現(xiàn)代交流電機控制技術(shù)C0緒論課件

1、緒論*現(xiàn)代交流電機控制技術(shù)內(nèi)容概要交流電動機控制技術(shù)的發(fā)展概況；交流電動機控制系統(tǒng)的類型；交流電動機控制方法和應用領域。本章講述：*0.1 交流電動機控制技術(shù)的發(fā)展概況 19世紀70年代前后相繼誕生了直流電動機和交流電動機，從此人類社會進入了以電動機為動力設備的時代。以電動機作為動力機械，為人類社會的發(fā)展和進步、為工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化起到了巨大的推動作用。 在用電系統(tǒng)中，電動機作為主要的動力設備而廣泛地應用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、空間技術(shù)、國防及社會生活等方面。電動機負荷約占總發(fā)電量的70%，為用電量最多的電氣設備。* 根據(jù)采用的電流制式不同，電動機分為直流電動機和交流電動機兩大類，其中交流電動機

2、擁有量最多，提供給工業(yè)生產(chǎn)的電量多半是通過交流電動機加以利用的。經(jīng)過一百二十多年的發(fā)展，至今已經(jīng)制造了型式多樣、用途各異的各種容量、各種品種的交流電動機。交流電動機分為同步電動機和異步（感應）電動機兩大類：電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子電流的頻率保持嚴格不變的關系，即是同步電動機；反之，若不保持這種關系，即是異步電動機。20世紀80年代以來，開關磁阻電動機、永磁無刷直流電動機（梯形波永磁同步電動機）、正弦波永磁同步電動機等新型交流電動機得到了很快的發(fā)展和應用。根據(jù)統(tǒng)計，交流電動機用電量占電動機總用電量的85%左右，可見交流電動機應用的廣泛性及其在國民經(jīng)濟中的重要地位。* 在實際應用中，一是要使電動機具

3、有較高的機電能量轉(zhuǎn)換效率；二是根據(jù)生產(chǎn)機械的工藝要求控制和調(diào)節(jié)電動機的旋轉(zhuǎn)速度。電動機的調(diào)速性能如何對提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)率和節(jié)省電能有著直接的決定性影響。以直流電動機作為控制對象的電力拖動自動控制系統(tǒng)稱為直流調(diào)速系統(tǒng)；以交流電動機作為控制對象的電力拖動自動控制系統(tǒng)稱為交流調(diào)速系統(tǒng)。根據(jù)交流電動機的分類，相應有同步電動機調(diào)速系統(tǒng)和異步電動機調(diào)速系統(tǒng)。*0.1.1直流電動機控制技術(shù)存在的問題 20世紀60年代以前是以旋轉(zhuǎn)變流機組供電的直流調(diào)速系統(tǒng)為主（見圖0-1），還有一些靜止式水銀整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)如圖0-2所示。1957年美國通用電氣公司的A.R.約克制成了世界上第一只晶閘管（S

4、CR），又稱為可控硅整流元件（簡稱可控硅），這標志著電力電子時代的開始。20世紀60年代以后以晶閘管組成的直流供電系統(tǒng)逐步取代了直流機組和水銀整流器。20世紀80年代末期全數(shù)字控制的直流調(diào)速系統(tǒng)迅速取代了模擬控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。*圖0-1直流發(fā)動機-直流電動機系統(tǒng)* 由于直流電動機的轉(zhuǎn)速容易控制和調(diào)節(jié)，在額定轉(zhuǎn)速以下，保持勵磁電流恒定，可用改變電樞電壓的方法實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；在額定轉(zhuǎn)速以上，保持電樞電壓恒定，可用改變勵磁的方法實現(xiàn)恒功率調(diào)速。近代采用晶閘管供電的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可獲得優(yōu)良的靜、動態(tài)調(diào)速特性。因此，長期以來（20世紀80年代中期以前）在變速傳動領域中，直流調(diào)速一直占據(jù)主

