串电阻调速——绕线式异步机 调压调速 串级调速——绕线式异步机 电磁转差离合器调速
变极对数调速 鼠笼型转子
变频调速 交—交变频调速
交—直—交变频调速
1. 变级对数调速 n = 60 f1 (1-S ) / np
基本原理：在定子频率一定时，改变定子的极对 数即可改变同步转速n0，从而达到调速的目的。
要求高
要求低
较多
较少
简单且性能好
复杂
交流调速系统在应用上的优势
① 大功率负载时的性能价格比高； ② 高速运行时的转动惯量小； ③ 可应用于易燃、易爆、多尘的场合； ④ 大功率器件的发展使交流调速系统的成本
不断降低； ⑤ 采用中压变频装置可节省变电站容量。
3.1.2 交流调速系统的难点和复杂性
(1) 交流电机转矩控制的难点 Md = KmΦm Ir cosθr
极对数必须是整数(np=1，n0=3000r/min； np=2， n0=1500r/min； np=3，n0=1000r/min)，因此，变 级调速只能是有级调速。
变级调速只适用于鼠笼型异步电机。
1. 变级对数调速
n
3000
目前，传动系统中的新格局已经形成： 交流调速系统上升到主导地位，并逐渐取代 直流调速系统。
3.1.1 交流调速系统与直流调速系统的比较
直流电机自身固有的缺点： ① 直流电机的换向器工艺复杂、成本高； ② 换向器限制了直流电机的容量和速度； ③ 电刷火化和环火限制了直流电机的应用； ④ 转子发热多，电机效率低； ⑤ 换向器和电刷磨损快，维修工作量大。
交流电机与直流电机的比较
结构特点 重量/功率 体积/功率 价格/功率 最大容量 最大转速 最高电枢电压 安装环境
维护量 调速方式及性能
直流电机
交流电机
有电刷、工艺复杂 无电刷、工艺简单
约2倍
1倍
约2倍
1倍
几倍
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1倍
12MW~14MW
几十MW
1000r/min左右
数千r/min
1kV
6kV~10kV
3.1.2 交流调速系统的难点和复杂性
(2) 调速装置中器件的发展阶段限制 交流调速装置中两大组成部件：变频器
的主要器件——大功率电力电子装置在近五 十年更新了五代；控制器的主要器件——微 处理器的运算速度在近二十年提高了数倍。 因此直到20世纪90年代，这些器件才基本上 满足了高性能调速系统的需要。
3.1.3 交流调速系统的技术突破 (2) 微机及数字信号处理技术的发展 运算位数：8位16位32位； 执行时间：微秒级纳秒级 控制器的综合性能大幅度提高。
3.1.3 交流调速系统的技术突破 (3) 现代控制理论的应用及交流调速原理的
发展和成熟 标量控制矢量控制变结构控制 直接转矩控制智能控制（模糊、神经网络）
以前广泛采用的交流电机不调速系统采 用直接启动方式，启动电流可达额定电流的 6倍，不仅产生很大的电能损耗，而且影响 电网的稳定。特别是大功率系统对电网的扰 动更为明显。另外，由交流不可调速电机与 风机、水泵、压缩机等组成的机组，需要调 节流量时，只能采用挡板、阀门、回流、放 空等措施，造成大量的能量损失。
直到20世纪60~70年代，随着电力电子技 术的发展，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，使高性能交流调速系统应 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。
交流调速系统逐步实现了宽的调速范围、 高的稳速精度、快的动态响应以及四象限可 逆运行等良好的控制性能。
3.1.4 交流调速系统的主要应用领域
(3) 直流调速难以实现的领域
直流电机的换向能力限制了它的容量转速 积不超过106 kW ·r /min，超过这一数值时，其 设计与制造就非常困难了。
交流电机没有换向器，不受这种限制，因 此，特大容量的电力拖动设备，如厚板轧机、 矿井卷扬机等，以及极高转速的拖动，如高速 磨头、离心机等，都以采用交流调速为宜。
式中： Km— 转矩系数； Φm— 气隙磁通； Ir — 转子电流； θr— 转子功率因数角。
3.1.2 交流调速系统的难点和复杂性
Md = KmΦm Ir cosθr ① Φm是由定子电流 Is 和转子电流 Ir 共同产
生的； ② Φm与 Ir 耦合，且 Ir 通常无法直接测量 ； ③ θr是与转速相关的时变量； ④ Md仅代表平均转矩，控制瞬时转矩更难。
3.1.2 交流调速系统的难点和复杂性
(3) 调速系统精度和成本的限制 针对如此复杂的控制对象，新的控制方
法和控制器件要达到一定的控制精度，必须 要经过反复、大量的研制工作，并接受长期 的、各种工况的实际考验。因此在应用初期 价格较高。
3.1.3 交流调速系统的技术突破 (1) 电力电子技术的发展 半控器件全控器件；电流控制电压控制 低频开关高频开关；小功率大功率 单个器件模块化、集成化 变频器的性能、体积、价格不断优化。
运动控制系统
第3章
交流调速系统
3.1 概 述
直流电力传动和交流电力传动在19世纪 先后诞生。在20世纪的大部分年代里，鉴于 直流传动具有优越的调速性能：高性能可调 速传动都采用直流电机，而约占电力传动总 容量80%以上的不变速传动系统则采用交流 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。
3.1.4 交流调速系统的主要应用领域
(1) 交流恒速交流调速 在原来大量的交流不调速领域（如风机、
水泵、压缩机等）改恒速运行为可调速运行。 仅以泵的控制改造为例，节电率高达20%。
3.1.4 交流调速系统的主要应用领域
(2) 直流调速交流调速 为减少维护量、提高运行可靠性，将一些
直接关系生产和人身安全的直流调速系统改为 交流调速系统。
3.1.5 交流调速的基本方法
交流异步电机的转速公式：
n = 60 f1 (1-S ) / np= n0 (1-S ) 式中： f1 — 定子供电频率；
np — 极对数； S — 转差率， S = (n0 -n ) / n0 ； n0 — 同步转速， n0 = 60 f1 / np 。
变转差率调速