获得实际应用，但 其性能却始终无法与直流调速系统相匹敌。 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 概 述  直流电力拖动和交流电力拖动在19世纪先后诞生。  在20世纪上半叶的年代里，鉴于直流拖动具有优越的调速性能， 高性能可调速拖动都采用直流电机，而约占电力拖动总容量80% 以上的不变速拖动系统则采用交流电机，这种分工在一段时期内 已成为一种举世公认的格局。  交流调速系统的多种方案虽然早已问世，并已获得实际应用，但 其性能却始终无法与直流调速系统相匹敌

概述 山东理子大军 直到20世纪60~70年代，随着电力电子技术的发展，使得采用 电力电子变换器的交流拖动系统得以实现，特别是大规模集成 电路和计算机控制的出现，高性能交流调速系统便应运而生， 一直被认为是天经地义的交直流拖动按调速性能分工的格局终 于被打破了。 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 概 述  直到20世纪60~70年代，随着电力电子技术的发展，使得采用 电力电子变换器的交流拖动系统得以实现，特别是大规模集成 电路和计算机控制的出现，高性能交流调速系统便应运而生， 一直被认为是天经地义的交直流拖动按调速性能分工的格局终 于被打破了

一、】 为什么要开发交流调速系统？ 少东我子大深 口直流调速系统的缺点： (1)直流电机结构复杂： (2)换向器的换向能力限制了直流电机的容量及速度， 极限容量与速 度乘积为106kW.r/min; (3)换向火花限制了直流电机的应用环境； (4)直流电机效率低·~直流电机的大部分功率都是通过换向器流入 电枢，转子发热多； (5)维护麻烦。 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 一、为什么要开发交流调速系统？  直流调速系统的缺点： (1) 直流电机结构复杂； (2) 换向器的换向能力限制了直流电机的容量及速度，极限容量与速 度乘积为106kW﹒r/min； (3) 换向火花限制了直流电机的应用环境； (4) 直流电机效率低－－直流电机的大部分功率都是通过换向器流入 电枢， 转子发热多； (5) 维护麻烦

一、为什么要开发交流调速系统？ 山东理子大军 口▣交流调速系统的优越性： (1)大功率负载场合： 如电力机车、卷扬机等系统中。在(6kV-10kV)调速系统中，目前只能 采用交流调速。 (2)在对“功率/重量”比、“功率/体积”比要求高的领域， 如电动自行车、电动汽车、飞机中的电机拖动等。 (3)高速运行场合： 如高速磨头、离心机、高速电钻等的控制中，转速达上万转。交流电机 转动惯量小，交流调速系统可满足高速运行的要求。 (4)易燃、易爆、多尘的场合，不需过多维护。 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 一、为什么要开发交流调速系统？  交流调速系统的优越性： （1）大功率负载场合： 如电力机车、卷扬机等系统中。在（6kV-10kV）调速系统中，目前只能 采用交流调速。 （2）在对“功率/重量”比、 “功率/体积”比要求高的领域， 如电动自行车、电动汽车、飞机中的电机拖动等。 （3）高速运行场合： 如高速磨头、离心机、高速电钻等的控制中，转速达上万转。交流电机 转动惯量小，交流调速系统可满足高速运行的要求。 （4）易燃、易爆、多尘的场合，不需过多维护

二、问题 山东我上大军 口交流调速系统如此优越，为什么最近四十几年才发展起来？ 口交流调速方法的复杂性和受限于当时技术水平的实现难度。 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 二、 问 题  交流调速系统如此优越，为什么最近四十几年才发展起来？  交流调速方法的复杂性和受限于当时技术水平的实现难度

交流调速系统的难点和复杂性 山东理子大军 调速装置中器件发展的限制： 调速装置中两大组成部分：控制器和变频器。 控制器·~微处理器的发展提供了复杂运算的可能， 变频器··功率器件近五十年更新了五代，适应高速变频调速的要求。 调速系统的精度和成本的限制： 新的控制理论 新的器件 新的控制系统 直流调速系统已经成熟！ 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 交流调速系统的难点和复杂性  调速装置中器件发展的限制： 调速装置中两大组成部分：控制器和变频器。 控制器－－微处理器的发展提供了复杂运算的可能， 变频器－－功率器件近五十年更新了五代，适应高速变频调速的要求。  调速系统的精度和成本的限制： 新的控制理论 新的器件 新的控制系统 直流调速系统已经成熟！

三、交流调速系统应用领域 山东我上大军 口在20世纪上半叶，鉴于直流调速优越的性能，高性能可调速拖动 都采用直流电机，而占总容量80%以上的不变速拖动则采用交流 电机。 交流调速系统应用领域：主要有三个方面： 口一般性能的节能调速一风机水泵类负载 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 三、交流调速系统应用领域  在20世纪上半叶，鉴于直流调速优越的性能，高性能可调速拖动 都采用直流电机，而占总容量80%以上的不变速拖动则采用交流 电机。 交流调速系统应用领域：主要有三个方面：  一般性能的节能调速—风机水泵类负载

三、交流调速系统应用领域 山东理子大军 口高性能的交流调速系统和伺服系统 一矢量控制、直接转矩控制、解耦控制 50011000 口特大容量、 极高转速的交流调速 20世纪后期，交流调速占80%，直流调速 占20%。 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 三、交流调速系统应用领域  高性能的交流调速系统和伺服系统 —矢量控制、直接转矩控制、解耦控制  特大容量、极高转速的交流调速 20世纪后期，交流调速占80%，直流调速 占20%

三、交流调速系统应用领域 小结 少东我子大深 口1.一般性能调速和节能调速 风机、水泵对调速范围和动态性能的要求都不高，只要有一般的调速性能就足够了。 需要调速，但对调速性能要求不高的生产机械，也属于一般性能调速。 口2高性能的交流调速系统和伺服系统 矢量控制技术、直接转矩控制 可以和直流调速系统媲美的高性能交流调速系统和交流伺服系统。 口3特大容量、极高转速的交流调速 特大容量的电力拖动设备：厚板轧机、矿井卷扬机等，以及极高转速的拖动，如高 速磨头、离心机等，都以采用交流调速为宜。 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 三、交流调速系统应用领域 小结  1.一般性能调速和节能调速 风机、水泵对调速范围和动态性能的要求都不高，只要有一般的调速性能就足够了。 需要调速，但对调速性能要求不高的生产机械，也属于一般性能调速。  2.高性能的交流调速系统和伺服系统 矢量控制技术、直接转矩控制 可以和直流调速系统媲美的高性能交流调速系统和交流伺服系统。  3.特大容量、极高转速的交流调速 特大容量的电力拖动设备：厚板轧机、矿井卷扬机等，以及极高转速的拖动，如高 速磨头、离心机等，都以采用交流调速为宜

四、交流调速系统分类 (1)按电机分 山东理子大军 异步电动机 永磁同步电机 同步电动机 无刷直流电机 步进电机 特种电机 磁阻电机 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 四、交流调速系统分类 ——（1）按电机分 异步电动机 同步电动机 永磁同步电机 无刷直流电机 特种电机 步进电机 磁阻电机