三相交流電動機的調(diào)速方法及無級調(diào)速的實現(xiàn)

1、三相交流電動機的調(diào)速方法及無級調(diào)速的實現(xiàn)第一章引言隨著電力電子學(xué)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)以及電機理論和自動控制理論的發(fā)展，影響三相交流電動機發(fā)展的問題逐漸得到了解決，目前三相異步交流電動機的調(diào)速性能已達到直流調(diào)速的水平。在不久的將來交流調(diào)速必將取代直流調(diào)速。在實際生產(chǎn)過程中，根據(jù)加工工藝的要求，生產(chǎn)機械傳動機構(gòu)的運行速度需要進行調(diào)節(jié)。這種負載不變，人為調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的過程稱為調(diào)速。通常有機械調(diào)速和電氣調(diào)速兩種方法，通過改變傳動機構(gòu)轉(zhuǎn)速比的調(diào)速方法稱為機械調(diào)速；通過改變電動機參數(shù)而改變系統(tǒng)運行轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法稱為電氣調(diào)速。不同的生產(chǎn)機械，對調(diào)速的目的和具體要求各不相同，對于鼓風(fēng)機和泵類負載，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速

2、來調(diào)節(jié)流量，這與通過調(diào)節(jié)閥門調(diào)節(jié)的方法相比，節(jié)能效果更加顯著。調(diào)速控制是交流電動機的重要控制內(nèi)容，實際應(yīng)用中的交流調(diào)速方法有多種，常見的有變極調(diào)速、轉(zhuǎn)子用電阻調(diào)速、用級調(diào)速、電磁調(diào)速、異步電動機調(diào)速、變頻調(diào)速等。目前廣泛使用的調(diào)速方法仍然是傳統(tǒng)的改變極對數(shù)和改變轉(zhuǎn)子電阻的有級調(diào)速控制系統(tǒng)，近年來，隨著電力電子、計算機控制以及矢量控制等技術(shù)的進步，變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展迅速，已應(yīng)用于很多生產(chǎn)領(lǐng)域，這是將來調(diào)速發(fā)展的方向。第二章三相異步電動機的簡介2.1 三相異步電動機的基本原理靜止的轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間有相對運動，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并在形成閉合回路的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，其方向用右手定則判定

3、。轉(zhuǎn)子電流在旋轉(zhuǎn)磁場中受到磁場力F的作用，F(xiàn)的方向用左手定則判定。電磁力在轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)磁場的方向一致。如圖21所示圖 21 電動機的運行原理電動機在正常運轉(zhuǎn)時，其轉(zhuǎn)速n總是稍低于同步轉(zhuǎn)速ni,因而稱為異步電動機。又因為產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的電流是電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的，所以也稱為感應(yīng)電動機。轉(zhuǎn)子電動勢和轉(zhuǎn)子電流定子繞組通入電流后，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，與轉(zhuǎn)子繞組間產(chǎn)生相對運動，由于轉(zhuǎn)子電路是閉合的，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流。根據(jù)左手定則可知在轉(zhuǎn)子繞組上產(chǎn)生了電磁力。電磁轉(zhuǎn)距和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向電磁力分布在轉(zhuǎn)子兩側(cè)，對轉(zhuǎn)軸形成一個電磁轉(zhuǎn)距T,電磁轉(zhuǎn)距的作用方向與電磁力的方向相同，因此轉(zhuǎn)子順著旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方

4、向轉(zhuǎn)動起來。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差率：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速ni的方向一致，但不能相等（應(yīng)保持一定的轉(zhuǎn)差）。ni又稱為同步轉(zhuǎn)速。異步電動機同步轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的差值與同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率，用S表示，即：（2.1）轉(zhuǎn)差率是異步電動機的一個重要參數(shù)。異步電動機在額定負載下運行時的轉(zhuǎn)差率約1%9%異步電動機帶負載運行：軸上加機械負載，軸阻力T,轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場相對切割速度T,轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流T,輸入電流3電動機的極對數(shù)： 極數(shù)和轉(zhuǎn)速在生產(chǎn)中， 有時要求異步電動機在不改變負載的情況下轉(zhuǎn)速能夠調(diào)節(jié)，稱為異步電動機的調(diào)速。根據(jù)轉(zhuǎn)差率公式可得（2.（2）從上式可見，改變供電頻率f、電動機的極對數(shù)p及轉(zhuǎn)差率s均可大

