三相交流異步電機及其控制課件

第二章三相交流異步電機及其控制本章主要介紹：⑴.三相異步電機的轉動原理⑵.三相異步電機的電磁轉矩和機械特性⑶.三相異步電機的啟動、正反轉、制動⑷.三相異步電機的技術參數(shù)⑸.三相異步電機的調速控制.第二章三相交流異步電機及其控制本章主要介紹：1第一節(jié)三相異步電機的轉動原理一、轉子轉動原理.第一節(jié)三相異步電機的轉動原理一、轉子轉動原理.2二、旋轉磁場的產生.二、旋轉磁場的產生.3三相電流表達式三相電源波形圖.三相電流表達式三相電源波形圖.4旋轉磁場分析.旋轉磁場分析.5改變三相電源的相序，旋轉磁場方向改變.改變三相電源的相序，旋轉磁場方向改變.6三、異步電動機的轉動原理感應電動勢方向：右手定則電磁力方向：左手定則.三、異步電動機的轉動原理感應電動勢方向：右手定則.7第二節(jié)、三相異步電機的基本知識一、三相異步電機的極對數(shù).第二節(jié)、三相異步電機的基本知識一、三相異步電機的極對數(shù).8P=2時的旋轉磁場.P=2時的旋轉磁場.9二、三相異步電機的轉速n0=60f1/p對一臺固定的三相異步電機，f1和p通常固定，則n0固定。.二、三相異步電機的轉速.10轉差率s：

s=（n0-n）/n0一般s=1%～9%；啟動瞬間，n=0，s具有最大值=1。.轉差率s：.11三、三相異步電機的構造.三、三相異步電機的構造.12..13轉子在結構上分為兩種：籠形、繞線形。鼠籠式轉子是由安放在轉子鐵心槽內的裸導體和兩端的短路環(huán)連接而成的。轉子繞組就像一個鼠籠形狀故稱其為鼠籠式轉子。鑄鋁轉子：中小型電機，一般采用鑄鋁繞組。這種轉子是將融化了的鋁液直接澆注在轉子槽內，并連同兩端的短路環(huán)和風扇澆注在一起。.轉子在結構上分為兩種：籠形、繞線形。鼠籠式轉子是由安放在轉子14..15..16如某三相異步電動機銘牌如下，現(xiàn)對銘牌的各項數(shù)據(jù)作些簡要介紹。三相異步電動機型號Y-L132M－4功率7.5kW

頻率50Hz電壓380V電流15.4A接法D

轉速1440r/min絕緣等級B級工作方式連續(xù)年月編號XX電機廠制造Y-L132M－4——Y-L——產品代號，Y及Y-L系列為小型籠型異步電動機，其中Y系列定子繞組為銅線，Y-L系列定子繞組為鋁線，功率大約在0.55~90kW之間。132——機座中心高132mm；M—表示中機座，（S表示短機座，L表示長機座）；4——磁極數(shù)。.如某三相異步電動機銘牌如下，現(xiàn)對銘牌的各項數(shù)據(jù)作些簡要介紹17三相異步電動機的接法：多數(shù)電機有六個接線柱，有的也有三個接線柱，有三個接線柱為星形接法。有六個的需要按電機銘牌上的接法接線。三角形接法：如U1V1W1W2U2V2U1和W2相連、V1和U2相連、W1和V2相連星形接法：如U1V1W1U2V2W2把電機的首端或末端相連，如把U1V1W1相連以上幾種接法都為380V的三相異步電動機的接法。如果三相異步電動機用變頻控制需用星形接法。.三相異步電動機的接法：.18三相異步電動機銘牌上標明：“額定電壓380/220V，接法丫/△”。當電網電壓為380V時，這臺三相異步電動機應采用那種接法？A:△接法B:丫接法C:△、丫都可以D:△、丫都不可以問題：.三相異步電動機銘牌上標明：“額定電壓380/220V，接法丫19第三節(jié)、定子和轉子電路分析三相異步電機的電磁關系與變壓器相似，定子繞組相當于變壓器的一次繞組；轉子繞組相當于變壓器的二次繞組.第三節(jié)、定子和轉子電路分析三相異步電機的電磁關系與變壓器20一、定子電路分析電壓加于定子繞組，產生合成旋轉磁場；該磁場在空氣隙中呈正弦分布；以轉速為n0旋轉。該磁場切割定子和轉子導體，在定子繞組某相中產生的感應電勢為：此電勢也按正弦規(guī)律變化，相位滯后：Φ＝90o.一、定子電路分析電壓加于定子繞組，產生合成旋轉磁場；.21E的大小為：式中N1為定子繞組每相串聯(lián)的匝數(shù)。由于定子中同一相繞組是嵌放在不同分布的槽中，考慮到繞組分布的情況，上式中應乘一個小于1的繞組系數(shù)k1，即：同樣對于繞線轉子電動勢中也有繞組系數(shù)k2，（一般取0.9），對籠形k2取1。.E的大小為：.22..23定子繞組漏磁通φσ1，轉子繞組漏磁通φσ2；定子繞組漏磁通φσ1產生的感應電勢為：

Xσ1=2πf1L

σ1再考慮每相繞組的電阻R1，可寫出定子回路的電勢平衡方程式為：.定子繞組漏磁通φσ1，轉子繞組漏磁通φσ2；.24由于定子繞組電阻R1和定子繞組漏抗Xσ1一般都很小，其壓降和E1相比可忽略：.由于定子繞組電阻R1和定子繞組漏抗Xσ1一般都很小，其壓降和25二、轉子電路分析旋轉磁場在轉子每相繞組中的感應電勢為：其有效值為：f2為轉子每相繞組所感應的電動勢和轉子電流的頻率；k2為轉子繞組系數(shù)；N2為轉子繞組匝數(shù)。轉子繞組導體切割旋轉磁場的速率為n′=n0-n，故有：.二、轉子電路分析旋轉磁場在轉子每相繞組中的感應電勢為：其有效26當轉子在0＜n＜n0轉動時：式中，E20表示當轉子不動時，旋轉磁場在轉子繞組中產生的感應電勢。轉子繞組中的漏磁通φσ2也引起感抗壓降-Eσ2，即：.當轉子在0＜n＜n0轉動時：式中，E20表示當轉子不動時，旋27Xσ20表示轉子不動時，每相轉子繞組的漏感抗。上式中：.Xσ20表示轉子不動時，每相轉子繞組的漏感抗。上式中：.28當轉子轉動時，轉子繞組每相電流有效值為：轉子電路的功率因素為：異步電機正常運行時，由于轉子短路，其電壓平衡方程式為：.當轉子轉動時，轉子繞組每相電流有效值為：轉子電路的功率因素為29將E2=sE20和Xσ2=s

X

σ20帶入，可得：.將E2=sE20和Xσ2=sXσ20帶入，可得：.30I2和cosφ2隨s變化的關系曲線如圖所示：.I2和cosφ2隨s變化的關系曲線如圖所示：.31三相異步電機定子和轉子某一相可用下圖來模擬。.三相異步電機定子和轉子某一相可用下圖來模擬。.32第四節(jié)、三相異步電機的電磁轉矩和機械特性一、電磁轉矩電磁力對轉軸構成了轉矩——電磁轉矩。在電磁轉矩的作用下，電動機帶動負載而輸出功率。設電機旋轉的角速度為Ω。轉子的電磁轉矩為T，則轉子輸出的機械功率為：.第四節(jié)、三相異步電機的電磁轉矩和機械特性一、電磁轉矩.33異步電動機的電磁轉矩是由具有電流I2的所有轉子繞組導體在磁場中受力而產生的。電磁轉矩的大小與轉子電流I2和磁場每極磁通Φ成正比。轉子電路有感抗，轉子感應電動勢與轉子電流間有相位差ψ2。電磁轉矩：T=KTφI2cosψ2

式中，KT：異步電動機的轉矩常數(shù)；Φ：磁場每極磁通；I2：轉子電流；cosψ2：轉子電路功率因數(shù)，cosψ2<1。.異步電動機的電磁轉矩是由具有電流I2的所有轉子繞組導體在磁場34電磁轉矩的另一表達式電磁轉矩：T=KT′s

