下面是小编为大家整理的交流调速系统绪论（完整文档）,供大家参考。
交流电动机调速系统 23 二月 2022 1
绪ꢀ论
2022/2/23 2
运动控制的认识
工业自动化
过程控制：针对六大参数控制，时间常数较大 运动控制：针对机械 在复杂条件下，将预定的 控制方案、规划指令转变 运动控制的研究内容
成期望的机械运动 ꢀꢀ处理机械系统中一个或 坐标 动以及这些 运动之间的协调，涉及各轴上运动速度的调节以及形成 准确的定位或遵循特定的轨迹等诸如此类的问题。
运动控制系统按照被控物理量可划分为：
调速系统（以转速为被控量）；伺服系统（以位移为被 控量）
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控制目标：位置、速度、加速度、转矩/ / 力控制 运动控制系统的应用领域：
军事自动化（ MA ）：
雷达追踪、火炮瞄准、惯性导航、卫星姿态等 工厂自动化（ FA ）：
加工中心、工业机器人、风机水泵、轧机传 动等 办公自动化（ OA ）：
磁带机、磁盘驱动器、数控绘图机、打印机等 等 家庭自动化（ HA ）：
录像机、 CD 机、冰箱、洗衣机等 23 二月 2022 4
运动控制系统结构
PC/PLC
PLC 变流装置 电源
传动装置 定位平台 旋转平台 主控制器 运动控制器 驱动器 电动机 机械系统 统 反馈装置 旋转变压器 直流电动机
敏捷驱动装置
编码器 电位器
伺服电动机 步进电动机 测速发电机 直线电动机 23 二月 2022 5
电源 主控制器 运动控制器 驱动器 电动机 机械系统 反馈装置 运动控制系统结构 前向部分 ——
电力传动与系统 主控制器/ /运动控制器：
PC/PLC
电动机 电动机分类 控制设备：电力电子变流装置 反馈部分 ——
运动参数的测量和反馈 ꢀ 传感器 传感器分类 控制策略: : 开环控制、闭环控制
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闭环控制策略
－ －
位 位 置 置 控 控 制 制 器 器
＋ ＋ － －
速 速 度 度 控 控 制 制 器 器
＋ ＋ － －
转 转 矩 矩 控 控 制 制 器 器
＋ ＋ － －
电 电 流 流 控 控 制 制 功 功 能 能
电 电 动 动 机 机
转 转 矩 矩 检 检 测 测 器 器
负 负 载 载 机 机 ＋ ＋ 械 械 s s
转矩、速度、位置由内向外的三闭环系统 23 二月 2022 7
闭环控制策略
ü 位置控制
将某负载从某一确定的空间位置按某种轨迹移动到
另一确定的空间位置
ü 速度控制
以确定的速度曲线使负载产生运动
ü 转矩控制
维持转矩的恒定或遵循某一变化规律
并非所有控制系统都需要三个闭环，伺服系统一般
是三闭环结构，调速系统一般是双闭环结构
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闭环控制策略 ü 转矩控制 ꢀꢀ对转矩的控制通常通过控制电流来实现 在运动控制系统中，转矩控制是最基本的控制 ꢀꢀ性能评价：稳态精度、动态响应速度 ü 速度控制 开、闭环（交、直流电动机）
ü 位置控制 开环（步进电机）、闭环（伺服电机）
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闭环控制策略 控制器：
ü 通用控制方法 ꢀꢀ PID控制、自适应控制、 Fuzzy控制等 ü 特定控制策略 针对交流电动机的转矩控制有：
VVVF控制、矢量控制、直接转矩控制 23 二月 2022 10
直流电动机 电动机 变压器（静止不动）
交流电动机
同步电动机 旋转电机 异步电动机 伺服电动机：改善定位精度
特种电机
步进电动机：实现增量运动 ……… Back to
运动控制系统结构 23 二月 2022 11
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运动控制系统结构 23 二月 2022 12
交流调速技术的发展历程 定义：以交流（直流）电动机为动力拖动各种生产机械的系统我们称之为交流 （直流）电气传动系统，也称 交流（直流）电气拖动系统。
。
构成：
交流电源 输入
直流 调速 装置
直流输出 直流 电机
中间传动机构 终端机械 交流输出 皮带轮、齿轮箱等 风机、泵等 交流
调速 装置
交流 电机 执行机构 变频 23 二月 2022 13
器
电气传动的目的：
根据设备和工艺的要求通过改变电动机速度或输出转矩改变终端设备的速度或输 出转矩。
电气传动的意义：