5、到改變轉(zhuǎn)速的目的。從調(diào)速的本質(zhì)來看，不同的調(diào)速方式無非是改變交流電動機的同步轉(zhuǎn)速或不改變同步轉(zhuǎn)兩種。在生產(chǎn)機械中廣泛使用不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法有繞線式電動機的轉(zhuǎn)子用電阻調(diào)速、斬波調(diào)速、用級調(diào)速以及應(yīng)用電磁轉(zhuǎn)差離合器、液力偶合器、油膜離合器等調(diào)速。改變同步轉(zhuǎn)速的有改變定子極對數(shù)的多速電動機，改變定子電壓、頻率的變頻調(diào)速有能無換向電動機調(diào)速等。從調(diào)速時的能耗觀點來看，有高效調(diào)速方法與低效調(diào)速方法兩種：高效調(diào)速指時轉(zhuǎn)差率不變，因此無轉(zhuǎn)差損耗，如多速電動機、變頻調(diào)速以及能將轉(zhuǎn)差損耗回收的調(diào)速方法（如申級調(diào)速等）。有轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速方法屬低效調(diào)速，如轉(zhuǎn)子用電阻調(diào)速方法，能量就損耗在轉(zhuǎn)子回路中；電磁離合器

6、的調(diào)速方法，能量損耗在離合器線圈中；液力偶合器調(diào)速，能量損耗在液力偶合器的油中。一般來說轉(zhuǎn)差損耗隨調(diào)速范圍擴大而增加，如果調(diào)速范圍不大，能量損耗是很小的。2.2 調(diào)速方法一改變主磁極調(diào)速改變磁極對數(shù)調(diào)速，實際上是改變定子繞組的連接方法。通過改變定子繞組的級對數(shù)p以改變定子旋轉(zhuǎn)磁場的同步速ni,從而實現(xiàn)異步電動機的調(diào)速。二改變頻率調(diào)速通過改變異步電動機輸入電壓的頻率fi,以改變定子旋轉(zhuǎn)磁場的同步速ni,從而實現(xiàn)異步電動機的調(diào)速。根據(jù)前述概念，不難得出對于恒負載轉(zhuǎn)矩調(diào)速Ui/fi=Ui/=定值(2.3)式中，UJ、fi7一變頻后的定子電壓與頻率；Ui、fi一變頻前的定子電壓與頻率對于恒功率調(diào)速Ui

7、/fi=U/f=定值三改變轉(zhuǎn)差率s、改變電壓U調(diào)速改變轉(zhuǎn)差率S的調(diào)速只能在繞線式轉(zhuǎn)子電動機中使用，在其轉(zhuǎn)子電路中申入附加電阻,便可改變轉(zhuǎn)差率。當頻率f和磁極對數(shù)p不變時，轉(zhuǎn)差率s是下列各物理量的函數(shù):S=f(Ui,ri,xi,r2/,X27)可見，改變轉(zhuǎn)差率的方法有多種。i改變定子端電壓Ui圖 22 為 Tem=4S)曲線圖2-2(a)所示為不同端電壓Ui下的Tem=f(s)曲線。TMAX0cUi最大電磁轉(zhuǎn)矩 TMAX正比于定子端電壓Ui,可見，發(fā)生最大電磁轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率 SM與Ui無關(guān)。從圖中可見，在相同的負載轉(zhuǎn)矩下，降低升高輸入端電壓U將使電動機轉(zhuǎn)速降低。圖2-2(b)由于電動機的轉(zhuǎn)速與每相

