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1、第六章第六章 交流調(diào)速系統(tǒng)交流調(diào)速系統(tǒng) 一、交流調(diào)速的類型一、交流調(diào)速的類型 式中式中 n電機(jī)的轉(zhuǎn)速;電機(jī)的轉(zhuǎn)速; S轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率 ; P 定子繞組的極對(duì)數(shù)定子繞組的極對(duì)數(shù) ; 1 變極調(diào)速變極調(diào)速對(duì)鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)改變其定子繞對(duì)鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)改變其定子繞組的極對(duì)數(shù)組的極對(duì)數(shù)P,此為有級(jí)調(diào)速。,此為有級(jí)調(diào)速。 2 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速變轉(zhuǎn)差率調(diào)速對(duì)繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組串對(duì)繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組串接電阻的調(diào)阻調(diào)速等,可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。接電阻的調(diào)阻調(diào)速等,可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。 f1供電頻率供電頻率 。PfSnSn1160)1 ()1 ( 3 變頻調(diào)速變頻調(diào)速改變供電頻率的調(diào)速方案有交改變供電頻率的調(diào)速方
2、案有交交交變頻器;交變頻器;交直直交電壓源型變頻器;脈寬調(diào)制型逆變器。交電壓源型變頻器;脈寬調(diào)制型逆變器。 二、晶閘管交流調(diào)壓及逆變電路原理二、晶閘管交流調(diào)壓及逆變電路原理 1晶閘管交流調(diào)壓電路晶閘管交流調(diào)壓電路 SCR1SCR2Rfzufzuufz+0t圖圖6-1 單相交流調(diào)壓?jiǎn)蜗嘟涣髡{(diào)壓 (a) 電路電路 (b) 波形波形 有時(shí)把這種方式稱為相控方式的交流調(diào)壓電路,它的輸有時(shí)把這種方式稱為相控方式的交流調(diào)壓電路,它的輸出波形中的高次諧波較大,對(duì)電機(jī)類負(fù)載不利。出波形中的高次諧波較大,對(duì)電機(jī)類負(fù)載不利。 2晶閘管逆變電路晶閘管逆變電路 從交流電轉(zhuǎn)換成直流電的過(guò)程叫從交流電轉(zhuǎn)換成直流電的過(guò)程叫
3、整流整流,而把相反的過(guò),而把相反的過(guò)程叫程叫逆變逆變。實(shí)現(xiàn)逆變的裝置叫。實(shí)現(xiàn)逆變的裝置叫逆變器逆變器。 (a)原理線路原理線路 (b)波形波形 (c)晶閘管組成的逆變器晶閘管組成的逆變器 SCR2 SCR1SCR4SCR3RfzufzK1K2K4K3RfzufzEE+ufztE-E0圖圖6-2 逆變器工作原理逆變器工作原理 SCR2 SCR1SCR4SCR3RfzufzK1K2K4K3RfzufzEE+ufztE-E0圖圖6-2 逆變器工作原理逆變器工作原理 (a)原理線路原理線路 (b)波形波形 (c)晶閘管組成的逆變器晶閘管組成的逆變器 SCR2 SCR1SCR4SCR3RfzufzK1K
