第3章 電機(jī)調(diào)速控制線路【第2講】

3電機(jī)調(diào)速控制線路3.7三相異步電動機(jī)的基本調(diào)速控制線路3.7.1三相籠型異步電動機(jī)的變極調(diào)速控制線路3.7.2繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的調(diào)速控制線路3.8三相異步電動機(jī)的變頻調(diào)速控制線路3.8.1變頻調(diào)速原理3.8.2變頻調(diào)速機(jī)械特性3.8.3變頻器1）變頻器的結(jié)構(gòu)及分類回顧2/1/20231機(jī)電與汽車工程學(xué)院3電機(jī)調(diào)速控制線路3.8三相異步電動機(jī)的變頻調(diào)速控制線路3.8.3變頻器變頻器類型：◆按其結(jié)構(gòu)型式，可劃分為：交—直—交變頻器和交—交變頻器?！舭措娫葱再|(zhì)式，可劃分為：電壓型變頻器和電流型變頻器。◆按電壓的調(diào)制方式，可劃分為：PAM(脈幅調(diào)制)和PWM(脈寬調(diào)制)。交—直—交變頻器：把頻率固定的交流電整流成直流電，再把直流電逆變成頻率可調(diào)的三相交流電。在頻率調(diào)節(jié)范圍和變頻后電動機(jī)特性方面有優(yōu)勢。交—交變頻器：把頻率固定的交流電直接變成頻率連續(xù)可調(diào)的三相交流電。頻率可調(diào)范圍窄，用于容量較大的低速拖動系統(tǒng)。把直流電逆變成交流電的環(huán)節(jié)較容易控制，在頻率的調(diào)節(jié)范圍以及改善變頻后電動機(jī)的特性方面具有明顯優(yōu)勢。兩者都屬交-直-交變頻器，區(qū)別在于中間直流環(huán)節(jié)濾波器的形式不同。電壓型采用電容器濾波，電流型采用電抗器濾波。2/1/20232機(jī)電與汽車工程學(xué)院3電機(jī)調(diào)速控制線路3.8三相異步電動機(jī)的變頻調(diào)速控制線路3.8.3變頻器2）交—直—交變頻器組成：整流調(diào)壓；濾波；逆變?！?/p>

PAM(脈幅調(diào)制)：變頻器輸出電壓的大小通過改變直流電壓的大小來進(jìn)行調(diào)制。在中小容量變頻器中，這種方式幾近絕跡?！?/p>

PWM(脈寬調(diào)制)：變頻器輸出電壓的大小通過改變輸出脈沖的占空比來進(jìn)行調(diào)制。目前普遍應(yīng)用的是占空比按正弦規(guī)律安排的正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)方式。2/1/20233機(jī)電與汽車工程學(xué)院3電機(jī)調(diào)速控制線路3.8三相異步電動機(jī)的變頻調(diào)速控制線路3.8.3變頻器3）變頻器的額定值輸入側(cè)的額定值主要是電壓和相數(shù)。在我國的中小容量變頻器中，輸入電壓的額定值主要有（均為線電壓）：①380V，3相這是絕大多數(shù)②220V，3相主要用于某些進(jìn)口設(shè)備中。③220V，單相主要用于家用小容量變頻器中。此外，對輸入側(cè)電源電壓的頻率也都作了規(guī)定，通常都是工頻50Hz或60Hz。2/1/20234機(jī)電與汽車工程學(xué)院3）變頻器的額定值由于變頻器在變頻的同時(shí)也要變壓，所以輸出電壓的額定值是指輸出電壓中的最大值。在大多數(shù)情況下，它就是輸出頻率等于電動機(jī)額定頻率時(shí)的輸出電壓值。通常，輸出電壓的額定值總是和輸入電壓相等的。是指允許長時(shí)間輸出的最大電流，是用戶在選擇變頻器時(shí)的主要依據(jù)。輸出側(cè)的額定值主要是：①輸出電壓UN②輸出電流IN③輸出容量SN=UN·IN④配用電動機(jī)容量⑤過載能力變頻器的過載能力是指其輸出電流超過額定電流的允許范圍和時(shí)間。大多數(shù)變頻器都規(guī)定為150％、1min。由額定輸出電壓和額定輸出電流的乘積決定。2/1/20235機(jī)電與汽車工程學(xué)院4）變頻器的頻率指標(biāo)①頻率范圍