8、定子繞組所加電壓的平方成正比， 故降壓起動將導(dǎo)致電動機的起動轉(zhuǎn)矩大(2.4)(2.5)(a)T=f(s)曲線大降低，因此降壓起動只適用于空載或輕載起動。當電動機起動到接近額定轉(zhuǎn)速時，為使電動機帶動額定負載，必須將加到電動機定子繞組的電壓恢復(fù)到額定值。圖2-3所示為定子繞組用接電阻降壓起動控制線路。 電動機起動時在定子繞組用接電阻或電抗器,起動電流在電阻或電抗上產(chǎn)生電壓降，使定子繞組上的電壓低于電源電壓，起動電流減小。待電動機轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時，再將電阻或電抗器短接，使電動機在額定電壓下進行圖 23 為定子繞組串接電阻降壓起動控制線路電動機起動過程如下。合上電源開關(guān)QS,接下起動按鈕SB2,接觸

9、器KM1、時間繼電器KT線圈同時通電并自鎖，此時電動機定子繞組用接電阻R進行降壓起動。當電動機轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時，時間繼電器KT常開延時觸頭閉合，接觸器KM2線圈通電并自鎖，KM2常閉觸頭斷開并切斷KM1、KT線圈電路，使KM1、KT斷電釋放。于是形成先由KM1主觸頭用接定子回路電阻R,再由KM2主觸頭短接定子電阻，電動機經(jīng)KM2主觸頭在全壓下進入正常運轉(zhuǎn)。定子繞組用接電阻降壓起動方式不受電動機接線形式的限制，較為方便。降壓起動電阻一般采用由電阻絲繞制的板式電阻或鑄鐵電阻，電阻功率大、流通能力強。但起動時會消耗大量的電能，所以不宜用于經(jīng)常起動的電動機上，往往用電抗器代替電阻，只是電抗器價格較高

10、，增加了設(shè)備成本。通常高壓電動機采用定子繞組用接電抗器降壓起動，低于電動機用接電阻降壓起動。2改變轉(zhuǎn)子電阻r2，在繞線型轉(zhuǎn)子回路串入可調(diào)電阻r-。 由圖知最大電磁轉(zhuǎn)矩 TMAX與轉(zhuǎn)子回路電阻(r2/+rJ)無關(guān)， 可見，發(fā)生最大電阻轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)差率 SM正比于(2/+rj),圖24所示分別為不同轉(zhuǎn)子回路用入電阻廠，m2/時的Tem=f(s)曲線。1KM2KNIRKRr圖 24 為 Tem=f(S)曲線從圖中可見，在相同的負載轉(zhuǎn)矩下，增加轉(zhuǎn)子回路用入電阻則時轉(zhuǎn)速下降。設(shè)用入電阻r，對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率為S，。若負載轉(zhuǎn)矩不變，則Tem保持常數(shù)。由圖可見，即2/S=常數(shù)，故有2/+r/S，=2/S，S/=(2

11、/+rJ/2,)s(2.6)例2-1一臺三相四級籠型異步電動機，50Hz、額定電壓380V,額定電流20.1A,額定轉(zhuǎn)矩65.6N2m,定子繞組接法。起動時參數(shù)：尸1.376。，r2/=1。047Q,人J=1.65Q,x2=2.24Q,rm=8.34Q,/m=82.6Q.試求：(1)額定電壓下直接起動時的起動電流倍數(shù)和起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)；(2)采用星-三角換接起動時的起動電流倍數(shù)和起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)；(3)采用定子用電抗器降壓起動，降壓量與(2)相同，這時的起動電流倍數(shù)和起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)；(4)為了使起動轉(zhuǎn)矩不小于額定轉(zhuǎn)矩的0.8倍，但要較少起動電流，應(yīng)用自耦變壓器降壓起動，設(shè)自耦變壓器中有73%、64%、5

12、5%三檔抽頭，問應(yīng)選用哪檔抽頭，此時的起動電流倍數(shù)和起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)是多少？解校正系數(shù)cr=1+x1b/xm=1+1.65/82.6=1.02(1)在額定電壓下直接起動起動電流ISt=U1/(T1(r1+(T1r2/)2+(X10+X2/)21/3=380/1.02(1.375+1.02X1.047)2+(1.65+1.02X2.24)21/3=80.44A額定相電流 I1N=20.1/31/3=11.6A起動電流系數(shù)iSt/I1N=80.44/11.6=6.93起動轉(zhuǎn)矩Tst=mipUi2/2冗fi(ri+i或)2+(x1。+x2/)2+(%1。+%2)22/)2+(%1。+%2)2，)2=mi

