第04章電氣調(diào)速系統(tǒng)ppt課件

1、第四章 電氣調(diào)速系統(tǒng)4.1 調(diào)速系統(tǒng)概述調(diào)速系統(tǒng)概述4.2 直流電機的調(diào)速控制直流電機的調(diào)速控制4.3 交流電機調(diào)速控制交流電機調(diào)速控制目錄調(diào)速是機床對電力拖動系統(tǒng)要求的主要性能之一調(diào)速方法：1、機械有級或無級調(diào)速2、機械與電氣結(jié)合的機械有級或無級調(diào)速3、電氣無級調(diào)速 調(diào)速范圍寬、穩(wěn)定性好、控制靈活、遠(yuǎn)距離操縱調(diào)速方法 調(diào)速即速度調(diào)節(jié)，是指在電力拖動系統(tǒng)中人為地改變電動機的轉(zhuǎn)速，以滿足生產(chǎn)機械的不同轉(zhuǎn)速要求由于負(fù)載或電源擾動而引起的電動機轉(zhuǎn)速變化，則不叫調(diào)速）。調(diào)速是通過改變電動機的參數(shù)或電源一、調(diào)速與穩(wěn)速一、調(diào)速與穩(wěn)速4.1 電氣調(diào)速概述電氣調(diào)速概述圖41 電動機的調(diào)速 電壓等方法來改變電動

2、機的機械特性，從而改變它與負(fù)載機械特性的交點，使得電動機的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速改變。 4.1電氣調(diào)速概述 從調(diào)速控制原理上可將調(diào)速系統(tǒng)分為開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)和閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。1、開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，如圖 4一2所示，調(diào)速是通過改變給定信號，經(jīng)過控制環(huán)節(jié)而實現(xiàn)的。開環(huán)控制由于不能克服外界擾動帶來的轉(zhuǎn)速變化，故不能進(jìn)行精確的速度控制。圖 4一2 開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1、開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)速穩(wěn)速使電動機轉(zhuǎn)速不隨外界擾動而變化，始終能精確使電動機轉(zhuǎn)速不隨外界擾動而變化，始終能精確地保持在給的的數(shù)值上。地保持在給的的數(shù)值上。 2、閉環(huán)系統(tǒng)圖43閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2、閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，如圖4一3所示。由于增加了速度等反饋環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)能很快消除各種

3、干擾，電動機轉(zhuǎn)速不隨外界擾動的變化而變化，始終能精確地保持在給定的數(shù)值上。 穩(wěn)速1、按電源種類可分為直流和交流1直流調(diào)速系統(tǒng)（1直流發(fā)電機直流電動機GM系統(tǒng)（2交磁放大機直流電動機SKKM系統(tǒng)（3晶閘管直流電動機SCR-M系統(tǒng)（4脈寬調(diào)制-直流電動機PWM系統(tǒng) 二、電動機無級調(diào)速的類型二、電動機無級調(diào)速的類型二、無級調(diào)速類型2交流調(diào)速系統(tǒng)（1變極對數(shù)（2變轉(zhuǎn)差率（3變電源頻率 2、按電動機特性分為恒功率和恒轉(zhuǎn)矩交流 P=KmTn1恒功率調(diào)速 在調(diào)速過程中，電動機始終輸出額定功率，而輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比。其變化特性曲線如圖44。 適用于工作在計算轉(zhuǎn)速以上的圖44 恒功率變速特性機床主運動及龍門刨

4、床工作臺等恒功率類機械負(fù)載。當(dāng)調(diào)到低速時，電動機轉(zhuǎn)矩不得高于額定值。 直流調(diào)速系統(tǒng)中，該種調(diào)速特性由變激磁的方法獲得。 1恒功率調(diào)速2恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 在調(diào)速過程中，電動機輸出的轉(zhuǎn)矩為額定功率，而輸出功率隨轉(zhuǎn)速線性變化。其變化特性曲線如圖45。 大部分機床的進(jìn)給運動及工作在計算轉(zhuǎn)速以下的主運動，均屬于恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載。這類運動主要克服摩擦力，而摩擦力的大小與速度關(guān)系不大，故轉(zhuǎn)矩基本保持恒定。 直流調(diào)速系統(tǒng)中，該種調(diào)速特性由調(diào)壓調(diào)速的方法獲得。 圖45 恒轉(zhuǎn)矩變速特性2恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速三、調(diào)速的性能指標(biāo)類型三、調(diào)速的性能指標(biāo)類型 調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)，可衡量調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)劣。常用的性能指標(biāo)有如下幾項：1、調(diào)速范圍(