R2U12/(R22+(sXσ20)2)式中：KT′：轉子的另一轉矩系數(shù)；s：轉速差；R2：轉子電路中的等效電阻，定值；U1：電源電壓；Xσ20：轉子電路中的電抗，定值。.電磁轉矩的另一表達式電磁轉矩：T=KT′sR2U12/(R35上式表明，三相異步電機的電磁轉矩T與每相電壓有效值U1的平方成正比。當U1變化時，對電磁轉矩影響很大。U1下降，轉矩下降速度快，電流增大，有燒壞繞組線圈的可能。當電壓U1一定時，轉子參數(shù)R2和Xσ20一定時，電磁轉矩與轉差率s有關，T=f（s）關系就稱為異步電機的機械特性。.上式表明，三相異步電機的電磁轉矩T與每相電壓有效值U1的平方36二、機械特性以s為自變量，T為因變量可做出T=f（s）曲線：.二、機械特性以s為自變量，T為因變量可做出T=f（s）曲線：37由T=f（s）曲線可得出n=f（T）曲線：.由T=f（s）曲線可得出n=f（T）曲線：.38（一）、額定轉矩TN額定轉矩是電機在額定負載時輸出的轉矩。額定轉矩TN可從電機銘牌數(shù)據(jù)（額定功率P2N和額定轉速）求得：式中：T：轉矩，單位——N·m；P2N：額定功率，單位——Kw；nN:額定轉速，單位——r/min。.（一）、額定轉矩TN額定轉矩是電機在額定負載時輸出的轉矩。額39（二）、最大轉矩Tmax最大轉矩可通過下面求得：：為轉子電路中電抗.（二）、最大轉矩Tmax最大轉矩可通過下面求得：：為轉子電路40由最大轉矩公式得：Tmax與U1平方成正比，與X

σ20成反比，與R2無關；Sm與R2成正比，與Xσ20成反比。.由最大轉矩公式得：.41電機負載達到Tmax稱為過載。當負載轉矩超過Tmax時，電機將發(fā)生“堵轉”現(xiàn)象，此時，電機電流升高幾倍，如果時間較長，電機會過熱損壞。用過載系數(shù)λ來標定電機的過載能力。一般λ=1.6~2.5。.電機負載達到Tmax稱為過載。.42（三）、啟動轉矩TSt啟動時，n=0、s=1，可得：TSt與U1平方成正比，與R2有關；當R2=X

σ20時，TSt=Tmax，sm=1，但當R2繼續(xù)增大，TSt將會減小。.（三）、啟動轉矩TSt啟動時，n=0、s=1，可得：.43第五節(jié)、三相異步電機的技術參數(shù)一、輸入功率p1對三相異步電機，m1=3。.第五節(jié)、三相異步電機的技術參數(shù)一、輸入功率p1對三相異步電機44二、輸出功率p2.二、輸出功率p2.45三、異步電機的損耗1.定子繞組的銅損Pcu12.定子鐵心鐵損PFe13.轉子繞組的銅損Pcu2、鐵損PFe24.轉子鐵心鐵損PFe2很小，忽略不計.三、異步電機的損耗1.定子繞組的銅損Pcu12.定子46四、異步電機的效率η空載或輕載時，η很低，η=20%~30%；滿載時，η=75%~92%；電機容量越大，效率越高。.四、異步電機的效率η.47五、異步電機的工作特性和額定值（一）、異步電機的工作特性.五、異步電機的工作特性和額定值.48忽略電機的機械損耗，則輸出功率：輸出轉矩：.忽略電機的機械損耗，則輸出功率：輸出轉矩：.49（二）、異步電機的額定值1.額定功率PN2.額定電壓UN3.額定頻率f14.額定電流IN5.額定轉速nN6.額定功率因數(shù)cosψN7.額定效率ηN8.工作方式9.絕緣等級.（二）、異步電機的額定值.50第六節(jié)起動、正反轉、制動一、起動及其控制㈠異步電機起動性能起動時，n=0，s=1，此時E20最大，設nN時的轉差率SN=0.05，則由E2N=SN

E20可知，E20是E2N的20倍。起動時轉子漏抗X

σ20也較大，故起動時轉子電流為I2st=E20/（R22+X

σ20

2）1/2約為額定轉子電流的5~8倍，I1st約為額定定子電流I1N的4~7倍。.第六節(jié)起動、正反轉、制動一、起動及其控制.51起動電流倍數(shù)：.起動電流倍數(shù)：.521.直接起動要求：電動機起動時，電源變壓器的母線壓降不應超過容許值（經常起動的母線最大容許壓降為10％，不經常起動為15％），容許直接起動的電動機容量應小于變壓器容量的20～30％。直接起動的開關設備：三刀閘開關、鐵殼開關、油開關及交流接觸器等。㈡籠形異步電機的起動控制.1.直接起動㈡籠形異步電機的起動控制.53..54..552.降壓起動.2.降壓起動.56..57..58..59..60㈢繞線異步電機的起動控制前述籠型異步電動機降壓起動的各種控制方案均能達到降低起動電流的目的；但由于起動轉矩正比于電壓的平方，相應的起動轉矩也降低，故降壓起動方法一般只用于大型三相異步電動機的空載或輕載起動。如果既要減小起動電流，又要求較大的起動轉矩——繞線轉子異步電動機。.㈢繞線異步電機的起動控制前述籠型異步電動機降壓起動的各種控61在轉子回路中串入電阻后：將式中R2加大，起動時，s=1，轉子電流為：從上式可看出，起動電流比不串電阻時小。.在轉子回路中串入電阻后：將式中R2加大，起動時，s=1，轉子62同時：由于R2加大，cosψ2相應提高，結果使起動轉矩增大?？梢姡恨D子電路串接適當?shù)碾娮瑁蛇_到既減小起動電流，又增大起動轉矩的效果。.同時：.63..64在圖中，KA1、KA2、KA3為電流繼電器，其吸和電流相同而釋放電流不同，KA1的釋放電流最大，KA3最小。.在圖中，KA1、KA2、KA3為電流繼電器，其吸和電流相同而65二、正、反轉控制㈠.正、停、反控制線路.二、正、反轉控制.66㈡.正、反、?？刂凭€路.㈡.正、反、?？刂凭€路.67㈢.自動反復行程控制.㈢.自動反復行程控制.68三、制動控制㈠.能耗制動：在電動機脫開電源后，立即在定子繞組中通入直流電流，該直流電流在電機中產生一個方向恒定的磁場。制動轉矩的大小決定于直流磁場的強弱和轉子電流的大小。對籠形：控制直流磁場的強弱；對饒線形：兩者均可。.三、制動控制.69..70㈡.反接制動.㈡.反接制動.71㈢.發(fā)電反饋制動（發(fā)電機制動）.㈢.發(fā)電反饋制動（發(fā)電機制動）.72當電動機的轉子轉速大于電機的旋轉磁場的轉速n0時，此時，轉差率s<0。此時電機已轉入發(fā)電機運行，將位能轉換為電能反饋到電網中，同時電磁轉矩方向也與旋轉磁場方向相反，從而產生了制動力矩，限制物體的運動速度。另外，對多速電機從高速調到低速的過程中，也屬發(fā)電反饋制動。.當電動機的轉子轉速大于電機的旋轉磁場的轉速n0時，此時，轉差73..74第七節(jié)、三相異步電機的調速控制用人工的方法改變電動機的轉速——調速。機械調速機械—電氣調速電氣調速：一般屬無級調速.第七節(jié)、三相異步電機的調速控制用人工的方法改變電動機的轉速—75一、調速系統(tǒng)的主要技術指標㈠靜態(tài)指標⒈靜差度：電機運行于某一條機械特性上時，在額定負載下的轉速降與理想空載轉速之比，即：.一、調速系統(tǒng)的主要技術指標㈠靜態(tài)指標.76不同的設備對靜差度有不同的要求。.不同的設備對靜差度有不同的要求。.77⒉調速范圍：式中：nMAX：額定負載時最高轉速