13、pIst20-121/2冗fi=3x2x80.442x1.0221.047/2兀x50=134.6N2m起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Tst/TN=134.6/65.6=2.05(2)采用星-三角換接開關(guān)1起動由電網(wǎng)供給的起動電流倍數(shù)Is/IiN=1/3xIst/IiN=1/3x6.93=2.31起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)T，/TN=1/3XTst/IN=1/3X2.05=0.683(3)電抗器降壓起動，降壓量與(2)相同，即 1/31/3UIN起動電流系數(shù)Ist/IiN=1/31/3xIst/IiN=1/31/3x6.93=4.00起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Tst/TN=1/(3)2/3XTSI/TN=1/3X2.05=0.683(4)

14、應(yīng)用自耦變壓器降壓起動根據(jù)題意Tst/TN=1/kA2Ist/IiN0.81/kA0.8/(Tst/TN)1/3=0.8/2.051/3=0.625因為有較小的起動電流，自耦變壓器應(yīng)選用64%的抽頭，此時自耦變壓器變比kA=1/0.64有電網(wǎng)供給的起動電流系數(shù)Ist/IiN=1/kA2Ist/IiN=(0.64)2x6.93=2.84起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Tst/TN=1/kA2Tst/TN=(0.64)2x2.05=0.840將上述計算結(jié)果列表比較如表2-1所示由以上可見，籠型異步電動機直接起動時，起動轉(zhuǎn)矩大，缺點是起動電流亦很大，被廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)足夠大的場合；當電網(wǎng)容量不夠大而需要限制起動電流時，在

15、本題計算的三種降壓方法中，定子用電抗器降壓時，起動轉(zhuǎn)矩比起動電流下降更多，故該方法最差，僅能用于空載或很輕負載的一些起動場合；星-三角換接起動和自耦變壓器降壓起動，起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)的下降均與起動電流倍數(shù)的下降成正比例，只有前者降壓比固定為31/3：1,設(shè)備簡單，只能用于空載或輕載西起動的場合；后者設(shè)備比較貴，但能靈活地選用不同的降壓倍數(shù)，適應(yīng)不同的需要。表2-1起動方法起動電流倍數(shù)起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)滿壓直接起動6.932.05電抗起降壓到 1/31/2UIN起動4.000.683星-三角換接起動2.310.683自耦變壓器降壓到 0.64UIN起動2.840.840第三章變級調(diào)速的實現(xiàn)變極調(diào)速和轉(zhuǎn)子用電

16、阻調(diào)速都屬于有極調(diào)速的范疇，本章主要介紹變極調(diào)速控制電路.當電網(wǎng)頻率固定以后，三相異步電動機的同步轉(zhuǎn)速與它的磁極對數(shù)成反比.因此，只要改變電動機定子繞組的磁極對數(shù)，就能改變它的同步轉(zhuǎn)速，從而改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速.通過繞組的不同組合連接方式，可得到兩極、三極速度，最多可獲得四極速度，但常見的是兩極速度變級調(diào)速，即雙速電動機的變速.變極調(diào)速有兩種方法：第一種，改變定子繞組的連接方法；第二種，在定子上設(shè)置具有不同極對數(shù)的兩套互相獨立的繞組.三相異步電動機的同步轉(zhuǎn)速m與電動機的極對數(shù)p成反比， 改變鼠籠式三相異步電動機定子繞組的極對數(shù)，就改變了同步轉(zhuǎn)速.因此稱之為變極調(diào)速.在改變磁極對數(shù)時，轉(zhuǎn)子磁極對數(shù)也必須

17、同時改變，因此變極調(diào)速常用于鼠籠轉(zhuǎn)子三相異步電動機，這是因為鼠籠式轉(zhuǎn)子三相異步電動機本身沒有固定的級數(shù)，它的極對數(shù)能自動地與定子極對數(shù)相對應(yīng).3.1 變極調(diào)速的原理三相異步電動機磁極對數(shù)的改變，是通過改變定子繞組的接線方式得到的.變極調(diào)速電動機定子每相繞組由兩個半相繞組組成，如果改變兩個半相繞組的接法，就可得到不同的磁極對數(shù)。三相異步電動機定子繞組變極調(diào)速的原理如圖3-1所示。(a)(b)(c)圖 3-1 為三相異步電動機定子繞組接法如圖3-1(a)所示為三相異步電動機定子繞組Y接時的示意圖.兩個等效集中線圈正向串聯(lián)(即兩個線圈的首端和尾端接在一起).根據(jù)電流方向可以判斷出它們產(chǎn)生的脈振磁動勢