序号 意义 有代表意义的行业或设备 1 1 节能 风机、水泵、注塑机 2 2 提高产品质量 机床、印刷、包装等生产线 3 3 改善工作环境 电梯、中央空调 注：并不是所有的设备使用电气传动装置后都可以节能 23 二月2022 14
交流电动机电压可
直流电动机电枢电
做到6～10kV，转
交直流电气传动的特点：
压只能做到1000多
伏，转速每分钟数
速可达每分钟数千
转。
百转到1000多转。
直流电气传动系统特点：
特点：
l 控制对象：直流电动机
控制对象：交流电动机
l 控制原理简单，一种调速方式
l 控制原理复杂，有多种
速方式
l 性能优良，对硬件要求不高
l 性能较差，对硬件要求较高
l 电机有换向电刷（换向火化）
l 电机无电刷，无换向火化问题
l 电机设计功率受限
l 电机功率设计不受限
l 电机易损坏，不适应恶劣现场
l 电机不易损坏，适应恶 劣现场
l 需定期维护
l 基本免维护
l 20世纪70年代以前直流占统治地位，交流电机只在定速机械上使用。
l 20世纪90年代中期交流变频调速逐渐成为调速领域的主角。
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交流异步电机的机械特性公式
N：速
异步电动机发明于 19 世纪八 十年代，变频器成功于 20 世 纪八十年代。
为什么期盼了近百年
？ ？ n＝60f/p(1-s) n：电机转速 f：给电机供电的交流电频率 p：电机极对数
T：电机力矩 s：转差率 负载1 负载2
交流同步电机的机械特性公式 n＝60f/p
n 0
同步机机械特性 n：电机转速 f：给电机供电的交流电频率 T：电机力矩 p：电机极对数
负载1 负载2 23 二月2022 16
单相逆变电路工作原理 U1 S1,S3导通 S2,S4导通 S1,S3导通 S1 S2 f1
E d U1
Ed S1,S3导通 S4 S3 S2,S4导通 S2,S4导通 f2 逆变器的功能：
l 通过改变开关管导通时间改变输出电压的频率 l 通过改变开关管导通顺序改变输出电压的相序 23 二月 2022 17
变频技术的物质基础
开关器件的发展是改变 同步频率的关键技术
变频技术是建立在电力电子技术基础之上的。
在变频器中，开关器件必须要满足一定的条件，这
些条件是：
电压必须在 1000V以 以
上，电流必须在 700A 以上
（1）能承受足够大的电压和电流。
（2）允许长时间频繁地接通和关断。
IGBT的特点：
（3）接通和关断的控制十分方便。
Ø 耐压1200V
Ø 开关频率高达30
～
40KHZ Ø 驱动电路电流小，功耗很少
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变频器起步于晶
变频器开关器件种类
闸管，普及归功
GTR，提高全靠
IGBT
晶闸管（SCR ）（20世纪50年代）
门极可关断晶闸管（GTO）
（20世纪60年代）
电力晶体管（GTR）
（20世纪70年代）
电力场效应晶体管（MOSFET）
（20世纪70年代）
绝缘栅双极晶体管（IGBT）
（20世纪80年代）
集成门极换流晶闸管（IGCT）
（20世纪90年代）
智能功率模块（IPM）
---组件 ）（20世纪90年代）
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名称 代号 控制方式 最大电压电流及频率 双极型晶体管 BJT 电流控制 Um：450-1400V GTR Im：300-800A Fm：10KHz-50KHz 门极关断晶闸管 GTO 电流控制 Um：500-600V Im：4000-6000A Fm：1KHz-10KHz 绝缘栅双极晶体管 IGBT 电压控制 Um：1800-3300V Im：800-1200A Fm：20KHz-50KHz 集成门换流晶体管 IGCT 电压控制 Um：500-600V Im：4000-6000A Fm：1KHz-10KHz 23 二月 2022 20
变频技术的理论基础 控制理论不断成熟
早期通用变频器主要采用恒压频比（V/F）
PWM
控制方 式，随着矢量控制技术、直接转矩控制技术
的出现使得电动机变频后的机械特性可以和直流电
机相媲美。
U/f 控制
矢量控制
直接转矩控制
绿色变频器
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1.变频器概念：
由计算机控制电力电子器件，将工频交流电变为
频率和电压可调的三相交流电的电气设备，用于驱动
交流电动机进行连续平滑的变频调速。
2.调速系统的发展历程
(1) 定速拖动：