nMIN：額定負載時最低轉速.⒉調速范圍：式中：.78⒊調速的平滑性K越接近1，表明平滑性越好.⒊調速的平滑性K越接近1，表明平滑性越好.79㈡動態(tài)指標⒈最大超調量σ%表明系統(tǒng)相對穩(wěn)定性好，即動態(tài)響應平穩(wěn)。.㈡動態(tài)指標⒈最大超調量σ%表明系統(tǒng)相對穩(wěn)定性好，即動態(tài)響80⒉過度過程時間：系統(tǒng)從階躍作用開始，到達系統(tǒng)的新的穩(wěn)定轉速的±5%所需的時間，稱為過度過程時間ts。⒊振蕩次數(shù)：在過度過程時間內，被調量在其穩(wěn)定值上下波動的次數(shù)。.⒉過度過程時間：.81二、三相異步電機的開環(huán)調速方法㈠改變磁極對數(shù)p的調速.二、三相異步電機的開環(huán)調速方法㈠改變磁極對數(shù)p82..83㈡改變轉差率s調速.㈡改變轉差率s調速.84在繞線轉子異步電動機中，改變轉子電路的電阻，則在到達最大轉矩時的轉差率也相應改變。因而在同一負載下，轉差率s隨之改變。當電阻增加時，轉差率s上升，轉速下降。該調節(jié)方法設備簡單、耗能。.在繞線轉子異步電動機中，改變轉子電路的電阻，則在到達最大轉矩85㈢改變電機端電壓調速.㈢改變電機端電壓調速.86..87在一定轉速下，電動機的電磁轉矩與電壓U1的平方成正比。改變電機定子外加電壓就可以改變其機械特性的函數(shù)關系，從而改變電動機在一定負載轉矩下的轉速n。.在一定轉速下，電動機的電磁轉矩與電壓U1的平方成正比。.88三、閉環(huán)調速系統(tǒng)㈠閉環(huán)控制的交流變壓調速——轉差功率消耗型調速系統(tǒng)：ASR：轉速調節(jié)器AT：觸發(fā)裝置VT：晶閘管TG：測速發(fā)電機.三、閉環(huán)調速系統(tǒng)㈠閉環(huán)控制的交流變壓調速——轉差功率消耗型89特點：盡管電機開環(huán)機械特性很軟，而由系統(tǒng)放大倍數(shù)決定的閉環(huán)系統(tǒng)靜特性卻很硬。改變給定的輸入信號Un*，則靜特性可以近乎平行上下移動。當負載變化達到并超過系統(tǒng)靜特性的極限機械特性時，閉環(huán)系統(tǒng)便失去控制能力，回到開環(huán)機械特性上工作。閉環(huán)調速系統(tǒng)有調速范圍。.特點：.90㈡異步電機的變壓變頻調速控制——轉差功率不變型調速系統(tǒng)轉差功率不變型調速系統(tǒng)簡稱——變頻調速系統(tǒng)。調速時，轉差率不改變，因而與其它各種異步電機調速系統(tǒng)相比較，效率最高、性能也最好。.㈡異步電機的變壓變頻調速控制——轉差功率不變型調速系統(tǒng).91調速時，保持每極磁通Φm為額定不變值。磁通太弱，鐵心利用不充分。磁通太高，導致鐵心飽和——勵磁電流過大。由三相異步電機定子每相電動勢有效值公式：控制好f1和E1，即可達到控制Φm的目的。.調速時，保持每極磁通Φm為額定不變值。磁通太弱，鐵心利用不充92當從工頻（50Hz）額定頻率f1N即向下調節(jié)時，同步降低E1，使：上式稱為恒定電動勢頻率比。當電動勢值較高時定子繞組的漏磁壓降可忽略不計，并認為U1≈E1，上式可寫為：上式稱為恒定壓頻比.當從工頻（50Hz）額定頻率f1N即向下調節(jié)時，同步降低E193注意：當?shù)皖l調速控制時，因“U1/f1≈常值”。

U1很小時，E1也很小，定子阻抗壓降所占分量不能忽略，這時需要將定子電壓人為提高一些，以改善電動機的機械特性——定子壓降補償?shù)暮銐侯l比控制方式。.注意：.94..95對50Hz以上的變頻調速時，頻率可以從f1=f1N=50Hz向上增加，定子電壓上限值為U1N，這時不可能維持Φm不變，只能迫使磁通Φm與U1成反比地減低——電機弱磁升速控制方式。變壓變頻裝置——VVVF.對50Hz以上的變頻調速時，頻率可以從f1=f1N=96..97關于恒轉矩

T=KTΦ

I2cosφ2KT為決定于電機結構的轉矩常數(shù)；

在電機長期運行時，其轉子繞組的允許電流I2=I2N。電機的允許輸出轉矩為：

Tal=TN=KTΦN

I2Ncosφ2在調速過程中，允許輸出轉矩在磁通不變時保持固定——恒轉矩調速。.關于恒轉矩.98Pal=Tal*Ω=Tal*2πn/60Pal：允許輸出功率。Tal：允許輸出轉矩。n：轉速?？梢钥闯?，在恒轉矩調速過程中，允許輸出轉矩不變，允許輸出功率與轉速成反比。.Pal=Tal*Ω=Tal*2πn/60.99關于恒功率在弱磁調速時，

