第六章 交流异步电动机变压变频调速系统
本章主要问题：
1． 在变频调速中变频时为什么要保持压频比恒定？
2． 交-直-交电压源型变频器调压、调频的有哪几种电路结构,并说明各种电压结构的优缺点。 3． SPWM 控制的思想是什么?
4． 什么是1800导通型变频器？什么是1200导通型变频器？ 5． 电压、频率协调控制有几种控制方式，各有哪些特点？
6． 在转速开环恒压频比控制系统中，绝对值单元GAB 的作用？函数发生器GFC 的作用？如
何控制转速正反转。 7． 总结恒11
ωU 、恒1ωg E 、恒1ωr E 三种控制方式的特点。
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§6-1 交流调速的基本类型
要求：掌握交流调速哪几种基本类型有以及各种调速方法的特点。 目的：能根据不同应用场合选择出相应的调速方式。 重点、难点：变频调速时基频以下和基频以上调速的特点 主要内容（交流调速的基本类型、变频调速的基本要求）
思考： 1. 交流异步电动机调速的方式有哪几种？并写出各方式的优缺点？
2. 在变频调速中变频时为什么要保持压频比恒定？
教学设计：交流调速的基本类型采用多媒体课件讲授，用大量的实例，说明几种类型的应用场合。
复习感应电动机转速表达式：
)1(60)1(1
0s n f s n n p
-=
-=
异步电动机调速方法：??
??
???
??????
?
??型变频调速：绕线式、笼：绕线式串级调速（转差电压）电磁转差离合器调转子电阻：绕线式、调压（定子电压）变转差率调速变极调速：笼型异步机异步电动机
§6-2 变频调速的构成及基本要求
目的、教学要求：掌握变频调速时基频以下和基频以上调速的特点 重点、难点：变频调速时基频以下和基频以上调速的特点 主要内容（变频调速的基本要求）
思考：在变频调速中变频时为什么要保持压频比恒定？
教学设计：教师从交流异步电动机的结构、工作原理出发，利用多媒体课件讲解。
一、变频调速的基本要求
下面我们首先从磁通的作用与特点出发，分析变频调速的基本原理。 众所周知，三相异步电动机，定子每相电动势的有效值是：
m N g k N f E Φ=11144.4
则
1
11144.41
f E K f E k N
g g N m ==
Φ
结论：为了保持m Φ不变，在改变电源频率1f 的同时，必须按比例改变感应电动势g E ，才能有效地利用铁心。
1． 基频以下调速
由上式可知，要保持m Φ不变，使
常值=1
f E g
.
1.
.
1111.
.
1)ω(I Z E I L j R E U g l g +=++=
如果频率不是很低的话，定子的阻抗压降是很小的，所以，一般近似认为.
.
1g E U ≈则 常值=1
1
f U 这就是恒压频比控制方式的来由，那么如果频率很低的话，阻抗压降不能忽略的情况下，又会出现什么情况呢？
低频时，U 1和g E 都较小，这时，可以人为地把电压1U 抬高一些，以便近似地补偿定子压降。带定子压降补偿的恒压频比控制特性示于下图的b 线，无补偿的控制特性则为a 线。
2．基频以上调速
当外加电源的频率超过电动机的额定频率时，即基频以上，电压不能上升，保持气隙磁通近似恒定，电压恒定而频率增加时，将迫使磁通与频率成反比例减小，为恒功率调速，弱磁升速。
结论：V/F 控制必须是改变频率的同时，改变逆变器的输出电压，才能保证调速电机的效率、功率因数不下降。
应用场合上：V/F 控制比较简单，多用于通用型变频器、风机泵类的节能、生产流水线的工作台传动、空调和家电等。
§6-3 静止式变频装置简介
目的、教学要求：了解间接变频装置构成及控制方式，掌握电压源和电流源交-直-交变频器主要特点、交-直-交电压源变频器工作原理
重点、难点：交-直-交电压源变频器工作原理、及其输出电压波形分析
主要内容：间接变频装置构成及控制方式，掌握电压源和电流源交-直-交变频器主要特点、交-直-交电压源变频器工作原理。 思考及作业：
1. SPWM 控制的思想是什么?
2. 什么是180°导通型变频器？什么是120°导通型变频器？
3. 交-直-交电压源型变频器调压、调频的有哪几种电路结构,并说明各种电压结构的优缺点。 教学设计：间接变频装置构成部分，在电力电子技术课程中讲授过，以复习的方式，由学生讲解，老师总结。难点部分教师在黑板上详细讲解，如：交-直-交电压源变频器工作原理、及其输出电压波形分析。120°导通型波形分析由学生自行分析。
静止式变频装置???间接变频（应用较多）
直接变频
一、间接变频装置构成及控制方式 下面首先介绍间接变频装置。
右图给出了间接变频装置的主要构成环节，接着来比较一下三种电路的结构及其优缺点
二、电压源和电流源变频器
从变频电源的性质上看，变频器又可分为电压源变频器和电流源变频器两大类。
本部分用表格的形式重点讲解电压源与电流源的特点，其主要区别在于它们采用了不同的贮能元件来缓冲无功能量。不同的贮能元件的应用，导致了它们具有不同的特点：输出电压波形、输出电流波形、输出阻抗、能否实现回馈制动、动态过程的快慢以及对晶闸管的要求等。最后根据这些特点说明各自的适用范围。 三、交-直-交电压源变频器工作原理 1．主电路结构
电压源型三相六拍式交-直-交变频器主电路原理如下图
电路特点：①由相控整流电路、滤波电容和有源逆变电路构成，逆变器开关用全控型器件GTR ② 变器由主晶体管VT 1~VT 6和续流二极管VD 1~VD 6（也称反馈二极管）组成。（如VT 1关断
时由VD 4 接续A 相负载电流。）
③ 续流二极管的作用是当
主开关元件关断时，接续感性负载电流,具有续流
二极管是电压源变频器的又一特征。 2．输出电压波形分析
三相逆变器有两种工作方式，分别称之为0
180导通型和0120导通型。以0
180导通型为例讲解其工作原理。（120°的由学生自学）
在0
180导电型工作方式下，逆变器每只晶体管的导通角均为0
180(为输出周期的1/2)。 工作原理：设逆变器输出波形周期为T ，仍每隔T /6按VT 1~VT 6的次序依次开通六个主开关元件，并按惯例，一个周期用0
360来表示。六只晶体管的导通表如下表。
从表中可以看出，此时每一瞬间均有三只晶体管处于导通状态，它们分别处于不同的桥臂上，换流则按规定的顺序在同一桥臂的上、下两晶体管之间进行，一个周期中的工作情况及输出电压波形如下图所示。
从图中可以看出，当逆变器采用0