5、D) 工作機械要求的調(diào)速范圍，以字母D表示。它等于在額定負(fù)載下，電動機能提供的最高轉(zhuǎn)速nmax和最低轉(zhuǎn)速nmin之比，即 對于采用機械電氣配合調(diào)速的生產(chǎn)機械，生產(chǎn)機械的調(diào)速范圍等于電氣調(diào)速范圍與機械調(diào)速范圍的乘積?，F(xiàn)代機械制造的趨勢是盡量簡化機械傳動部分的結(jié)構(gòu)，因此，擴大電動機的調(diào)速范圍具有非常重要的意義。 三、調(diào)速性能指標(biāo)表41 機床傳動調(diào)速范圍機床類型D主傳動D進(jìn)給運動中型和重型車床型4010050150立式車床40604080搖臂鉆床20100540臥式和立式銑床20602560中型臥式鏜床256030150中小型龍門刨床4101050大型龍門刨床10301050表4-12、調(diào)速的平滑性

6、() 調(diào)速的平滑性亦稱公比。它是用某一個轉(zhuǎn)速與能夠調(diào)到的最鄰近的轉(zhuǎn)速之比來評價的，以字母表示。即： 從某一轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到另一轉(zhuǎn)速，改變量越小調(diào)速的平滑性越好。 1稱為無級調(diào)速，可以實現(xiàn)連續(xù)平滑調(diào)速。 2、調(diào)速平滑性3、靜差度(S) 靜差度即速度的穩(wěn)定度。是衡量轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變動程度的靜態(tài)指標(biāo)。它表示電動機在某一轉(zhuǎn)速下運行時，機械負(fù)載由理想空載變到額定負(fù)載所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速降落ne，與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比，即 式中 ne 額定負(fù)載下的實際轉(zhuǎn)速。3、靜差度 理想空載轉(zhuǎn)速越低，同一轉(zhuǎn)速降所占的比例越大，靜差度愈大，轉(zhuǎn)速下降的影響程度愈大，轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性就愈差。 因此，對一個系統(tǒng)靜差度的要求就是對最低速的靜差度的

7、要求，調(diào)速范圍受到靜差度的限制。 對一個系統(tǒng)靜差度的要求，就是對最低轉(zhuǎn)速靜差度的要求。靜差度與調(diào)速范圍兩項指標(biāo)是相互制約的。 圖46 轉(zhuǎn)速與S的關(guān)系4、調(diào)速的經(jīng)濟性 調(diào)速的經(jīng)濟指標(biāo)，一般是根據(jù)設(shè)備費用、能源損耗、運行及維護(hù)費用多少來綜合評價的。 4、經(jīng)濟性使電動機與被拖動的機械有類似的調(diào)速特性。如匹配不好，則電動機的容量就不能得到正常發(fā)揮，使系統(tǒng)調(diào)速范圍受到影響。根據(jù)負(fù)載的特性正確選擇恒功率或恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。寬調(diào)速范圍D受到靜差度S的影響，亦受S的限制。四、擴大調(diào)速范圍的途徑四、擴大調(diào)速范圍的途徑四、擴大調(diào)速范圍途徑 直流調(diào)速系統(tǒng)中機械特性很硬，則有下列關(guān)系： 要得到寬調(diào)速范圍，且靜差度又要盡可能

8、小，只有減小靜態(tài)速度降 ne，實際的方法是提高調(diào)速系統(tǒng)的機械特性硬度，引入負(fù)反饋環(huán)節(jié)，如圖47。 enlSnnnDmax0min0max0lnSDnemax0max0nDSenlmin0nSenllnSnemin0圖47 速度負(fù)反饋控制系統(tǒng)。圖4-74.2 直流電動機的調(diào)速控制直流電動機的調(diào)速控制 一、直流電動機的基本調(diào)速方式及其調(diào)速特性一、直流電動機的基本調(diào)速方式及其調(diào)速特性 從電工學(xué)可知，圖48所示他激直流電動機有以下方程：4.2直流電機調(diào)速控制式中： Ud電動機的電樞電壓； Ed電動機的反電勢； T電動機的電磁轉(zhuǎn)矩； Rd電樞繞組電阻。 Ce電動機的電勢常數(shù)； Ct電動機的轉(zhuǎn)矩常數(shù)； 電

9、動機的主磁極的磁通； Id電樞電流； Rd電樞繞組電阻。直流電動機的機械特性方程式也就是它的調(diào)速公式，即 直流電動機的轉(zhuǎn)速由Rd、Ud和 所決定。調(diào)速即調(diào) Ud和 nnTKnTCCRCUntteded002edCUn02tedtCCRK2tedCCTRn理想空載轉(zhuǎn)速機械特性斜率轉(zhuǎn)速降落 1、改變電樞電壓的調(diào)速方式調(diào)壓調(diào)速） 改變電樞電壓Ud進(jìn)行調(diào)速的方式。保持磁通和電樞電阻Rd不便，將電樞電壓Ud減小，則其機械特性的斜率不變，而空載轉(zhuǎn)速會減小，于是得到一簇以Ud為參數(shù)的平行直線。在允許的靜差度內(nèi)，可獲得低于額定轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定速度。 1、調(diào)壓調(diào)速調(diào)壓調(diào)速過程： 0nEUTKRddtd不變不變不變調(diào)壓

