交流调速基础剖析.pptx

第五章第五章 交流调速基础交流调速基础2024/4/7 周日第五章交流调速基础2主要内容主要内容概述概述 交、直流调速系统比较交、直流调速系统比较 交流调速的难点和复杂性交流调速的难点和复杂性 交流调速系统的技术突破交流调速系统的技术突破 交流调速系统的主要应用领域交流调速系统的主要应用领域交流调速涉及的知识交流调速涉及的知识电力变换电路电力变换电路 变频器的基本构成变频器的基本构成 跟踪型跟踪型PWM控制控制重点内容重点内容概 述 直流电力拖动和交流电力拖动在直流电力拖动和交流电力拖动在直流电力拖动和交流电力拖动在直流电力拖动和交流电力拖动在1919世纪先后诞生。在世纪先后诞生。在世纪先后诞生。在世纪先后诞生。在2020世世世世纪上半叶的年代里，鉴于直流拖动具有优越的调速性能，高纪上半叶的年代里，鉴于直流拖动具有优越的调速性能，高纪上半叶的年代里，鉴于直流拖动具有优越的调速性能，高纪上半叶的年代里，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性能可调速拖动都采用直流电机，而约占电力拖动总容量性能可调速拖动都采用直流电机，而约占电力拖动总容量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%80%以上的不变速拖动系统则采用交流电机，这种分工在一以上的不变速拖动系统则采用交流电机，这种分工在一以上的不变速拖动系统则采用交流电机，这种分工在一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，但其性能却始终无方案虽然早已问世，并已获得实际应用，但其性能却始终无方案虽然早已问世，并已获得实际应用，但其性能却始终无方案虽然早已问世，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。法与直流调速系统相匹敌。法与直流调速系统相匹敌。法与直流调速系统相匹敌。直到直到直到直到2020世纪世纪世纪世纪60706070年代，随着电力电子技术的发展，使年代，随着电力电子技术的发展，使年代，随着电力电子技术的发展，使年代，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，特别是得采用电力电子变换器的交流拖动系统得以实现，特别是得采用电力电子变换器的交流拖动系统得以实现，特别是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，高性能交流调速系大规模集成电路和计算机控制的出现，高性能交流调速系大规模集成电路和计算机控制的出现，高性能交流调速系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统便应运而生，一直被认为是天经地义的交直流拖动按调统便应运而生，一直被认为是天经地义的交直流拖动按调统便应运而生，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速性能分工的格局终于被打破了速性能分工的格局终于被打破了速性能分工的格局终于被打破了。2024/4/7 周日第五章交流调速基础4（1）交、直流调速系统的比较）交、直流调速系统的比较直流电动机的固有缺点：直流电动机的固有缺点：直流电动机的固有缺点：直流电动机的固有缺点：n n工艺复杂，成本高；工艺复杂，成本高；工艺复杂，成本高；工艺复杂，成本高；n n换向器的换向能力限制了直流电动机的容量和速度；换向器的换向能力限制了直流电动机的容量和速度；换向器的换向能力限制了直流电动机的容量和速度；换向器的换向能力限制了直流电动机的容量和速度；n n电枢火花限制了直流电动机的安装环境；电枢火花限制了直流电动机的安装环境；电枢火花限制了直流电动机的安装环境；电枢火花限制了直流电动机的安装环境；n n转子发热，电机效率低；转子发热，电机效率低；转子发热，电机效率低；转子发热，电机效率低；n n可靠性较差，增加了维护和保养的工作量可靠性较差，增加了维护和保养的工作量可靠性较差，增加了维护和保养的工作量可靠性较差，增加了维护和保养的工作量（1）交、直流调速系统的比较）交、直流调速系统的比较比较内容比较内容比较内容比较内容直流电动机直流电动机直流电动机直流电动机交流电动机交流电动机交流电动机交流电动机结构以及制造结构以及制造结构以及制造结构以及制造有电刷，制造复杂有电刷，制造复杂有电刷，制造复杂有电刷，制造复杂无电刷，结构简单无电刷，结构简单无电刷，结构简单无电刷，结构简单重量重量重量重量/功率功率功率功率约约约约2 