电机转速不可调
(2) 直流调速
：直流电机体积大、造价高、维护复
杂、不节能；调速性能较好（调速方便、调速连续性、
机械特性硬度）
(3) 交流调速：电机体积小、价格低、性能好、维护
方便、节能、控制精度高。
(4) U/f 控制
矢量控制
直接转矩控制 绿色变频器
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3. 交流电气传动系统的发展历程
早 调速方式名称 控制对象 特点 有级调速，系统简单，最多4段速 变极调速 发
交流异步电动 调压调速 无级调速，调速范围窄
机 电机最大出力能力下降，效率低
转子串电阻调速 系统简单，性能较差
展
时
间
交流异步电动 真正无级调速，调速范围宽
变频调速 机 电机最大出力能力不变，效率高
交流同步电动 机
系统复杂，性能好 可以和直流调速系统相媲美
晚
l 在变频器出现前同步电机无法实现调速功能，因此只能在定速传动领域使用 l 三相交流鼠笼电机尽管调速性能不佳，但其结构坚固、经久耐用且价格低廉
还是在一些性能较低的传动现场使用 23 二月2022 23
4.变频调速的优势
变频器是交流电气传动系统的一种,是将交流工频电源转换成电压、频率均可
变的适合交流电机调速的电力电子变换装置，英文简称VVVF
( Variable
Voltage Variable Frequency ）
变频器的控制对象：
三相交流异步电机和三相交流同步电机，标准适配电机极数是2/4极 变频调速的优势（与其它交流电机调速方式对比）
序号 优 点 1 平滑软启动，降低启动电流，减少变压器占有量，确保电机安全 2 在机械允许的情况下可通过提高变频器的输出频率提高工作速度 3 无级调速，调速精度大大提高；节能。
4 电机正反向无需通过接触器切换 5 非常方便接入通讯网络控制，实现生产自动化控制 23 二月2022 24
5.变频调速的发展历程
60年代
70年代
80年代
90年代
00年代
电机控
制算法
V/F控制
矢量控 制
无速度矢量控制
电流矢量V/F
算法优化
功率器件
SCR GTR
IGBT
IGBT 大容量化
更大容量
更高开关频率
计算机
技术
PWM技术
高速DSP
单片机DSP
专用芯片
PWM技术
空间电压矢量
SPWM技术
调制技术
更高速率和容量
PWM优化
新一代开关技术
大功率传
超静音变频器开始流行
未来发展方向
变频器体
动使用变
完美无谐波
积缩小，
解决了GTR噪声问题
频器，体
如：矩阵式变频器
开始在中
变频器性能大幅提升
积大，价
小功率电
大批量使用 ，取代直流 格高
机上使用
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6. 我国变频器的应用现状
(1)起步较晚；
20世纪80年代国外规模化应用
，1982
年我国初次应用，93年前后企业开始应用。
（2）目前，进入“黄金时期”；
98年开始用量快速上
升，2002年开始应用广泛，现在仍然处于应用量上升的高
峰期。
（3）变频调速的效果：节能、提高速度和精度、提高
生产率和产品质量、延长设备使用寿命、增加使用者的舒
适度；
（4）变频器的应用目前不足五分之一，原因是变频器
应用人才的缺乏。
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国内低压变频器市场需求 数据来源：中国工控网
（亿元
）
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开课目的
掌握基于电气传动的交直流调速系 统的有关理论和技术应用。
课程基础
电路、电机与拖动、电力电子技术、 自动控制理论 研究对象 ꢀ电动机
ꢀꢀ直流电动机 ꢀꢀ交流电动机 ꢀꢀꢀꢀꢀ异步电动机 ꢀꢀꢀꢀꢀ同步电动机 23 二月 2022 28
研究内容 直流调速系统 ꢀꢀ转速单闭环系统 ꢀꢀ转速电流双闭环系统 ꢀꢀ可逆调速系统 交流调速系统 ꢀꢀ VVVF调速 ꢀꢀ矢量控制技术 END 23 二月 2022 29
课程特点
(1) 涉及面广
变频器是高科技的产品，技术含量
高；
(2) 实践性强
侧重变频器的外部应用；
(3)变频器的选择、安装、程序编制需要相互协调，
细小的疏忽可能会导致严重后果；
学习要求
（1）
理论分析的基础性、连贯性与实用性；
（2）与其他专业课程的关系：纵向、横向；
（3）具体的应用方法与一般的应用能力──前者是
学习的形式，后者是学习的目的。
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