最新现代交流调速技术精编版
交流调速技术与系统ppt课件完整版
1.2.1.1变频调速
1. 变频调速的基本要求及机械性能 ⑴. 保持磁通为额定值 ① E1 f 1恒定
图1-1 异步电动机的稳态等效电路
转子电流
I 2
E2
x ( r2 ) 2
2 2
s
E1
x ( r2) 2
2 2
s
电磁功率
PM
m1
I
2
2
r 2
s
电磁转矩
2
T
PM 1
2
PM f1
P2 T 2n2 9550
Ps P1 P2 T 2 (n1 n2) 9550
离合器输出转矩为 T 2 9550Ps n1 n2
图1-20 电磁转差离合器的机械特性
4. 双馈调速及串级调速
（1）双馈调速 双馈调速是将定、转子三相 绕组分别接入两个独立的三相对称电源：定 子绕组接入工频电源；转子绕组接入频率、 幅值、相位都可以按照要求进行调节的交流 电源，即采用交-交变频器或交-直-交变频器 给定子绕组供电。其中，必须保证的是在任 何情况下转子外加电压的频率都要与转子感 应电动势的频率保持一致。当改变转子外加 电压的幅值和相位时就可以调节异步电动机 的转速，也可以调节定子侧的功率因数。
1 2 f1
(
1
2 f1
)2
( L1
L2
)2
可见，保持U1/f1恒定进行变频调 速时，最大转矩将随f1的降低而 降低。
图1-3 保持U1/f1恒定时，变频调速时的机械特性
（2）．保持电压为额定值
此时气隙磁通 将随着频率f1的升高而反比 例下降，类似于直流电动机的弱磁升速。
T
2 f1
m1 pNU12 r2 s
现代交流调速系统 第2章PWM控制技术
§2.1 电压型PWM 变频器 §2.2 PWM 控制技术 §2.3 正弦PWM 控制技术 §2.4 优化PWM 和随机PWM 技术
§2.1 电压型PWM 变频器
在变频器中均采用电压型PWM 桥式电路来实现变压变频 控制的目标。按照变频器控制方式的不同，可分为以下 几种方式。 ?SCR 整流器调压、逆变器调频的交-直-交变压变频装置
DC
AC 3
～50Hz
AC
M ～
调压
调频
图 2-1 可控整流器调压、六拍逆变器调频的电压型 PWM 变频器
?不可控整流、斩波器调压、六拍逆变器调频的交-直 - 交变压变频装置
基本结构形式如图2-2 所示。其主要特点是电网侧功率因数低，
注入电网的谐波电流较大，而且由于逆变器采用 SCR 器件，所以
输出有较大的谐波。
一种具体的PWM 脉冲分布如图2-7 所示
U0 ? U1 ? U2 ? U7 ? U7 ? U 2 ? U1 ? U0 A 相上臂 PWM 信号 B 相上臂 PWM 信号 C 相上臂 PWM 信号
TS 图 2-7 一种具体的 PWM 脉冲分布
§2.4 优化PWM 和随机PWM 技术
§2.4.1 优化PWM 技术
AC 3 ～50Hz
AC
M ～
调压
调频
图 2-2 不可控整流、斩波器调压、六拍逆变器调频的 电压型 PWM 变频器
?不可控整流、PWM 逆变器调压调频的交-直-交变压 变频装置
整流器采用功率整流管器件，使得电网侧功率因数低，注入电网
的谐波电流较大，PWM 逆变器则由于采用了全控自关断型电力半 导体器件和PWM 控制技术，使得输出谐波大为降低。
下桥臂 PWM 脉冲
现代交流调速ppt课件
发展电动汽车必须解决好3个方面的关键技术： ➢ 电池技术 ➢ 驱动电机及其控制器 ➢ 能量管理技术
可以这样说，电动汽车技术涉及的范围广，是多学科、多领域 的综合。
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认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
目录
01 电动汽车发展现状
02 电动汽车的关键技术
03 电动汽车电池的现状及发展趋势
3.1
铅酸蓄电池
3.2
镍氢电池
3.3
锂离子电池
3.4
电动汽车电池性能比较
镍氢电池
• 碱性电池由镍基和碱性溶液电解液 构成，主要有镍镉电池、镍锌电池和 镍氢电池3种，其中镍氢电池最有应用 于电动汽车的竞争力。 • 镍氢电池广泛应用受限的原因是其 在低温时容量减小和高温时充电耐受 性的限制;此外，价格也是制约镍氢电 池发展的主要因素，原材料如金属镍 非常昂贵。其研制的混合动力客车用 动力镍氢电池组及管理系统己在“北 京实施混合动力公共汽车示范项目” 中应用。
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
电动汽车能量管理系统
一个能对电池进行必要的管理和控制的能量管理系统是电动汽车 的智能核心，它包括对电池组容量状态的监测、终止充放电控制、电 池均衡充电控制、减速与制动能量回收控制等。应用电动汽车车载能 量管理系统，可以更加准确地设计电动汽车的电能储存系统，确定一 个最佳的能量存储及管理结构，并且可以提高电动汽车本身的性能。 在电动汽车上实现能量管理的难点，在于如何根据所采集的每块电池 的电压、温度和充放电电流的历史数据，来建立一个确定每块电池还 剩余多少能量的较精确的数学模型。由于准确可靠的蓄电池模型的建 立、电池荷电状态(SOC)参数的监测等还有待进一步的提高，因此电动 汽车能量管理系统的研究还有许多工作要做。
交流电力拖动调速技术