Pal=Tal*Ω=Tal*2πn/60可得出，在弱磁調速時，允許的輸出功率不變，而允許的輸出轉矩與轉速成反比。.關于恒功率.100..101變頻器基礎知識—簡要工作原理～整流部分儲能環(huán)節(jié)逆變部分M控制系統(tǒng)交流交流低壓交直交通用變頻器系統(tǒng)框圖直流直流交流整流器：將交流電變換成直流的電力電子裝置，其輸入電壓為正弦波，輸入電流非正弦，帶有豐富的諧波逆變器：將直流電轉換成交流電的電力電子裝置，其輸出電壓為非正弦波，輸出電流近似正弦.變頻器基礎知識—簡要工作原理～整流部分儲能環(huán)節(jié)逆變部分M控制102變頻器基礎知識—簡要工作原理單相逆變電路工作原理S1S4S2S3EdU1S1,S3導通S2,S4導通S1,S3導通S2,S4導通S1,S3導通S2,S4導通f1f2EdU1逆變器的功能：通過改變開關管導通時間改變輸出電壓的頻率通過改變開關管導通順序改變輸出電壓的相序.變頻器基礎知識—簡要工作原理單相逆變電路工作原理S1S4S2103變頻器基礎知識—簡要工作原理S1S4S5S2S3S6UVEdW561UUVUVWUVW612123234345456561612三相逆變電路Ed缺點：輸出電壓的諧波分量太大電機諧波損耗增加，發(fā)熱嚴重甚至燒壞電機轉矩脈動較大，低速運行時影響轉速的平穩(wěn)直到從通信技術中采用PWM調制才大大的緩解了以上問題電機.變頻器基礎知識—簡要工作原理S1S4S5S2S3S6UVEd104變頻器基礎知識—簡要工作原理調制解調器調制解調器的英文是MODEM，其作用是利用模擬信號傳輸線路傳輸數(shù)字信號。電子信號分兩種，一種是“模擬信號”，一種是“數(shù)字信號”。我們使用的電話線路傳輸?shù)氖悄M信號，而PC機之間傳輸?shù)氖菙?shù)字信號。所以當你想通過電話線把自己的電腦連入Internet時，就必須使用調制解調器來“翻譯”兩種不同的信號。連入Internet后，當PC機向Internet發(fā)送信息時，由于電話線傳輸?shù)氖悄M信號，所以必須要用調制解調器來把數(shù)字信號“翻譯”成模擬信號，才能傳送到Internet上，這個過程叫做“調制”。當PC機從Internet獲取信息時，由于通過電話線從Internet傳來的信息都是模擬信號，所以PC機想要看懂它們，還必須借助調制解調器這個“翻譯”,這個過程叫作“解調”。合起來就是“調制解調”。.變頻器基礎知識—簡要工作原理調制解調器.105變頻器基礎知識—簡要工作原理SPWM調制載波PWM（PulseWidthModuration）調制PWM調制是：利用半導體開關器件的導通和關斷把直流電壓調制成電壓可變、頻率可變的電壓脈沖列。SPWM調制是：采用三角波和正弦波相交獲得的PWM波形直接控制各個開關可以得到脈沖寬度和各脈沖間的占空比可變的呈正弦變化的輸出脈沖電壓電壓，能獲得理想的控制效果：輸出電流近似正弦載波頻率必須高，才能保證調制后得到的波形與調制前效果相同GTR變頻器由于開關頻率太低，電機噪聲較大，IGBT有效的解決了這個問題.變頻器基礎知識—簡要工作原理SPWM調制載波PWM（Puls106變頻器基礎知識—控制算法交流調速的控制核心是：只有保持電機磁通恒定才能保證電機出力，才能獲得理想的調速效果V/F控制－－－－簡單實用，性能一般，使用最為廣泛只要保證輸出電壓和輸出頻率恒定就能近似保持磁通保持恒定例:對于380V50Hz電機，當運行頻率為40HZ時，要保持V/F恒定，則40HZ時電機的供電電壓:380×（40/50)＝304V低頻時，定子阻抗壓降會導致磁通下降，需將輸出電壓適當提高矢量控制－－－性能優(yōu)良，可以與直流調速媲美，技術成熟較晚模仿直流電機的控制方法，采用矢量坐標變換來實現(xiàn)對異步電機定子勵磁電流分量和轉矩電流分量的解耦控制，保持電機磁通的恒定，進而達到良好的轉矩控制性能，實現(xiàn)高性能控制。性能優(yōu)良，控制相同復雜，直到90代計算機技術迅速發(fā)展才真正大范圍使用.變頻器基礎知識—控制算法交流調速的控制核心是：矢量控制－－－107變頻器基礎知識—控制算法項目通用變頻器高性能變頻器控制算法V/F控制＋轉矩提升同步機異步機控制算法基本相同開環(huán)矢量控制（無速度傳感器矢量控制）閉環(huán)矢量控制（有速度傳感器矢量控制）異步機和同步機需要不同的控制算法調速范圍<1:401:100（開環(huán)矢量),1:1000(閉環(huán)矢量)啟動轉矩無要求180%0.5Hz（開環(huán)矢量)，200%0速(閉環(huán)矢量)穩(wěn)速精度與轉差有關（2-3%)0.5%(開環(huán)矢量)，0.05%(閉環(huán)矢量)轉矩控制無有控制算法簡單復雜電機參數(shù)不依賴電機參數(shù)，支持同時驅動不同類型不同功率的電機電機參數(shù)對控制性能的影響較大，一般只能驅動一臺電機.變頻器基礎知識—控制算法項目通用變頻器高性能變頻器控制算法V108變頻器基礎知識—變頻器關鍵技術指標輸入側額定工作電壓：給變頻器供電的額定工作電壓，各國家不完全一樣。中國是220V/單相/50HZ或380V/3相/50HZ電壓允許波動：限制變頻器的最高和最低工作電壓，避免損壞變頻器當電壓超過最高值時變頻器并沒有保護能力頻率波動范圍：50/60Hz±5％輸出側

額定輸出電壓：變頻器的最大輸出電壓，由額定工作電壓決定額定電流：變頻器能夠長期輸出的最大電流過載能力：變頻器的輸出電流允許超過額定電流的倍數(shù)和時間，由逆變模塊決定最大輸出頻率：變頻器能夠輸出的最大工作頻率頻率精度：輸出頻率的準確度（相對于設定頻率）頻率分辯率：指給定運行頻率的最小改變量防護等級IP20(不防水）.變頻器基礎知識—變頻器關鍵技術指標輸入側.109變頻器的構成—實用原理框圖14325678適用于小功率（<5.5KW)適用于中大功率(5.5KW以上）.變頻器的構成—實用原理框圖14325678適用于小功率（<5110類別作用主要構成器件主回路整流部分1將工頻交流變成直流，輸入無相序要求整流橋逆變部分2將直流轉換為頻率電壓均可變的交流電，輸出無相序要求IGBT制動部分3/4消耗過多的回饋能量，保持直流母線電壓不超過最大值單管IGBT和制動電阻,大功率制動單元外置上電緩沖6降低上電沖擊電流，上電結束后接觸器自動吸合，而后變頻器允許運行限流電阻和接觸器儲能部分5保持直流母線電壓恒定，降低電壓脈動電解電容和均壓電阻控制回路鍵盤7對變頻器參數(shù)進行調試和修改，并實時監(jiān)控變頻器狀態(tài)MCU(單片機）控制電路8交流電機控制算法生成，外部信號接收處理及保護DSP(或兩個MCU）變頻器的構成—實用原理框圖.類別作用主要構成器件主整流部分1將工頻交流變成直流，輸入無相111類別作用結構件散熱器將整流橋、逆變器產生的熱量散發(fā)出去溫度傳感器檢測散熱器溫度，確保模塊工作在允許溫度環(huán)境下風扇配合散熱器，將變頻器內部的熱量帶走，有直流風扇（24V)和交流風扇兩種變頻器的構成—實用原理框圖.類別作用結構件散熱器將整流橋、逆變器產生的熱量散發(fā)出去溫度傳112變頻器的構成—用戶接口主回路接口控制回路接口模擬量輸入模擬量輸出通訊接口控制回路接口開關量輸入開關量輸出編碼器接口.變頻器的構成—用戶接口主回路接口控制回路接口控制回路接口.113變頻器的構成—主回路接口工頻電網輸入380V3PH/220V3PH220V1PH制動電阻直流電抗器三相交流電機.變頻器的構成—主回路接口工頻電網輸入制動電阻直流電抗114變頻器的構成—控制回路接口接口類型主要特點主要功能開關量輸入無源輸入，一般由變頻器內部24V供電，啟/停變頻器，接收編碼器信號、多段速、外部故障等信號或指令開關量輸出集電極開路輸出、繼電器輸出變頻器故障、就緒、達速等，參與外部控制模擬量輸入0-10V/4-20mA頻率給定/PID給定、反饋，接收來自外部的給定或控制模擬量輸出0-10V/4-20mA運行頻率、運行電流的輸出，用于外界顯示儀表和外部設備控制脈沖輸出PWM波輸出功能同模擬量輸出（只有個別變頻器提供）通訊口RS485/RS232組網控制以上端子均可自由編程.變頻器的構成—控制回路接口接口類型主要特點主要功能開關量輸入115變頻器保護功能由于變頻器大量的使用了各種半導體器件，如整流橋、IGBT、電解電容等，要想保證變頻器長期穩(wěn)定工作，則必須保證各器件工作在其允許條件下。超出條件則必須立刻或延時停止變頻器工作，待異常條件消失后才能重新開始工作，如保護失效或動作延遲將導致變頻器出現(xiàn)不可恢復性損害。保護類型原因缺相輸入缺相輸入電壓值相差超過允許值輸出缺相輸出電流三相不平衡過流加速/減速/恒速超過變頻器允許的最大電流（2倍額定）過載超過變頻器允許的過載范圍過壓加速/減速/恒速直流母線電壓超過允許值過熱散熱器溫度超過允許值欠壓電網電壓過低.變頻器保護功能由于變頻器大量的使用了各種半導體器件，如整116EMERSON公司產品情況—產品系列MDI經濟型通用TD900TD1000/TD2000TD3000TD2100供水TD3100電梯TD3200門機TD3300張力TD3400注塑機低高EV3100電梯多EV1000EV2000經濟實用型V/F控制多功能V/F控制＋電流矢量多功能，矢量控制功能：少全面支持MODBUS/PROFIBUS性能.EMERSON公司產品情況—產品系列MDI經濟型通用TD9117EMERSON公司產品情況—產品系列TD900少多低高調速、通訊操作簡便寬電壓范圍元件化設計功能豐富高穩(wěn)態(tài)性能適用面廣行業(yè)專用動態(tài)性能好總線設計精確控制網絡化應用高動態(tài)性能行業(yè)專用EV1000EV2000TD3000TD3100TD3300成本功能完整的功率段TD2100供水專用TD32000.4-315KW0.4-5.5KW2.2-75KW門機.EMERSON公司產品情況—產品系列少多低高調速、通訊操作118EMERSON公司產品情況—系列命名規(guī)則.EMERSON公司產品情況—系列命名規(guī)則.119EMERSON公司產品情況—主回路關鍵器件IGBT驅動電路過流保護過熱保護欠壓保護IPM（智能功率模塊）PIM（功率集成模塊）目前以IGBT和PIM使用較多.EMERSON公司產品情況—主回路關鍵器件IGBT驅動電路120EMERSON公司產品情況—控制回路關鍵器件DSP－電機控制專用CPUTI公司產品實時控制，快速處理數(shù)據(jù)同一機器周期同時處理多條指令CPLD－大規(guī)模可編程邏輯振列，XILINX產品系統(tǒng)邏輯構成和保護電路簡化數(shù)字邏輯MCU－單片機ATMEL公司產品顯示與鍵盤