即變頻器輸出的最高頻率和最低頻率。各種變頻器規(guī)定的頻率范圍不盡一致。通常，最低工作頻率約為0.1～1Hz；最高工作頻率約為200～500Hz。②頻率精度

指變頻器輸出頻率的準(zhǔn)確精度。由變頻器的實(shí)際輸出頻率與給定頻率之間的最大誤差與最高工作頻率之比的百分?jǐn)?shù)來表示。③頻率分辨率指輸出頻率的最小改變量，即每相鄰兩檔頻率之間的最小差值。2/1/20236機(jī)電與汽車工程學(xué)院3電機(jī)調(diào)速控制線路3.8三相異步電動機(jī)的變頻調(diào)速控制線路3.8.4以三菱FR-A540變頻器為例變頻器外形操作面板LED顯示：4位單位顯示：·Hz頻率·A電流·V電壓模式鍵設(shè)置鍵增減鍵反轉(zhuǎn)鍵正轉(zhuǎn)鍵停止及復(fù)位鍵操作指示狀態(tài)監(jiān)視顯示模式外部操作模式面板PU操作模式反轉(zhuǎn)時(shí)顯示正轉(zhuǎn)時(shí)顯示2/1/20237機(jī)電與汽車工程學(xué)院3.8.4以三菱FR-A540變頻器為例(1)基本參數(shù)①輸出頻率范圍（Pr.1、Pr.2、Pr.18）；

Pr.1為上限頻率，Pr.2為下限頻率，Pr.18為高速上限頻率。②多段速度運(yùn)行（Pr.4、Pr.5、Pr.6、Pr.24～Pr.27）；③加減速時(shí)間（Pr.7、Pr.8、Pr.20）；④電子過電流保護(hù)（Pr.9），Pr.9用來設(shè)定電子過電流保護(hù)的電流值，以防止電動機(jī)過熱，故一般設(shè)定為電動機(jī)的額定電流值；⑤起動頻率（Pr.13）；⑥適用負(fù)荷選擇（Pr.14）；⑦點(diǎn)動運(yùn)行（Pr.15、Pr.16）；⑧參數(shù)寫入禁止選擇（Pr.77）；⑨操作模式選擇（Pr.79）；2/1/20238機(jī)電與汽車工程學(xué)院3.8.4以三菱FR-A540變頻器為例(2)變頻器的主接線2/1/20239機(jī)電與汽車工程學(xué)院3.8.4以三菱FR-A540變頻器為例(3)變頻器的端子接線圖2/1/202310機(jī)電與汽車工程學(xué)院3.8.4以三菱FR-A540變頻器為例(4)變頻器的基本操作◆按改變監(jiān)視顯示2/1/202311機(jī)電與汽車工程學(xué)院3.8.4以三菱FR-A540變頻器為例(4)變頻器的基本操作◆頻率設(shè)定在PU操作模式下設(shè)定運(yùn)行頻率一個(gè)參數(shù)值的設(shè)定既可以用數(shù)字鍵設(shè)定也可以用鍵增減。按下SET鍵1.5秒寫入設(shè)定值并更新。2/1/202312機(jī)電與汽車工程學(xué)院3.8.4以三菱FR-A540變頻器為例(4)變頻器的基本操作◆頻率設(shè)定把Pr.79“運(yùn)行模式選擇”設(shè)定值從“2”（外部操作模式）變更到“1”（PU操作模式）時(shí)2/1/202313機(jī)電與汽車工程學(xué)院3.8.4以三菱FR-A540變頻器為例(4)變頻器的基本操作◆操作模式運(yùn)行模式，在運(yùn)行模式下，按或鍵可以改變操作模式，其操作如圖所示。2/1/202314機(jī)電與汽車工程學(xué)院3電機(jī)調(diào)速控制線路3.9直流電動機(jī)的控制線路3.9.1直流電動機(jī)的基本原理工作原理：直流電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械?；窘Y(jié)構(gòu)：電刷永磁體（定子）電樞（線圈）（轉(zhuǎn)子）換向器直流電動機(jī)雖然不如三相交流電動機(jī)那樣結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，制造方便，維護(hù)容易，但它具有啟動性能好、調(diào)速范圍大、調(diào)速平滑性好、適宜于頻繁啟動等優(yōu)點(diǎn)。2/1/202315機(jī)電與汽車工程學(xué)院3.9.1直流電動機(jī)的基本原理工作過程：斷路順時(shí)針轉(zhuǎn)動線圈平面