10、調(diào)速調(diào)壓調(diào)速在此方法中，由于電動機在任何轉(zhuǎn)速下磁通都不變，只是改在此方法中，由于電動機在任何轉(zhuǎn)速下磁通都不變，只是改變電動機的供電電壓，因而在額定電流下，不論在高速還是變電動機的供電電壓，因而在額定電流下，不論在高速還是低速下，電動機都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，故稱這種調(diào)速方法為恒低速下，電動機都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，故稱這種調(diào)速方法為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。這是它的一個極為重要的特點。轉(zhuǎn)矩調(diào)速。這是它的一個極為重要的特點。 圖49 調(diào)壓調(diào)速的機械特性A1固有特性A2、A3人為特性圖49 調(diào)壓調(diào)速的特點： (1)調(diào)節(jié)細(xì)，可實現(xiàn)無級調(diào)速，平滑性好。 (2)物性硬度不變，相對穩(wěn)定性好。 (3)調(diào)速過程能耗低，可節(jié)省減壓起動設(shè)

11、備，經(jīng)濟性好。 (4)調(diào)速范圍寬1012）。 2、改變勵磁磁通的調(diào)速方式調(diào)磁調(diào)速）改變勵磁磁通進(jìn)行調(diào)速的調(diào)速方式。當(dāng)電樞電流不變時，隨著磁通的減小，電動機的轉(zhuǎn)速升高，其輸出轉(zhuǎn)矩會相應(yīng)地降低減小。在額定電壓和額定電流下，不同轉(zhuǎn)速時，電動機始終可以輸出額定功率，因此這種調(diào)速方法稱為恒功率調(diào)速。 圖410 調(diào)磁調(diào)速的機械特性2、調(diào)磁調(diào)速公式20tedtedllCCRKCUnURddtdzRUCTn0eddedtededCIRCUTCCRCUn2調(diào)磁調(diào)速過程： 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩：轉(zhuǎn)速n與電樞電流之間的關(guān)系： 公式dddzRUIn 0nnCRIUededd1nICTedt1堵轉(zhuǎn)電流為常數(shù)：為使電機容量得到充分利

12、用，應(yīng)使電樞電流Id=電機額定電流Ied。此時磁通與轉(zhuǎn)速成反比：故轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比： 即轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成倒數(shù)關(guān)系 調(diào)磁調(diào)速的特點： (1)調(diào)節(jié)容量小，平滑性好。 (2)投資少，能耗低，經(jīng)濟性好。 (3)調(diào)速范圍不寬24）。 3總結(jié) (1) 調(diào)壓調(diào)速為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 (2) 調(diào)磁調(diào)速為恒功率調(diào)速。 (3) 恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速是指：在電機不超過發(fā)熱條件限制下，按可調(diào)的不同轉(zhuǎn)速長期工作時，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩或額定功率的調(diào)速。 3、總結(jié) (4) 調(diào)速方式必須根據(jù)負(fù)載的特性來選擇如：恒功率負(fù)載低速轉(zhuǎn)矩大選擇恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，那么：*按低速轉(zhuǎn)矩選擇，則高速時電機容量不能充分利用；*按高速轉(zhuǎn)矩選擇，則低速時電機將超載

13、。elhlhelhhlelTTTPPPPKTnPKTnPP則由于高速低速ehllhelllhehTTTPPPPKTnPKTnPP則由于低速高速 二、直流電動機的功率驅(qū)動 改變直流電動機的電樞電壓和勵磁磁通，用的較多的方法有兩種： (1) 晶閘管功率驅(qū)動 (2) 晶體管功率驅(qū)動1、晶閘管直流電動機無級調(diào)速系統(tǒng) 晶閘管是一種快速無觸點電子開關(guān)器件，通過它的截止和導(dǎo)通可以實現(xiàn)多種多樣的電流變化。 由它構(gòu)成的變換電路主要有以下三種類型： 二、直流電機的功率驅(qū)動(1) 整流電路即將交流變換為直流，交直變換。(2) 逆變電路即將直流變換為交流，直交變換。(3) 開關(guān)電路又分為直流開關(guān)電路和交流開關(guān)電路，分

14、別稱為：交交變換，直直變換。晶閘管直流電動機無級調(diào)速系統(tǒng)多用晶閘管可控整流電路： 單相與多相 半波與全波 零式與橋式式中：Uda 變壓器次級繞組相電壓的有效值 通過調(diào)整控制角改變輸出電壓從而改變直流電動機的轉(zhuǎn)速。 cos17. 1cos26322UUUda圖411 三相零式晶閘管整流電路驅(qū)動直流電動機原理圖。圖4-112、晶體管直流電動機無級調(diào)速系統(tǒng)晶體管的兩種工作方式： 線性放大原理，工作在放大狀態(tài)； 脈沖調(diào)制原理，工作在開關(guān)狀態(tài)工作在線性區(qū)域的特點： 具有線性控制特性和很小的時間常數(shù)； 電流大，管子兩端電壓高，因此功耗大、效率低，必須加裝散熱器； 沒有控制角觸發(fā)裝置，故體積小，線路要簡單。