180导电方式时，变频器输出相电压为阶梯波，线电压为间断式矩形波，波形的幅值取决于相控整流器输出直流平均电压值d U 的大小。频率则取决于VT 1~VT 6换流频率，。显然两者均可人为控制，因而不难达到VVVF 的要求。由于在每一个输出电源周期内产生六次切换动作，故称此类变频器为三相六拍式变频器。
交-直-交电压源变频器主电路
§6-4 正弦波脉宽调制（SPWM）逆变器
目的、教学要求：掌握正弦波脉宽调制（SPWM）逆变器的基本工作原理
重点、难点：SPWM逆变器工作原理、SPWM脉冲波的获得的方法
主要内容：SPWM逆变器工作原理、SPWM脉冲波的获得的方法、全控型三相桥SPWM变频器的主电路、调制方法、电流跟踪式PWM变频器工作原理。
思考及作业：①单极式调制和双极式调制的区别是什么？
②获得SPWM控制信号的方法有几种？
教学设计：教师首先在黑板上详细讲解SPWM控制思想，然后用动画演示SPWM波形成过程。以讨论的形式研究电流跟踪式PWM变频器工作原理。
1)变频器的输出环节为SPWM调制波，
输出功率因数提高，输出波形正弦度
好。
2)逆变器在调频的同时实现调压，与中间直流环节的元件参数无关，加快了系统的动态响应；
3)可获得比常规六拍阶梯波更好的输出电压波形，能抑制或消除低次谐波，使负载电机可在近
正弦波的交变电压下远行，转矩脉动小，大大扩展了拖动系统调速范围，并提高了系统的性能。
下面介绍SPWM 逆变器工作原理。 一、SPWM 逆变器工作原理
所谓正弦波脉宽调制（SPWM ）就是把正弦波等效为一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形。 等效的原则冲量等效原则：如果把一个正弦半波分作n 等分（图中n =12），然后把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的等高矩形脉冲来代替。这样，由n 个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦半周等效，称作SPWM 波形。
上图的一系列脉冲波形就是所期望的逆变器输出SPWM 波形，用该信号驱动相应开关器件的信号，则变频器输出就可到与上图形状相似的一系列脉冲波形。
SPWM 脉冲波的获得： ①计算法，
②调制法，用等腰三角波作为载波，当它与任何一个光滑的曲线相交时，在交点的时刻控制开关器件的通断，即可得到一组等幅而脉冲宽度正比于该曲线函数的矩形脉冲，这正是SPWM 所需要的结果。
（一）工作原理
SPWM 技术可用等腰三角波电压作为载波信号，正弦波电压作为调制信号，通过正弦波电压 与三角波电压信号相比较的方法，确定各分段矩形脉冲的宽度。可获得脉宽正比于正弦波等幅等距
的矩形脉冲列。该信号用于逆变器电子开关的开通与关断控制时，逆变器输出就是SPWM 逆变器。
下图是全控型三相桥SPWM 变频器的主电路， 特点：①三相整流电压s U 给逆变器供电。
②控制电路，由号发生器提供正弦调制
波rc rb ra u u u 、、，其频率可调，决定逆变器输出的基波频率，其幅值也可调，决定输出电压的大小。三角波载波信号t u 是公用的，分别与每相参考电压比较后，产生SPWM 脉冲序列波dc db da u u u 、、，作为逆变器功率开关器件的驱动控制信号。
单极式调制和双极式调制：
单极式调制：正弦波的半个周期内每相只有一
个开关器件开通或关断，例如A 相VT 1反复通断，下图表示这时的调制情况。
双极性调制：载波正、负两个极性，逆变器同一桥臂上下两个开关器件交替通断，处于互补的工作方式。 经计算表明，这种SPWM 逆变器能够有效地抑制次
12-=N k 以下的低次谐波，但存在高次谐波电压，不过其幅值已很小。
PWM 调制方法：
异步调制 同步调制 分段同步调制 混合调制
说明：调制的实现方法：请同学们分析，引导学生用计算机软件来实现。
§6-5 异步电动机电压、频率协调控制的稳态机械特性
目的、教学要求：掌握分析不同的电压-频率协调控制方式的机械特性的方法 重点、难点：11ωU =恒值时、恒1ωr E 控制、恒1ωg E 控制时机械特性推导方法
主要内容：11
ωU =恒值时机械特性推导、恒1ωr E 控制、恒1ωg E 控制时机械特性推导
思考： 1. 电压、频率协调控制有几种控制方式，各有哪些特点？
2. 总结恒11
ωU 、恒1ωg E 、恒1ωr E 三种控制方式的特点。
教学设计：以恒压频比控制方式为主黑板上详细讲解，总结分析方法，恒1ωg E 控制、恒1ωr E 控
制指导学生自学，并由学生来总结三种控制方式的特点。
具有代表性的电压、频率协调运行方式有：恒压频比运行、恒气隙磁通运行、恒转子磁通运行和恒电压运行。其中，前三种运行方式都是以改善转矩特性为出发点的，适用于基频以下的调速情况，第四种运行方式适合于基频以上的调速情况。
下面我们将通过异步电机磁路分析，得到磁通与感应电势的关系。
定子电势和转子电势：定子全磁通（用s Φ表示）和转子全磁通（用r Φ表示）感应的电势，分别用s E 和r E 表示。
转子电势是气隙电势与转子漏电势之和。这些电势表示在等值电路中，如下图所示。
上述各类磁通与它们产生的感应电势之间存在下列关系
????
????
?
?
?∝
=Φ∝=Φ∝=
Φ111111111ωω2ωω2ωω2r r
N r g g N m s s
N s E E N K E E N K E E N K
可见，为了了保持恒气隙磁通和恒转子磁通运行，可以通过保持1
ωg E 和1ωr E 恒定来实现，本节对
这两种运行方式的讨论正是以这一条件为出发点的。
一、恒压恒频时异步电动机的机械特性 根据电机学原理，做下述假定条件下：
a) 忽略空间和时间谐波（2）忽略磁饱和（3）忽略铁损 异步电动机的稳态等效电路如右图所示，在合理假设的基础上详细解释各参量的含义。
2'21122
'2
1
11
'2)()(l l L C L s
R C R U I +++=
ω
式中 m
l m l L L
L j L j R C 11111111+≈++
=ωω。
在一般情况下，1l m L L >>，则C ≈1，这相当于将上述假定条件的第（3）条改为忽略铁损和励磁电流。这样电流公式可简化成
2'21212
'2
11
'
21)()(l l L L s
R R U I I +++
=
=ω
令 电磁功率s R I P m '
22'2)(3=，
同步机械角转速p m n P 11ω=Ω=， 则异步电动机的电磁转矩为
?
?