图3交流电力拖动调速技术改变交流电动机定子供电电源频率的调速方法。交流异步电动机的同步转速n1与 电源频率f1成正比，改变f1就能进行电动机调速。但是由于电动机气隙磁通和电源频率f1的乘积是与电源电压U1 成正比的，如果调节f1时不改变电源电压U1，将引起电机气隙磁通变化，从而产生电磁转矩下降或励磁电流上升。 为了使电机磁通保持不变，在调频时必须同时进行调压，保持U1/f1不变。在这种条件下进行调速,能保证电动机 的过载能力不变，得到近似直流调压调速的调速特性(图3)。要实现调频调速，必须具有频率和电压可调节的交 流电源。过去曾用一套旋转的变频机组来实现，但其体积庞大，噪声大，效率很低，所以曾影响了交流变频调速 的应用和发展。20世纪60年代，随着电力电子技术的发展,出现了静止式电力电子变频电源,它具有静止、重量轻 和效率高等优点，从而使交流调速系统的应用产生了一个飞跃。
交流电力拖动调速技术
通过改变交流电动机的有关电气参数
01 优点
目录
02 分类
交流电力拖动调速技术(speed control technology of )是指通过改变交流电动机的有关电气参数，使交 流电动机在不同转速下运行的技术。简称交流调速。
交流电机调速的方法
交流电机调速的方法交流电机调速的方法2010-06-2423:21一、变极对数调速方法这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，特点如下:1、具有较硬的机械特性，稳定性良好;2、无转差损耗，效率高;3、接线简单、控制方便、价格低;4、有级调速，级差较大，不能获得平滑调速;5、可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。
本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。
二、变频调速方法变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。
变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流-直流-交流变频器和交流-交流变频器两大类，目前国内大都使用交-直-交变频器。
其特点:1、效率高，调速过程中没有附加损耗;2、应用范围广，可用于笼型异步电动机;3、调速范围大，特性硬，精度高;4、技术复杂，造价高，维护检修困难。
5、本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。
三、串级调速方法串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差，达到调速的目的。
大部分转差功率被串入的附加电势所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。
根据转差功率吸收利用方式，串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式，多采用晶闸管串级调速，其特点为:1、可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上，效率较高;2、装置容量与调速范围成正比，投资省，适用于调速范围在额定转速70%-90%的生产机械上;3、调速装置故障时可以切换至全速运行，避免停产;4、晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波影响较大。
5、本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。
四、绕线式电动机转子串电阻调速方法绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。
现代交流调速技术
（）定子部分 定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成——导磁部分。 定子绕组：放在定子铁心内圆槽内——导电部分。 机座：固定定子铁心及端盖，具有较强的机械强度和刚度。 （）转子部分 转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。 转子绕组： ）鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导 条，形成一个多相对称短路绕组。）绕线式转子：转子绕组为三 相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。
0 n0
临界转差率：sm
R2 R12 ( X1 X 2 )2
正弦波电源供电下运行的功率因数低。
瞬时停电措施 电源供电系统因雷击或其他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器切断事故回路， 这段时间一般在秒以内，如果变频装置没有瞬时停电措施，会 产生过流或过压，在恢复供电时可能造成逆变器换流失败。
§ 异步电动机的工作原理及机械特性
统分为三类：转差功率消耗型调速系统；转差功率回馈型 调速系统；转差功率不变型调速系统。
类型
调速方法
特点
转差功率消耗型 转差功率回馈型
降压调速;电磁转 差离合器调速;转子回路 串电阻调速;
绕线转子异步电机串级 调速.