機器時鐘MCUDSP指令1指令2指令3指令4指令1指令2指令3指令4指令5指令6指令7指令8.EMERSON公司產品情況—控制回路關鍵器件DSP－121變頻器選型—選型原則考慮變頻器運行的經濟性和安全性，變頻器選型保留適當?shù)挠嗔渴潜匾?。要準確選型，必須要把握以下幾個原則：充分了解控制對象性能要求。一般來講如對啟動轉矩、調速精度、調速范圍要求較高的場合則需考慮選用矢量變頻器，否則選用通用變頻器即可了解負載特性，如是通用場合，則需確定變頻器是G型還是P型了解所用電機主要銘牌參數(shù)：額定電壓、額定電流。確定負載可能出現(xiàn)的最大電流，以此電流作為待選變頻器的額定電流。如果該電流小于適配電機額定電流，則按適配電機選擇對應變頻器，考慮成本因素，如選用的是通用變頻器，則可以選擇P型機以下情況要考慮容量放大一檔：1、長期高溫大負荷2、異常或故障停機會出現(xiàn)災難性后果的現(xiàn)場3、目標負載波動大4、現(xiàn)場電網長期偏低而負載接近額定5、繞線電機、同步電機或多極電機（6極以上）.變頻器選型—選型原則考慮變頻器運行的經濟性和安全性，變頻器選122變頻器選型—選型原則充分了解各變頻器支持的選配件是正確選配的基礎。對于變頻器的選配件選配，必須要把握以下幾個原則：以下情況要選用交流輸入電抗器、直流電抗器民用場合，如：賓館中央空調、電機功率大于55KW以上電網品質惡劣或容量偏小的場合如不選用可能會造成干擾、三相電流偏差大，變頻器頻繁炸機以下情況要選用交流輸出電抗器變頻器到電機線路超過100米（一般原則）以下情況一般要選用制動單元和制動電阻提升負載頻繁快速加減速大慣量（自由停車需要1min以上，恒速運行電流小于加速電流的設備）.變頻器選型—選型原則充分了解各變頻器支持的選配件是正確選配的123變頻器選型—選型原則使用通用變頻器的行業(yè)和設備使用矢量變頻器的行業(yè)和設備紡織絕大多數(shù)設備紡織有張力控制場合需使用冶金輔助風機水泵、輥道、高爐卷揚冶金各種主軋線、飛剪石化用風機、泵、空壓機電梯門機、起重行走電梯、起重提升供水油田用風機、水泵、抽油機、空壓機電廠風機水泵、傳送帶市政鍋爐、污水處理部分拉絲機牽引拉絲機的收放卷凹版印刷水泥、陶瓷、玻璃生產線全線傳送帶礦山風機泵礦山提升機卷煙制絲卷煙成型包裝低速造紙及配套風機水泵、制漿高速造紙、切紙機、復卷機.變頻器選型—選型原則使用通用變頻器的行業(yè)和設備使用矢量變頻器124中國市場競爭情況－市場需求剔除690V以上高電壓等級產品剔除設備成套進口剔除交直交以外型式變頻器（如：交－交、電流型）高防護等級（如：IP65/防爆）總容量（億元）有效容量（億元）.中國市場競爭情況－市場需求剔除690V以上高電壓等級產品總容125中國市場競爭情況－重點行業(yè)需求重點行業(yè)情況（單位：億元）總計：31.6億.中國市場競爭情況－重點行業(yè)需求重點行業(yè)情況（單位：億元）總計126中國市場競爭情況－競爭品牌歐美品牌

西門子、科比、倫茨、施耐德、ABB

丹佛斯、ROCKWELL、VACON、AB、西威

日本品牌

富士、三菱、安川、三墾、日立、歐姆龍松下電器、松下電工、東芝、明電舍國產品牌

安邦信、佳靈、森蘭、英威騰、康沃、科姆龍、惠豐港臺品牌

臺達、普傳、臺安、東元、美高

韓國品牌

LG、現(xiàn)代、三星、收獲.中國市場競爭情況－競爭品牌歐美品牌

西門子、科比、倫茨、127第二章三相交流異步電機及其控制本章主要介紹：⑴.三相異步電機的轉動原理⑵.三相異步電機的電磁轉矩和機械特性⑶.三相異步電機的啟動、正反轉、制動⑷.三相異步電機的技術參數(shù)⑸.三相異步電機的調速控制.第二章三相交流異步電機及其控制本章主要介紹：128第一節(jié)三相異步電機的轉動原理一、轉子轉動原理.第一節(jié)三相異步電機的轉動原理一、轉子轉動原理.129二、旋轉磁場的產生.二、旋轉磁場的產生.130三相電流表達式三相電源波形圖.三相電流表達式三相電源波形圖.131旋轉磁場分析.旋轉磁場分析.132改變三相電源的相序，旋轉磁場方向改變.改變三相電源的相序，旋轉磁場方向改變.133三、異步電動機的轉動原理感應電動勢方向：右手定則電磁力方向：左手定則.三、異步電動機的轉動原理感應電動勢方向：右手定則.134第二節(jié)、三相異步電機的基本知識一、三相異步電機的極對數(shù).第二節(jié)、三相異步電機的基本知識一、三相異步電機的極對數(shù).135P=2時的旋轉磁場.P=2時的旋轉磁場.136二、三相異步電機的轉速n0=60f1/p對一臺固定的三相異步電機，f1和p通常固定，則n0固定。.二、三相異步電機的轉速.137轉差率s：

s=（n0-n）/n0一般s=1%～9%；啟動瞬間，n=0，s具有最大值=1。.轉差率s：.138三、三相異步電機的構造.三、三相異步電機的構造.139..140轉子在結構上分為兩種：籠形、繞線形。鼠籠式轉子是由安放在轉子鐵心槽內的裸導體和兩端的短路環(huán)連接而成的。轉子繞組就像一個鼠籠形狀故稱其為鼠籠式轉子。鑄鋁轉子：中小型電機，一般采用鑄鋁繞組。這種轉子是將融化了的鋁液直接澆注在轉子槽內，并連同兩端的短路環(huán)和風扇澆注在一起。.轉子在結構上分為兩種：籠形、繞線形。鼠籠式轉子是由安放在轉子141..142..143如某三相異步電動機銘牌如下，現(xiàn)對銘牌的各項數(shù)據(jù)作些簡要介紹。三相異步電動機型號Y-L132M－4功率7.5kW