????+++=
=Ω=2'212
12'2
11'
221'
2
'211)(ω)(/3ω3l l p p m e L L s R R ωs
R U n s
R I n P T
可改写为如下形式
2
'212
122'21'
2
1211)(ω)(ω)ω(3l l p e L L s R sR R s U n T +++= 当s 很小时，可忽略上式分母中含s 各项，则
s R s U n T p e ∝='2
1
211ω)ω(
3 即s 很小时，转矩近似与s 成正比，机械特性
)(t f T e =是一直线，见下图。
如图所示。当s 接近于1时，可忽略式（6-9）中分母中的'
2R ，则 []
s
L L R s R U n T l l p e 1
)(ωω)ω(32
'212121'
21211∝++= 即s 接近1时转矩近似与s 成反比，这时，)(t f T e =是对称于原点的一段双曲线。 二、
电压、频率协调控制下的机械特性
异步电动机带负载L T 稳定运行时，可得
2
'212122
'21'
2
12
11
)()()(3l l p L L L s R sR R s U n T +++=ωωω （一）恒压频比控制（11ωU =恒值）
根据感应电机的转速公式
1
1111π260
π26060
60)1(60s ωn n ωs f n n f s n f n p
p p p p -=
-=-=
空载转速
p
n n πω2601
0=
（r/min ） 因此，带负载时的转速降落为
1260
ωπs n n p
=
? （r/min ） 在式（6-10）所表示的机械特性的近似直线段上，可以导出
2
1
1'21)
(3ωωU n T R s p e
=
由此可见，当11U 为恒值时，对于同一转矩e T ，1ωs 是基本不变的，因而n ?也是基本不变
的，这就是说，在恒压频比条件下改变频率时，机械特性基本上是平行下移的，他们和直流他激电机变压调速时特性的变化情况相似，所不同的是，当转矩增大到最大值以后，转速再降低，特性就折回来了。而且频率越低时，最大转矩越小。
将转矩公式对s 求导，并令0/=ds dT e ，可得11ωU 为恒值时最大转矩max e T 和临界转差率s
随角频率1ω的变化关系为
2'2121111
2
11max
)(ωω1
ω23l l p e L L R R U n T ++???
? ??+???? ??= )
('2121'1'
2
l
l m L L R R s ++=
ω
可见max e T 时随着1ω的降低而减小的。频率很低时，max e T 太小将限制调速系统的带载能力，这是恒压频比运行方式存在的一个突出问题，必须设法解决。可以采用定子压降补偿，适当地提高电压1U ，可以增强带载能力，见下图。 总结分析机械特性的思路，引导学生分析恒
1ωg E 控制与恒1ωr E 控制。
（二）恒1ωg
E 控制
下面推导1g
E 控制时的机械特性
由等效电路中可以看出
2'2212
'2'2
l g
L s R E I ω+???
? ??=
代入电磁转矩基本关系式，得
2'2212'2
'
212
1'
2
2
'2212
'2
2133l g p l g
p
e L s R R s E n s R L s R E n T ωωωωω+???? ??=+???
? ??=
利用和以前一样的分析方法，当s 很小时，可忽略上式分母中含2
s 项，则
s R s E n T g
p e ∝??
?
? ??≈'212
1ωω
3
这表明机械特性的这一段可近似为一条直线，当接近1时可忽略式分母中的'
2R 项则
'
21'
22
13l g
p e L s R E n T ωω
???
? ??≈∝s 1 这时的机械特性是一段双曲线。
将上式对s 求导，并令0d d =s T e ，可得1ωg
E 控制发生最大转矩时的转差率，
'
2
1'
2
l m L R s ω= 和最大转矩
'2
2
1max
1
23l g p e L E n T ???? ??=ω
一、三相异步电动机变频调速原理 由于电机转速n 与旋转磁场转速1n 接近，磁场转速1n 改变后，电机转速n 也 就随之变化，由公式1 160f n p =可知，改变电源频率1f ，可以调节磁场旋转，从 而改变电机转速，这种方法称为变频调速。 根据三相异步电动机的转速公式为 ()()1 16011f n s n s p = -=- 式中1f 为异步电动机的定子电压供电频率；p 为异步电动机的极对数；s 为异步电动机的转差率。 所以调节三相异步电动机的转速有三种方案。异步电动机的变压变频调速系统一般简称变频调速系统，由于调速时转差功率不变，在各种异步电动机调速系统中效率最高，同时性能最好，是交流调速系统的主要研究和发展方向。 改变异步电动机定子绕组供电电源的频率1f ，可以改变同步转速n ，从而改变转速。如果频率1f 连续可调，则可平滑的调节转速，此为变频调速原理。 三相异步电动机运行时，忽略定子阻抗压降时，定子每相电压为 1111m 4.44m U E f N k φ≈= 式中1E 为气隙磁通在定子每相中的感应电动势；1f 为定子电源频率；1N 为定子每相绕组匝数；m k 为基波绕组系数，m φ为每极气隙磁通量。 如果改变频率1f ，且保持定子电源电压1U 不变，则气隙每极磁通m φ将增大，会引起电动机铁芯磁路饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机，这是不允许的。因此，降低电源频率1f 时，必须同时降低电源电压，已达到控制磁通m φ的目的。 .1、基频以下变频调速 为了防止磁路的饱和，当降低定子电源频率1f 时，保持 1 1 U f 为常数，使气每极磁通m φ为常数，应使电压和频率按比例的配合调节。这时，电动机的电磁转 矩为()()222 2111 111 212222*********p r r m pU f m U s s T f r r f r x x r x x s s ππ?? ???? ? ?? ??? ????? ''??== ?''????'+++'+++ ??? [1][8]
论交流变频调速与直流调速 一：变频器的发展 直流电动机拖动和交流电动机拖动先后诞生与19世纪，距今已有100多年的历史，并已成为动力机械的主要驱动装置。但是，由于技术上的原因，在很长一段时期内，占整个电力拖动系统80%左右的不变速拖动系统中采用的是交流电动机（包括异步电动机和同步电动机），而在需要进行调速控制的拖动系统中则基本上采用的直流电动机。 但是，众所周知，由于结构上的原因，直流电动机存在以下缺点： （1）需要定期更换电刷和换向器，维护保养困难，寿命较短； （2）由于直流电动机存在换向火花，难以应用于存在易燃易爆气体的恶劣环境； （3）结构复杂，难以制造出大容量、高转速和高电压的直流电动机。 而与直流电动机相比，交流电动机则具有以下优点： （1）结构坚固，工作可靠，易于维修保养； （2）不存在换向火花，可以应用于存在易燃易爆气体的恶劣环境； （3） 容易制造出大容量、高转速和高电压的交流电动机。因此，很久以来，人们希望在许多场合下能够用可调速的交流电动机来代替直流电动机，并在交流电动机的调速控制方面进行了大量的研究开发工作。但是，直至20世纪70年代，交流调速系统的研究开发方面一直未能得到真正能够令人满意的成果，也因此限制了交流调速系统的推广应用。 也正是因为这个原因，在工业生产中大量使用的诸如风机、水泵等需要进行调速控制的电力拖动系统中不得不采用挡板和阀门来调节风速和流量。这种做法不但增加了系统的复杂性，也造成了能源的浪费。经历了20世纪70年代中期的第2次石油危机之后，人们充分认识到了节能工作的重要性，并进一步重视和加强了对交流调速技术的研究开发工作。 随着电力电子技术、微电子技术和控制理论的发展，电力半导体器件和微处理器的性能的不断提高，变频驱动技术也得到了显著的发展。随着各种复杂控制技术在变频器技术中的应用，变频器的性能不断提高，而且应用范围也越来越广。 目前变频器不但在传统的电力拖动系统中得到了广泛的应用，而且几乎已经扩展到了工业生产的所有领域，并且在空调、洗衣机、电冰箱等家电产品中也得到了广泛应用。变频器技术是一门综合性的技术，它建立在控制技术、电力电子技术、微电子技术和计算机技术的基础之上，并随着这些基础技术的发展而不断得到发展。
