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电力拖动自动控制系统第2篇交流拖动控制系统

内容提要n概述n交流调速系统的主要类型n交流变压调速系统n交流变频调速系统n*绕线转子异步电机双馈调速系统——转差功率馈送型调速系统

(远程教育)概述直流电力拖动和交流电力拖动在19世纪先后诞生。在20世纪上半叶的年代里，鉴于直流拖动具有优越的调速性能，高性能可调速拖动都采用直流电机，而约占电力拖动总容量80%以上的不变速拖动系统则采用交流电机，这种分工在一段时期内已成为一种举世公认的格局。交流调速系统的多种方案虽然早已问世，并已获得实际应用，但其性能却始终无法与直流调速系统相匹敌。

一、发展及现状直到20世纪60~70年代，随着电力电子技术的发展，使得采用电力电子变换器的交流拖动系统得以实现，特别是大规模集成电路和计算机控制的出现，高性能交流调速系统便应运而生，一直被认为是天经地义的交直流拖动按调速性能分工的格局终于被打破了。

二、直流和交流调速比较1、电流电机工艺复杂、增加直流电机成本。2、换向器的换向能力限制了直流电机的容量和速度。3、电刷的火花限制了直流电机的安装和使用环境。4、直流电机的大部分功率通过换向器流入电枢的转子发热多，电机效率低。（中大容量电机需要强迫风冷或水冷）

5、换向器和电刷的磨损降低的可靠性。交流电机控制比较复杂，但结构简单、成本低，安装环境要求低适用于易燃易爆环境，交流拖动取代直流可调拖动的呼声越来越强烈，交流拖动控制系统已经成为当前电力拖动控制的主要发展方向。实际应用中交流调速系统在以下几个方面优于直流调速系统。

交流调速1、大功率负载情况下，电力机车、卷扬机等控制系统。2、高速运行的场合，高速电钻、离心机等控制转速达数千到上万。3、易燃、易爆、多尘环境。4、中压（6-10KV）调速系统可以节省变电站容量。

吉林大学远程教育为什么交流调速系统100年才发展起来1、交流调速系统的难点和复杂性，难点来自转矩控制困难交流电机是一个多输入多输出、非线性、强耦合且时变得被控对象。电机转矩为

吉林大学远程教育转矩控制的难点：1是由定子电流和转子电流共同产生2和是两个耦合的变量，对一般的鼠笼电机是无法测量的，无法直接控制。3是与转速相关的时变量，随温度变化，随之变化上式是由稳态

吉林大学远程教育等值电路推导的平均转矩，更何况瞬时转矩。2、电力电子器件发展的限制3、调速系统技术和成本的限制交流调速系统技术的突破及发展现状。20世纪70年代石油危机席卷全球节能问题变得日益重要，发现

吉林大学远程教育占电机用电量一半以上的风机，泵类负载利用阀门和挡板调节流量和压力，浪费大量电能，迫使先进工业国家，投入大量的人力和财力高效和高性能的交流调速系统的研究。1）电力电子技术和脉宽调制的发展：

吉林大学远程教育电力电子器件的不断进步，为交流电机控制系统的完善提供了物质保证，绝缘栅双极性晶体管的实用化，为高频化PWM技术成为可能，目前电力电子正向高压，大功率、高频化、组合化、智能化发展。2）应用矢量控制技术和现代控制理论交流电机是一个多变量、非线性的被控

吉林大学远程教育对象，过去从电机稳态方程出发研究其控制特性，动态效果不理想。20世纪70年代提出矢量变换的方法研究电机的动态控制过程，不但控制其大小而且控制其相位，利用状态重构和估计的现代控制概念实现交流电机磁通和转矩的重构和解耦控制（1坐标变换矢量控制系统，不但控制其大小而且控制其相位转子磁场定向矢量控制

吉林大学远程教育通过坐标变换和电压补偿，实现了磁通和转矩的解耦和闭环控制。由于磁场的定向使得异步电机的机械特性和直流电机的机械特性一样，方便控制。但是转子时间常数随温度变化较大，一定程度上影响的系统的性能。（2转差频率矢量控制系统，

吉林大学远程教育为简化控制系统的结构，直接忽略转子磁通的过渡过程，这样的系统磁通采用开环控制结构大为简化很适合电流控制PWM电压型逆变器供电的异步电机控制系统，进一步简化，只考虑稳态方程，得出转差频率控制系统和开环的电压/频率恒定控制系统，在风机、泵类调速领域

吉林大学远程教育内广泛应用。（3直接和间接转矩控制系统，直接转矩控制是直接在定子坐标系上计算磁通的模和转矩的大小并通过磁通和转矩的直接跟踪，只关心转矩的大小，磁通的小范围误差不影响转矩的性能这种方法对参数变化不敏感。

吉林大学远程教育电压定向控制是在广义派克方程基础上提出的磁通和转矩间接控制方法。该法把参考坐标系放在同步旋转磁场上使d轴与定子电压矢量重合，根据磁通不变的条件，求得控制规律，该方法避免的复杂的坐标变换，能够实现磁通和转矩的解耦。

吉林大学远程教育古典控制只考虑稳态特性，启动、调速、制动控制，只研究一个状态到另一个状态的变化，不考虑电磁过程只重视动力学过程。（4计算机技术的发展（1）交流电机数字控制系