頻率50Hz電壓380V電流15.4A接法D

轉速1440r/min絕緣等級B級工作方式連續(xù)年月編號XX電機廠制造Y-L132M－4——Y-L——產品代號，Y及Y-L系列為小型籠型異步電動機，其中Y系列定子繞組為銅線，Y-L系列定子繞組為鋁線，功率大約在0.55~90kW之間。132——機座中心高132mm；M—表示中機座，（S表示短機座，L表示長機座）；4——磁極數(shù)。.如某三相異步電動機銘牌如下，現(xiàn)對銘牌的各項數(shù)據(jù)作些簡要介紹144三相異步電動機的接法：多數(shù)電機有六個接線柱，有的也有三個接線柱，有三個接線柱為星形接法。有六個的需要按電機銘牌上的接法接線。三角形接法：如U1V1W1W2U2V2U1和W2相連、V1和U2相連、W1和V2相連星形接法：如U1V1W1U2V2W2把電機的首端或末端相連，如把U1V1W1相連以上幾種接法都為380V的三相異步電動機的接法。如果三相異步電動機用變頻控制需用星形接法。.三相異步電動機的接法：.145三相異步電動機銘牌上標明：“額定電壓380/220V，接法丫/△”。當電網電壓為380V時，這臺三相異步電動機應采用那種接法？A:△接法B:丫接法C:△、丫都可以D:△、丫都不可以問題：.三相異步電動機銘牌上標明：“額定電壓380/220V，接法丫146第三節(jié)、定子和轉子電路分析三相異步電機的電磁關系與變壓器相似，定子繞組相當于變壓器的一次繞組；轉子繞組相當于變壓器的二次繞組.第三節(jié)、定子和轉子電路分析三相異步電機的電磁關系與變壓器147一、定子電路分析電壓加于定子繞組，產生合成旋轉磁場；該磁場在空氣隙中呈正弦分布；以轉速為n0旋轉。該磁場切割定子和轉子導體，在定子繞組某相中產生的感應電勢為：此電勢也按正弦規(guī)律變化，相位滯后：Φ＝90o.一、定子電路分析電壓加于定子繞組，產生合成旋轉磁場；.148E的大小為：式中N1為定子繞組每相串聯(lián)的匝數(shù)。由于定子中同一相繞組是嵌放在不同分布的槽中，考慮到繞組分布的情況，上式中應乘一個小于1的繞組系數(shù)k1，即：同樣對于繞線轉子電動勢中也有繞組系數(shù)k2，（一般取0.9），對籠形k2取1。.E的大小為：.149..150定子繞組漏磁通φσ1，轉子繞組漏磁通φσ2；定子繞組漏磁通φσ1產生的感應電勢為：

Xσ1=2πf1L

σ1再考慮每相繞組的電阻R1，可寫出定子回路的電勢平衡方程式為：.定子繞組漏磁通φσ1，轉子繞組漏磁通φσ2；.151由于定子繞組電阻R1和定子繞組漏抗Xσ1一般都很小，其壓降和E1相比可忽略：.由于定子繞組電阻R1和定子繞組漏抗Xσ1一般都很小，其壓降和152二、轉子電路分析旋轉磁場在轉子每相繞組中的感應電勢為：其有效值為：f2為轉子每相繞組所感應的電動勢和轉子電流的頻率；k2為轉子繞組系數(shù)；N2為轉子繞組匝數(shù)。轉子繞組導體切割旋轉磁場的速率為n′=n0-n，故有：.二、轉子電路分析旋轉磁場在轉子每相繞組中的感應電勢為：其有效153當轉子在0＜n＜n0轉動時：式中，E20表示當轉子不動時，旋轉磁場在轉子繞組中產生的感應電勢。轉子繞組中的漏磁通φσ2也引起感抗壓降-Eσ2，即：.當轉子在0＜n＜n0轉動時：式中，E20表示當轉子不動時，旋154Xσ20表示轉子不動時，每相轉子繞組的漏感抗。上式中：.Xσ20表示轉子不動時，每相轉子繞組的漏感抗。上式中：.155當轉子轉動時，轉子繞組每相電流有效值為：轉子電路的功率因素為：異步電機正常運行時，由于轉子短路，其電壓平衡方程式為：.當轉子轉動時，轉子繞組每相電流有效值為：轉子電路的功率因素為156將E2=sE20和Xσ2=s

X

σ20帶入，可得：.將E2=sE20和Xσ2=sXσ20帶入，可得：.157I2和cosφ2隨s變化的關系曲線如圖所示：.I2和cosφ2隨s變化的關系曲線如圖所示：.158三相異步電機定子和轉子某一相可用下圖來模擬。.三相異步電機定子和轉子某一相可用下圖來模擬。.159第四節(jié)、三相異步電機的電磁轉矩和機械特性一、電磁轉矩電磁力對轉軸構成了轉矩——電磁轉矩。在電磁轉矩的作用下，電動機帶動負載而輸出功率。設電機旋轉的角速度為Ω。轉子的電磁轉矩為T，則轉子輸出的機械功率為：.第四節(jié)、三相異步電機的電磁轉矩和機械特性一、電磁轉矩.160異步電動機的電磁轉矩是由具有電流I2的所有轉子繞組導體在磁場中受力而產生的。電磁轉矩的大小與轉子電流I2和磁場每極磁通Φ成正比。轉子電路有感抗，轉子感應電動勢與轉子電流間有相位差ψ2。電磁轉矩：T=KTφI2cosψ2

式中，KT：異步電動機的轉矩常數(shù)；Φ：磁場每極磁通；I2：轉子電流；cosψ2：轉子電路功率因數(shù)，cosψ2<1。.異步電動機的電磁轉矩是由具有電流I2的所有轉子繞組導體在磁場161電磁轉矩的另一表達式電磁轉矩：T=KT′s

R2U12/(R22+(sXσ20)2)式中：KT′：轉子的另一轉矩系數(shù)；s：轉速差；R2：轉子電路中的等效電阻，定值；U1：電源電壓；Xσ20：轉子電路中的電抗，定值。.電磁轉矩的另一表達式電磁轉矩：T=KT′sR2U12/(R162上式表明，三相異步電機的電磁轉矩T與每相電壓有效值U1的平方成正比。當U1變化時，對電磁轉矩影響很大。U1下降，轉矩下降速度快，電流增大，有燒壞繞組線圈的可能。當電壓U1一定時，轉子參數(shù)R2和Xσ20一定時，電磁轉矩與轉差率s有關，T=f（s）關系就稱為異步電機的機械特性。.上式表明，三相異步電機的電磁轉矩T與每相電壓有效值U1的平方163二、機械特性以s為自變量，T為因變量可做出T=f（s）曲線：.二、機械特性以s為自變量，T為因變量可做出T=f（s）曲線：164由T=f（s）曲線可得出n=f（T）曲線：.由T=f（s）曲線可得出n=f（T）曲線：.165（一）、額定轉矩TN額定轉矩是電機在額定負載時輸出的轉矩。額定轉矩TN可從電機銘牌數(shù)據(jù)（額定功率P2N和額定轉速）求得：式中：T：轉矩，單位——N·m；P2N：額定功率，單位——Kw；nN:額定轉速，單位——r/min。.（一）、額定轉矩TN額定轉矩是電機在額定負載時輸出的轉矩。額166（二）、最大轉矩Tmax最大轉矩可通過下面求得：：為轉子電路中電抗.（二）、最大轉矩Tmax最大轉矩可通過下面求得：：為轉子電路167由最大轉矩公式得：Tmax與U1平方成正比，與X

σ20成反比，與R2無關；Sm與R2成正比，與Xσ20成反比。.由最大轉矩公式得：.168電機負載達到Tmax稱為過載。當負載轉矩超過Tmax時，電機將發(fā)生“堵轉”現(xiàn)象，此時，電機電流升高幾倍，如果時間較長，電機會過熱損壞。用過載系數(shù)λ來標定電機的過載能力。一般λ=1.6~2.5。.電機負載達到Tmax稱為過載。.169（三）、啟動轉矩TSt啟動時，n=0、s=1，可得：TSt與U1平方成正比，與R2有關；當R2=X