实验四基于SVPWM及SPWM的交流变频调速系统 一、实验目的 1.加深理解异步电动机变压变频调速的基本工作原理。 2.熟悉PWM变频器主回路结构和异步电动机转速开环变压变频调速系统的基本结构。 3.异步电动机转速开环变压变频调速系统机械特性。 二、实验系统组成及工作原理 异步电动机变压变频调速实验系统如图4-1所示，主回路由不可控整流桥、直流滤波环节、全控型电力电子器件IGBT或POWER-MOSFET构成的逆变桥组成，M为三相异步电动机，G为负载直流发电机。控制器包括驱动电路、微机数字控制器、控制键盘和运行显示等几部分。 ~ 实验图4-1 异步电动机转速开环变压变频调速系统 三、实验设备及仪器 1. NMCL-32主控制 2.三相异步电动机-负载直流发电机组 3. NMCL-13A挂箱 4.双踪示波器 5.万用表，电压表，电流表 四、实验内容 1.用SPWM变频器给三相异步电动机供电，实现变频调速运行。 2.观测在不同频率和不同负载下的输出电流波形，测试开环机械特性。 3.改变V/f曲线，观察变频器在不同低频补偿条件下的低速运行情况。 4.改变加速时间，观察加速过程。 五、实验步骤及方法 1. 实验系统的连接 按实验图4-1连接系统，合上控制电源开关，电源指示灯亮，表示微机系统处于等待接受指令状态，按“运行”或“停止”按钮可启动或停止调速系统的运行。
2. 变频调速 将负载直流发电机输出电路断开，按“运行”按钮使调速系统进入运行状态，通过给定电位器或键盘改给定频率，记录不同频率下三相异步电动机的空载转速和空载定子电流，并 3.测试开环机械特性 (1) 基频开环机械特性测试 接通负载直流发电机输出电路，并将负载电阻调到最大，按“运行”按钮使变频器进入运行，将频率给定设定为50Hz ，逐步减小负载电阻，记录异步电动机的转速、定子电流和负载直流发电机的输出电压和电流。实验过程中应使定子电流小于1.2倍的额定电流，如调速系统不能带载启动，可先断开负载直流发电机励磁，待启动后再接通励磁。 (2) 基频以下和基频以上开环机械特性测试 在基频以下和基频以上各选择一个频率作为给定，重复上述实验。 (3) 机械特性)(e T f n =的绘制 由于一般的实验装置不带有负载转矩检测仪，故采用间接方法计算电磁转矩，以便绘制机械特性。 忽略机组的摩擦损耗和负载直流发电机的铜耗，异步电动机的输出功率约等于负载直流发电机的输出功率，即d d I V P ≈2，则电磁转矩n I V T d d e π260≈ 。 4. 在不同低频补偿下的低速运行情况
文件编号：GD/FS-4627 （安全管理范本系列） 三相异步电动机几种调速 方式详细版 In Order To Simplify The Management Process And Improve The Management Efficiency, It Is Necessary To Make Effective Use Of Production Resources And Carry Out Production Activities. 编辑：_________________ 单位：_________________ 日期：_________________
三相异步电动机几种调速方式详细 版 提示语：本安全管理文件适合使用于平时合理组织的生产过程中，有效利用生产资源，经济合理地进行生产活动，以达到实现简化管理过程，提高管理效率，实现预期的生产目标。，文档所展示内容即为所得，可在下载完成后直接进行编辑。 在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。 从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法（如串级调速等）。有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量
就损耗在转子回路中；电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中；液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。 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：具有较硬的机械特性，稳定性良好； 无转差损耗，效率高； 接线简单、控制方便、价格低； 有级调速，级差较大，不能获得平滑调速； 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。
1、交流电动机的变频交流调速技术：用半导体电力电子器件构成的变频器，把50或60Hz 的交流电变成频率可调的交流电，供给交流电动机，用以改变交流电动机的运转速度的技术。 2、转差率：同步转速n0与定子转速n之差称为转速差，转速差与同步转速的比值称为转差率S。额定状态下运行时，异步电动机的转差率sn在0.01~0.06之间；空载时，sn在0.05以下。 3、三相异步电动机的调速方法：调频调速、改变磁极对数、改变转差率。 4、三相异步电动机的机械特性：三个主要特征点①理想空载点（N0）：负载转矩T为零，异步电动机的转速n最大，达到同步转速n0。②启动点（S）：异步电动机接通电源瞬间，电动机的转速n为零，此时的和转矩为启动转矩Ts，称为堵转转矩。③临界点（K）：异步电动机的机械特性有一个拐点K，此时对应的转速为临界转速nk。 5、异步电动机负载的机械特性主要是指负载的阻转矩与转速的关系。常见的有恒转矩负载、恒功率负载和二次方率负载。恒转矩负载（负载功率与转速成正比）、恒功率负载（转速和转矩成反比）、二次方率负载（负载的阻转矩与转速的二次方成正比）。 6、变频器的分类：⑴按变换环节：①(间接变频)交-直-交变频器②(直接变频)交-交变频器 ⑵按电压的调制方式：①PAM(脉幅调制)②PWM(脉宽调制)⑶按滤波方式：①电压型变频器②电流型变频器⑷按输入电源的相数：①三进三出变频器②单进三出变频器⑸按控制方式：①v/f控制变频器②转差频率控制变频器③矢量控制变频器④直接转矩控制变频器⑹按用途：①通用变频器②高性能专用变频器③高频变频器⑺按变频器的供电电压的高低分类：①低压变频器②高压变频器 7、直流电动机的工作原理。为什么直流电动机有优越的调速特性！ 答：直流电动机有两个独立的绕组：定子和转子。定子绕组通入直流电，产生稳定磁场；转子绕组通入直流电，产生稳恒电流；定子的稳恒磁场和转子的电流相互作用，产生机械转矩，