5、導地位。然而，由于直流電動機本身存在機械式換向器和電刷這一固有的結(jié)構(gòu)性缺陷，這給直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展帶來了一系列限制，即：* 1）機械式換向器表面線速度及換向電壓、電流有一極限容許值，這就限制了電動機的轉(zhuǎn)速和功率（其極限容量與轉(zhuǎn)速乘積被限制在106kWr/min）。如果要超過極限容許值，則大大增加電機制造的難度和成本以及調(diào)速系統(tǒng)的復雜性。因此，在工業(yè)生產(chǎn)中，對一些要求特高轉(zhuǎn)速、特大功率的場合則根本無法采用直流調(diào)速方案。 2）為了使機械式換向器能夠可靠工作，往往增大電樞和換向器直徑，使得電機體積增大，導致轉(zhuǎn)動慣量增大，對于要求快速響應的生產(chǎn)工藝，采用直流調(diào)速方案難以實現(xiàn)。 3）機械式換向器必須經(jīng)常

6、檢查和維修，電刷必須定期更換。這就表明了直流調(diào)速系統(tǒng)維護工作量大，維修費用高，同時停機檢修和更換電刷也直接影響了正常生產(chǎn)。 4）在一些易燃、易爆的生產(chǎn)場合，一些多粉塵、多腐蝕性氣體的生產(chǎn)場合不能或不宜使用直流調(diào)速系統(tǒng)。* 由于直流電動機在應用中存在著這樣的一些限制，使得直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展也相應受到限制。但是目前工業(yè)生產(chǎn)中許多場合仍然沿用以往的直流電動機，因此在今后相當長的一個時期內(nèi)直流調(diào)速和交流調(diào)速并存，直流調(diào)速系統(tǒng)還將繼續(xù)使用。*0.1.2交流電動機控制技術(shù)的發(fā)展概況 交流電動機，特別是鼠籠型異步電動機，具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、價格便宜、堅固耐用、轉(zhuǎn)動慣量小、運行可靠、很少維修、使用環(huán)境及結(jié)

7、構(gòu)發(fā)展不受限制等優(yōu)點。但是，長期以來由于受科技發(fā)展的限制，把交流電動機作為調(diào)速電機的困難問題未能得到較好的解決，在早期只有一些調(diào)速性能差、低效耗能的調(diào)速方法，如：繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子外串電阻調(diào)速方法（見圖0-3）*圖0-3繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子外串電阻調(diào)速原理圖* 鼠籠式異步電動機定子調(diào)壓調(diào)速方法（利用自耦變壓器變壓調(diào)速；利用飽和電抗器變壓調(diào)速；利用晶閘管交流調(diào)壓器調(diào)壓調(diào)速）如圖0-4所示。還有變極對數(shù)調(diào)速方法（見圖0-5）及后來的電磁（轉(zhuǎn)差離合器）調(diào)速方法（見圖0-6）等。*圖0-4異步電動機變壓調(diào)速系統(tǒng)*圖0-5變極對數(shù)調(diào)速方法原理圖 圖0-5a為一臺4極電動機A相兩個線圈連接示意圖，每個線

8、圈代表半個繞組。如果兩個線圈處于首尾相連的順向串聯(lián)狀態(tài)，根據(jù)電流方向可以確定出磁場的極性，顯然為4極，如果將兩個線圈改為圖b所示反向串聯(lián)狀態(tài)，致使極數(shù)減半。*圖0-6電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)* 在圖0-1中，當勵磁繞組通以直流電，電樞為電動機所拖動以恒速定向旋轉(zhuǎn)時，在電樞中感應產(chǎn)生渦流，渦流與磁極的磁場作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使磁極跟著電樞同方向旋轉(zhuǎn)。改變勵磁電流的大小就可以實現(xiàn)對負載的調(diào)速。 20世紀60年代以后，由于生產(chǎn)發(fā)展的需要和（由能源危機引起）節(jié)省電能的迫切要求，促使世界各國重視交流調(diào)速技術(shù)的研究與開發(fā)。尤其是20世紀80年代以來，由于科學技術(shù)的迅速發(fā)展，為交流調(diào)速的發(fā)展創(chuàng)造了極為有利的技術(shù)