18、是四極的（三相合成磁勢仍然是四極的），稱為四極三相異步電動機.如果把上圖中的（b）或（c）的形式，即兩個線圈反向串聯(lián)或反向并聯(lián)，改變其中一個線圈中的電流方向，那么定子一相繞組產(chǎn)生的磁動勢就是兩極，定子其他兩相繞組也如此連接，則三相繞組的合成磁動勢也是二極，即為兩極電動機，同步轉(zhuǎn)速升高一倍。這就是變極調(diào)速的原理。在改變定子繞組連接方法使電動機的極對數(shù)改變以后，必須倒換加在定子繞組上電源的相序上，否則變極后電動機將反轉(zhuǎn).當p=1時，U、V、W三相繞組在定子空間位置互差1200電角度；改變p=2對極后,則三相繞組在空間位置上互差2400電角度,也就是說三相繞組U、V、M目序在變極后，與原來相序正好反

19、向，因此不相應(yīng)改變電源相序,電動機就會反轉(zhuǎn).變極調(diào)速電動機的優(yōu)點是可以適應(yīng)不同性質(zhì)負載的要求，如需要恒功率調(diào)速時可采用三雙星形接法，需要恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時用星形一雙星形接法，且線路簡單、維修方便。缺點是有級調(diào)速、價格較高。變極多速電動機常用于驅(qū)動某些不需要平滑調(diào)速的生產(chǎn)機械，如金屬切削機床、通風(fēng)機、水泵和升降機等。在機床上，采用變極調(diào)速與齒輪箱調(diào)速相配合，可以更好地滿足生產(chǎn)機械對調(diào)速的要求.第四章降定子電壓調(diào)速4.1 調(diào)速原理根據(jù)三相異步電動機降低定子電源電壓的人為機械特性，在同步轉(zhuǎn)速外不變的條件下，電磁轉(zhuǎn)矩78。降低電源電壓可以降低轉(zhuǎn)速，定子電壓為/口,（且的機械特性如圖4-1所示。對于恒轉(zhuǎn)矩負載

20、，在不同電壓下的穩(wěn)定運行點為乂、B、C；對于泵類負載，在不同電壓下的穩(wěn)定運行點為月、F、C?？梢姡敹ㄗ与妷航档蜁r，穩(wěn)定運行時的轉(zhuǎn)速將降低（與泡也或句叼迎）從而實現(xiàn)了轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。圖 41 為三相異步電動機降低定子電壓調(diào)速時的機械特性4.2 調(diào)速方法的特點及特性其特點和性能為：1）三相異步電動機降壓調(diào)速方法比較簡單；2）對于一般的鼠籠式異步電動機，拖動包轉(zhuǎn)矩負載時，調(diào)速范圍很小，沒多大實用價值；3）若拖動泵類負載時，如通風(fēng)機，降壓調(diào)速有較好調(diào)速效果，但在低速運行時，由于轉(zhuǎn)差率S增大，消耗在轉(zhuǎn)子電路的轉(zhuǎn)差功率增大，電機發(fā)熱嚴重；4）低速時，機械性能太軟，其調(diào)速范圍和靜差率達不到生產(chǎn)工藝的要求；降壓

21、調(diào)速主要用于對調(diào)速精度和調(diào)速范圍要求不高的生產(chǎn)機械，如低速電梯、簡單的起重機械設(shè)備、風(fēng)機、泵類等生產(chǎn)機械。在繞組轉(zhuǎn)子三相異步電動機的轉(zhuǎn)子回路中用入電阻可以使機械特性變軟，而外用電阻上消耗了較多的轉(zhuǎn)差功率，可以減輕繞組發(fā)熱，因此這類電動機可以擴大調(diào)速范圍。第五章變頻調(diào)速變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系：n=60f(1-s)/p,(式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機轉(zhuǎn)差率、電機磁極對數(shù))；通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉(zhuǎn)速的目的。三相異步電動機轉(zhuǎn)速公式為：n=60f/p(1-s)從上式可見，改變供電頻率f、電動機的極對數(shù)p及轉(zhuǎn)差率s均可太到改變