4、2K4K3RfzufzEE+ufztE-E0圖圖6-2 逆變器工作原理逆變器工作原理 三、交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速三、交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速 變頻調(diào)速是以一個(gè)頻率及電壓可變的電源,向異步變頻調(diào)速是以一個(gè)頻率及電壓可變的電源,向異步或同步或同步電動(dòng)機(jī)供電,從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法。電動(dòng)機(jī)供電,從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法。 變頻調(diào)速可分為兩類:第一類由恒頻恒壓的交流電,經(jīng)變頻調(diào)速可分為兩類:第一類由恒頻恒壓的交流電,經(jīng)過(guò)整流再逆變成變頻變壓的交流電,稱為帶直流環(huán)節(jié)的間接過(guò)整流再逆變成變頻變壓的交流電,稱為帶直流環(huán)節(jié)的間接變頻調(diào)速或交一直一交變頻。變頻調(diào)速或交一直一交變頻。 第二類是由恒頻恒壓的交流電,直接
5、變成變頻變壓的交第二類是由恒頻恒壓的交流電,直接變成變頻變壓的交流電,稱為直接變頻調(diào)速或交一交變頻。流電,稱為直接變頻調(diào)速或交一交變頻。 1.電壓型變頻器電壓型變頻器 濾波濾波整流整流逆變逆變M圖圖6-3 電壓型變頻器基本結(jié)構(gòu)電壓型變頻器基本結(jié)構(gòu) 當(dāng)定子電壓與頻率成正比改變時(shí),即當(dāng)定子電壓與頻率成正比改變時(shí),即 eeffUU1111/式中式中 U1e電動(dòng)機(jī)的額定相電壓;電動(dòng)機(jī)的額定相電壓; U1電動(dòng)機(jī)的實(shí)際相電壓;電動(dòng)機(jī)的實(shí)際相電壓; f1e電動(dòng)機(jī)的額定定子頻率;電動(dòng)機(jī)的額定定子頻率; f1電動(dòng)機(jī)的實(shí)際定子頻率。電動(dòng)機(jī)的實(shí)際定子頻率。 此時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸出為恒轉(zhuǎn)矩,輸出的功率與定子電流頻此時(shí)電動(dòng)機(jī)
6、的輸出為恒轉(zhuǎn)矩,輸出的功率與定子電流頻率成正比。率成正比。 當(dāng)定子電壓與頻率的平方根成正比改變時(shí),即當(dāng)定子電壓與頻率的平方根成正比改變時(shí),即 eeffUU1111/電動(dòng)機(jī)輸出恒功率,輸出的轉(zhuǎn)矩與定子電流頻率成反比。電動(dòng)機(jī)輸出恒功率,輸出的轉(zhuǎn)矩與定子電流頻率成反比。 SCR1D1SCR3SCR4SCR2SCR5D3D4D6D5D2UP +N -ABOSCR6圖圖6-4 三相橋式逆變電路三相橋式逆變電路 與晶閘管反并聯(lián)的二極管的作用是在該晶閘管由截止與晶閘管反并聯(lián)的二極管的作用是在該晶閘管由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通時(shí),給負(fù)載滯后電流提供一個(gè)通道,將無(wú)功能量轉(zhuǎn)為導(dǎo)通時(shí),給負(fù)載滯后電流提供一個(gè)通道,將無(wú)功能量反響
7、給濾波電容。反響給濾波電容。 這種線路構(gòu)造簡(jiǎn)單,使用比較廣泛。其缺點(diǎn)是在深度控這種線路構(gòu)造簡(jiǎn)單,使用比較廣泛。其缺點(diǎn)是在深度控制時(shí),電源側(cè)功率因數(shù)低;因存在較大的濾波環(huán)節(jié),動(dòng)態(tài)響制時(shí),電源側(cè)功率因數(shù)低;因存在較大的濾波環(huán)節(jié),動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢。應(yīng)較慢。 圖圖6-5為一種電壓閉環(huán)、頻率開(kāi)環(huán)的電壓型變頻系統(tǒng)的為一種電壓閉環(huán)、頻率開(kāi)環(huán)的電壓型變頻系統(tǒng)的方框圖。方框圖。 速度給定器速度給定器 電壓調(diào)節(jié)器電壓調(diào)節(jié)器電壓負(fù)反饋電路電壓負(fù)反饋電路脈沖分配器脈沖分配器U/F變換器變換器 控制角調(diào)整器控制角調(diào)整器MM逆變逆變整流整流+圖圖6-5 電壓型變頻系統(tǒng)方框圖電壓型變頻系統(tǒng)方框圖 這個(gè)系統(tǒng)能帶動(dòng)多臺(tái)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。由