9、條件和物質(zhì)基礎。從此，以變頻調(diào)速為主要內(nèi)容的現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)沿著下述四個方面迅速發(fā)展。* （1）電力電子器件（Power Electronic Device）的蓬勃發(fā)展和迅速換代推動了交流調(diào)速的迅速發(fā)展 電力電子器件是現(xiàn)代交流調(diào)速裝置的支柱，其發(fā)展直接決定和影響交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展。20世紀80年代中期以前，變頻調(diào)速裝置功率回路主要采用晶閘管元件。裝置的效率、可靠性、成本、體積均無法與同容量的直流調(diào)速裝置相比。80年代中期以后采用第二代電力電子器件GTR（Giant Transistor）、GTO（Gate Turn Off thyristor）、VDMOS-IGBT（Insulated Gat

10、e Bipolar Transistor）等功率器件制造的變頻器在性能上與直流調(diào)速裝置相當。90年代第三代電力電子器件問世，在這個時期中，中、小功率的變頻器（11000kW）主要采用IGBT器件，大功率的變頻器采用GTO器件。20世紀90年代末至今，電力電子器件的發(fā)展進入了第四代，主要實用的器件有：* 高壓IGBT器件（SIEMENS公司 HVIGBT）溝槽式結(jié)構(gòu)的絕緣柵晶體管IGBT問世，使IGBT器件的耐壓水平由常規(guī)1200V提高到4500V，實用功率容量為3300V/1200A，表明IGBT器件突破了耐壓限制，進入第四代高壓IGBT階段，與此相應的三電平IGBT中壓（23004160V）

11、大容量變頻調(diào)速裝置進入實用化階段。 IGCT（Insulated Gate Controlled Transistor）器件 ABB公司把環(huán)形門極GTO器件外加MOSFET功能，研制成功全控型IGCT（ETO）器件，使其耐壓及容量保持了GTO的水平，但門極控制功率大大減小，僅為0.51W。目前實用化的IGCT功率容量為4500V/3000A，相應的變頻器容量為(31510000kW)/(610kV)。* IEGT（Injection Enhanced GateTransistor）器件東芝GE公司研制的高壓、大容量、全控型功率器件IEGT是把IGBT器件和GTO器件二者優(yōu)點結(jié)合起來的注入增強柵

12、晶體管。IEGT器件實用功率容量為4500V/1500A，相應的變頻器容量達810MW。 由于GTR、GTO器件本身存在的不可克服的缺陷，功率器件進入第四代以來，GTR器件已被淘汰不再使用，GTO器件也將被逐步淘汰。用第四代電力電子器件制造的變頻器性能/價格比與直流調(diào)速裝置相當。 第四代電力電子器件模塊化更為成熟，如功率集成電路PIC、智能功率模塊IPM等，模塊化器件將是21世紀主宰器件。* （2）脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù) 1964年，德國學者A.Schonung和H.Stemmler提出將通信中的調(diào)制技術(shù)應用到電機控制中，于是產(chǎn)生了脈沖寬度調(diào)制技術(shù)（pulse width modulation

13、PWM），簡稱脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)。脈寬調(diào)制技術(shù)的發(fā)展和應用優(yōu)化了變頻裝置的性能，適用于各類調(diào)速系統(tǒng)。 脈寬調(diào)制（PWM）種類很多，并且正在不斷發(fā)展之中。基本上可分為四類，即等寬PWM、正弦PWM（SPWM）、磁鏈追蹤型PWM (SVPWM)及電流滯環(huán)跟蹤型PWM（CHBPWM）。PWM技術(shù)的應用克服了相控方法的所有弊端，使交流電動機定子得到了接近正弦波的電壓和電流，提高了電機的功率因數(shù)和輸出功率?，F(xiàn)代PWM生成電路大多采用具有高速輸出口(HSO)的單片機（如80196）及高速數(shù)字信號處理器(DSP)，通過軟件編程生成PWM。近年來，新型全數(shù)字化專用PWM生成芯片HEF4752、SLE452

14、0、MA818等已實際應用。* （3）矢量控制理論的誕生和發(fā)展奠定了現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)高性能化的基礎 1971年德國學者伯拉斯切克（F.Blaschke）提出了交流電動機矢量控制理論，這是實現(xiàn)高性能交流調(diào)速系統(tǒng)的一個重要突破。 矢量控制的基本思想是應用參數(shù)重構(gòu)和狀態(tài)重構(gòu)的現(xiàn)代控制理論概念實現(xiàn)交流電動機定子電流的勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量之間的解耦，將交流電動機的控制過程等效為直流電動機的控制過程，從而交流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能得到了顯著的提高，這使交流調(diào)速最終取代直流調(diào)速成為可能。目前對調(diào)速特性要求較高的生產(chǎn)工藝已較多地采用了矢量控制型的變頻調(diào)速裝置。實踐證明，采用矢量控制的交流調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)越性高于直流調(diào)速

