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直流在数控中曾得到广泛的应用，它具有良好的调速和转矩特性，它的结构复杂、制造成本高、体积大，电机的电刷容易磨损，换向器会产生火花，使直流伺服电机的容量和使用场合受到限制。交流伺服电机没有电刷和换向器等结构上的缺点；并且随着新型功率开关器件、专用、计算机技术和控制算法等的发展，促进了交流驱动电路的发展，使得交流伺服驱动的调速特性更能适应进给伺服系统的要求。现代数控机床都倾向采用交流伺服驱动，交流伺服驱动大有取代直流伺服驱动之势。
1.交流伺服电机的结构
交流电机有交流感应电机和交流同步电机之分。交流感应电机结构简单、容量大、价格低，一般用作主运动的驱动电机。
永磁同步交流伺服电机用作进给运动的驱动电机，其结构示意如图1所示。电机由定子、转子和检测元件组成。定子由冲片叠成，其外形呈多边形，没有机座，这样有利于散热。在定子齿槽内嵌入某一极对数的三相绕组。转子也由冲片叠成，并在其中装有磁铁，组成的极对数与定子的极对数相同。磁铁有：铝镍钴合金、铁淦氧合金和钕铁硼合金即稀土永磁合金等，以稀土永磁合金的性能好。检测元件一般都用脉冲编码器，也可用旋转变压器加测速发电机，用以检测电机的转角位置、位移和旋转速度，以便提供永磁交流同步电机转子的位置信息、位置反馈量和速度反馈量。
图1 永磁同步交流伺服电机结构示意图
2.交流伺服电机的变频调速
交流的转速n，与交流频率f，电机极对数p以及转速滑差率s之间的关系为
(1)
对于异步电机s≠0，对于同步电机则s=0。由式（1）可知，改变电源的频率f，电机的转速n与f成正比例变化。电机定子绕组的反电势为
e=4.44fwkwφ
如果略去定子的阻抗压降，则定子相电压
u≈e=4.44fwkwφ
上式说明，kw为常数，若相电压u不变，则随着频率f的升高，气隙磁通φ将减小。又从转矩公式
可以看出，φ值减小，电机转子的感应电流i2也相应减小，势必导致电机的允许输出转矩m下降。若相电压u不变，随着f的减小，气隙磁通φ将增加，这会使磁路饱和，激磁电流上升导致铁耗剧增，功率因数下降。改变频率f进行调速时，需要改变定子的相电压u，以维持φ值接近不变，从而使m也接近不变。可见交流伺服电机变频调速的关键问题是要获得调频调压的交流电源。
调频调压电源有很多种。通常采用交流-直流-交流的变换电路来实现，这种电路的主要组成部分是三相电流逆变器。图2所示是目前应用广泛的电压型功率晶体管（gtr）三相逆变器主回路原理图。由交流-直流变换的整流电路获得恒定的直流电压ud，功率晶体管开关元件t1、t4，t3、t6，t5、t2组成三相脉宽调制逆变器，c力图维持逆变器的输入直流电压ud为恒值，这一线路称为电压型逆变器。
图2 (a) 电压型功率晶体管（gtr）三相逆变器主回路原理图
图2 (b) 电压型功率晶体管三相逆变器主回路波形图
逆变器开关元件t1、t2，t3的控制是由三角波1和按调速控制要求生成的具有一定频率和电压幅值的正弦波2，通过波形1和2的比较生成等幅、等距而不等宽的矩形脉冲3，作为控制其通断的控制信号的。从而在逆变器的输出端获得三组与控制波形3相似的矩形脉冲，这种波形在驱动电机时，其作用等效于三相正弦电压4。
由上面的讨论可知，实现变频调压的关键是逆变器控制端获得要求的控制波形3。控制波形的实现方式（即电机调速的控制方式），现在广泛采用的方式是矢量变换控制。
图3是交流伺服调速系统原理图的实例，该系统由功率变换器和控制平台两部分组成。功率变换器又由整流器和逆变器两部分构成，整流器的作用是将输入的三相交流电变换成直流电，如图3左上部所示；逆变器是将直流电按控制信号的要求变换成所需要的三相交流电，现在高性能逆变器常常采用新型的开关频率较高的ipm功率模块，如图3右上部所示。
图3 交流伺服调速系统实例
控制器平台的硬件上采用dsp+fpga的方案，如图3的下半部分所示。其中fpga（现场可编程门阵列）器件和dsp（数字信号处理器）的主要功能是与软件一起，实现对所有控制任务的调度，输入输出信号的处理、逆变器控制信号的生成以及其他控制功能等。at89c52实现对显示数码管、键盘（用于调试和参数设置）以及串口的管理。限于篇幅，各模块的详细作用，这里不再详细讨论了。
一、设备简介
东莞某造纸厂1号机组瓦楞纸生产线的机组速度设计能力为140米/分钟，它由1主压、2主压、1号大缸、2号大缸、3号大缸、4号大缸和卷取机等7个传动点组成，如图1所示。其中1、2主压将纸浆压成纸，主压辊入口纸浆水份大，出口水份小，负载转矩相应波动大；4个大缸采用3米大缸，缸内的热蒸气将纸烘干，属于恒转矩大惯量负载，减速时间较长，一般需要1分钟左右，其中4号缸在卷取机换纸卷时，出口处纸带张力具有瞬间突变，要求控制系统具有快速阶跃转矩响应能力；卷取机采用压接方式，变频器控制主动辊，主动辊利用和从动辊之间的摩擦使从动辊被动卷纸，卷取机为恒转矩负载，由于卷取处于生产线出口段，且卷取段纸带很干，对变频器的机械控制特性要求很高。