15、 1、晶體管調(diào)速圖412為由單個晶體管組成的帶速度負(fù)反饋的最簡單調(diào)速系統(tǒng)。 fgbeUUUnIUUndbef圖4-12三、有靜差及無靜差調(diào)速控制三、有靜差及無靜差調(diào)速控制自動調(diào)速系統(tǒng)按被調(diào)量轉(zhuǎn)速與給定量之間有無自動調(diào)速系統(tǒng)按被調(diào)量轉(zhuǎn)速與給定量之間有無偏差可分為：偏差可分為：有靜差調(diào)速系統(tǒng)有靜差調(diào)速系統(tǒng)是靠被調(diào)量與給定量之偏差進(jìn)是靠被調(diào)量與給定量之偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)的，無論采用的放大器放大倍數(shù)多大，也不行調(diào)節(jié)的，無論采用的放大器放大倍數(shù)多大，也不能維持被調(diào)量完全不變。主要原因是電樞壓降的補能維持被調(diào)量完全不變。主要原因是電樞壓降的補償。圖償。圖413 P70 無靜差調(diào)速系統(tǒng)無靜差調(diào)速系統(tǒng)具有良好的靜特

16、性，在轉(zhuǎn)速波具有良好的靜特性，在轉(zhuǎn)速波動的允許范圍內(nèi)，能最終消除偏差使系統(tǒng)回到給定動的允許范圍內(nèi)，能最終消除偏差使系統(tǒng)回到給定值上。采用值上。采用PI調(diào)節(jié)圖調(diào)節(jié)圖423 P79三、有靜差及無靜差調(diào)速控制1、有靜差調(diào)速控制、有靜差調(diào)速控制1、有靜差調(diào)速控制ddddtRIITICT如cdafgfcfgdaUUUUnUUUUKU則無靜差時而)(是定值而由于gdaddddeddddaUURIRInCRIEU1有差調(diào)節(jié)；根據(jù)給定量與反饋量之差來改變整流輸出電壓，以維持轉(zhuǎn)速近似不變，沒有誤差就不可能調(diào)節(jié)。2系統(tǒng)的總的放大倍數(shù)越大，調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確度靜態(tài)精度越高。2、無靜差調(diào)速控制、無靜差調(diào)速控制2、無靜差調(diào)速控

17、制的變化達(dá)到無靜差來補償由ddtfgRIUdUUU1nUUdUUKUftcda而1tcdafgUdUUUU1則無靜差時四、直流電動機的四、直流電動機的PWM調(diào)速原理調(diào)速原理 晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)的特點：晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)的特點： 在飽和時管壓降很小，在截止時漏電流很小，在飽和時管壓降很小，在截止時漏電流很小，過渡狀態(tài)電流大但時間短，平均功率小。因而可提過渡狀態(tài)電流大但時間短，平均功率小。因而可提高輸出功率和效率。高輸出功率和效率。 直流電動機的直流電動機的PWM控制屬于調(diào)壓調(diào)速方式，控制屬于調(diào)壓調(diào)速方式，即通過脈寬調(diào)制來改變電樞電壓即通過脈寬調(diào)制來改變電樞電壓Ud實現(xiàn)調(diào)速。其基實現(xiàn)調(diào)速。其基

18、本原理是采用硅整流器將交流電整流成直流電，再本原理是采用硅整流器將交流電整流成直流電，再由由PWM斬波器進(jìn)行斬波調(diào)壓。斬波調(diào)壓比晶閘管斬波器進(jìn)行斬波調(diào)壓。斬波調(diào)壓比晶閘管相控調(diào)壓相控調(diào)壓(SCRM)性能更好。如所需要的濾波裝性能更好。如所需要的濾波裝置很小，甚至只利用電樞電感已經(jīng)足夠，不需要外置很小，甚至只利用電樞電感已經(jīng)足夠，不需要外加濾波裝置；電動機的損耗和發(fā)熱較??；動態(tài)響應(yīng)加濾波裝置；電動機的損耗和發(fā)熱較小；動態(tài)響應(yīng)快等?？斓?。 四、直流電動機的PWM調(diào)速原理 a線路圖 b） 波形圖圖425 PWM斬波器原理電路及輸出電壓波形 圖2-25 一個周期T中，晶體管K導(dǎo)通時間的比率，稱為負(fù)載率

19、或占空比。調(diào)速方式有：(1) 脈沖寬度調(diào)制PWM調(diào)速定頻調(diào)寬法）： T保持一定，使在0T范圍內(nèi)變化。(2) 脈沖頻率調(diào)調(diào)速制定寬調(diào)頻法）： 保持定，使T在0)范圍內(nèi)變化： (3) 混合調(diào)制調(diào)速調(diào)寬調(diào)頻法）：使和T在0范圍內(nèi)變化； USUTUTaTST式中：導(dǎo)通率 變化范圍均為0ST1 不管哪種方法，因而電樞電壓平均值Ua的調(diào)節(jié)范圍為0一Ud，均為正值，即電機只能在某一方向調(diào)速，這被稱為不可逆調(diào)速。當(dāng)需要電機在正、反向兩個方向調(diào)速運轉(zhuǎn)時，即被稱為可逆調(diào)速，就要使用下圖所示的橋式(或稱H型)斬波電路。 橋式斬波電路 43 交流電動機調(diào)速控制 與直流電動機相比，交流電動機結(jié)構(gòu)簡單，成本低，維護(hù)方便。