15、系統(tǒng)。* 針對電機參數(shù)時變特點，在矢量控制系統(tǒng)中采用了自適應控制技術(shù)。毫無疑問，矢量控制技術(shù)在應用實踐中將會更加完善，其控制性能將得到進一步提高。繼矢量控制技術(shù)之后，于1985年由德國學者M.Depenbrock提出的直接自控制(DSC)的直接轉(zhuǎn)矩控制，以及于1986年由日本學者I.Takahashi提出的直接轉(zhuǎn)矩控制都取得了實際應用的成功。近十幾年的實際應用表明，與矢量控制技術(shù)相比直接轉(zhuǎn)矩控制可獲得更大的瞬時轉(zhuǎn)矩和快速的動態(tài)響應，因此，交流電動機直接轉(zhuǎn)矩控制也是一種很有發(fā)展前途的控制技術(shù)，目前，采用直接轉(zhuǎn)矩控制方式的IGBT、IEGT、IGCT變頻器已廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)及交通運輸部門中。*

16、（4）計算機控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應用 微型計算機控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應用為現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的成功應用提供了重要的技術(shù)手段和保證。近十幾年來，由于微機控制技術(shù)，特別是以單片微機及數(shù)字信號處理器DSP為控制核心的微機控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應用，促使交流調(diào)速系統(tǒng)的控制回路由模擬控制迅速走向數(shù)字控制。當今模擬控制器已被淘汰，全數(shù)字化的交流調(diào)速系統(tǒng)已普遍應用。 * 數(shù)字化使得控制器對信息處理能力大幅度提高，許多難以實現(xiàn)的復雜控制，如矢量控制中的坐標變換運算、解耦控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、參數(shù)辨識的自適應控制等，采用微機控制器后便都迎刃而解了。此外，微機控制技術(shù)又給交流調(diào)速系統(tǒng)增加了多方面的功能，特

17、別是故障診斷技術(shù)得到了完全的實現(xiàn)。 計算機控制技術(shù)的應用提高了交流調(diào)速系統(tǒng)的可靠性和操作、設置的多樣性和靈活性，降低了變頻調(diào)速裝置的成本和體積。以微處理器為核心的數(shù)字控制已成為現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的主要特征之一。* 交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展過程表明，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及社會發(fā)展的需要推動了交流調(diào)速的發(fā)展；現(xiàn)代控制理論的發(fā)展和應用、電力電子技術(shù)的發(fā)展和應用、微機控制技術(shù)及大規(guī)模集成電路的發(fā)展和應用為交流調(diào)速的發(fā)展創(chuàng)造了技術(shù)和物質(zhì)條件。 20世紀90年代以來，電力傳動領域面貌煥然一新。各種類型的異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)、各種類型的同步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)覆蓋了電力傳動領域的方方面面。電壓等級從110V到10000V，

18、容量從數(shù)百瓦的伺服系統(tǒng)到數(shù)萬千瓦的特大功率調(diào)速系統(tǒng)，從一般要求的調(diào)速傳動到高精度、快速響應的高性能調(diào)速傳動，從單機調(diào)速傳動到多機協(xié)調(diào)調(diào)速傳動，幾乎無所不有。*0.1.3交流電動機控制技術(shù)的發(fā)展動向 交流調(diào)速取代直流調(diào)速已是不爭的事實，21世紀必將是交流調(diào)速的時代。當前交流調(diào)速系統(tǒng)正朝著高電壓、大容量、高性能、高效率、綠色化、網(wǎng)絡化的方向發(fā)展，主要有：高性能交流調(diào)速系統(tǒng)的進一步研究與技術(shù)開發(fā)；新型拓撲結(jié)構(gòu)功率變換器的研究與技術(shù)開發(fā)；PWM模式的改進和優(yōu)化；中壓變頻裝置（我國稱為高壓變頻裝置）的開發(fā)研究* （1）控制理論與控制技術(shù)方面的研究與開發(fā) 十幾年的應用實踐表明，矢量控制理論及其他現(xiàn)代控制理