2倍倍倍倍1 1倍倍倍倍体积体积体积体积/功率功率功率功率约约约约2 2倍倍倍倍1 1倍倍倍倍价格价格价格价格/功率功率功率功率几倍几倍几倍几倍1 1倍倍倍倍最大容量最大容量最大容量最大容量1212MW14MWMW14MW几十几十几十几十MWMW最大转速最大转速最大转速最大转速10001000r/minr/min左右左右左右左右数千数千数千数千r/minr/min最高电枢电压最高电枢电压最高电枢电压最高电枢电压1 1kVkV6 6kV10kVkV10kV安装环境安装环境安装环境安装环境要求高要求高要求高要求高要求低要求低要求低要求低维护维护维护维护较多较多较多较多较少较少较少较少调速性能调速性能调速性能调速性能好好好好复杂复杂复杂复杂2024/4/7 周日第五章交流调速基础7（1）交、直流调速系统的比较）交、直流调速系统的比较交流调速优于直流调速之处：交流调速优于直流调速之处：交流调速优于直流调速之处：交流调速优于直流调速之处：n n在大功率负载情况下，交流调速性价比最优；在大功率负载情况下，交流调速性价比最优；在大功率负载情况下，交流调速性价比最优；在大功率负载情况下，交流调速性价比最优；n n交流调速系统可满足高速运行要求；交流调速系统可满足高速运行要求；交流调速系统可满足高速运行要求；交流调速系统可满足高速运行要求；n n在易燃易爆多尘场合，交流调速系统无需过多维护；在易燃易爆多尘场合，交流调速系统无需过多维护；在易燃易爆多尘场合，交流调速系统无需过多维护；在易燃易爆多尘场合，交流调速系统无需过多维护；n n交流调速系统成本较之直流调速系统明显降低；交流调速系统成本较之直流调速系统明显降低；交流调速系统成本较之直流调速系统明显降低；交流调速系统成本较之直流调速系统明显降低；n n中压交流调速系统可以节省变电站容量；中压交流调速系统可以节省变电站容量；中压交流调速系统可以节省变电站容量；中压交流调速系统可以节省变电站容量；n n交流电动机易于同某些生产机械形成机电一体化产品交流电动机易于同某些生产机械形成机电一体化产品交流电动机易于同某些生产机械形成机电一体化产品交流电动机易于同某些生产机械形成机电一体化产品2024/4/7 周日第五章交流调速基础8（2）交流调速的难点和复杂性）交流调速的难点和复杂性交流调速系统的难点主要来自于：交流调速系统的难点主要来自于：交流调速系统的难点主要来自于：交流调速系统的难点主要来自于：n n交流电动机的数学模型造成转矩控制困难交流电动机的数学模型造成转矩控制困难交流电动机的数学模型造成转矩控制困难交流电动机的数学模型造成转矩控制困难n 与其相关的电子器件和微处理器更新换代的速度制约了与其相关的电子器件和微处理器更新换代的速度制约了交流调速系统的发展速度交流调速系统的发展速度n 调速系统的精度和成本又使交流调速系统的应用复杂化调速系统的精度和成本又使交流调速系统的应用复杂化2024/4/7 周日第五章交流调速基础9（3）交流调速系统的技术突破）交流调速系统的技术突破n n电力电子技术的发展电力电子技术的发展电力电子技术的发展电力电子技术的发展n n微机以及数字信号处理技术的发展微机以及数字信号处理技术的发展微机以及数字信号处理技术的发展微机以及数字信号处理技术的发展n n现代控制理论的应用以及交流调速原理的发展和成现代控制理论的应用以及交流调速原理的发展和成现代控制理论的应用以及交流调速原理的发展和成现代控制理论的应用以及交流调速原理的发展和成熟熟熟熟2024/4/7 周日第五章交流调速基础10（4）交流调速系统的主要应用领域）交流调速系统的主要应用领域主要应用方向：主要应用方向：主要应用方向：主要应用方向：n n以节能为目的的改恒速为调速的系统以节能为目的的改恒速为调速的系统以节能为目的的改恒速为调速的系统以节能为目的的改恒速为调速的系统n n以少维护省力为目的的取代直流调速的系统以少维护省力为目的的取代直流调速的系统以少维护省力为目的的取代直流调速的系统以少维护省力为目的的取代直流调速的系统n n直流调速难以实现的领域直流调速难以实现的领域直流调速难以实现的领域直流调速难以实现的领域具体应用实例：具体应用实例：具体应用实例：具体应用实例：轧钢工业、石油工业、机械工业、化工工业轧钢工业、石油工业、机械工业、化工工业轧钢工业、石油工业、机械工业、化工工业轧钢工业、石油工业、机械工业、化工工业1.