20、交流電動機傳動占電氣傳動總?cè)萘康?80左右，是一種最重要的動力基礎(chǔ)。過去大量使用的是不變速交流傳動，例如：風(fēng)機、水泵等機械，其總?cè)萘考s占工業(yè)電氣傳動總?cè)萘康?0。這些應(yīng)用并不是不需要調(diào)速，而是因為使用交流電動機無法調(diào)速，不得不依靠閥門、擋板來調(diào)節(jié)風(fēng)量和流量，造成大量電能損耗。這類電機若采用變壓變頻(VVVF)交流調(diào)速控制后，一般可節(jié)能20左右，節(jié)能效果非常顯著。因此，經(jīng)過世界各國的努力和巨大投入，歷經(jīng)十年之久，目前已較好地解決了交流電動機調(diào)速的理論問題和實現(xiàn)方法，并使其正在逐步取代直流傳動成為高性能電氣傳動的主流和基礎(chǔ)。 4.3交流電動機調(diào)速控制1、調(diào)速原理異步電機的轉(zhuǎn)速為： 一、交流電機調(diào)速

21、原理及方式式中： n同步轉(zhuǎn)速(rmin)； f1定子頻率(即電源頻率)； p磁極對數(shù)。 s轉(zhuǎn)差率。 spfnsn160111 從上式可知，要調(diào)節(jié)異步電動機的轉(zhuǎn)速應(yīng)從改變p，s，f1三個分量人手。異步電動機的調(diào)速方式相應(yīng)可分為3種:變極調(diào)速 p變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 s變頻調(diào)速 f1 2、調(diào)速方式1) 變極調(diào)速 對鼠籠式異步電機可通過改變電機繞組的接線方式，使電機從一種極對數(shù)變?yōu)榱硪环N極對數(shù)。從而實現(xiàn)異步電動機的有級調(diào)速。一般為2種速度，3種速度以上的變極調(diào)速電機繞組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)用較少。變極調(diào)速所需設(shè)備簡單，價格低廉，工作也比較可靠，但只能有級調(diào)速，故應(yīng)用場合有限。 2、調(diào)速方式2) 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 對于繞

22、線式異步電動機，可通過調(diào)節(jié)串聯(lián)在轉(zhuǎn)子繞組中的電阻值(調(diào)阻調(diào)速)、在轉(zhuǎn)子電路中引入附加的轉(zhuǎn)差電壓(串級調(diào)速)、調(diào)整電機定子電壓(調(diào)壓調(diào)速)以及采用電磁轉(zhuǎn)差離合器 (電磁離合器調(diào)速)改變氣隙磁場等方法均可實現(xiàn)變轉(zhuǎn)差S，從而對電機進(jìn)行無級調(diào)速。這種方法曾經(jīng)有過一定時期的應(yīng)用，但由于效率偏低，體積較大，目前應(yīng)用已不多。 2變轉(zhuǎn)差率3) 變頻調(diào)速 通過改變定子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速實現(xiàn)對異步電動機的調(diào)速，在調(diào)速過程中從高速到低速都可以保持有限的轉(zhuǎn)差率，因而具有高效率、寬范圍和高精度的調(diào)速性能?？梢哉J(rèn)為，變頻調(diào)速是異步電動機的一種比較合理和理想的調(diào)速方法。 在以上諸種交流調(diào)速中，變頻調(diào)速的性能最好。變頻凋

23、速電氣傳動調(diào)速范圍大，靜態(tài)穩(wěn)定性好，運行效率高，調(diào)速范圍廣，是一種理想的調(diào)速系統(tǒng)，已經(jīng)成為應(yīng)用最廣泛的調(diào)速系統(tǒng)。 3變頻調(diào)速3、按晶閘管技術(shù)的應(yīng)用可分為：1采用晶閘管交流調(diào)壓電路，調(diào)節(jié)電機定子電壓從而改變轉(zhuǎn)速。2由晶閘管組成一套變流裝置，串接在繞線式電機轉(zhuǎn)子電路里，異步電動機與變流裝置共同組成了串級調(diào)速系統(tǒng)。在調(diào)速過程中，把轉(zhuǎn)差能量反饋回電網(wǎng)，為此能提高經(jīng)濟效益。3用晶閘管組成靜止變頻器，給異步電動機提高變頻電源，通過改變電動機定子供電頻率而改變電動機的同步轉(zhuǎn)速，以達(dá)到調(diào)速的目的，該系統(tǒng)效率高，調(diào)速范圍廣，是一種合理的理想調(diào)速系統(tǒng)。 異步電機的各種調(diào)速方法見表42P83） 3、按晶閘管計數(shù)分類