σ20時，TSt=Tmax，sm=1，但當R2繼續(xù)增大，TSt將會減小。.（三）、啟動轉矩TSt啟動時，n=0、s=1，可得：.170第五節(jié)、三相異步電機的技術參數(shù)一、輸入功率p1對三相異步電機，m1=3。.第五節(jié)、三相異步電機的技術參數(shù)一、輸入功率p1對三相異步電機171二、輸出功率p2.二、輸出功率p2.172三、異步電機的損耗1.定子繞組的銅損Pcu12.定子鐵心鐵損PFe13.轉子繞組的銅損Pcu2、鐵損PFe24.轉子鐵心鐵損PFe2很小，忽略不計.三、異步電機的損耗1.定子繞組的銅損Pcu12.定子173四、異步電機的效率η空載或輕載時，η很低，η=20%~30%；滿載時，η=75%~92%；電機容量越大，效率越高。.四、異步電機的效率η.174五、異步電機的工作特性和額定值（一）、異步電機的工作特性.五、異步電機的工作特性和額定值.175忽略電機的機械損耗，則輸出功率：輸出轉矩：.忽略電機的機械損耗，則輸出功率：輸出轉矩：.176（二）、異步電機的額定值1.額定功率PN2.額定電壓UN3.額定頻率f14.額定電流IN5.額定轉速nN6.額定功率因數(shù)cosψN7.額定效率ηN8.工作方式9.絕緣等級.（二）、異步電機的額定值.177第六節(jié)起動、正反轉、制動一、起動及其控制㈠異步電機起動性能起動時，n=0，s=1，此時E20最大，設nN時的轉差率SN=0.05，則由E2N=SN

E20可知，E20是E2N的20倍。起動時轉子漏抗X

σ20也較大，故起動時轉子電流為I2st=E20/（R22+X

σ20

2）1/2約為額定轉子電流的5~8倍，I1st約為額定定子電流I1N的4~7倍。.第六節(jié)起動、正反轉、制動一、起動及其控制.178起動電流倍數(shù)：.起動電流倍數(shù)：.1791.直接起動要求：電動機起動時，電源變壓器的母線壓降不應超過容許值（經常起動的母線最大容許壓降為10％，不經常起動為15％），容許直接起動的電動機容量應小于變壓器容量的20～30％。直接起動的開關設備：三刀閘開關、鐵殼開關、油開關及交流接觸器等。㈡籠形異步電機的起動控制.1.直接起動㈡籠形異步電機的起動控制.180..181..1822.降壓起動.2.降壓起動.183..184..185..186..187㈢繞線異步電機的起動控制前述籠型異步電動機降壓起動的各種控制方案均能達到降低起動電流的目的；但由于起動轉矩正比于電壓的平方，相應的起動轉矩也降低，故降壓起動方法一般只用于大型三相異步電動機的空載或輕載起動。如果既要減小起動電流，又要求較大的起動轉矩——繞線轉子異步電動機。.㈢繞線異步電機的起動控制前述籠型異步電動機降壓起動的各種控188在轉子回路中串入電阻后：將式中R2加大，起動時，s=1，轉子電流為：從上式可看出，起動電流比不串電阻時小。.在轉子回路中串入電阻后：將式中R2加大，起動時，s=1，轉子189同時：由于R2加大，cosψ2相應提高，結果使起動轉矩增大。可見：轉子電路串接適當?shù)碾娮?，可達到既減小起動電流，又增大起動轉矩的效果。.同時：.190..191在圖中，KA1、KA2、KA3為電流繼電器，其吸和電流相同而釋放電流不同，KA1的釋放電流最大，KA3最小。.在圖中，KA1、KA2、KA3為電流繼電器，其吸和電流相同而192二、正、反轉控制㈠.正、停、反控制線路.二、正、反轉控制.193㈡.正、反、停控制線路.㈡.正、反、停控制線路.194㈢.自動反復行程控制.㈢.自動反復行程控制.195三、制動控制㈠.能耗制動：在電動機脫開電源后，立即在定子繞組中通入直流電流，該直流電流在電機中產生一個方向恒定的磁場。制動轉矩的大小決定于直流磁場的強弱和轉子電流的大小。對籠形：控制直流磁場的強弱；對饒線形：兩者均可。.三、制動控制.196..197㈡.反接制動.㈡.反接制動.198㈢.發(fā)電反饋制動（發(fā)電機制動）.㈢.發(fā)電反饋制動（發(fā)電機制動）.199當電動機的轉子轉速大于電機的旋轉磁場的轉速n0時，此時，轉差率s<0。此時電機已轉入發(fā)電機運行，將位能轉換為電能反饋到電網中，同時電磁轉矩方向也與旋轉磁場方向相反，從而產生了制動力矩，限制物體的運動速度。另外，對多速電機從高速調到低速的過程中，也屬發(fā)電反饋制動。.當電動機的轉子轉速大于電機的旋轉磁場的轉速n0時，此時，轉差200..201第七節(jié)、三相異步電機的調速控制用人工的方法改變電動機的轉速——調速。機械調速機械—電氣調速電氣調速：一般屬無級調速.第七節(jié)、三相異步電機的調速控制用人工的方法改變電動機的轉速—202一、調速系統(tǒng)的主要技術指標㈠靜態(tài)指標⒈靜差度：電機運行于某一條機械特性上時，在額定負載下的轉速降與理想空載轉速之比，即：.一、調速系統(tǒng)的主要技術指標㈠靜態(tài)指標.203不同的設備對靜差度有不同的要求。.不同的設備對靜差度有不同的要求。.204⒉調速范圍：式中：nMAX：額定負載時最高轉速

nMIN：額定負載時最低轉速.⒉調速范圍：式中：.205⒊調速的平滑性K越接近1，表明平滑性越好.⒊調速的平滑性K越接近1，表明平滑性越好.206㈡動態(tài)指標⒈最大超調量σ%表明系統(tǒng)相對穩(wěn)定性好，即動態(tài)響應平穩(wěn)。.㈡動態(tài)指標⒈最大超調量σ%表明系統(tǒng)相對穩(wěn)定性好，即動態(tài)響207⒉過度過程時間：系統(tǒng)從階躍作用開始，到達系統(tǒng)的新的穩(wěn)定轉速的±5%所需的時間，稱為過度過程時間ts。⒊振蕩次數(shù)：在過度過程時間內，被調量在其穩(wěn)定值上下波動的次數(shù)。.⒉過度過程時間：.208二、三相異步電機的開環(huán)調速方法㈠改變磁極對數(shù)p的調速.二、三相異步電機的開環(huán)調速方法㈠改變磁極對數(shù)p209..210㈡改變轉差率s調速.㈡改變轉差率s調速.211在繞線轉子異步電動機中，改變轉子電路的電阻，則在到達最大轉矩時的轉差率也相應改變。因而在同一負載下，轉差率s隨之改變。當電阻增加時，轉差率s上升，轉速下降。該調節(jié)方法設備簡單、耗能。.在繞線轉子異步電動機中，改變轉子電路的電阻，則在到達最大轉矩212㈢改變電機端電壓調速.㈢改變電機端電壓調速.213..214在一定轉速下，電動機的電磁轉矩與電壓U1的平方成正比。改變電機定子外加電壓就可以改變其機械特性的函數(shù)關系，從而改變電動機在一定負載轉矩下的轉速n。.在一定轉速下，電動機的電磁轉矩與電壓U1的平方成正比。.215三、閉環(huán)調速系統(tǒng)㈠閉環(huán)控制的交流變壓調速——轉差功率消耗型調速系統(tǒng)：ASR：轉速調節(jié)器AT：觸發(fā)裝置VT：晶閘管TG：測速發(fā)電機.三、閉環(huán)調速系統(tǒng)㈠閉環(huán)控制的交流變壓調速——轉差功率消耗型216特點：盡管電機開環(huán)機械特性很軟，而由系統(tǒng)放大倍數(shù)決定的閉環(huán)系統(tǒng)靜特性卻很硬。改變給定的輸入信號Un*，則靜特性可以近乎平行上下移動。當負載變化達到并超過系統(tǒng)靜特性的極限機械特性時，閉環(huán)系統(tǒng)便失去控制能力，回到開環(huán)機械特性上工作。閉環(huán)調速系統(tǒng)有調速范圍。.特點：.217㈡異步電機的變壓變頻調速控制——轉差功率不變型調速系統(tǒng)轉差功率不變型調速系統(tǒng)簡稱——變頻調速系統(tǒng)。調速時，轉差率不改變，因而與其它各種異步電機調速系統(tǒng)相比較，效率最高、性能也最好。.㈡異步電機的變壓變頻調速控制——轉差功率不變型調速系統(tǒng).218調速時，保持每極磁通Φm為額定不變值。磁通太弱，鐵心利用不充分。磁通太高，導致鐵心飽和——勵磁電流過大。由三相異步電機定子每相電動勢有效值公式：控制好f1和E1，即可達到控制Φm的目的。.調速時，保持每極磁通Φm為額定不變值。磁通太弱，鐵心利用不充219當從工頻（50Hz）額定頻率f1N即向下調節(jié)時，同步降低E1，使：上式稱為恒定電動勢頻率比。當電動勢值較高時定子繞組的漏磁壓降可忽略不計，并認為U1≈E1，上式可寫為：上式稱為恒定壓頻比.當從工頻（50Hz）額定頻率f1N即向下調節(jié)時，同步降低E1220注意：當?shù)皖l調速控制時，因“U1/f1≈常值”。