一般性能的节能调速 在在在在过过过过去去去去大大大大量量量量的的的的所所所所谓谓谓谓“不不不不变变变变速速速速交交交交流流流流拖拖拖拖动动动动”中中中中，风风风风机机机机、水水水水泵泵泵泵等等等等通通通通用用用用机机机机械械械械的的的的容容容容量量量量几几几几乎乎乎乎占占占占工工工工业业业业电电电电力力力力拖拖拖拖动动动动总总总总容容容容量量量量的的的的一一一一半半半半以以以以上上上上，其其其其中中中中有有有有不不不不少少少少场场场场合合合合并并并并不不不不是是是是不不不不需需需需要要要要调调调调速速速速，只只只只是是是是因因因因为为为为过过过过去去去去的的的的交交交交流流流流拖拖拖拖动动动动本本本本身身身身不不不不能能能能调调调调速速速速，不不不不得得得得不不不不依依依依赖赖赖赖挡挡挡挡板板板板和和和和阀阀阀阀门门门门来来来来调调调调节节节节送送送送风风风风和和和和供水的流量，因而把许多电能白白地浪费了。供水的流量，因而把许多电能白白地浪费了。供水的流量，因而把许多电能白白地浪费了。供水的流量，因而把许多电能白白地浪费了。如果换成交流调速系统，把消耗在挡板和阀门上的能量如果换成交流调速系统，把消耗在挡板和阀门上的能量如果换成交流调速系统，把消耗在挡板和阀门上的能量如果换成交流调速系统，把消耗在挡板和阀门上的能量节省下来，每台风机、水泵平均都可以节约节省下来，每台风机、水泵平均都可以节约节省下来，每台风机、水泵平均都可以节约节省下来，每台风机、水泵平均都可以节约 20 30%20 30%以以以以上的电能，效果是很可观的。上的电能，效果是很可观的。上的电能，效果是很可观的。上的电能，效果是很可观的。但风机、水泵的调速范围和对动态快速性的要求都不高，但风机、水泵的调速范围和对动态快速性的要求都不高，但风机、水泵的调速范围和对动态快速性的要求都不高，但风机、水泵的调速范围和对动态快速性的要求都不高，只需要一般的调速性能。只需要一般的调速性能。只需要一般的调速性能。只需要一般的调速性能。2.高性能的交流调速系统和伺服系统 许多在工艺上需要调速的生产机械过去多用直流拖动，鉴许多在工艺上需要调速的生产机械过去多用直流拖动，鉴许多在工艺上需要调速的生产机械过去多用直流拖动，鉴许多在工艺上需要调速的生产机械过去多用直流拖动，鉴于交流电机比直流电机结构简单、成本低廉、工作可靠、维于交流电机比直流电机结构简单、成本低廉、工作可靠、维于交流电机比直流电机结构简单、成本低廉、工作可靠、维于交流电机比直流电机结构简单、成本低廉、工作可靠、维护方便、惯量小、效率高，如果改成交流拖动，显然能够带护方便、惯量小、效率高，如果改成交流拖动，显然能够带护方便、惯量小、效率高，如果改成交流拖动，显然能够带护方便、惯量小、效率高，如果改成交流拖动，显然能够带来不少的效益。但是，由于交流电机原理上的原因，其电磁来不少的效益。但是，由于交流电机原理上的原因，其电磁来不少的效益。但是，由于交流电机原理上的原因，其电磁来不少的效益。但是，由于交流电机原理上的原因，其电磁转矩难以像直流电机那样通过电枢电流施行灵活的实时控制。转矩难以像直流电机那样通过电枢电流施行灵活的实时控制。转矩难以像直流电机那样通过电枢电流施行灵活的实时控制。转矩难以像直流电机那样通过电枢电流施行灵活的实时控制。2020世世世世纪纪纪纪7070年年年年代代代代初初初初发发发发明明明明了了了了矢矢矢矢量量量量控控控控制制制制技技技技术术术术，或或或或称称称称磁磁磁磁场场场场定定定定向向向向控控控控制制制制技技技技术术术术，通通通通过过过过坐坐坐坐标标标标变变变变换换换换，把把把把交交交交流流流流电电电电机机机机的的的的定定定定子子子子电电电电流流流流分分分分解解解解成成成成转转转转矩矩矩矩分分分分量量量量和和和和励励励励磁磁磁磁分分分分量量量量，用用用用来来来来分分分分别别别别控控控控制制制制电电电电机机机机的的的的转转转转矩矩矩矩和和和和磁磁磁磁通通通通，就就就就可可可可以以以以获获获获得得得得和和和和直直直直流流流流电电电电机机机机相相相相仿仿仿仿的的的的高高高高动动动动态态态态性性性性能能能能，从从从从而而而而使使使使交交交交流流流流电电电电机机机机的的的的调调调调速速速速技技技技术取得了突破性的进展。术取得了突破性的进展。术取得了突破性的进展。术取得了突破性的进展。