24、4、調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展、調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展直流調(diào)速系統(tǒng)具有較為優(yōu)良的靜、動態(tài)性能指標(biāo)直流調(diào)速系統(tǒng)具有較為優(yōu)良的靜、動態(tài)性能指標(biāo) 機械式換向帶來的弊端，使其事故率高機械式換向帶來的弊端，使其事故率高 交流電動機有它固有的優(yōu)點，其容量、電壓、電流和轉(zhuǎn)速的交流電動機有它固有的優(yōu)點，其容量、電壓、電流和轉(zhuǎn)速的上限不像直流電動機那樣受限制，且結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，上限不像直流電動機那樣受限制，且結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，堅固耐用，容易維護(hù)。堅固耐用，容易維護(hù)。最大缺點是調(diào)速困難，簡單調(diào)速方案的性能指標(biāo)不佳。最大缺點是調(diào)速困難，簡單調(diào)速方案的性能指標(biāo)不佳。 以各種電力半導(dǎo)體器件構(gòu)成的交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)、變頻調(diào)速以各種電力半

25、導(dǎo)體器件構(gòu)成的交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)正在取代著直流電動機調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)正在取代著直流電動機調(diào)速系統(tǒng)。 變頻調(diào)速的性能最好變頻調(diào)速的性能最好 ,4、調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展二、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1相位控制方式相位控制方式二、晶閘管交流調(diào)壓及逆變電路原理4-27圖427a為單相交流調(diào)壓電路。圖427b為單相交流調(diào)壓電路得到的對稱交流電源波形。 式中： U輸入交流電壓有效值 2sin)( 2UUfz2斬波控制方式 圖428 通斷控制方式的負(fù)載電壓波形 圖4-282、晶閘管逆變電路、晶閘管逆變電路整流整流將交流電轉(zhuǎn)換成直

26、流電的過程，實現(xiàn)整流的裝置叫將交流電轉(zhuǎn)換成直流電的過程，實現(xiàn)整流的裝置叫整流器。整流器。逆變逆變將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的過程，實現(xiàn)逆變的裝置叫將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的過程，實現(xiàn)逆變的裝置叫逆變器。逆變器。變流器變流器套電路既能整流又能逆變的裝置。套電路既能整流又能逆變的裝置。有源逆變有源逆變變流器工作在逆變狀態(tài)時，把直流逆變成交流變流器工作在逆變狀態(tài)時，把直流逆變成交流并反饋回電網(wǎng)。并反饋回電網(wǎng)。無源逆變無源逆變變流器工作在逆變狀態(tài)時，把直流逆變成交流變流器工作在逆變狀態(tài)時，把直流逆變成交流并不反饋給交流電網(wǎng)而是供給交流負(fù)載。并不反饋給交流電網(wǎng)而是供給交流負(fù)載。逆變器由逆變電路和換流電路組成。逆變

27、器由逆變電路和換流電路組成。 2、晶閘管逆變電路1逆變器工作原理 圖429 為橋式逆變器工作原理圖 1逆變器工作原理4-292逆變器的換流 圖430 強迫換流原理圖 2換流4-30三、異步電動機的調(diào)壓調(diào)速與串級調(diào)速三、異步電動機的調(diào)壓調(diào)速與串級調(diào)速三、調(diào)壓調(diào)速與串級調(diào)速111144. 4kfE11111EERIU11RI1E定子電路定子電路定子壓降定子壓降定子漏磁通電動勢定子漏磁通電動勢式中： E1定子繞組感應(yīng)電動勢； f1定子電源頻率； 1定子繞組的實際匝數(shù)； k1定子繞組等值匝數(shù)1； 氣隙歇中磁通量； U1定子外加電壓；參數(shù)說明轉(zhuǎn)子公式轉(zhuǎn)子電路轉(zhuǎn)子電路221244. 4ksfE221204

28、4. 4kfE202222sEERIE22RI2E2122Lsfx 21202Lfx202sxx 轉(zhuǎn)子壓降轉(zhuǎn)子壓降轉(zhuǎn)子漏磁通電動勢轉(zhuǎn)子漏磁通電動勢式中： E2轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢； f1定子電源頻率； 2轉(zhuǎn)子繞組的實際匝數(shù)； k2轉(zhuǎn)子繞組等值匝數(shù)1； 氣隙歇中磁通量； 2轉(zhuǎn)子繞組的感抗；參數(shù)說明轉(zhuǎn)子公式轉(zhuǎn)子電路轉(zhuǎn)子電路2202220222222sxRsExREI220222222222cossxRRxRR22cosIKTmKm電機結(jié)構(gòu)常數(shù)圖轉(zhuǎn)子電路轉(zhuǎn)子電路三、異步電動機的調(diào)壓調(diào)速與串級調(diào)速三、異步電動機的調(diào)壓調(diào)速與串級調(diào)速1、異步電動機的調(diào)壓調(diào)速、異步電動機的調(diào)壓調(diào)速 在恒定的參數(shù)和轉(zhuǎn)速差下：在