磁場平面依靠慣性線圈平面

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磁場平面左手定則2/1/202316機(jī)電與汽車工程學(xué)院3.9.1直流電動機(jī)的基本原理換向器的作用：通過不斷變換電流方向來保持線圈中電流在磁場中的方向不變，從而使它始終受到同一方向的作用力，而不停轉(zhuǎn)動。如果沒有換向器，線圈只會在磁場中不停擺動。（從上往下看，線圈中的電流方向始終為逆時(shí)針；從前往后看，線圈的轉(zhuǎn)動方向也始終為順時(shí)針。）2/1/202317機(jī)電與汽車工程學(xué)院3.9.1直流電動機(jī)的基本原理電動機(jī)會不會停在線圈和磁場垂直的位置？不會。因?yàn)閼T性的作用，線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)過該位置又受到順時(shí)針轉(zhuǎn)動的作用力。但是如果電動機(jī)因?yàn)槟撤N原因恰好停在這個(gè)位置，卻是難以直接啟動。該位置稱為“死點(diǎn)”。為了防止死點(diǎn)，通常直流電動機(jī)制成了多極，多線圈的形式，這樣總有一個(gè)線圈不在死點(diǎn)，便于啟動。依靠慣性2/1/202318機(jī)電與汽車工程學(xué)院3電機(jī)調(diào)速控制線路3.9直流電動機(jī)的控制線路3.9.2直流電動機(jī)的基本分類◆按結(jié)構(gòu)及工作原理可劃分：無刷直流電動機(jī)和有刷直流電動機(jī)?！舭磩畲欧绞椒譃樗麆睢⒉?、串勵和復(fù)勵。(1)他勵電動機(jī)勵磁繞組和電樞繞組分別由兩個(gè)直流電源供電。UUfIaM+_+_If他勵2/1/202319機(jī)電與汽車工程學(xué)院3電機(jī)調(diào)速控制線路3.9直流電動機(jī)的控制線路3.9.2直流電動機(jī)的基本分類(2)并勵電動機(jī)勵磁繞組和電樞繞組并聯(lián)，由一個(gè)直流電源供電。IaUM+_If+_IE并勵2/1/202320機(jī)電與汽車工程學(xué)院3電機(jī)調(diào)速控制線路3.9直流電動機(jī)的控制線路3.9.2直流電動機(jī)的基本分類(3)串勵電動機(jī)勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。串勵UIa+_IfM2/1/202321機(jī)電與汽車工程學(xué)院3電機(jī)調(diào)速控制線路3.9直流電動機(jī)的控制線路3.9.2直流電動機(jī)的基本分類(4)復(fù)勵電動機(jī)勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在同一電源上。復(fù)勵U+_IMIa2/1/202322機(jī)電與汽車工程學(xué)院3.9直流電動機(jī)的控制線路3.9.3直流電動機(jī)的基本控制線路——起動3電機(jī)調(diào)速控制線路直流電動機(jī)的電樞繞組電阻一般很小，直接啟動會產(chǎn)生很大的沖擊電流，一般可達(dá)額定電流的10~20倍，這樣大的啟動電流，一方面使電動機(jī)換向不利，甚至?xí)p壞電刷和換向器；另一方面，將產(chǎn)生較大的啟動轉(zhuǎn)矩和加速度，對它所帶機(jī)械部件產(chǎn)生很大的沖擊，故在直流電動機(jī)的啟動時(shí)，必須限制啟動電流。限制啟動電流的方法有：減小電樞電壓和電樞回路串電阻兩種。2/1/202323機(jī)電與汽車工程學(xué)院3.9.3直流電動機(jī)的基本控制線路——起動