其后，又陆续提出了直接转矩控制、解耦控制等方法，形成了一系其后，又陆续提出了直接转矩控制、解耦控制等方法，形成了一系其后，又陆续提出了直接转矩控制、解耦控制等方法，形成了一系其后，又陆续提出了直接转矩控制、解耦控制等方法，形成了一系列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。列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。列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。列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 直流电机的换向能力限制了它的容量转速积不超过直流电机的换向能力限制了它的容量转速积不超过直流电机的换向能力限制了它的容量转速积不超过直流电机的换向能力限制了它的容量转速积不超过10106 6 kWkW r r/min/min，超过这一数值时，其设计与制造就非常困难了。，超过这一数值时，其设计与制造就非常困难了。，超过这一数值时，其设计与制造就非常困难了。，超过这一数值时，其设计与制造就非常困难了。交流电机没有换向器，不受这种限制，因此，特大容量的电交流电机没有换向器，不受这种限制，因此，特大容量的电交流电机没有换向器，不受这种限制，因此，特大容量的电交流电机没有换向器，不受这种限制，因此，特大容量的电力拖动设备，如厚板轧机、矿井卷扬机等，以及极高转速的拖力拖动设备，如厚板轧机、矿井卷扬机等，以及极高转速的拖力拖动设备，如厚板轧机、矿井卷扬机等，以及极高转速的拖力拖动设备，如厚板轧机、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。动，如高速磨头、离心机等，都以采用交流调速为宜。动，如高速磨头、离心机等，都以采用交流调速为宜。动，如高速磨头、离心机等，都以采用交流调速为宜。2024/4/7 周日第五章交流调速基础14主要内容主要内容概述概述交流调速涉及的知识交流调速涉及的知识交流调速涉及的知识交流调速涉及的知识电力变换电路电力变换电路2024/4/7 周日第五章交流调速基础152.交流调速涉及的知识被控对象：被控对象：交流电动机交流电动机控制内容：控制内容：理论基础：理论基础：自控原理（古典控制、现代控制）自控原理（古典控制、现代控制）主电路主电路（变频器电动机）（变频器电动机）控制电路控制电路 （硬件：单片机、（硬件：单片机、PLC、PC、DSP）（软件：交流电动机控制方案软件：交流电动机控制方案（VVVF、VCS、DTC）变频器变频器n n 交流调速系统的主要类型交流调速系统的主要类型 交流电机主要分为交流电机主要分为交流电机主要分为交流电机主要分为异步电机异步电机异步电机异步电机（即感应电机）和（即感应电机）和（即感应电机）和（即感应电机）和同步电机同步电机同步电机同步电机两大两大两大两大类，每类电机又有不同类型的调速系统。类，每类电机又有不同类型的调速系统。类，每类电机又有不同类型的调速系统。类，每类电机又有不同类型的调速系统。现有文献中介绍的异步电机调速系统种类繁多，可按照不同的现有文献中介绍的异步电机调速系统种类繁多，可按照不同的现有文献中介绍的异步电机调速系统种类繁多，可按照不同的现有文献中介绍的异步电机调速系统种类繁多，可按照不同的角度进行分类。角度进行分类。角度进行分类。角度进行分类。按电动机的调速方法分类按电动机的调速方法分类常见的交流调速方法有：常见的交流调速方法有：常见的交流调速方法有：常见的交流调速方法有：降电压调速；降电压调速；降电压调速；降电压调速；转差离合器调速；转差离合器调速；转差离合器调速；转差离合器调速；转子串电阻调速；转子串电阻调速；转子串电阻调速；转子串电阻调速；绕线电机串级调速或双馈电机调速；绕线电机串级调速或双馈电机调速；绕线电机串级调速或双馈电机调速；绕线电机串级调速或双馈电机调速；变极对数调速；变极对数调速；变极对数调速；变极对数调速；变压变频调速等等。变压变频调速等等。变压变频调速等等。变压变频调速等等。