29、恒定的參數(shù)和轉(zhuǎn)速差下： nTUUT121 從而改變它與負(fù)載機械特性的交點，以實現(xiàn)調(diào)速。 相位控制方式特點：輸出電源較為精確。調(diào)速精度高，快速性好，低速時轉(zhuǎn)速脈動較?。坏妷翰ㄐ沃泻袕?fù)雜的諧波成分，使電機的損耗增加。 1、調(diào)壓調(diào)速圖431異步電動機調(diào)壓時的機械特性a普通鼠籠轉(zhuǎn)子的特性 b高電阻轉(zhuǎn)子的特性 c具有頻敏特性轉(zhuǎn)子的特性 圖4-312、異步電動機串級調(diào)速、異步電動機串級調(diào)速1原理原理對于繞線式電機可以在轉(zhuǎn)子回路中串接附加電阻來實現(xiàn)調(diào)速。對于繞線式電機可以在轉(zhuǎn)子回路中串接附加電阻來實現(xiàn)調(diào)速。Rn、s不變不變I2Mns I2 M Rn、s不變不變I2 M n s I2 M2、串級調(diào)速22c

30、osIKTm2202220222222sxRsExREI缺陷：調(diào)速是有級的，調(diào)速不平滑。串接電阻較大時，電機的機械特性變得很軟。低速時負(fù)載稍有變化，轉(zhuǎn)速將引起很大的波動。電機在低速運轉(zhuǎn)時，效率很低，電能消耗大。2異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)串級調(diào)速圖432 為轉(zhuǎn)子串Ef的串級調(diào)速原理圖 圖4-32低同步調(diào)速低同步調(diào)速附加電勢附加電勢Ef的相位與轉(zhuǎn)子電勢的相位相反，的相位與轉(zhuǎn)子電勢的相位相反，此時轉(zhuǎn)差功率被此時轉(zhuǎn)差功率被Ef裝置吸收，并反饋給交流電網(wǎng)，其作用與裝置吸收，并反饋給交流電網(wǎng)，其作用與串接附加電阻相似，串接附加電阻相似，Ef增加，可以使轉(zhuǎn)差功率增加，電機轉(zhuǎn)增加，可以使轉(zhuǎn)差功率增加，電機轉(zhuǎn)速下

31、降。速下降。超同步調(diào)速超同步調(diào)速附加電勢附加電勢Ef的相位與轉(zhuǎn)子電勢的相位相同，的相位與轉(zhuǎn)子電勢的相位相同，Ef裝置有功率輸入電機的轉(zhuǎn)子回路，此時電網(wǎng)同時給電機定裝置有功率輸入電機的轉(zhuǎn)子回路，此時電網(wǎng)同時給電機定子和轉(zhuǎn)子供電，附加電勢起負(fù)電阻的作用，可以使轉(zhuǎn)差功率子和轉(zhuǎn)子供電，附加電勢起負(fù)電阻的作用，可以使轉(zhuǎn)差功率減少，甚至變?yōu)樨?fù)值，這時電機轉(zhuǎn)速升高，甚至超過同步轉(zhuǎn)減少，甚至變?yōu)樨?fù)值，這時電機轉(zhuǎn)速升高，甚至超過同步轉(zhuǎn)速。速。 3串級調(diào)速的特點及應(yīng)用優(yōu)點：總效率高，約為90。只控制電機的轉(zhuǎn)差功率，當(dāng)調(diào)速范圍不大時，逆變裝置的容量和元件耐壓值都較小。能實現(xiàn)無級調(diào)速、平滑調(diào)速。與直流調(diào)速的精度相當(dāng)。

32、安全可靠性高，主電路和控制系統(tǒng)比較簡單，易于維護(hù)檢修。缺陷：功率因數(shù)不高調(diào)速范圍可達(dá)4：1；廣泛應(yīng)用于風(fēng)機和泵類設(shè)備上。 四、異步電動機變頻調(diào)速的機械特性四、異步電動機變頻調(diào)速的機械特性 改變定子電源頻率可以改變同步轉(zhuǎn)速和異步電動改變定子電源頻率可以改變同步轉(zhuǎn)速和異步電動機的轉(zhuǎn)速。機的轉(zhuǎn)速。 四、變頻調(diào)速 由上式可見，若均勻改變定子繞組的供電頻率f1，電動機的轉(zhuǎn)速n也可以平滑地改變，這就是變頻調(diào)速的基本原理。變頻調(diào)速具有效率高、調(diào)速范圍廣、精度高的調(diào)速性能 。 spfnsn160111三相感應(yīng)電動機的定子相電勢的有效值為 111144. 4kfE1E1f1k1式中 每相感應(yīng)電動勢(V)； 定子