交流变频调速技术发展的现状及趋势 概述 交流电动机变频调速技术是在近几十年来迅猛发展起来的电力拖动先进技术，其应用领域十分广泛。为了适应科技的发展，将先进技术推广到生产实践中去，交流变频调速技术已成为应用型本科、高职高专电类专业的必修或选修课程。 变频调速技术概述，常用电力电子器件原理及选择，变频调速原理，变频器的选择，变频调速拖动系统的构建，变频技术应用概述，变频器的安装、维护与调试和变频器的操作实验。 在理论上以必需、够用为原则；精心选材，努力贯彻少而精、启发式的教学思想； 变频调速技术是一种以改变交流电动机的供电频率来达到交流电动机调速目的的技术。大家知道，从大范围来分，电动机有直流电动机和交流电动机。由于直流电动机调速容易实现，性能好，因此，过去生产机械的调速多用直流电动机。但直流电动机固有的缺点是，由于采用直流电源，它的滑环和碳刷要经常拆换，故费时费工，成本高，给人们带来不少的麻烦。因此人们希望，让简单可靠价廉的笼式交流电动机也能像直流电动机那样调速。这样就出现了定子调速、变极调速、滑差调速、转子串电阻调速和串极调速等交流调速方式；由此出现了滑差电机、绕线式电机、同步式交流电机。但其调速性能都无法和直流电动机相比。直到20世纪80年代，由于电力电子技术、微电子技术和信息技术的发展，才出现了变频调速技术。它的出现就以其优异的性能逐步取代其他交流电动机调速方式，乃至直流电动机调速系统，而成为电气传动的中枢。 要学习交流电动机的变频调速技术，必须有电力拖动系统的知识。因此，先温习电力拖动系统的基础知识。电力拖动系统由电动机、负载和传动装置三部分组成。描写电力拖动系统的物理量主要是转速，n和转矩T（有时也用电流，因转矩和电动机的电枢电流成正比）。两者之间的关系式称为机械特性。 交流电动机是电力拖动系统中重要的能量转换装置,用来实现将电能转换为机械能。长期以来人们一直在寻求对电动机转速进行调节和控制的方法,起初由于直流调速系统的调速性能优于交流调速系统,直流调速系统在调速领域内长期占居主导地位。 变频调速是通过变频器来实现的，对于变频器的容量确定至关重要。合理的容量选择本身就是一种节能降耗措施。根据现有资料和经验，比较简便的方法有三 种 对于可调速的电力拖动系统，工程上往往根据电动机电流形式分为直流调速系统和交流调速系统两类。它们最大的不同之出主要在于交流电力拖动免除了改变直流电机电流流向变化的机械向器——整流子。 20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优
变频技术的发展趋势及 其应用 公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-
变频技术的发展趋势及其应用 0引言 在工业生产及国计民生中电机的使用十分广泛，电机的传动方式一般分为直流电机传动及交流电机传动。过去由于交流电机实现调速较困难或某些调速方式低效不够理想，因而长期以来在调速领域大多采用直流电机，而交流电动机的优点在调速领域中未能得到发挥。交流电动机的调速方式一般有以下三种。 1）变极调速是通过改变电动机定子绕组的接线方式以改变电机极数实现调速，这种调速方法是有级调速，不能平滑调速，而且只适用于鼠笼电动机。 2）改变电机转差率调速其中有通过改变电机转子回路的电阻进行调速，此种调速方式效率不高，且不经济。其次是采用滑差调速电机进行调速，调速范围宽且能平滑调速，但这种调速装置结构复杂（一般由异步电机、滑差离合器和控制装置三部分组成），滑差调速电机是在主电机转速恒定不变的情况下调节励磁实现调速的，即便输出转速很低，而主电机仍运行在额定转速，因此耗电较多，另外励磁和滑差部分也有效率问题和消耗问题。较好的转差率调速方式是串级调速。3）变频调速通过改变电机定子的供电频率，以改变电机的同步转速达到调速的目的，其调速性能优越，调速范围宽，能实现无级调速。 目前我国生产现场所使用的交流电动机大多为非调速型，其耗能十分惊人。如采用变频调速，则可节约大量能源。这对提高经济效益具有十分重要的意义。 1变频调速技术的发展 上世纪50年代末，由于晶闸管（SCR）的研究成功，电力电子器件开始运用于工业生产，可控整流直流调速便成了调速系统中的主力军。但由于直流电机结构复
三相异步电动机的几种调速方式 本文介绍了三相异步电动机的七种调速方式及其特点,指明其适用的场合、情况。 三相异步电动机转速公式为：n=60f/p(1-s) 从上式可见，改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可达到改变转速的目的。从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转速两种。 在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。 从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：①高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法（如串级调速等）。 ②有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中； ③电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中； ④液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。
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。 本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。
智慧树知到《电力拖动自动控制系统（黑龙江联盟）》章节测试答案 第一章 1、不属于电力拖动自动控制系统构成单元的是（）。 A.电动机 B.功率放大与变换装置 C.柴油机 D.传感器 答案: 柴油机 2、电动机转速与转角控制的根本是（）控制，但同时也需要做好（）控制。 A.磁链、转矩 B.转矩、磁链 C.电流、转速 D.转速、电流 答案: 转矩、磁链 3、直流电力拖动控制系统和交流电力拖动控制系统比较，（）流电力拖动控制系统的数学模型简单；（）流电力拖动控制系统调节器的设计简单。 A；B；C；D。 A.直、交 B.交、直 C.直、直 D.交、交 答案: 直、直 4、船舶电力推进是通过（）拖动螺旋桨的系统。 A.柴油机 B.汽轮机
C.燃气轮机 D.电动机 答案: 电动机 5、（）电动机的转速与电源频率保持严格对应关系，机械特性硬。 A.直流 B.异步 C.同步 D.永磁 答案: 同步 6、典型机械负载中，起重机提升重物属于（）负载。 A.反抗性恒转矩 B.位能性恒转矩负载 C.通风机类 D.恒功率负载 答案: 位能性恒转矩负载 7、典型机械负载中，船舶螺旋桨属于（）负载。 A.反抗性恒转矩 B.位能性恒转矩负载 C.通风机类 D.恒功率负载 答案: 通风机类 8、根据转速-转矩四象限，电动机在第四象限为（）状态。 A.正向电动 B.反向电动 C.正向制动
D.反向制动 答案: 反向制动 9、转速-转矩四象限中的第三象限，电动机电磁转矩与转速方向相（），为（）性质。 A.同、驱动 B.反、驱动 C.同、制动 D.反、制动 答案: 同、驱动 10、根据运动方程式，转速变化是因为（）。 A.电磁转矩为驱动转矩 B.电磁转矩为制动转矩 C.电磁转矩等于阻转矩 D.电磁转矩不等于阻转矩 答案: 电磁转矩不等于阻转矩 第二章 1、直流调速系统要求一定范围内无级平滑调速，以（）调速方式为最好。 A.电枢回路串电阻 B.降低电枢电压 C.降低励磁电压 D.励磁回路串电阻 答案: 降低电枢电压 2、V-M直流调速系统中采用了平波电抗器来抑制电流脉动，改善（）问题。 A.轻载时电流断续 B.低速时的高次谐波 C.堵转时电流过大
交流及变频调速技术 一、选择题；（20分） 1、正弦波脉冲宽度调制英文缩写是（A ）。 A：PWM B：PAM C：SPWM D：SPAM 2、对电动机从基本频率向上的变频调速属于（ A）调速。 A：恒功率 B：恒转矩 C：恒磁通 D：恒转差率 3、下列哪种制动方式不适用于变频调速系统（ C）。 A：直流制动 B：回馈制动 C：反接制动 D：能耗制动 4、对于风机类的负载宜采用（ A）的转速上升方式。 A：直线型 B：S型 C：正半S型 D：反半S型 5、N2系列台安变频器频率控制方式由功能码（C ）设定。 A：F009 B：F010 C：F011 D：F012 6、型号为N2-201-M的台安变频器电源电压是（ A）V。 A： 200 B：220 C：400 D：440 7、三相异步电动机的转速除了与电源频率、转差率有关，还与（B ）有关系。 A：磁极数 B：磁极对数 C：磁感应强度 D：磁场强度 8、目前，在中小型变频器中普遍采用的电力电子器件是（D ）。 A：SCR B：GTO C：MOSFET D：IGBT 9、IGBT属于（B ）控制型元件。 A：电流 B：电压 C：电阻 D：频率 10、变频器的调压调频过程是通过控制（ B）进行的。 A：载波 B：调制波 C：输入电压 D：输入电流 二：填空题（每空2分，20分） 1.目前变频器中常采用 IGBT 作为主开关器件。 2.三相异步电动机拖动恒转矩负载进行变频调速时，为了保证过载能力和主磁通不变，则U1应 随f1 U1\F1=常数按规律调节。 3.矢量控制的规律是 3/2变换、矢量旋转变换、坐标变换。 4.变频调速系统的抗干扰措施有： 合理布线，消弱干扰源，隔离干扰，准确接地 三：判断题（10分） ( 对 )1. 变频器的主电路不论是交-直-交变频还是交-交变频形式，都是采用电力电子器。( 错 )2.电流型变频器多用于不要求正反转或快速加减速的通用变频器中。 ( 对 )3. 变频器调速主要用于三相异步电动机。