按电动机的能量转换类型分类按电动机的能量转换类型分类 按照交流异步电机的原理，从按照交流异步电机的原理，从按照交流异步电机的原理，从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定子传入转子的电磁功率可分成定子传入转子的电磁功率可分成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两部分：一部分是拖动负载的有两部分：一部分是拖动负载的有两部分：一部分是拖动负载的有效功率，称作机械功率；另一部效功率，称作机械功率；另一部效功率，称作机械功率；另一部效功率，称作机械功率；另一部分是传输给转子电路的转差功率，分是传输给转子电路的转差功率，分是传输给转子电路的转差功率，分是传输给转子电路的转差功率，与转差率与转差率与转差率与转差率 s s 成正比。成正比。成正比。成正比。PmechPmPs 即即即即 P Pm m=P Pmechmech+P Ps s P Pmechmech=(1 =(1 s s)P Pmm P Ps s=sPsPmm 从能量转换的角度上看，转差功率从能量转换的角度上看，转差功率从能量转换的角度上看，转差功率从能量转换的角度上看，转差功率是否增大，是消耗掉还是得到回收，是否增大，是消耗掉还是得到回收，是否增大，是消耗掉还是得到回收，是否增大，是消耗掉还是得到回收，是评价调速系统效率高低的标志。是评价调速系统效率高低的标志。是评价调速系统效率高低的标志。是评价调速系统效率高低的标志。从这点出发，可以把从这点出发，可以把从这点出发，可以把从这点出发，可以把异步电机的调异步电机的调异步电机的调异步电机的调速系统速系统速系统速系统分成三类分成三类分成三类分成三类 。1.转差功率消耗型调速系统转差功率消耗型调速系统 这种类型的全部转差功率都转换成热能消耗在转子回路中，这种类型的全部转差功率都转换成热能消耗在转子回路中，这种类型的全部转差功率都转换成热能消耗在转子回路中，这种类型的全部转差功率都转换成热能消耗在转子回路中，上述的第上述的第上述的第上述的第、三种调速方法都属于这一类。在三类三种调速方法都属于这一类。在三类三种调速方法都属于这一类。在三类三种调速方法都属于这一类。在三类异步电机调速系统中，这类系统的效率最低，而且越到低异步电机调速系统中，这类系统的效率最低，而且越到低异步电机调速系统中，这类系统的效率最低，而且越到低异步电机调速系统中，这类系统的效率最低，而且越到低速时效率越低，它是以增加转差功率的消耗来换取转速的速时效率越低，它是以增加转差功率的消耗来换取转速的速时效率越低，它是以增加转差功率的消耗来换取转速的速时效率越低，它是以增加转差功率的消耗来换取转速的降低的（恒转矩负载时）。可是这类系统结构简单，设备降低的（恒转矩负载时）。可是这类系统结构简单，设备降低的（恒转矩负载时）。可是这类系统结构简单，设备降低的（恒转矩负载时）。可是这类系统结构简单，设备成本最低，所以还有一定的应用价值。成本最低，所以还有一定的应用价值。成本最低，所以还有一定的应用价值。成本最低，所以还有一定的应用价值。2.转差功率馈送型调速系统转差功率馈送型调速系统 在这类系统中，除转子铜损外，大部分转差功率在转子侧通在这类系统中，除转子铜损外，大部分转差功率在转子侧通在这类系统中，除转子铜损外，大部分转差功率在转子侧通在这类系统中，除转子铜损外，大部分转差功率在转子侧通过变流装置馈出或馈入，转速越低，能馈送的功率越多，上过变流装置馈出或馈入，转速越低，能馈送的功率越多，上过变流装置馈出或馈入，转速越低，能馈送的功率越多，上过变流装置馈出或馈入，转速越低，能馈送的功率越多，上述第述第述第述第种调速方法属于这一类。无论是馈出还是馈入的转差种调速方法属于这一类。无论是馈出还是馈入的转差种调速方法属于这一类。无论是馈出还是馈入的转差种调速方法属于这一类。无论是馈出还是馈入的转差功率，扣除变流装置本身的损耗后，最终都转化成有用的功功率，扣除变流装置本身的损耗后，最终都转化成有用的功功率，扣除变流装置本身的损耗后，最终都转化成有用的功功率，扣除变流装置本身的损耗后，最终都转化成有用的功率，因此这类系统的效率较高，但要增加一些设备。率，因此这类系统的效率较高，但要增加一些设备。率，因此这类系统的效率较高，但要增加一些设备。率，因此这类系统的效率较高，但要增加一些设备。3.转差功率不变型调速系统转差功率不变型调速系统 在这类系统中，转差功率只有转子铜损，而且无论转速高在这类系统中，转差功率只有转子铜损，而且无论转速高在这类系统中，转差功率只有转子铜损，而且无论转速高在这类系统中，转差功率只有转子铜损，而且无论转速高低，转差功率基本不变，因此效率更高，上述的第低，转差功率基本不变，因此效率更高，上述的第低，转差功率基本不变，因此效率更高，上述的第低，转差功率基本不变，因此效率更高，上述的第、两两两两种调速方法属于此类。