消耗全部功率；效率最低； 结构简单；
大部分转差功率回馈利用；效 率较高；需要回馈装置
转差功率不变型
所装转子位置检测器来控制变频装置触发脉冲，使同步电动 机工作在自同步状态。
四、交流调速系统的主要发展方向
.变频调速：是最有发展前途的一种交流调速方式。
交-直-交变频调速系统（在电压型和电流型基础上， 向PWM型变频和多重化技术方向发展） 交-交变频调速系统（在低速大容量应用方面有上升的 趋势）
变频器的电力半导体器件向模块化﹑快速化﹑光控化﹑高电 压﹑大电流﹑自关断和高可靠性方向发展；
现代交流调速技术的现状和发展
在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，一是要具有较高的机电能量转换效率；二是应能根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度.电动机的调速性能如何对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。
因此,调速技术一直是研究的热点。
长期以来,直流电动机由于调速性能优越而掩盖了结构复杂等缺点广泛的应用于工程过程中。
直流电动机在额定转速以下运行时,保持励磁电流恒定,可用改变电枢电压的方法实现恒定转矩调速;在额定转速以上运行时,保持电枢电压恒定,可用改变励磁的方法实现恒功率调速。
采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。
因此,20 世纪80 年代以前,在变速传动领域中,直流调速一直占据主导地位。
近几年来,科学技术的迅速发展为交流调速技术的发展创造了极为有利的技术条件和物质基础。
交流电动机的调速系统不但性能同直流电动机的性能一样,而且成本和维护费用比直流电动机系统更低,可靠性更高。
目前,国外先进的工业国家生产直流传动的装置基本呈下降趋势,而交流变频调速装置的生产大幅度上升。
以日本为例,1975 年在调速领域,直流占80 %, 交流占20 %;1985 年交流占80 %, 直流占20 % 。
到目前为止,日本除了个别的地方还继续采用直流电机驱动外,几乎所有的调速系统都采用交流变频装置。
因此,采用高效率经济型的交流调速系统来取代原有的直流电动机调速系统,是电机调速发展的新动向。
1.现代交流调速技术的发展现代交流调速的法阵可分为几个阶段20 世纪60 年代中期,德国的A Schonung 等人率先提出了脉宽调制变频的思想,他们把通信系统中的调制技术推广应用于变频调速中,为现代交流调速技术的发展和实用化开辟了新的道路。
从此,交流调速理论及应用技术大致沿下述四个方面发展。
（1）电力电子器件的蓬勃发展电力电子器件是现代交流调速装置的支柱,其发展直接决定和影响交流调速技术的发展。
(完整版)交流调速系统概述
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。
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永磁同步电动机按工作主磁场方向的不同分为径向磁场式和轴向磁场式;按电枢绕组位置的不同可分为内转子式和外转子式;按供电频率控制方式的不同，可分为自控式和它控式;按反电势波形的不同，可分为正弦波永磁同步电动机(简称永磁同步电动机，本文中的永磁同步电动机都是指正弦波永磁同步电动机)和矩形波永磁同步电动机(简称无刷直流电动机)。
随着永磁材料性能的大幅度提高和价格的降低,各种交流永磁同步电动机伺服系统成为交流伺服系统的主流。交流永磁同步电动机根据电动机反电动势的波形形状可分为正弦波永磁同步电动机(PMSM)和梯形波永磁同步电动机后者,又称为无刷直流电动机(BLDCM)。正弦波永磁同步电动机是由永久磁铁产生励磁,无电励磁电动机的励磁损耗和转子发热问题;同异步电动机相比,也没有因为滑差而引起的损耗,从而很大地提高了效率和功率因数。由于其体积小、重量轻,控制系统相对较为简单,能够达到快速、准确的控制要求,永磁同步电动机在中小容量的伺服电动机中占据了重要的地位,被广泛地应用于小功率、要求良好的静态性能和高动态响应的伺服驱动中,如柔性制造系统、机器人、办公自动化、数控机床等领域。
2020年现代交流调速技术精编版
永磁同步电动机的矢量控制
1绪论
1.1电气伺服系统发展现状和动向