U1很小時，E1也很小，定子阻抗壓降所占分量不能忽略，這時需要將定子電壓人為提高一些，以改善電動機的機械特性——定子壓降補償?shù)暮銐侯l比控制方式。.注意：.221..222對50Hz以上的變頻調速時，頻率可以從f1=f1N=50Hz向上增加，定子電壓上限值為U1N，這時不可能維持Φm不變，只能迫使磁通Φm與U1成反比地減低——電機弱磁升速控制方式。變壓變頻裝置——VVVF.對50Hz以上的變頻調速時，頻率可以從f1=f1N=223..224關于恒轉矩

T=KTΦ

I2cosφ2KT為決定于電機結構的轉矩常數(shù)；

在電機長期運行時，其轉子繞組的允許電流I2=I2N。電機的允許輸出轉矩為：

Tal=TN=KTΦN

I2Ncosφ2在調速過程中，允許輸出轉矩在磁通不變時保持固定——恒轉矩調速。.關于恒轉矩.225Pal=Tal*Ω=Tal*2πn/60Pal：允許輸出功率。Tal：允許輸出轉矩。n：轉速?？梢钥闯?，在恒轉矩調速過程中，允許輸出轉矩不變，允許輸出功率與轉速成反比。.Pal=Tal*Ω=Tal*2πn/60.226關于恒功率在弱磁調速時，

Pal=Tal*Ω=Tal*2πn/60可得出，在弱磁調速時，允許的輸出功率不變，而允許的輸出轉矩與轉速成反比。.關于恒功率.227..228變頻器基礎知識—簡要工作原理～整流部分儲能環(huán)節(jié)逆變部分M控制系統(tǒng)交流交流低壓交直交通用變頻器系統(tǒng)框圖直流直流交流整流器：將交流電變換成直流的電力電子裝置，其輸入電壓為正弦波，輸入電流非正弦，帶有豐富的諧波逆變器：將直流電轉換成交流電的電力電子裝置，其輸出電壓為非正弦波，輸出電流近似正弦.變頻器基礎知識—簡要工作原理～整流部分儲能環(huán)節(jié)逆變部分M控制229變頻器基礎知識—簡要工作原理單相逆變電路工作原理S1S4S2S3EdU1S1,S3導通S2,S4導通S1,S3導通S2,S4導通S1,S3導通S2,S4導通f1f2EdU1逆變器的功能：通過改變開關管導通時間改變輸出電壓的頻率通過改變開關管導通順序改變輸出電壓的相序.變頻器基礎知識—簡要工作原理單相逆變電路工作原理S1S4S2230變頻器基礎知識—簡要工作原理S1S4S5S2S3S6UVEdW561UUVUVWUVW612123234345456561612三相逆變電路Ed缺點：輸出電壓的諧波分量太大電機諧波損耗增加，發(fā)熱嚴重甚至燒壞電機轉矩脈動較大，低速運行時影響轉速的平穩(wěn)直到從通信技術中采用PWM調制才大大的緩解了以上問題電機.變頻器基礎知識—簡要工作原理S1S4S5S2S3S6UVEd231變頻器基礎知識—簡要工作原理調制解調器調制解調器的英文是MODEM，其作用是利用模擬信號傳輸線路傳輸數(shù)字信號。電子信號分兩種，一種是“模擬信號”，一種是“數(shù)字信號”。我們使用的電話線路傳輸?shù)氖悄M信號，而PC機之間傳輸?shù)氖菙?shù)字信號。所以當你想通過電話線把自己的電腦連入Internet時，就必須使用調制解調器來“翻譯”兩種不同的信號。連入Internet后，當PC機向Internet發(fā)送信息時，由于電話線傳輸?shù)氖悄M信號，所以必須要用調制解調器來把數(shù)字信號“翻譯”成模擬信號，才能傳送到Internet上，這個過程叫做“調制”。當PC機從Internet獲取信息時，由于通過電話線從Internet傳來的信息都是模擬信號，所以PC機想要看懂它們，還必須借助調制解調器這個“翻譯”,這個過程叫作“解調”。合起來就是“調制解調”。.變頻器基礎知識—簡要工作原理調制解調器.232變頻器基礎知識—簡要工作原理SPWM調制載波PWM（PulseWidthModuration）調制PWM調制是：利用半導體開關器件的導通和關斷把直流電壓調制成電壓可變、頻率可變的電壓脈沖列。SPWM調制是：采用三角波和正弦波相交獲得的PWM波形直接控制各個開關可以得到脈沖寬度和各脈沖間的占空比可變的呈正弦變化的輸出脈沖電壓電壓，能獲得理想的控制效果：輸出電流近似正弦載波頻率必須高，才能保證調制后得到的波形與調制前效果相同GTR變頻器由于開關頻率太低，電機噪聲較大，IGBT有效的解決了這個問題.變頻器基礎知識—簡要工作原理SPWM調制載波PWM（Puls233變頻器基礎知識—控制算法交流調速的控制核心是：只有保持電機磁通恒定才能保證電機出力，才能獲得理想的調速效果V/F控制－－－－簡單實用，性能一般，使用最為廣泛只要保證輸出電壓和輸出頻率恒定就能近似保持磁通保持恒定例:對于380V50Hz電機，當運行頻率為40HZ時，要保持V/F恒定，則40HZ時電機的供電電壓:380×（40/50)＝304V低頻時，定子阻抗壓降會導致磁通下降，需將輸出電壓適當提高矢量控制－－－性能優(yōu)良，可以與直流調速媲美，技術成熟較晚模仿直流電機的控制方法，采用矢量坐標變換來實現(xiàn)對異步電機定子勵磁電流分量和轉矩電流分量的解耦控制，保持電機磁通的恒定，進而達到良好的轉矩控制性能，實現(xiàn)高性能控制。性能優(yōu)良，控制相同復雜，直到90代計算機技術迅速發(fā)展才真正大范圍使用.變頻器基礎知識—控制算法交流調速的控制核心是：矢量控制－－－234變頻器基礎知識—控制算法項目通用變頻器高性能變頻器控制算法V/F控制＋轉矩提升同步機異步機控制算法基本相同開環(huán)矢量控制（無速度傳感器矢量控制）閉環(huán)矢量控制（有速度傳感器矢量控制）異步機和同步機需要不同的控制算法調速范圍<1:401:100（開環(huán)矢量),1:1000(閉環(huán)矢量)啟動轉矩無要求180%0.5Hz（開環(huán)矢量)，200%0速(閉環(huán)矢量)穩(wěn)速精度與轉差有關（2-3%)0.5%(開環(huán)矢量)，0.05%(閉環(huán)矢量)轉矩控制無有控制算法簡單復雜電機參數(shù)不依賴電機參數(shù)，支持同時驅動不同類型不同功率的電機電機參數(shù)對控制性能的影響較大，一般只能驅動一臺電機.變頻器基礎知識—控制算法項目通用變頻器高性能變頻器控制算法V235變頻器基礎知識—變頻器關鍵技術指標輸入側額定工作電壓：給變頻器供電的額定工作電壓，各國家不完全一樣。中國是220V/單相/50HZ或380V/3相/50HZ電壓允許波動：限制變頻器的最高和最低工作電壓，避免損壞變頻器當電壓超過最高值時變頻器并沒有保護能力頻率波動范圍：50/60Hz±5％輸出