22、轉(zhuǎn)速的目的。從調(diào)速的本質(zhì)來看，不同的調(diào)速方式無非是改變交流電動機的同步轉(zhuǎn)速或不改變同步轉(zhuǎn)兩種。在生產(chǎn)機械中廣泛使用不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法有繞線式電動機的轉(zhuǎn)子用電阻調(diào)速、斬波調(diào)速、用級調(diào)速以及應(yīng)用電磁轉(zhuǎn)差離合器、液力偶合器、油膜離合器等調(diào)速。改變同步轉(zhuǎn)速的有改變定子極對數(shù)的多速電動機，改變定子電壓、頻率的變頻調(diào)速有能無換向電動機調(diào)速等。從調(diào)速時的能耗觀點來看，有高效調(diào)速方法與低效調(diào)速方法兩種：高效調(diào)速指時轉(zhuǎn)差率不變，因此無轉(zhuǎn)差損耗，如多速電動機、變頻調(diào)速以及能將轉(zhuǎn)差損耗回收的調(diào)速方法(如審級調(diào)速等)。有轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速方法屬低效調(diào)速，如轉(zhuǎn)子用電阻調(diào)速方法，能量就損耗在轉(zhuǎn)子回路中；電磁離合器的調(diào)速

23、方法，能量損耗在離合器線圈中；液力偶合器調(diào)速，能量損耗在液力偶合器的油中。一般來說轉(zhuǎn)差損耗隨調(diào)速范圍擴大而增加，如果調(diào)速范圍不大，能量損耗是很小的。所謂變頻調(diào)速，就是在交流調(diào)速系統(tǒng)中，通過半導(dǎo)體功率變換器改變異步電動機供電電源的頻率，從而進行轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設(shè)備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可分成交流-直流-交流變頻器和交流-交流變頻器兩大類，目前國內(nèi)大都使用交-直-交變頻器。其特點：效率高，調(diào)速過程中沒有附加損耗；應(yīng)用范圍廣，可用于籠型異步電動機；調(diào)速范圍大，特性硬，精度高；技術(shù)復(fù)雜，造價高，維護檢修困難。本方法適用于要求精度高、調(diào)速性能較好場合。這種調(diào)速的方法使電動機的速度從高

24、速到低速都可以保持有限的轉(zhuǎn)差率，具有高效率、寬范圍和高精度的調(diào)速性能。目前變頻調(diào)速已成為交流調(diào)速的主要發(fā)展方向，并已在許多生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用。變頻調(diào)速工作原理根據(jù)三相異步電動機的轉(zhuǎn)速公式：n=(1-s)60f/p,三相異步電動機的同步轉(zhuǎn)速n與電源頻率f成正比。因此，改變?nèi)喈惒诫妱訖C的電源頻率，可以實現(xiàn)平滑的調(diào)速。通常分為基頻(電源額定頻率)以下調(diào)速和基頻以上調(diào)速。(1)基頻以下的調(diào)速：在基頻以下調(diào)速時，速度調(diào)低。在進行變頻調(diào)速時，為了保持電動機的電磁轉(zhuǎn)矩不變，就要保證電動機內(nèi)旋轉(zhuǎn)磁場的磁通量不變。異步電動機與變壓器類似，Ui=Ei=4.44fN(式中N為每相繞組的匝數(shù)，為電動機的氣隙磁