19、論的應用尚待隨著交流調(diào)速的發(fā)展而不斷完善，從而進一步提高交流調(diào)速系統(tǒng)的控制性能。各種控制結(jié)構(gòu)所依據(jù)的都是被控對象的數(shù)學模型，因此，為了建立交流調(diào)速系統(tǒng)的合理的控制結(jié)構(gòu)，仍需對交流電動機數(shù)學模型的性質(zhì)、特點及內(nèi)在規(guī)律作深入研究和探討。 按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的異步電動機矢量控制系統(tǒng)實現(xiàn)了定子勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流的完全解耦，然而轉(zhuǎn)子參數(shù)估計的不準確及參數(shù)變化造成定向坐標的偏移是矢量控制研究中必須解決的重要問題之一。* 直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)在應用實踐中不斷完善和提高，其研究的主攻方向是進一步提高低速時的控制性能，以擴大調(diào)速范圍。 實現(xiàn)無硬件測速傳感器的系統(tǒng)已有許多應用，但是轉(zhuǎn)速推算精度和控制的實時性有待于深入研究

20、與開發(fā)。近年來，為了進一步提高和改善交流調(diào)速系統(tǒng)的控制性能，國內(nèi)外學者致力于將先進的控制策略引入到交流調(diào)速系統(tǒng)中來，諸如,滑模變結(jié)構(gòu)控制、非線性反饋線性化控制、Backstepping控制、自適應逆控制、內(nèi)?？刂?、自抗擾控制、智能控制等，已經(jīng)成為交流調(diào)速發(fā)展中新的研究內(nèi)容。* （2）變頻器主電路拓撲結(jié)構(gòu)研究與開發(fā) 提高變頻器的輸出效率是電力電子技術(shù)發(fā)展中主要解決的重要問題之一。提高變頻器輸出效率的主要措施是降低電力電子器件的開關損耗。具體解決方法是開發(fā)研制新型拓撲結(jié)構(gòu)的變流器，如20世紀80年代中期美國威斯康星大學Divan教授提出的諧振直流環(huán)逆變器，可使電力電子器件在零電壓或零電流下轉(zhuǎn)換，即

21、工作在所謂“軟開關”狀態(tài)下，從而使開關損耗降低到接近于零。 此外，電力電子逆變器正朝著高頻化、大功率方向發(fā)展，這使裝置內(nèi)部電壓、電流發(fā)生劇變，不但使器件承受很大的電壓、電流應力，而且在輸入、輸出引線及周圍空間里產(chǎn)生高頻電磁噪聲，引發(fā)電氣設備誤動作，這種公害稱為電磁干擾（EMI，Electro Magnetic Interference）。抑制EMI的有效方法也是采用軟開關技術(shù)。具有軟開關功能的諧振逆變器，國內(nèi)外都在積極進行研究與開發(fā)。今后串并聯(lián)諧振式變頻器將會有越來越多的應用。* 針對交交變頻器的輸出頻率低（不到供電頻率的1/2）的缺點，于20世紀80年代人們開始研究矩陣式變頻器（Matrix

22、 Converter）（見圖0-7）。矩陣式變頻器是一種可選擇的交交變頻器結(jié)構(gòu)，其輸出頻率可以提高到45Hz以上。這種變頻器可以拓撲展成ACDC、DCAC或ACAC轉(zhuǎn)換，且不受相數(shù)和頻率的限制，并且能量可以雙向流動，功率因數(shù)可調(diào)。盡管這種變頻器所需功率器件較多，但它的一系列優(yōu)點已經(jīng)引起人們的廣泛關注，必將有一個很好的發(fā)展前景。*圖0-7矩陣式變頻器主電路原理圖* 具有PWM整流器/PWM逆變器的“雙PWM變頻器”(圖0-8)已進入實用化階段，并且迅速向前發(fā)展。這種變頻器的變流功率因數(shù)為1，能量可以雙向流動，網(wǎng)側(cè)和負載側(cè)的諧波量比較低，減少了對電網(wǎng)的公害和電動機的轉(zhuǎn)矩脈動，被稱為“綠色變頻器”，