其中变极对数调速是有级的，应用场种调速方法属于此类。其中变极对数调速是有级的，应用场种调速方法属于此类。其中变极对数调速是有级的，应用场种调速方法属于此类。其中变极对数调速是有级的，应用场合有限。只有变压变频调速应用最广，可以构成高动态性能合有限。只有变压变频调速应用最广，可以构成高动态性能合有限。只有变压变频调速应用最广，可以构成高动态性能合有限。只有变压变频调速应用最广，可以构成高动态性能的交流调速系统，取代直流调速；但在定子电路中须配备与的交流调速系统，取代直流调速；但在定子电路中须配备与的交流调速系统，取代直流调速；但在定子电路中须配备与的交流调速系统，取代直流调速；但在定子电路中须配备与电动机容量相当的变压变频器，相比之下，设备成本最高。电动机容量相当的变压变频器，相比之下，设备成本最高。电动机容量相当的变压变频器，相比之下，设备成本最高。电动机容量相当的变压变频器，相比之下，设备成本最高。同步电机的调速同步电机的调速 同步电机没有转差，也就没有转差功率，所以同步电机调速同步电机没有转差，也就没有转差功率，所以同步电机调速同步电机没有转差，也就没有转差功率，所以同步电机调速同步电机没有转差，也就没有转差功率，所以同步电机调速系统只能是转差功率不变型（恒等于系统只能是转差功率不变型（恒等于系统只能是转差功率不变型（恒等于系统只能是转差功率不变型（恒等于 0 0）的，而同步电机转）的，而同步电机转）的，而同步电机转）的，而同步电机转子极对数又是固定的，因此只能靠变压变频调速，没有像异子极对数又是固定的，因此只能靠变压变频调速，没有像异子极对数又是固定的，因此只能靠变压变频调速，没有像异子极对数又是固定的，因此只能靠变压变频调速，没有像异步电机那样的多种调速方法。步电机那样的多种调速方法。步电机那样的多种调速方法。步电机那样的多种调速方法。在同步电机的变压变频调速方法中，从频率控制的方式来看，在同步电机的变压变频调速方法中，从频率控制的方式来看，在同步电机的变压变频调速方法中，从频率控制的方式来看，在同步电机的变压变频调速方法中，从频率控制的方式来看，可分为可分为可分为可分为他控变频调速他控变频调速他控变频调速他控变频调速和和和和自控变频调速自控变频调速自控变频调速自控变频调速两类。两类。两类。两类。自控变频调速自控变频调速自控变频调速自控变频调速利用转子磁极位置的检测信号来控制变压变利用转子磁极位置的检测信号来控制变压变利用转子磁极位置的检测信号来控制变压变利用转子磁极位置的检测信号来控制变压变频装置换相，类似于直流电机中电刷和换向器的作用，因此频装置换相，类似于直流电机中电刷和换向器的作用，因此频装置换相，类似于直流电机中电刷和换向器的作用，因此频装置换相，类似于直流电机中电刷和换向器的作用，因此有时又称作无换向器电机调速，或有时又称作无换向器电机调速，或有时又称作无换向器电机调速，或有时又称作无换向器电机调速，或无刷直流电机调速无刷直流电机调速无刷直流电机调速无刷直流电机调速。开关磁阻电机开关磁阻电机开关磁阻电机开关磁阻电机是一种特殊型式的同步电机，有其独特的比是一种特殊型式的同步电机，有其独特的比是一种特殊型式的同步电机，有其独特的比是一种特殊型式的同步电机，有其独特的比较简单的调速方法，在小容量交流电机调速系统中很有发展较简单的调速方法，在小容量交流电机调速系统中很有发展较简单的调速方法，在小容量交流电机调速系统中很有发展较简单的调速方法，在小容量交流电机调速系统中很有发展前途。前途。前途。前途。2024/4/7 周日第五章交流调速基础21主要内容主要内容概述概述交流调速涉及的知识交流调速涉及的知识电力变换电路电力变换电路 变频器的基本构成变频器的基本构成 跟踪型跟踪型PWM控制控制2024/4/7 周日第五章交流调速基础223.