图1 造纸生产线
二、变频器配置
根据1号机组各传动点的特点，1主压、2主压、1号大缸、2号大缸和3号大缸适用艾默生TD2000系列变频器进行控制，而4号大缸和卷取机适用艾默生TD3000系列矢量控制变频器进行控制。TD3000系列变频器适用于高速造纸、拉丝设备、注塑设备、机床设备、化纤装置和电梯等场合，具有以下特点：
＊ 具有电机参数自适应功能，可实现温度补偿；
＊ 转矩限定，防止频繁跳闸；
＊ 转矩控制与速度控制可在线切换；
＊ 启动预励磁，加快矢量控制响应速度；
＊ 具有零伺服锁定功能，保持零速150%转矩输出。
一号机组变频器的配置如表1所示。
表1 1号机组变频器配置
三、控制系统
1号机组造纸生产线采用串行速度链开环模拟同步控制系统，如图2所示。生产线统调速度由精密电位器模拟给定，1号同步卡模拟输入（0～10V）由电位器同步给定，其模拟输出（0～10V）作为1号变频器及2号同步卡的控制输入，2号同步卡输出作为2号变频器及3号同步卡的控制输入……，串行速度链开环模拟同步控制要求同步卡具有很好的电压线性跟随特性和高抗干扰能力，适合高速造纸应用场合。当微调某一传动点时，该传动点后级同步跟随改变，前级不变。
图2 造纸串行同步控制系统
四、调试步骤
TD2000变频器控制原理图参照TD2000用户手册，X1端子设为多段频率1（爬行功能），由于生产线50Hz对应150米/分钟，故爬行速度30米/分钟对应10Hz，参数设置如表2所示。
表2 TD2000数据配置
TD3000变频器控制原理图参照用户手册，采用无速度传感器矢量控制，参数如表3所示。
表3 TD3000数据配置
电机参数辨识：由于原控制系统使用0～10V模拟电压输出，需要在AO1与GND之间并联一个500Ω电阻，提取相应的电压供外部指示。设完参数后，开始对电机进行参数辨识，辨识之前应使电机高速运行15分钟左右，并施加直流制动，使电机达到一定的温升，以弥补冷态参数与实际运行参数的差异（气温仅10℃左右），参数辨识结果如表4所示。
表4 TD3000 22KW电机辨识结果
五、结束语
根据用户要求，操作工从120米/分钟一直调到180米/分钟，同步效果非常理想，一直没有进行微调，大大降低了操作劳动强度。据操作工反映，1号机组目前的运行速度已远远超出该机组的设计能力140米/分钟，充分证明了艾默生TD3000产品在造纸生产线的运行是成功的。
1、 中央空调概况：
中央空调系统在现代工矿企业及生活环境改善方面极为普遍，某此生活环境或生产工序中是属必须的，即所谓人造环境，不仅是温度的要求，还有湿度、洁净度等。至要中央空调系统，目的是tigao产品质量，tigao人的舒适度，集中供冷供热效率高，便管理，节省投资等原因，为此几乎工矿企业、高层商厦、商务大楼、会场、剧场、办公室、图书馆、宾馆、商场、超市、酒店、娱乐场、体育馆等中大型建筑上都采用中央空调的，是用电大户，几乎占了用电量60～70％，日常开支费用很大，中央空调是用电大户，亦是节电大户，是节能降耗、降低成本的关键，决不可等闲视之。不少单位使用变频器后都获得大于30％以上的节电效果，经济效益十分显著的，纷纷迫切地要求进行节能技术改造。
2、 中央空调系统的组成见图：
中央空调是按照大需要冷（热）量再加10～20％来设计的一般富余度较大，负荷率β正常大可能亦是有70～80％许，节电潜力较大而运行时冷冻水、冷却水的回收温度大都亦过低运行，这就造成能量的浪费。目前不少单位都已采用变频调速，但仍有不少单位未做到经济运行，我们建议应及早采用这一新技术的应用，肯定对用户有较大的收益。
3、 中央空调系统使用变频器对象：
A、 制冷压缩机
B、 而冷冻泵、冷却泵、冷却塔风扇、回风装置多数都尚未采用变频调速节能控制，调节压力、liuliang都是采用阀门、挡风板的方法是不经济的，浪费了不少电能，属节电的主要对象。
4、 中央空调系统使用变频器目的及功效：
从以上可知中央空调系统大量使用水泵及风机，它们都是平方减转矩负载，liuliangQ∝n（转速），压力H∝n2,功率P∝n3,故系统运行时要在工艺允许条件下，既不要过大liuliang，压力，又能保证系统正常，选取合理，经济的运行参数就可较大幅度节电，按不少单位实践结果，大部分都可能有30～50％的节电功效（与工况条件有关，要现场调查后而定），经济效益十分明显的，应大力推广的。
5、 实施方法：
A、 按24小时，春、夏、秋、冬制定运行图，进行不同频率值控制方法。
B、 按回水的温度，自动调节频率的控制方法。
C、 按进水与出水温差自动调节频率的控制方法。
D、 按出水压力控制，回水温度控制自动调节频率的双闭环方法。
6、 结论：
神源变频器SY4200系列不管采用那种方法，对水泵、风机都有较大的节电功效，一般有30～50％节电率，选用变频器实现节能技术改造是行之有效、经济效益十分可观和显著的，值得推广应用的。