23、代表了交流調(diào)速一個新的發(fā)展方向。*圖0-8由三相、兩電平變流器構(gòu)成的雙側(cè)PWM變頻器主電路（12開關）* （3）PWM模式改進與優(yōu)化研究 近年來，隨著中壓變頻器的興起，對于SVPWM模式進行了改進和優(yōu)化研究，其中為解決三電平中壓變頻器中點電壓偏移問題，研究了虛擬電壓矢量合成PWM模式（不產(chǎn)生中點電壓偏移時的電壓長矢量、短矢量、零矢量的組合），已取得了具有實用價值的研究成果；用于級聯(lián)式多電平中壓變頻器的脈沖移相PWM技術(shù)已有應用。* （ 4）中壓變頻裝置的研究與開發(fā) 中壓是指電壓等級為1kV10kV，中、大功率是指功率等級在300kW以上。中壓、大容量的交流調(diào)速系統(tǒng)研究與開發(fā)實踐已有20多年了，

24、逐步走上了實際應用階段，尤其隨著全控型功率器件耐壓的提高，中壓變頻器的應用迅速加快了。應用較多的是采用IGBT、IEGT、IGCT三電平中壓變頻器（見圖0-9）及級聯(lián)式單元串聯(lián)多電平中壓變頻器（見圖0-10）。目前，中壓變頻器已成為交流調(diào)速開發(fā)研究的新領域，是熱點課題之一。圖0-9采用IGBT、IGCT三電平中電壓變頻器主電路拓撲結(jié)構(gòu)圖*圖0-10級聯(lián)式多電平中壓變頻器主電路拓撲結(jié)構(gòu)圖* 中壓變頻器的發(fā)展受到了電力電子器件耐壓等級不高的限制。為此，美國Cree公司、德國西門子公司、日本東芝公司，還有歐洲ABB公司等都投入巨資研制一種碳化硅（SiC）電力電子器件，其PN結(jié)耐壓等級可達到10kV以

25、上，預計不久的將來會有突破性的進展，新一代的中壓變頻器將隨之誕生。*0.2 交流電動機控制系統(tǒng)的類型 現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)由交流電動機、電力電子功率變換器、控制器和檢測器等四大部分組成。如圖0-11所示。電力電子功率變換器與控制器及電量檢測器集中于一體，稱為變頻器（變頻調(diào)速裝置），如圖0-11內(nèi)框虛線所框部分。從系統(tǒng)方面定義，圖0-11外框虛線所框部分稱為交流變速系統(tǒng)。 *圖0-11現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)組成示意圖 根據(jù)被控對象交流電動機的種類不同，現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)可分為異步電動機調(diào)速系統(tǒng)和同步電動機調(diào)速系統(tǒng)。*0.2.1 同步電動機控制系統(tǒng)的基本類型 由同步電動機轉(zhuǎn)速公式 （ 定子供電頻率， 電動機極

26、對數(shù)）可知，同步電動機惟一依靠變頻調(diào)速。根據(jù)頻率控制方式的不同，同步電動機調(diào)速系統(tǒng)可分為兩類，即他控式同步電動機調(diào)速系統(tǒng)和自控式同步電動機調(diào)速系統(tǒng)。*1.他控式同步電動機調(diào)速系統(tǒng) 用獨立的變頻裝置作為同步電動機的變頻電源叫做他控式同步電動機調(diào)速系統(tǒng)。他控式恒壓頻比的同步電動機調(diào)速系統(tǒng)目前多用于小容量場合，例如永磁同步電動機、磁阻同步電動機。2.自控式同步電動機調(diào)速系統(tǒng) 采用頻率閉環(huán)方式的同步電動機調(diào)速系統(tǒng)叫做自控式同步電動機調(diào)速系統(tǒng)，是用電機軸上所裝轉(zhuǎn)子位置檢測器來控制變頻裝置觸發(fā)脈沖，使同步電動機工作在自同步狀態(tài)。自控式同步電動機調(diào)速系統(tǒng)可分為兩種類型。*（1）負載換向自控式同步電動機調(diào)速系