33、電源電壓頻率(Hz)； 定子繞組等值匝數(shù)； 定子繞組的實際匝數(shù)； 氣隙中的磁通量。 公式 如果不計定子阻抗電壓降，則感應(yīng)電動勢近似等于定子外加電壓 1111144. 4kfEU22cosIKTm2I2cosmK式中 轉(zhuǎn)子電流； 轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)； 轉(zhuǎn)矩常數(shù)；1基頻以下調(diào)速控制恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速） 要保持不變，當(dāng)頻率f1從額定值f1向下調(diào)節(jié)時，必須同時降低E1，使：常值11fE即采用恒定的電動勢頻率比的控制方式。 1、基頻下調(diào)速 然而，繞組中的感應(yīng)電動勢是難以直接控制的，當(dāng)電動勢值較高時，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓U1E1，則得 常值11fU這是恒壓頻比的控制方式。 低頻時，U1和

34、El都較小，定子阻抗壓降所占的分量就比較顯著，不能再忽略。這時，可以人為地把電壓Ul抬高一些，以便近似地補償定子壓降。 圖4一35 感應(yīng)電動機變壓變頻調(diào)速控制特性 圖4一34 恒壓頻比控制特性a一無補償 b一帶定子壓降補償 圖4-34 352基頻以上調(diào)速恒磁通調(diào)速）基頻以上調(diào)速恒磁通調(diào)速） 在基頻以上調(diào)速時，頻率可以從在基頻以上調(diào)速時，頻率可以從f1往上增高，但電壓往上增高，但電壓U1卻不能超過額定電壓卻不能超過額定電壓U1N，最多只能保持，最多只能保持U1=UlN。這將迫使。這將迫使磁通與頻率成反比地降低，拖動轉(zhuǎn)矩也下降，且調(diào)頻倍數(shù)越磁通與頻率成反比地降低，拖動轉(zhuǎn)矩也下降，且調(diào)頻倍數(shù)越高，轉(zhuǎn)

35、速越高，拖動轉(zhuǎn)矩越低。這時可以認(rèn)為轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的高，轉(zhuǎn)速越高，拖動轉(zhuǎn)矩越低。這時可以認(rèn)為轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的乘積不變。乘積不變。 這樣在基頻以上調(diào)速時，則采用只調(diào)頻率不調(diào)電壓的近這樣在基頻以上調(diào)速時，則采用只調(diào)頻率不調(diào)電壓的近似恒功率調(diào)速方式。似恒功率調(diào)速方式。 把基頻以下和基頻以上兩種情況結(jié)合起來，可得圖把基頻以下和基頻以上兩種情況結(jié)合起來，可得圖4一一35所示的變壓變頻調(diào)速控制特性。這樣，在基頻以下，由于磁所示的變壓變頻調(diào)速控制特性。這樣，在基頻以下，由于磁通恒定轉(zhuǎn)矩也恒定，屬于通恒定轉(zhuǎn)矩也恒定，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速性質(zhì)；而在基頻以恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速性質(zhì)；而在基頻以上，轉(zhuǎn)速升高時轉(zhuǎn)矩降低，基本上屬于上，轉(zhuǎn)速升高

36、時轉(zhuǎn)矩降低，基本上屬于“恒功率調(diào)速。恒功率調(diào)速?！?2、基頻上調(diào)速五、變頻器的分類及特點五、變頻器的分類及特點變頻器變頻器給異步電動機提供頻率及電壓可變的電給異步電動機提供頻率及電壓可變的電源裝置，可以對電機實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或恒功率調(diào)速控制。源裝置，可以對電機實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或恒功率調(diào)速控制。交交交變頻器直接變頻器）：把固定頻率、固交變頻器直接變頻器）：把固定頻率、固定電壓的交流電源變換為電壓和頻率都可調(diào)的交流定電壓的交流電源變換為電壓和頻率都可調(diào)的交流電源。只能一次換能，效率低，輸出的最高頻率指電源。只能一次換能，效率低，輸出的最高頻率指示電網(wǎng)頻率的示電網(wǎng)頻率的1/21/3，所以只用于低速大容量場合。，

37、所以只用于低速大容量場合。交交直直交變頻器間接變頻器）：把固定頻交變頻器間接變頻器）：把固定頻率、固定電壓的交流電源先整流成幅值可變的直流率、固定電壓的交流電源先整流成幅值可變的直流電源，然后再將此直流電源變換為頻率可調(diào)的交流電源，然后再將此直流電源變換為頻率可調(diào)的交流電源電源 五、變頻器的分類及特點表43 交交變頻器與交直交變頻器主要特點比較 常見變頻器為交一直一交形式的變頻器, 由整流電路，中間濾波環(huán)節(jié)和逆變電路三部分組成,如上圖所示 圖 整流電路將固定幅值和頻率的電網(wǎng)交流電變換成直流電；濾波環(huán)節(jié)用于減小整流以后的電壓和電流的波紋；逆變電路作用與整流電路相反，將直流電變換成幅值、頻率可調(diào)的交流電，實現(xiàn)變壓變頻。隨著新型電力電子器件的研制、開發(fā)，由功率晶體管(GTR)、可關(guān)斷晶閘管(GTO)、絕緣柵雙極型