交流拖动控制系统绪论

二、教学目标与 要求
通过本课程的学习，将使 学生初步掌握现代交流调 速的基础理论和技术，掌 握变频调试系统的工作原 理和分析方法，为将来解 决生产实际中的拖动问题 打下良好基础。
绪论
[本章主要内容]： 0.1 交流调速拖动的特点 0.2 交流调速拖动系统的发展动向 0.3 半导体功率变换器存在的共性问题
0.1 交流调速拖动的特点
直流调速=交流调速 直流调速的主要缺点： (1)维护困难， (2)设置环境受到限制，易燃易爆以及环 境恶劣的地方不能适用， (3)在结构发展上，制造大容量、高转速 及高电压的直流电机比较困难， (4)造价高。
交流调速拖动系统的基本原理
交流电源
半导体功率变换器的四种形式
双馈电动机具有其它电动机所没有的优点。在同步速度以上运行时， 不但可以运行在再生发电制动状态，还可以运行在电动状态。这样， 装置容量不扩大，而调速范围却扩大了。
(4)无换向器电动机又称晶闸管电动机，它是具有位 置检测器的同步电动机。由变频装置供电的电机 系统。由于用位置检测器和晶闸管代替了相当于 直流电动机的电刷和机械整流器，所以无换向器 电动机的原理和特性同直流电动机相似，可以等 效为具有三个换向片的直流电动机。系统采用自 控式，因而它的频率与转速永远保持同步关系， 不会发生失步现象。它的起动、调速特性类似于 直流电动机，完全克服了同步电动机原有的缺点， 同时又兼有同步电动机功率因数好的优点。
交流拖动 控制系统
课件制作及讲授
蔡满军
课程教材
主要参考书
一、课程的性质 与任务
《交流拖动控制系统》是 工业自动化专业的重要专 业必修课程之一。 本课程着重讲授采用电力 电子技术的交流调速系统 的组成、基本原理、特性 和应用场合，介绍交流调 速系统的现状和发展动向。 内容包括：变频调速的基 础理论、交-直-交电压型 变频调速系统、交-直-交 电流型晶闸管变频调速系 统、电流型变频器的多重 化技术、PWM逆变器以及 现代变频调速系统及应用。
0.2 交流调速拖动系统的发展动向
1．近代交流调速发展分支 (1)变频调速 (2)串级调速 利用绕线式异步电动机的转 差功率，相当于转子附加电势的一种比较 经济的调速方法。
电气串级调速系统
机械串级调速系统
(3)双馈电动机亦称超同步串级调速，它是定子由电网电源供电、转子由 变频器电源供电的绕线型异步电动机。
（3）使电动机产生转矩脉动 它在高速运转 时影响还不大，但在低速稳定运行时影响较大。 当转矩脉动频率较低，接近机械系统固有频率时， 容易产生机械共振现象。即使转矩脉动很小(譬如 1％)若其共振倍率为130—300．则当机械共振 时，将会产生大于几倍额定转矩的力矩，超过机 械充许应力，造成机械迅速破坏的严重后果。为 此，调速装置应避免在共振点以下运行。为改善 输出波形，要减少高次闸管电力变流器供电时运行的功率因数 有时比它在正弦波电源供电下运行的功率因数低8%。为 此，要开发研究输出波形为正弦波及功率因数高的晶体管 电力变流器，同时研究改善功率因数的有效措施。 3．瞬时停电措施 电源供电系统因雷击或其它原因发生接地故障时，将发 生紊乱。从事故发生到瞬时事故消除或通过继电保护切断 事故回路。这一段时间就是瞬时停电的含义。它不是指长 时停电，而是瞬时停电，一般在1秒以下。常在o.3秒以内， 如果变频装置没有瞬时停电措施，可能产生过电压或过电 流现象，在恢复供电时可能造成逆变器换流失败。因此， 应设有必要的瞬时停电措施，首先对瞬时停电(不管是三 相或单相停电，缺相或三相电压不平衡等)耍能用响应快 的仪表检测出来，一方面使吸收回路及时吸收瞬态能量， 另一方面使变频装置仍能维持运行，并在恢复供电时能按 顺序运转。
(4)矢量变换控制 矢量变换控制是一种新的 控制理论和控制技术。其控制思想是设法 模拟直流机的控制特点对交流机进行控制。 (5)直接转矩控制 直接转矩控制的特点是 不需坐标变换，将检测来的定子电压和电 流信号进行磁通和转矩运算，实现分别的 自调整控制。
0.3 半导体功率变换器存在的 共性问题
由半导体功率变换器组成的整流器、逆变器、斩 波器及交-直-交变频器与交-交变频器等装置在交 流调速领域中得到广泛应用，但目前还存在着如 下的缺点和问题 ： 1.高次谐波的影响 （1）使电动机产生附加损耗，温升增加，电 动机的出力受到限制，同时使特性严化。当用变 频器供电时，电动机效率有时降低5—7％左右， 而电流增加10％。因此在选用电动机容量时，应 适当增加工10％左右的裕量。 （2）电动机和电器的噪声增大，对无线电通 讯干扰增大等等。
(1)AC／DC 由定压定频的交流变换为直流的功 率变换器，称之为顺变器或整流器I (2)DC／DC 由定压直流变换为可调直流电压的 功率变换器，称之为斩波器，相当直流脉冲调压 方式， (3)DC／AC由直流变换为可调频率的交流，称 为逆变器或变频器， (4)AC／AC由定压定频交流变换为调压调频交 流，称为循环变流器。
（注）由前三种或二种组成的半导体功率变换器，称为交一直一交变频 器或间接式变频器。由后者组成的半导体功率变换器，称为交一交变 频器或直接式变频器。各类变频器其输出一般为可变电压可变频率形 式，可简写为VVVF变频器
交流拖动调速系统的特点
(1)可以扩大交流电机的容量，提高交流电 机的转速和电压 (2 )交流电机特别是鼠笼式异步电动机设 置环境适应性广 (3)维护省力 (4)异步机结构简单，坚固耐用，惯性小 (5)具有同直流调速系统一样好的性能指标， (6)交流电机的造价低。
(5)交流步进拖动系统 (6)交流伺服系统 (7)高频化技术应用 交流电源的高频化可使 电气产品体积小、重量轻、效率高、性能 好等，并节能节电。 (8)无功补偿和谐波抑制 (9)交流调速节能技术
2．近代交流调速控制技术的发展
(1)相位控制 它主要应用于交-交变频器和交-直 -交变频器中的整流器控制，同一般整流控制原理 一样，采用相位控制原则。 (2)VVVF控制 为保持恒磁通变频控制(或恒转 矩控制)原则，要求变压变频控制(即VVVF控制)， 这是协调控制条件所要求的．通常把变频装置也 称为VVVF装置。 (3)脉宽调制(PWM)控制 脉宽调制型变频器由于 具有输入功率因数高和输出波形好的特点，近年 来发展较快，其技术关键之一是PWM调制方法.