27、統(tǒng)（無換向器電機） 負載換向自控式同步電動機調(diào)速系統(tǒng)主電路常采用交-直-交電流型變流器，利用同步電動機電流超前電壓的特點，使逆變器的晶閘管工作在自然換向狀態(tài)。國際上簡稱這種系統(tǒng)為LCI（Load Commutated Inverter）。目前這種調(diào)速系統(tǒng)容量已達到數(shù)萬千伏安，電壓等級達到萬伏以上。值得注意的是這種超大容量的系統(tǒng)所用同步電動機滑環(huán)式勵磁系統(tǒng)已改用無刷勵磁機系統(tǒng)。*（2）交-交變頻供電的同步電動機調(diào)速系統(tǒng) 交-交變頻同步電動機調(diào)速系統(tǒng)的逆變器采用交-交循環(huán)變流結(jié)構(gòu)，由晶閘管組成，提供頻率可變的三相正弦電流給同步電動機。采用矢量控制后，這種系統(tǒng)具有優(yōu)良的動態(tài)性能，廣泛用于軋鋼機主傳動

28、調(diào)速中。交-交變頻同步電動機調(diào)速系統(tǒng)容量可以做到很大，達到10000kVA以上。但是調(diào)速范圍最高達到20Hz（工頻為50Hz時），這是這種調(diào)速系統(tǒng)的不足之處。*0.2.2 異步電動機控制系統(tǒng)的基本類型 由異步電動機工作原理可知，從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率 可分為兩部分：一部分 是拖動負載的有效功率；另一部分是轉(zhuǎn)差功率 ，與轉(zhuǎn)差率 成正比。轉(zhuǎn)差功率如何處理，是消耗掉還是回饋給電網(wǎng)，可衡量異步電動機調(diào)速系統(tǒng)的效率高低。因此按轉(zhuǎn)差功率處理方式的不同可以把現(xiàn)代異步電動機調(diào)速系統(tǒng)分為三類。*（1）轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng) 全部轉(zhuǎn)差功率都轉(zhuǎn)換成熱能的形式而消耗掉。晶閘管調(diào)壓調(diào)速屬于這一類。在異步電動機調(diào)速系統(tǒng)

29、中，這類系統(tǒng)的效率最低，是以增加轉(zhuǎn)差功率的消耗為代價來換取轉(zhuǎn)速的降低。但是由于這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最簡單，所以對于要求不高的小容量場合還有一定的應用。（2）轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速系統(tǒng) 轉(zhuǎn)差功率一小部分消耗掉，大部分則通過變流裝置回饋給電網(wǎng)。轉(zhuǎn)速越低，回饋的功率越多。繞線式異步電動機串級調(diào)速和雙饋調(diào)速屬于這一類。顯然這類調(diào)速系統(tǒng)效率最高。*（3）轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng) 轉(zhuǎn)差功率中轉(zhuǎn)子銅損部分的消耗是不可避免的，但在這類系統(tǒng)中，無論轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)差功率的消耗基本不變，因此效率很高。變頻調(diào)速屬于這一類。目前在交流調(diào)速系統(tǒng)中，變頻調(diào)速應用最多、最廣泛，可以構(gòu)成高動態(tài)性能的交流調(diào)速系統(tǒng)，取代直流調(diào)速。變頻調(diào)速技術(shù)及其

30、裝置仍是21世紀的主流技術(shù)和主流產(chǎn)品。*0.3交流電動機控制方法和應用領域0.3.1 交流電動機控制方法1.同步電動機的調(diào)速方法 由電機學可知，同步電動機的轉(zhuǎn)速公式為（0-1）式中， 為同步頻率， 為同步轉(zhuǎn)速， 為極對數(shù)。 現(xiàn)代同步電機的調(diào)速方法有變頻調(diào)速（如式（0-1）、最大轉(zhuǎn)矩控制、100%功率因數(shù)控制等方法。*2.異步電動機的調(diào)速方法（1）變壓變頻調(diào)速由電機學可知，異步電動機的調(diào)速公式（0-2）式中， 為轉(zhuǎn)差率， 為同步角速度。 由式（0-2）可知，異步電動機的調(diào)速方法是通過改變同步頻率 或改變轉(zhuǎn)差率 來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與控制。*（2）繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的雙饋調(diào)速與串級調(diào)速 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的雙饋調(diào)速與串級調(diào)速是通過轉(zhuǎn)差功率回饋（電網(wǎng)）方式實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)