三相异步电动机的七大调速方法 下面成都贝尔菲特科技发展有限公司小编为您介绍三相异步电动机的七大调速方式： 首先来看三相异步电动机转速公式：n=60f/p(1-s) 从公式中可以看出，改变供电频率f、电动机极对数p及转差率s均可太到改变转速目。 从调速本质来看，不同调速方式无非是改变交流电动机同步转速或不改变同步转两种。 生产机械中广泛使用不改变同步转速调速方法有绕线式电动机转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。改变同步转速有改变定子极对数多速电动机，改变定子电压、频率变频调速有能无换向电动机调速等。 从调速时能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：高效调速指时转差率不变，无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收调速方法（如串级调速等）。有转差损耗调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗转子回路中；电磁离合器调速方法，能量损耗离合器线圈中；液力偶合器调速，能量损耗液力偶合器油中。一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，调速范围不大，能量损耗是很小。 一、变极对数调速方法 这种调速方法是用改变定子绕组接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目，特点如下： 具有较硬机械特性，稳定性良好； 无转差损耗，效率高； 接线简单、控制方便、价格低； 有级调速，级差较大，不能获平滑调速； 可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获较高效率平滑调速特性。
本方法适用于不需要无级调速生产机械，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频率，改变其同步转速调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源变频器，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： 效率高，调速过程中没有附加损耗； 应用范围广，可用于笼型异步电动机； 调速范围大，特性硬，精度高； 技术复杂，造价高，维护检修困难。 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附加电势来改变电动机转差，达到调速目。大部分转差功率被串入附加电势所吸收，再利用产生附加装置，把吸收转差功率返回电网或转换能量加以利用。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： 可将调速过程中转差损耗回馈到电网或生产机械上，效率较高； 装置容量与调速范围成正比，投资省，适用于调速范围额定转速70％－90％生产机械上； 调速装置故障时可以切换至全速运行，避免停产； 晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波影响较大。
1. 运动控制系统是由电动机、功率放大与变换装置、控制器及相应的传感器等构成，交流调速系统取代直流调速系 统已成为不争的事实。 2. V-M系统：晶闸管整流器一电动机调速系统；SPVWM :电压空间矢量PWM控制 3. 直流PWM调速系统：脉宽调整变换器一直流电动机调速系统； 脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可 变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电动机转速 4. 泵升电压：当系统工作在逆变状态时，会对滤波电路中滤波电容进行充电，使电容两端电压升高 5. 静特性：表示闭环系统电动机转速与负载电流(转矩)间的稳态关系 6. 有静差调速系统：在比例控制调速系统中，存在扰动引起的稳态误差； 7. 无静差调速系统：对于积分控制和比例积分控制系统，由阶跃扰动引起的稳态误差为0； 8. 电流截止负反馈：当电流大到一定程度时才接入电流负反馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反馈起作用控 制转速。 9. 准时间最优控制：在设备物理上的允许条件下，实现最短时间的控制； 10. 双闭环调速系统：在电流、转速反馈控制系统中，从闭环结构上看，由电流环在里面构成的内环和由__________ 转速环在外面构成的外环，两个闭环构成的控制系统称作双闭环调速系统; 11. 可逆调速系统：可以实现电机正反转，具有四象限运行功能的调速系统称为可逆调速系统; __________ 12. 环流的定义：采用两组晶闸管反并联的可逆V-M系统，如果两组装置的整流电压同时岀现，便会产生 不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称作环流 (1 )静态环流一一两组可逆线路在一定控制角下稳定工作时出现的环流，其中又有两类：直流平均环流一一由晶闸 管装置输出的直流平均电压所产生的环流称作直流平均环流。 瞬时脉动环流一一两组晶闸管输出的直流平均电压差为零，但因电压波形不同，瞬时电压差仍会产生脉动的环流，称作瞬时脉动环流。 (2)动态环流一一仅在可逆V-M系统处于过渡过程中出现的环流。 两种抑制环流方法：(1)只要实行> 配合控制就能保证消除直流平均环流。 (2)可在环流回路中串入环流(均衡)电抗器，抑制瞬时脉动环流 13. 双极式控制的桥式可逆PWM变换器有下列优点： (1 )电流一定连续；(2)可使电动机在四象限运行；(3)电动机停止时有微振电流，能消除静磨擦死区； (4)低速平稳性好，系统的调速范围大；(5)低速时，每个开关器件的驱动脉冲仍较宽，有利于保证器件 的可靠导通。 14. 转差频率控制系统调速：在转差率S很小的范围内，只要能够维持气隙磁通$ m不变异步电机的转矩 就近似与转差角频率3 S成正比，即在异步电机中，控制转差率就代表了控制转矩。 15. 脉冲宽度调制(PWM )：利用电力电子开关的导通与关断，将直流电压变成连续可变的电压，并通过控制脉冲宽 度或周期达到变压变频的目的 16. SPWM控制方式：SPWM即以正弦波作为调制信号对载波信号进行调制后，产生一组等幅而脉冲宽 度正比干正弦波的矩形脉冲。将该组脉冲作为逆变器开关元件的控制信号，从而在逆变器负载上(多为异步电动机)得到与控制信号波形相同，等效于正弦波的驱动电压。 17. 电压空间矢量PWM (SVPWM )的基本思想：按空间矢量的平行四边形合成法则，用相邻的两个有效工作矢量合 成期望的输出矢量。 18. 电流截止负前反馈的作用：(1)限流保护(过载自动保护)；(2)加速起动过程。 载流环节的物理实现方法：(1)比较电压法；(2)稳压管法;(3)封锁运放法 19. PID控制器各环节的作用是： (1) 比例环节P :成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一日出现，控制器立即产生控制作用，以便 减少偏差，保证系统的快速性。 (2) 积分环节I :主要用于消除静差，提高系统的控制精度和无差度。