电力变换电路n n整流器整流器整流器整流器（AC=DCAC=DC）n n逆变器逆变器逆变器逆变器（DC=ACDC=AC）n n变频器变频器变频器变频器（AC=ACAC=AC）n n 双整流器反并联双整流器反并联双整流器反并联双整流器反并联（AC=ACAC=AC）n n 整流器逆变器整流器逆变器整流器逆变器整流器逆变器（AC=DC=ACAC=DC=AC）无源逆变无源逆变2024/4/7 周日第五章交流调速基础23n n交交变频（直接变频）交交变频（直接变频）交交变频（直接变频）交交变频（直接变频）n n交直交变频（间接变频）交直交变频（间接变频）交直交变频（间接变频）交直交变频（间接变频）n n变频器变频器变频器变频器变频器基本结构变频器基本结构变流器变流器平滑电路平滑电路逆变器逆变器控制器控制器电源电源IMpp73pp73（1）变频器的基本构成2024/4/7 周日第五章交流调速基础24 交交变频器交交变频器交交变频交交变频AC ACCVCF VVVF50Hz变频器的基本构成变频器的基本构成2024/4/7 周日第五章交流调速基础25单相交交变频电路原理单相交交变频电路原理 工作原理工作原理无环流工作方式无环流工作方式一组工作，一组工作，另一组封锁另一组封锁两组变流器按两组变流器按一定频率交替工作一定频率交替工作给负载给负载输出某频率交流电输出某频率交流电变频器的基本构成变频器的基本构成2024/4/7 周日第五章交流调速基础26 工作原理工作原理对反并联变流对反并联变流器晶闸管的控制角器晶闸管的控制角连续进行交变的相连续进行交变的相位调制，则可输出位调制，则可输出连续的交流电连续的交流电改变控制角变改变控制角变化的快慢和大小，化的快慢和大小，可以控制输出交流可以控制输出交流电的频率和幅值电的频率和幅值变频器的基本构成变频器的基本构成2024/4/7 周日第五章交流调速基础27 特点：特点：一次变流，直接变换效率高，但可调频率范围窄一次变流，直接变换效率高，但可调频率范围窄输出电压由输入电压的某些部分构成，低频波形好输出电压由输入电压的某些部分构成，低频波形好按电网电压过零自然换流，变流器容量可以很大按电网电压过零自然换流，变流器容量可以很大 可以方便地实现可以方便地实现4象限工作象限工作所用功率元件数量较多所用功率元件数量较多功率因数较低功率因数较低适用范围：大容量低速传动适用范围：大容量低速传动变频器的基本构成变频器的基本构成2024/4/7 周日第五章交流调速基础28 交直交变频器交直交变频器电压型逆变器：直流侧是电压源电压型逆变器：直流侧是电压源电流型逆变器：直流侧是电流源电流型逆变器：直流侧是电流源整整 流流AC DC ACCVCF 中间直流环节中间直流环节 VVVF50Hz逆逆 变变变频器的基本构成变频器的基本构成比较内容比较内容比较内容比较内容电压型逆变器电压型逆变器电压型逆变器电压型逆变器电流型逆变器电流型逆变器电流型逆变器电流型逆变器直流回路滤波环直流回路滤波环直流回路滤波环直流回路滤波环节节节节电容器电容器电容器电容器电抗器电抗器电抗器电抗器输出电压波形输出电压波形输出电压波形输出电压波形矩形波矩形波矩形波矩形波与负载有关与负载有关与负载有关与负载有关输出电流波形输出电流波形输出电流波形输出电流波形与负载功率因数有关与负载功率因数有关与负载功率因数有关与负载功率因数有关矩形波矩形波矩形波矩形波输出动态阻抗输出动态阻抗输出动态阻抗输出动态阻抗小小小小大大大大输入功率因数输入功率因数输入功率因数输入功率因数0.80.850.80.850.750.850.750.85回馈制动回馈制动回馈制动回馈制动不能，需另设反并联逆变不能，需另设反并联逆变不能，需另设反并联逆变不能，需另设反并联逆变器器器器能，无需任何附加设能，无需任何附加设能，无需任何附加设能，无需任何附加设备备备备过流及短路保护过流及短路保护过流及短路保护过流及短路保护困难困难困难困难容易容易容易容易动态响应动态响应动态响应动态响应较慢较慢较慢较慢快快快快对晶闸管的要求对晶闸管的要求对晶闸管的要求对晶闸管的要求关断时间要短，关断时间要短，关断时间要短，关断时间要短，对耐压要求一般较低对耐压要求一般较低对耐压要求一般较低对耐压要求一般较低耐压高，耐压高，耐压高，耐压高，对关断时间无特殊要对关断时间无特殊要对关断时间无特殊要对关断时间无特殊要求求求求线路结构线路结构线路结构线路结构较复杂较复杂较复杂较复杂较简单较简单较简单较简单适用范围适用范围适用范围适用范围多机拖动，稳频稳压电源多机拖动，稳频稳压电源多机拖动，稳频稳压电源多机拖动，稳频稳压电源单机拖动，可逆运行单机拖动，可逆运行单机拖动，可逆运行单机拖动，可逆运行变频器的基本构成变频器的基本构成变频器的基本构成变频器的基本构成2024/4/7 