電樞串電阻起動法——此啟動方法，啟動設(shè)備簡單，操作方便，但啟動能耗大。

降壓起動法——目前基本采用可控硅整流電源作為調(diào)壓電源。此啟動方法，啟動電流小，啟動平穩(wěn)，啟動能耗小。斷路器開關(guān)，控制電樞電壓斷路器開關(guān)，控制勵磁繞組電壓啟動按鈕停止按鈕過流繼電器，主電路過流保護(hù)欠流繼電器，勵磁電路欠電流保護(hù)續(xù)流回路，吸收勵磁回路的過電壓，保護(hù)其它元件2/1/202324機(jī)電與汽車工程學(xué)院3電機(jī)調(diào)速控制線路3.9直流電動機(jī)的控制線路3.9.3直流電動機(jī)的基本控制線路——正反轉(zhuǎn)控制方法：

電樞反接法，即保持勵磁磁通方向不變，而改變電樞電流方向。

勵磁繞組反接法，即保持電樞電流方向不變改變勵磁繞組電流的方向。2/1/202325機(jī)電與汽車工程學(xué)院3.9.3直流電動機(jī)的基本控制線路——正反轉(zhuǎn)控制

勵磁繞組反接法，即保持電樞電流方向不變改變勵磁繞組電流的方向。正轉(zhuǎn)接觸器反轉(zhuǎn)接觸器2/1/202326機(jī)電與汽車工程學(xué)院3電機(jī)調(diào)速控制線路3.9直流電動機(jī)的控制線路3.9.3直流電動機(jī)的基本控制線路——制動控制方法：

能耗制動法，即在維持直流電動機(jī)的勵磁電源不變的情況下，把正在作電動運(yùn)行的電動機(jī)電樞從電源上斷開，再串接上一個(gè)外加制動電阻組成制動回路，將機(jī)械能(高速旋轉(zhuǎn)的動能)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔懿⒁詿崮艿男问较脑陔姌泻椭苿与娮枭稀?/p>

反接制動法，即在保持他勵直流電動機(jī)勵磁為額定狀態(tài)不變的情況下將電樞繞組極性改變，從而產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，迫使電機(jī)迅速停止。2/1/202327機(jī)電與汽車工程學(xué)院3.9.3直流電動機(jī)的基本控制線路——制動控制

能耗制動法電樞回路斷電，電機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢使得KA線圈吸合接入R3產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，能耗制動，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到一定時(shí)，感應(yīng)電動勢小于KA釋放值，KA釋放能耗制動結(jié)束2/1/202328機(jī)電與汽車工程學(xué)院3電機(jī)調(diào)速控制線路3.9直流電動機(jī)的控制線路3.9.4直流電動機(jī)調(diào)速控制線路常用方法：(1)電樞回路串電阻調(diào)速——即在直流電動機(jī)的電樞回路中串聯(lián)一只調(diào)速變阻器來實(shí)現(xiàn)調(diào)速的

方法，如圖所示：他勵直流電動機(jī)電樞回路串電阻調(diào)速原理圖電樞回路串電阻調(diào)速法只能使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速以下范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)速。調(diào)速范圍較小，且穩(wěn)定性較差，能量損耗較大。由于這種調(diào)速方法設(shè)備簡單，操作方便，所以在短期工作、容量較小且機(jī)械特性硬度要求不太高的場合，仍然使用這種調(diào)速方法。2/1/202329機(jī)電與汽車工程學(xué)院3電機(jī)調(diào)速控制線路3.9直流電動機(jī)的控制線路3.9.4直流電動機(jī)調(diào)速控制線路常用方法：(2)改變勵