8、于直流輸出電壓穩(wěn)這個(gè)系統(tǒng)能帶動(dòng)多臺(tái)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。由于直流輸出電壓穩(wěn)定,因此異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速精度僅決定于定,因此異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速精度僅決定于U/F變換器的精度變換器的精度及電機(jī)本身的轉(zhuǎn)差率。及電機(jī)本身的轉(zhuǎn)差率。 上述調(diào)速裝置的缺點(diǎn)有:上述調(diào)速裝置的缺點(diǎn)有: 1 需兩套可控的功率級(jí)裝置及其控制電路,裝置龐大需兩套可控的功率級(jí)裝置及其控制電路,裝置龐大。 2 因可控整流輸入端的功率因數(shù)隨輸出電壓而變化因可控整流輸入端的功率因數(shù)隨輸出電壓而變化,假設(shè)輸出電壓低時(shí)功率因數(shù)也低。,假設(shè)輸出電壓低時(shí)功率因數(shù)也低。 3 由于濾波環(huán)節(jié)的慣性作用,便調(diào)壓動(dòng)態(tài)過(guò)程緩慢由于濾波環(huán)節(jié)的慣性作用,便調(diào)壓動(dòng)態(tài)過(guò)程緩慢,影響系統(tǒng)
9、的快速性。,影響系統(tǒng)的快速性。 4 在六段輸出波形中存在很大的在六段輸出波形中存在很大的5、7次諧波,引起次諧波,引起諧波發(fā)熱和負(fù)轉(zhuǎn)矩分量,限制了轉(zhuǎn)速的下限。諧波發(fā)熱和負(fù)轉(zhuǎn)矩分量,限制了轉(zhuǎn)速的下限。 2脈沖寬度調(diào)制脈沖寬度調(diào)制PWM型變頻器型變頻器 脈寬調(diào)制法是通過(guò)快速開(kāi)關(guān)的通斷作用,把直流電壓直脈寬調(diào)制法是通過(guò)快速開(kāi)關(guān)的通斷作用,把直流電壓直流電壓逆變成頻率和電壓同時(shí)可調(diào)的交流電壓供給負(fù)載。流電壓逆變成頻率和電壓同時(shí)可調(diào)的交流電壓供給負(fù)載。 詳細(xì)調(diào)制方法很多,最常用的是正弦波詳細(xì)調(diào)制方法很多,最常用的是正弦波PWM。 整流器整流器PWM逆變器逆變器M 圖圖6-6 脈寬調(diào)制型變頻系統(tǒng)脈寬調(diào)制型變頻系統(tǒng) 圖圖6-7 正弦波脈沖調(diào)制正弦波脈沖調(diào)制 PWM拖系統(tǒng)具有有較高的功率因數(shù)和效率,且調(diào)節(jié)部拖系統(tǒng)具有有較高的功率因數(shù)和效率,且調(diào)節(jié)部位較少;在非常低的頻率下,能使轉(zhuǎn)矩運(yùn)行特性平滑,不會(huì)位較少;在非常低的頻率下,能使轉(zhuǎn)矩運(yùn)行特性平滑,不會(huì)在反轉(zhuǎn)時(shí)卡死在零轉(zhuǎn)速;在總的運(yùn)行特性方面在反轉(zhuǎn)時(shí)卡死在零轉(zhuǎn)速;在總的運(yùn)行特性方面PWM系統(tǒng)可系統(tǒng)可與直流拖動(dòng)相抗衡;可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)轉(zhuǎn),使設(shè)與直流拖動(dòng)相抗衡;可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)轉(zhuǎn),使設(shè)備更為緊湊。備更為緊湊。 在以下情況下應(yīng)考慮采用交流調(diào)速系統(tǒng):在以下情況下應(yīng)考慮采用交流調(diào)速
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