周日第五章交流调速基础30电压型逆变器的主要特点电压型逆变器的主要特点中间直流环节采用大电容滤波，相当于恒压源中间直流环节采用大电容滤波，相当于恒压源交流侧输出电压是矩形波，电流波形为正弦波交流侧输出电压是矩形波，电流波形为正弦波为了给交流侧向直流侧反馈能量提供通道，各臂均为了给交流侧向直流侧反馈能量提供通道，各臂均需反并联续流二极管需反并联续流二极管从直流侧向交流侧传送的功率是脉动的从直流侧向交流侧传送的功率是脉动的当电机工作在再生制动状态时，需在中间直流环节当电机工作在再生制动状态时，需在中间直流环节中并联电阻进行能耗制动中并联电阻进行能耗制动变频器的基本构成变频器的基本构成2024/4/7 周日第五章交流调速基础31当需要向交流电源反馈能量时，只能够改变直流电流当需要向交流电源反馈能量时，只能够改变直流电流方向来实现，即反并联一套逆变器方向来实现，即反并联一套逆变器反并联逆变桥的电压型逆变器反并联逆变桥的电压型逆变器变频器的基本构成变频器的基本构成电压型逆变器的主要特点电压型逆变器的主要特点2024/4/7 周日第五章交流调速基础32中间直流环节采用大电感滤波，相当于恒流源中间直流环节采用大电感滤波，相当于恒流源交流侧输出电流是矩形波，电压波形为正弦波交流侧输出电流是矩形波，电压波形为正弦波因电流不能反向，故控制器件无需反并联续流二极管因电流不能反向，故控制器件无需反并联续流二极管从直流侧向交流侧传送的功率是脉动的从直流侧向交流侧传送的功率是脉动的变频器的基本构成变频器的基本构成电流型逆变器的主要特点电流型逆变器的主要特点2024/4/7 周日第五章交流调速基础33当电机工作在再生制动状态时，若交直变换为可控当电机工作在再生制动状态时，若交直变换为可控 变流器，可方便地实现再生制动变流器，可方便地实现再生制动电流型逆变器的两种运行状态电流型逆变器的两种运行状态变频器的基本构成变频器的基本构成电流型逆变器的主要特点电流型逆变器的主要特点2024/4/7 周日第五章交流调速基础34 PWM变频器变频器按照整流器是否可控，交直交变频器可分为：按照整流器是否可控，交直交变频器可分为：可控整流器逆变器可控整流器逆变器 前者调压，后者调频前者调压，后者调频不可控整流器不可控整流器PWM逆变器逆变器 调压调频均由逆变器调节调压调频均由逆变器调节变频器的基本构成变频器的基本构成2024/4/7 周日第五章交流调速基础35调频和调压分别完成，二者之间需要协调配合调频和调压分别完成，二者之间需要协调配合可控整流器对电网谐波造成污染，降低功率因数可控整流器对电网谐波造成污染，降低功率因数输出波形为矩形波，含有一系列高次谐波输出波形为矩形波，含有一系列高次谐波（可控整流器基本逆变器）的不足之处：（可控整流器基本逆变器）的不足之处：变频器的基本构成变频器的基本构成2024/4/7 周日第五章交流调速基础36PWM变频器的特点变频器的特点变流器可为不可控整流桥，简化电路，提高功率因数变流器可为不可控整流桥，简化电路，提高功率因数消除或抑制低次谐波，输出波形非常逼近正弦波消除或抑制低次谐波，输出波形非常逼近正弦波调频同时调压，与中间直流环节参数无关调频同时调压，与中间直流环节参数无关可由可由PWM整流器和整流器和PWM逆变器组成电压型变频器，逆变器组成电压型变频器，允许能量双向传递，实现四象限运行允许能量双向传递，实现四象限运行变频器的基本构成变频器的基本构成2024/4/7 周日第五章交流调速基础37PWM逆变器的主电路逆变器的主电路PWM电压型变频器主电路电压型变频器主电路PWM电压型变频器的电压型变频器的主电路主电路包括交直部分和直交部分包括交直部分和直交部分变频器的基本构成变频器的基本构成2024/4/7 周日第五章交流调速基础38（2）跟踪型PWM控制 将电流、电压或磁通的将电流、电压或磁通的指令值指令值作为调制波信号作为调制波信号 将电流、电压或磁通的将电流、电压或磁通的实际值实际值作为载波信号作为载波信号 通过两者的瞬时值比较，构成通过两者的瞬时值比较，构成闭环控制闭环控制，决定，决定 PWM逆变器各功率开关元件的通断，使实际逆变器各功率开关元件的通断，使实际 输出跟踪指令信号输出跟踪指令信号 又称为瞬时值控制型逆变器又称为瞬时值控制型逆变器定义定义定义定义2024/4/7 周日第五章交流调速基础39 电流跟踪型PWM控制实质：实质：bang-bang控制控制应用领域：应用领域：高性能单电动机交流传动高性能单电动机交流传动2024/4/7 周日第五章交流调速基础40基本思想：基本思想：v将一个正弦波电流给定信号与电流实测信号相比较，若将一个正弦波电流给定信号与电流实测信号相比较，若 实际电流值大于给定值，则通过逆变器开关器件的动作实际电流值大于给定值，则通过逆变器开关器件的动作 使之减少；反之使之增加。使实际输出电流围绕着给定使之减