自从上个世纪60年代，电气伺服系统取代了大部分的电液伺服传动系统成为伺服系统的主要形式。按驱动装置的执行电动机类型来分,通常分为直流(DC)伺服系统和交流(AC)伺服系统。直流伺服系统发展早,70年代已经实用化,在各类机电一体化产品中大量使用各种结构的DC伺服电动机。
交流电机没有机械换向器，克服了直流电机的缺点。进入20世纪80年代后,功率电子器件和微电子技术水平得到迅速提高,基于先进控制理论、电力电子器件和微处理器的发展,交流伺服控制技术日趋成熟。交流伺服系统以其体积小,转动惯量最小,耐高速,可频繁起制动,过载能力强,瞬时输出转矩大,对环境适应性强,运行可靠性高，无需维护等特点而广泛适用于CNC和工业机器人等工业领域。到了90年代,交流伺服系统己经在许多场合取代了直流伺服系统，某些性能甚至超过了直流伺服系统，从而出现了取代直流伺服系统成为电气伺服系统主体的趋势。
伺服系统智能化一方面体现在系统具有很强的状态自诊断、故障保护和信息显示功能；另一方面,在控制策略上除常规PID控制外,开始转向应用现代控制理论和智能控制,各种高性能的智能控制器可实现伺服系统参数自检测和控制器参数在线自整定功能等。智能功率模块(IPM)被广泛采用,逆变器实现高频化、小型化和无噪音。伺服系统具有完善的通讯功能,在独立完成伺服控制同时保持与上位机的联系,实时接收控制指令和报告系统当前工作状况。伺服系统通讯功能的实现和提高进一步完善了高级别、分布式的工业控制、管理网络的功能。光电编码器等传感器的分辨率大幅度提高,可靠性进一步改善,并向多功能一体化的方向发展。
1.2交流电动机分类与特点
交流电动机主要有感应异步电动机和同步电动机两大类。异步电动机构造简单,价格低，维护工作量低,容易实现弱磁调速。缺点是转子散热困难，转子电阻受温度影响变化大，影响矢量控制性能。在交流伺服系统发展初期,异步电动机交流伺服系统得到较快的发展,主要应用于机床的主轴传动。
同步电动机以转速与电源频率严格保持同步而著称,极对数保持不变,只要电源频率保持恒定,同步电动机转速就保持不变,当负载转矩加到同步电动机轴上时,在极短时间内建立起相应的拖动转矩,以维持电动机的稳定运行。同步电动机变频调速系统从控制方式上可分为他控式变频和自控式变频调速方式。其中，他控式变频调速系统存在失步、振荡等问题,在实际中很少用。现阶段同步电动机变频调速系统一般采用自控式运行。自控式变频同步电机调速系统按所用的变频器、电动机的类型及目前的发展趋势可分为三大类:一类是大功率的交一交变频同步电动机调速系统;二是交一直一交电流型负载换相同步电动机调速系统;另一类是交一直一交电压型同步电动机调速系统，多用于小容量的永磁同步电动机是利用定子的三相交流电流和永磁转子的磁场互相作用所产生的电磁转矩来带动电机转子转动的。当定子电流的频率固定时，转子的转速也是固定的，并且与该频率成正比:
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直流伺服系统控制简单,灵活实现正反转,调速范围宽,稳定性高,响应速度快，无超调,定位精度和跟踪精度高。但是直流伺服系统也有难以克服的缺点;直流电动机转子绕组的发热大，影响与其相连接的丝杠精度;采用机械换向会产生电火花,直流伺服系统难以工作在易燃、易爆的工作场合;高速运行和大容量设计受到机械换相器的限制;电刷和换向器易磨损,日常维护工作量大;结构复杂，制造困难,成本高等。机械换向器的存在是造成以上问题的主要原因。
目前国内外交流伺服系统研究正向着数字化、智能化、网络化、绿色化的方向发展：高性能和全数字化伺服系统是当代交流伺服系统发展的趋势，这种系统被广泛应用在高精度数控机床、机器人、特种加工装备和精细进给系统中。由于微电子技术的发展,微处理器的运算速度不断提高,功能不断增强，特别在电机控制专用DSP芯片出现后，全数字伺服系统在实现电流控制、速度控制和位置控制全部数字化的同时,极大的增强了伺服系统设计和使用的灵活性。
2永磁同步电动机矢量控制的方案比较
2.1永磁同步电动机的简介
永磁同步电动机结构简单，体积小，重量轻，效率高，功率因数高。此外，
永磁同步电动机还具有以下优点：
永磁同步电动机无需电流励磁，不设电刷和滑环，因此结构简单，使用方便，可靠性高。正由于上述结构的特点，使得永磁同步电动机转子上无励磁损耗，无电刷和滑环之间的摩擦损耗和接触电损耗。因此，永磁同步电动机的效率比电磁式同步电动机要高，并且其功率因数可以设计在1.0附近。