交流变频调速系统课程设计.pdf

一、绪论

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势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，
价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，
深受工业行业的青睐。
交流异步电动机的调速方式有多种，诸如调压调速、变级调速、串级
调速、滑差调速等，而变频调速优于上述任何一种调速方式，是当今国际
上广泛采用的效益高、性能好、应用广的新技术。它采用微机控制、电力
电子技术及电机传动技术取得工业交流异步电机的无级调速功能。目前在
国内外已广泛应用，是自动化电力传动的发展方向。

二、交流变频调速

2.1、交流变频调速的优异特性

1．调速时平滑性好，效率高。低速时，特性静关率较高，相对稳定性好。
2．调速范围较大，精度高。
3．起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显。
4．变频器体积小，便于安装、调试、维修简便。
5．易于实现过程自动化。
6．必须有专用的变频电源，目前造价较高。
7．在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低。
2.2、与其它调速方法的比较
交流电动机的调速方法有三种：变极调速、改变转差率调速和变频调
速。其中，变频调速最具优势。这里仅就交流变频调速系统与直流调速系
统做一比较。
在直流调速系统中，由于直流电动机具有电刷和整流子，因而必须对
其进行检查，电机安装环境受到限制。例如：不能在有易爆气体及尘埃多
的场合使用。此外，也限制了电机向高转速、大容量发展。而交流电机就
不存在这些问题，主要表现为以下几点：

第一，直流电机的单机容量一般为12-14MW，还常制成双电枢形式，
而交流电机单机容量却可以数倍于它。
第二，直流电机由于受换向限制，其电枢电压最高只能做到一千多伏，

而交流电机可做到6～10kV。第三，直流电机受换向器部分机械强度的约
束，其额定转速随电机额定功率而减小，一般仅为每分钟数百转到一千多
转，而交流电机的达到每分钟数千转。第四，直流电机的体积、重量、价
格要比同等容量的交流电机大。最后，特别要指出的是交流调速系统在节
约能源方面有着很大的优势。一方面，交流拖动的负荷在总用电量中占一
半或一半以上的比重，这类负荷实现节能，可以获得十分可观的节电效益。
另一方面，交流拖动本身存在可以挖掘的节电潜力。在交流调速系统中，
选用电机时往往留有一定余量，电机又不总是在最大负荷情况下运行；如
果利用变频调速技术，轻载时，通过对电机转速进行控制，就能达到节电
的目的。工业上大量使用风机、水泵、压缩机等，其用电量约占工业用电
量的50%；如果采用变频调速技术，既可大大提高其效率，又可减少10%
的电能消耗。
2.3、合理应用

交流变频调速技术在工业发达国已得到广泛应用。美国有60%-65%
的发电量用于电机驱动，由于有效地利用了变频调速技术，仅工业传动用
电就节约了15%-20%的电量。
采用变频调速，一是根据要求调速用，二是节能。它主要基于下面几
个因素：
1．变频调速系统自身损耗小，工作效率高。
2．电机总是保持在低转差率运行状态，减小转子损耗。
3．可实现软启、制动功能，减小启动电流冲击。
交流变频调速的方法是异步电机最有发展前途的调速方法。随着电力
电子技术的不断发展，性能可靠、匹配完善、价格便宜的变频器会不断出
现，这一技术会得到更为广泛、普遍的应用。目前，国外先进国家的变频
技术正向小型化、高可靠性、抗公害、多功能、高性能等方向发展，我国
也在加快发展步伐。

三、调速的相关技术和优缺点

交流电动机特别是鼠笼式异步电动机，结构简单，坚固耐用，制造方
便，价格低廉，容量没有限制，而且维修方便，对环境要求不高等优点，
在工农业生产中得到了广泛的应用。但同时交流电机本身是一个非线性、
强耦合的多变量系统，其可控性较差；而随着现代交流电机的调速控制理
论和电力电子变流技术的发展，交流电机调速取得了突破性的进展，电气
传动交流化的时代随之到来。
交流异步电机调速系统种类繁多，常见的有：
降电压调速；
电磁转差离合器调速；
绕线转子异步电机串级调速；
变级对数调速；
变压变频调速；
而由电机学可知，交流异步电机的转速公式如下：

式中，为异步电机定子电压供电频率，p为异步电机的极对数，s为异

步电机的转差率，为异步电机的同步转速。由上式可以看出，要改变

异步电机的转速，可以有三种方案，即改变转差率s、改变极对数p或改

变定子电压供电频率

根据公式，当极对数不变时，电动机转子转速n与定子电源频率
成正比。因此通过连续改变定子