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第四章交流调速基础
2025-4-21
第四章交流调速基础
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主要内容
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第四章交流调速基础
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（1）交、直流调速系统的比较
直流电动机的固有缺点：
工艺复杂，成本高；
换向器的换向能力限制了直流电动机的容量和速度；
电枢火花限制了直流电动机的安装环境；
转子发热，电机效率低；
可靠性较差，增加了维护和保养的工作量
（1）交、直流调速系统的比较
比较内容
直流电动机
交流电动机
结构以及制造
有电刷，制造复杂
无电刷，结构简单
重量/功率
约2倍
1倍
体积/功率
约2倍
1倍
价格/功率
几倍
1倍
最大容量
12MW~14MW
几十MW
最大转速
1000r/min左右
数千r/min
最高电枢电压
1kV
6kV~10kV
安装环境
要求高
要求低
维护
较多
较少
调速性能
好
复杂
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（1）交、直流调速系统的比较
交流调速优于直流调速之处：
在大功率负载情况下，交流调速性价比最优；
交流调速系统可满足高速运行要求；
在易燃易爆多尘场合，交流调速系统无需过多维护；
交流调速系统成本较之直流调速系统明显降低；
中压交流调速系统可以节省变电站容量；
交流电动机易于同某些生产机械形成机电一体化产品
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（2）交流调速的难点和复杂性
交流调速系统的难点主要来自于：
交流电动机的数学模型造成转矩控制困难
与其相关的电子器件和微处理器更新换代的速度制约了交流调速系统的发展速度
调速系统的精度和成本又使交流调速系统的应用复杂化
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（3）交流调速系统的技术突破
电力电子技术的发展
微机以及数字信号处理技术的发展
现代控制理论的应用以及交流调速原理的发展和成熟
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（4）交流调速系统的主要应用领域
主要应用方向：
以节能为目的的改恒速为调速的系统
以少维护省力为目的的取代直流调速的系统
直流调速难以实现的领域
具体应用实例：
轧钢工业、石油工业、机械工业、化工工业
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主要内容
概述
交流调速涉及的知识
电力变换电路
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第四章交流调速基础
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2.交流调速涉及的知识
被控对象：交流电动机
控制内容：
理论基础：自控原理（古典控制、现代控制）
主电路（变频器＋电动机）
控制电路
（硬件：单片机、PLC、PC、DSP）
（软件：交流电动机控制方案（VVVF、VCS、DTC））
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主要内容
概述
交流调速涉及的知识
电力变换电路
变频器的基本构成
跟踪型PWM控制
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3.电力变换电路
整流器（AC=DC）
逆变器（DC=AC）
变频器（AC=AC）
双整流器反并联（AC=AC）
整流器＋逆变器（AC=DC=AC）
无源逆变
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交－交变频（直接变频）
交－直－交变频（间接变频）
ＰＷＭ变频器
（1）变频器的基本构成
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①交－交变频器
变频器的基本构成
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变频器的基本构成
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变频器的基本构成
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适用范围：大容量低速传动
变频器的基本构成
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②交－直－交变频器
电压型逆变器：直流侧是电压源
电流型逆变器：直流侧是电流源
变频器的基本构成
比较内容
电压型逆变器
电流型逆变器
直流回路滤波环节
电容器
电抗器
输出电压波形
矩形波
与负载有关
输出电流波形
与负载功率因数有关
矩形波
输出动态阻抗
小
大
输入功率因数
0.8~0.85
0.75~0.85
回馈制动
不能，需另设反并联逆变器
能，无需任何附加设备
过流及短路保护
困难
容易
动态响应
较慢
快
对晶闸管的要求
关断时间要短，
对耐压要求一般较低
耐压高，
对关断时间无特殊要求
线路结构
较复杂
较简单
适用范围
多机拖动，稳频稳压电源
单机拖动，可逆运行
变频器的基本构成
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电压型逆变器的主要特点
中间直流环节采用大电容滤波，相当于恒压源
交流侧输出电压是矩形波，电流波形为正弦波
为了给交流侧向直流侧反馈能量提供通道，各臂均需反并联续流二极管
从直流侧向交流侧传送的功率是脉动的
当电机工作在再生制动状态时，需在中
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