三相异步电动机的几种调速方式 三相异步电动机转速公式为： n=60f/p(1-s) 从上式可见，改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可达到改变转速的目的。从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转两种。 在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。 从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法（如串级调速等）。有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中；电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中；液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。 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： ?具有较硬的机械特性，稳定性良好； ?无转差损耗，效率高； ?接线简单、控制方便、价格低； ?有级调速，级差较大，不能获得平滑调速； ?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： ?效率高，调速过程中没有附加损耗； ?应用范围广，可用于笼型异步电动机； ?调速范围大，特性硬，精度高； ?技术复杂，造价高，维护检修困难。
一、填空题 1. 直流调速系统用的可控直流电源有：旋转变流机组（G-M系统）、静止可控整流器（V-M 统）、直流斩波器和脉宽调制变换器（PWM）。 2. 转速、电流双闭环调速系统的起动过程特点是饱和非线性控制、准时间最优控制 和转速超调。 3. 交流异步电动机变频调速系统的控制方式有恒磁通控制、恒功率控制和恒电流控 制三种。 4. 变频器从结构上看，可分为交交变频、交直交变频两类，从变频电源性质看，可分为 电流型、电压型两类。 5. 相异步电动机的数学模型包括：电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程。 6. 异步电动机动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。 7. 常见的调速系统中，在基速以下按恒转矩调速方式，在基速以上按恒功率调速方 式。 8. 调速系统的稳态性能指标包括调速范围和静差率。 9. 反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。 10. VVVF控制是指逆变器输出电压和频率可变的控制 11、转速、电流双闭环调速系统当中，两个调节器采用串级联接，其中转速反馈极性为负 反馈、电流反馈极性为负反馈。 12、直流斩波器的几种常用的控制方法：①T不变，变ton——脉冲宽度调制（PWM）； ②ton不变，变T——脉冲频率调制（PFM）；③ton和T 都可调，改变占空比——混合型。 13、转速、电流双闭环系统，采用PI调节器，稳态运行时，转速n取决于给定电压、 ASR的输出量取决于负载电流。 14. 各种电力拖动自动控制系统都是通过控制电动机转速来工作的。 15. V-M系统中，采用三相整流电路，为抑制电流脉动，可采用的主要措施是设置平波电 抗器。 16、在单闭环调速系统中，为了限制全压启动和堵转电流过大，通常采用电流截止负反馈。 17、在α＝β配合控制的直流可逆调速系统中，存在的是直流平均环流，可用串接环 流电抗器抑制。 18、采用PI调节器的转速、电流双闭环系统启动时，转速调节器经历不饱和、饱和、退 饱和三种状态。 二、选择题 1. 带有比例调节器的单闭环直流调速系统，如果转速的反馈值与给定值相等，则调节器的输出为（ A ） A、零； B、大于零的定值 C、小于零的定值； D、保持原先的值不变 2. 无静差调速系统的PI调节器中P部份的作用是（D ）
我国变频调速技术 近10年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，电气传动技术面临着一场历 史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。电机交 流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手 段。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节间效果，广泛的适用范围及其 它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。 我国变频调速技术的发展概况 电气传动控制系统通常由电动机、控制装置和信息装置3部分组成。电气传动关系到合理地使用电动机以节约电能和控制机械的运转状态（位置、速度、加速度等），实现电能-机械能的转换，达到优质、高产、低耗的目的。电气传动分成不调速和调速两大类，调速又分交流调速和直流调速两种方式。不调速电动机直接由电网供电，但随着电力电子技术的发展这类原本不调速的机械越来越多地改用调速传动以节约电能（节约15%～20%或更多），改善产品质量，提高产量。在我国60%的发电量是通过电动机消耗的，因此调速春传动是一个重要行业，一直得到国家重视，目前已有一定规模。 近年来交流调速中最活跃、发展最快的就是变频调速技术。变频调速是交流调速的基础和主干内容。上个世纪变压器的出现使改变电压变得很容易，从而造就了一个庞大的电力行业。长期以来，交流电的频率一直是固定的，变频调速技术的出现使频率变为可以充分利用的资源。 我国电气传动产业始建于1954年当时第一批该专业范围内的学生从各大专院校毕业，同时在机械工业部属下建立了我国第一个电气传动成套公司，这就是后来天津电气传动设计研究所的前身。我国电气传动与变频调速技术的发展简使见表1。现在我国已有200家左右的公司、工厂和研究所从事变频调速技术的工作。 我国是一个发展中国家，许多产品的科研开发能力仍落后于发达国家。至今自行开发生产的变频调速产品大体只相当于国际上80年代水平。随着改革开放，经济高速发展，形成了一个巨大的市场，它既对国内企业，也对外国公司敞开。很多最先进的产品从发达国家进口，在我国运行良好，满足了我国生产和生活需要。国内许多合资公司生产当今国际上先进的产品，国内的成套部分在自行设计制造的成套装置中采用外国进口公司和合资企业的先进设备，自己开发应用软件，能为国内外重大工程项目提供一流的电气传动控制系统。虽然取得很大成绩，但应看到由于国内自行开发、生产产品的能力弱，对国外公司的依赖性严重。 目前国内主要的产品状况如下:
第2章 三、思考题 2-1 直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？ 答：调压调速，弱磁调速，转子回路串电阻调速，变频调速。特点略。 2-2 简述直流PWM 变换器电路的基本结构。 答：直流PWM 变换器基本结构如图，包括IGBT 和续流二极管。三相交流电经过整流滤波后送往直流PWM 变换器，通过改变直流PWM 变换器中IGBT 的控制脉冲占空比，来调节直流PWM 变换器输出电压大小，二极管起续流作用。 2-3 直流PWM 变换器输出电压的特征是什么？ 答：脉动直流电压。 2=4 为什么直流PWM 变换器-电动机系统比V-M 系统能够获得更好的动态性能？ 答：直流PWM 变换器和晶闸管整流装置均可看作是一阶惯性环节。其中直流PWM 变换器的时间常数Ts 等于其IGBT 控制脉冲周期（1/fc），而晶闸管整流装置的时间常数Ts 通常取其最大失控时间的一半（1/（2mf）。因fc 通常为kHz 级，而 f 通常为工频（50 或60Hz）为一周内），m 整流电压的脉波数，通常也不会超过20，故直流PWM 变换器时间常数通常比晶闸管整流装置时间常数更小，从而响应更快，动态性能更好。 2=5 在直流脉宽调速系统中，当电动机停止不动时，电枢两端是否还有电压？电路中是否还有电流？为什么？ 答：电枢两端还有电压，因为在直流脉宽调速系统中，电动机电枢两端电压仅取决于直流PWM 变换器的输出。电枢回路中还有电流，因为电枢电压和电枢电阻的存在。 2-6 直流PWM 变换器主电路中反并联二极管有何作用？如果二极管断路会产生什么后果？ 答：为电动机提供续流通道。若二极管断路则会使电动机在电枢电压瞬时值为零时产生过电压。 2-7 直流PWM 变换器的开关频率是否越高越好？为什么？ 答：不是。因为若开关频率非常高，当给直流电动机供电时，有可能导致电枢电流还未上升至负载电流时，就已经开始下降了，从而导致平均电流总小于负载电流，电机无法运转。2=8 泵升电压是怎样产生的？对系统有何影响？如何抑制？ 答：泵升电压是当电动机工作于回馈制动状态时，由于二极管整流器的单向导电性，使得电动机由动能转变为的电能不能通过整流装置反馈回交流电网，而只能向滤波电容充电，造成电容两端电压升高。泵升电压过大将导致电力电子开关器件被击穿。应合理选择滤波电容的容量，或采用泵升电压限制电路。 2-9 在晶闸管整流器-电动机开环调速系统中，为什么转速随负载增加而降低？ 答：负载增加意味着负载转矩变大，电机减速，并且在减速过程中，反电动势减小，于是电枢电流增大，从而使电磁转矩增加，达到与负载转矩平衡，电机不再减速，保持稳定。故负载增加，稳态时，电机转速会较增加之前降低。 2-10 静差率和调速范围有何关系？静差率和机械特性硬度是一回事吗？举个例子。 答：D=（nN/△n）（s/（1-s）。静差率是用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度的，）而机械特性硬度是用来衡量调速系统在负载变化下转速的降落的。 2-11 调速范围与静态速降和最小静差率之间有何关系？为什么必须同时提才有意义？ 答：D=（nN/△n）（s/（1-s）。因为若只考虑减小最小静差率，则在一定静态速降下，允许） 允许的最小转差率又大得不能满足要求。因此必须同时提才有意义。 2=12 转速单闭环调速系统有哪些特点？改变给定电压能否改变电动机的转速？为什么？如
第二章双闭环直流调速系统 2-1在转速、电流双闭环调速系统中，若要改变电动机的转速，应调节什么参数？改变转速调节器的放大倍数行不行？改变电力电子变换器的放大倍数行不行？改变转速反馈系数行不行？若要改变电动机的堵转电流，应调节系统中的什么参数？ 答：改变电机的转速需要调节转速给定信号Un※；改变转速调节器的放大倍数不行，改变电力电子变换器的放大倍数不行。若要改变电机的堵转电流需要改变ASR的限幅值。 2-2 （1 （2 （1 （2 （3 （4 2-3是多少？ 答：=βId=Ui，Uc=U d0 2-4如果转速、电流双闭环调速系统的转速调节器不是PI调节器，而是比例调节器，对系统的静、动态性能会有什么影响？ 答：若采用比例调节器可利用提高放大系数的办法使稳态误差减小即提高稳态精度，但还是有静差的系统，但放大倍数太大很有可能使系统不稳定。 2-5在转速、电流双闭环系统中，采用PI调节器，当系统带额定负载运行时，转速反馈线突然断线，系统重新进入稳态后，电流调节器的输入偏差电压△Ui是否为0，为什么？
答：反馈线未断之前，Id=In，令n=n1，当转速反馈断线，ASR迅速进入饱和，Un※=Un※max，Uc↑，Id↑至Idm，Te＞T l，n↑，Id↓，△Ui出现，Id↑至Idm，n↑，Id↓，此过程重复进行直到ACR饱和，n↑，Id↓，当Id=In，系统重新进入稳态，此时的速度n2＞n1，电流给定为Un※max=Idmaxβ＞电流反馈信号Un=Inβ，偏差△Ui不为0。 2-6在转速、电流双闭环系统中，转速给定信号Un※未改变，若增大转速反馈系数α，系统稳定后转速反馈电压Un是增加还是减少还是不变？为什么？ 答：Un不变，因为PI调节器在稳态时无静差，即：Un※=Un，Un※未改变，则，Un也不变。 2-7 Unm*试求：（1 （2 解：（1 α=Unm* （2 2-8Uim=8V （1）Ui （2）Uc 解：（1 电流为 电流为 （2）Uc增加。 2-9在双闭环直流调速系统中，电动机拖动恒转矩负载在额定工作点正常运行，现因某种原因电动机励磁下降一半，系统工作情况将会如何变化？（λ=1.5） 答：设突发状况之前的磁通为?1，令此时的磁通为?2，之前的电磁力矩为Te1，此刻的电磁力矩为Te2，负载转矩恒为T l，电机励磁下降一半，则?2=0.5?1，Te2=Cm（?2）Id=0.5Te1＜T l，n↓，Id↑甚至到Idm，Te2=Cm（?2）Idm=0.75Te1＜T l，n会一直下降到0。
交流变频调速基本原理 一．异步电动机概述 1．异步电动机旋转原理 异步电动机的电磁转矩是由定子主磁通和转子电流相互作用产生的。 ⑴磁场以n0转速顺时针旋转，转子绕组切割磁力线，产生转子 电流 ⑵通电的转子绕组相对磁场运动，产生电磁力 ⑶电磁力使转子绕组以转速n旋转，方向与磁场旋转方向相同 2．旋转磁场的产生 旋转磁场实际上是三个交变磁场合成的结果。这三个交变磁场应满足： ⑴在空间位置上互差2π/3 rad电度角。这一点，由定子三相绕 组的布置来保证
⑵在时间上互差2π/3 rad相位角（或1/3周期）。这一点，由通 入的三相交变电流来保证 3．电动机转速 产生转子电流的必要条件是转子绕组切割定子磁场的磁力线。因此，转子的转速n必须低于定子磁场的转速n0，两者之差称为转差： Δn＝n0－n 转差与定子磁场转速（常称为同步转速）之比，称为转差率：s＝Δn / n0 同步转速n0由下式决定： n0＝60 f / p 式中，f为输入电流的频率，p为旋转磁场的极对数。 由此可得转子的转速 n＝60 f（1－s）/ p 二．异步电动机调速 由转速n＝60 f（1－s）/ p可知异步电动机调速有以下几方法： 1．改变磁极对数p （变极调速） 定子磁场的极对数取决于定子绕组的结构。所以，要改变p，必须将定子绕组制为可以换接成两种磁极对数的特殊形式。 通常一套绕组只能换接成两种磁极对数。 变极调速的主要优点是设备简单、操作方便、机械特性较硬、
效率高、既适用于恒转矩调速，又适用于恒功率调速；其缺点是有极调速，且极数有限，因而只适用于不需平滑调速的场合。2．改变转差率s （变转差率调速） 以改变转差率为目的调速方法有：定子调压调速、转子变电阻调速、电磁转差离合器调速、串极调速等。 ⑴定子调压调速 当负载转矩一定时，随着电机定子电压的降低，主磁通减少，转子感应电动势减少，转子电流减少，转子受到的电磁力减少，转差率s增大，转速减小，从而达到速度调节的目；同理，定子电压升高，转速增加。 调压调速的优点是调速平滑，采用闭环系统时，机械特性较硬，调速范围较宽，缺点是低速时，转差功率损耗较大，功率因素低，电流大，效率低。调压调速既非恒转矩调速，也非恒功率调速，比较适合于风机泵类特性的负载。 分体机上的室内风机就是利用定子电压调速的方法进行调速的，其调速电路如下图。 根据风机速度的反馈信号，控制晶闸管SCR导通的相角，从而控制风机定子的输入电压，以控制风机的风速。 前面讲在空间位置上互差2π/3 rad电度角的三相绕组通以在时间上互差2π/3 rad相位角（或1/3周期）三相交变电流可产生旋转磁场，同样，在空间位置上互差π/2 rad电度角的两相绕组通以在时间上互差π/2 rad相位角（或1/2周期）两相交变电