25、通)，在改變頻率f的同時，要保持磁通不變，必須同時改變電源電壓U,使比值U/f保持不變。因此基頻以下的調(diào)速為恒磁通調(diào)速。(2)基頻以上的調(diào)速：在基頻以上調(diào)速時，速度調(diào)高。從額定頻率往上升時，由于絕緣等級和技術(shù)上的問題，電壓按比例升高超過額定值時會危及電動機繞組的絕緣。因此頻率上升時電壓應(yīng)保持額定值不變，此時頻率上升，磁通量下降。變頻調(diào)速的機械特性U/f二常數(shù)的變頻調(diào)速機械特性n|f2，f1，fNf1f2f3f4f50TmT圖 5-1 三相異步電動機變頻調(diào)速的機械特性m如上圖所示為U/f=常數(shù)的變頻調(diào)速機械特性和U=UN的變頻調(diào)速機械特性。 有圖可知， 最大轉(zhuǎn)矩T隨著頻率f的降低而降低，轉(zhuǎn)速n隨

26、著f連續(xù)變化。由于磁通基本不變，調(diào)速過程中電磁轉(zhuǎn)矩不變，因此為轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。U=UN的變頻調(diào)速機械特性上圖為 U=UN的變頻調(diào)速機械特性。如圖所示，最大轉(zhuǎn)矩T隨著頻率f的上升而減小，轉(zhuǎn)速n隨著f連續(xù)變化。在額定頻率以上，頻率升高，磁通量減小，但調(diào)速過程中功率基本不變，因此為恒功率調(diào)速方式。變頻器的基本構(gòu)成變頻器分為交一交和交一直一交兩種形式。交一交變頻器將工頻交流變換成頻率、電壓均可控制的交流。交一直一交變頻器則是將工頻交流先通過整流變成直流，然后再將直流變變成頻率、電壓均可控制的交流。目前主要采用的是交一直一交變頻器。交直交變頻裝置也是一種變頻電源它先將交流電通過整流電路變?yōu)橹绷麟?，再把此?/p>

27、流電送入逆變器變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電，作為異步電動機變頻調(diào)速的電源。交一交變頻，顧名思義，就是直接把50Hz交流電變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電。圖327為變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成，其中包括整流器、逆變器和控制電路。整流器：整流器的作用是將三相或單相交流電變換為直流電。逆變器： 其主要作用是在控制電路的控制下將中間電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都任意可調(diào)的交流電源。逆變器的輸出就是變頻器的輸出，用來實現(xiàn)對異步電動機的變頻調(diào)速控制?？刂齐娐罚河尚盘枡z測電路、運算電路、驅(qū)動電路和控制信號的輸入、輸出電路等部分構(gòu)成。其主要任務(wù)是完成對逆變器的開關(guān)控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護功能等?？刂品椒梢圆捎媚M

28、控制和數(shù)字控制。第六章實際應(yīng)用中調(diào)速可能存在的問題在許多APCS應(yīng)用中，位置控制部分大多由計算機或PLC加模塊構(gòu)成。傳動部分對精度要求不高的采用不調(diào)速的交流傳動。對定位精度和響應(yīng)速度要求高的設(shè)備則采用直流調(diào)速傳動。隨著電子功率器件技術(shù)的發(fā)展變頻器性能不斷得到提高，而價格的迅速降低使變頻調(diào)速技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，在許多場所變頻調(diào)速已經(jīng)取代傳統(tǒng)的直流調(diào)速。這為構(gòu)成APCS系統(tǒng)提供了一種新思路和新辦法。實踐證明，用SIEMENS通用變頻器MM440可以構(gòu)成一種實用、可靠、性能價格比很高的APCS系統(tǒng)。下面以某軋鋼廠新建生產(chǎn)線上產(chǎn)品分排定尺小車的位置控制為例，介紹由SIEMENS通用變頻器MM440構(gòu)成的APCS系統(tǒng)。系統(tǒng)構(gòu)成主要由位控器(位置控制器)、變頻器、執(zhí)行機構(gòu)三大部分組成。在實際工程中計算機終端和可編程序控制器(PLC)不必專為APC%配，可與生產(chǎn)線中自動化系統(tǒng)共用一套終端和PLC。2.1、位控器：選用彳t國Lenord+Bauer公司的GEL8310A型產(chǎn)品，它采用微處理器控制、模塊式結(jié)構(gòu)由CPU4板、開關(guān)量I/O板、模擬量I/模板、通訊接口板構(gòu)成。可同時控13軸，控制器輸出為10V和10V可選。參數(shù)的輸入、調(diào)整、顯示均可在面板上實現(xiàn)，也可通過