機(jī)床電氣控制第二章課件

第二章電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速第一節(jié)速度控制的基本概念和指標(biāo)

第二節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的速度控制

第三節(jié)交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)

第四節(jié)調(diào)速裝置的選擇與使用第一節(jié)速度控制的基本概念和指標(biāo)一、速度控制的基本概念

二、調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)技術(shù)指標(biāo)

三、負(fù)載的類型與調(diào)速方式的匹配一、速度控制的基本概念1.速度控制

2.調(diào)速的必要性

3.機(jī)床的調(diào)速方法1.速度控制圖2-1電動(dòng)機(jī)的調(diào)速及速度變化電動(dòng)機(jī)的速度控制，又稱電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。是在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中人為地或自動(dòng)地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以滿足工作機(jī)械對(duì)不同轉(zhuǎn)速的要求。所謂調(diào)速，是在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中人為地或自動(dòng)地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以滿足工作機(jī)械對(duì)不同轉(zhuǎn)速的要求。調(diào)速和由于負(fù)載變動(dòng)引起的轉(zhuǎn)速變化是不同的概念，例如在圖2-1中所示的，人為的使電壓由UN降至U1時(shí)，在保持負(fù)載轉(zhuǎn)矩為T(mén)c不變的條件下，穩(wěn)態(tài)時(shí)的轉(zhuǎn)速由na降至nb，稱為調(diào)速。若U=UN不變，負(fù)載轉(zhuǎn)矩由Tc增加至T′c，則穩(wěn)態(tài)時(shí)的轉(zhuǎn)速將自動(dòng)地由na降至nc，這稱為由負(fù)載變動(dòng)而引起的速度變化(或轉(zhuǎn)速波動(dòng))。

2.調(diào)速的必要性圖2-2直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性圖2-2為直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性調(diào)速是機(jī)床對(duì)其電力拖動(dòng)系統(tǒng)提出的重要要求。機(jī)床不僅要求調(diào)速，在許多情況下還要求速度穩(wěn)定(穩(wěn)速)。它是向下傾斜的，可見(jiàn)即使固定在某一轉(zhuǎn)速下工作，如工作在A點(diǎn)，但在加工時(shí)，由于電源電壓的波動(dòng)，工件毛坯余量不同，材質(zhì)不均勻，摩擦力變化等原因，必然引起負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tc的變化。3.機(jī)床的調(diào)速方法(1)機(jī)械有級(jí)調(diào)速在臥式車床、鉆床、銑床、小型鏜床等機(jī)床主傳動(dòng)中，常常采用不調(diào)速的籠型異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。

(2)電氣和機(jī)械配合的有級(jí)調(diào)速機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)采用多速異步電動(dòng)機(jī)，再與齒輪變速箱傳動(dòng)比相配合而獲得不同的轉(zhuǎn)速。

(3)電氣無(wú)級(jí)調(diào)速就是機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的不同轉(zhuǎn)速是通過(guò)直接改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)的，這種機(jī)床的齒輪變速箱改為減速器，從而使機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)變得很簡(jiǎn)單，這一點(diǎn)對(duì)重型機(jī)床來(lái)說(shuō)是非常重要的，同時(shí)電氣無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍寬、控制靈活，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作。二、調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)技術(shù)指標(biāo)靜態(tài)技術(shù)指標(biāo)主要有調(diào)速范圍D，靜差率S，調(diào)速的平滑性和經(jīng)濟(jì)性以及系統(tǒng)與負(fù)載配合的能力等，它們反映了調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。

1.調(diào)速范圍D

2.靜差率S

3.調(diào)速的平滑性

4.調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性圖2-3不同轉(zhuǎn)速對(duì)S的影響1.調(diào)速范圍D在額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩TN下，電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速nmax與最低轉(zhuǎn)速nmin之比稱為調(diào)速范圍D，即如圖2-3所示，通常將nmax視為電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速nN。一般希望調(diào)速系統(tǒng)D大一些好。

2.靜差率S靜差率S是指電動(dòng)機(jī)由理想空載增加到額定負(fù)載時(shí)，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降ΔnN與其理想空載轉(zhuǎn)速n0之比，采用百分?jǐn)?shù)表示，即靜差率主要表示負(fù)載變化時(shí)，調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速變化的程度。在同一負(fù)載下，高速運(yùn)行和低速運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速降Δn是相同的(圖2-3)但在高速和低速運(yùn)行時(shí)，對(duì)應(yīng)的理想空載轉(zhuǎn)速n01和n02卻不同，n01>n02，顯然高速時(shí)S較小，低速時(shí)S較大，當(dāng)?shù)退贂r(shí)S能滿足要求的話，則高速時(shí)就更能滿足要求了，所以用調(diào)速范圍D內(nèi)最低速時(shí)的靜差率代表系統(tǒng)能達(dá)到的靜差率。

通過(guò)利用已有的數(shù)學(xué)式，可以找到D、S和ΔnN三者之間的關(guān)系為由式(2-3)可見(jiàn)，ΔnN一定時(shí)，要求S越小，則調(diào)速范圍D也越??；若要滿足D和S的要求，則要設(shè)法使ΔnN減小。

2.靜差率S表2-1幾種生產(chǎn)機(jī)械的S與D范圍表2-1給出了幾種生產(chǎn)機(jī)械的S、D值要求。3.調(diào)速的平滑性

調(diào)速的平滑性用兩個(gè)相鄰轉(zhuǎn)速之比Φ表示即從某一轉(zhuǎn)速ni與能調(diào)節(jié)到的最鄰近的轉(zhuǎn)速ni-1之比來(lái)評(píng)價(jià)。顯然Φ值愈小，說(shuō)明愈平滑，無(wú)級(jí)調(diào)速時(shí)Φ≈1。

4.調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性

用調(diào)速的設(shè)備費(fèi)用，能量消耗，維護(hù)及運(yùn)轉(zhuǎn)的費(fèi)用來(lái)評(píng)價(jià)其經(jīng)濟(jì)性。三、負(fù)載的類型與調(diào)速方式的匹配(1)負(fù)載的類型需要調(diào)速的工作機(jī)械是很多的，對(duì)調(diào)速有各種不同的要求，工作機(jī)械產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系稱為負(fù)載特性。負(fù)載特性分為不同的類型，通常的類型有恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和恒功率負(fù)載。

(2)調(diào)速方式的匹配對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，應(yīng)采用恒轉(zhuǎn)矩的調(diào)速方式。對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)，當(dāng)勵(lì)磁Φ=ΦN一定時(shí)，采用調(diào)節(jié)電樞電壓或電樞電阻的方法，即為恒轉(zhuǎn)矩的調(diào)速方式。同樣，恒功率負(fù)載采用恒功率的調(diào)速方式，也稱之為實(shí)現(xiàn)了匹配。第二節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的速度控制一、直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法

二、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的開(kāi)環(huán)速度控制

三、直流電動(dòng)機(jī)的閉環(huán)速度控制系統(tǒng)

四、應(yīng)用舉例一、直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法1.直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速公式

2.改變電樞電壓的速度控制方式(調(diào)壓調(diào)速)

3.改變勵(lì)磁磁通的調(diào)速方式(弱磁調(diào)速)1.直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速公式圖2-4他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)原理圖從電工學(xué)知，如圖2-4所示他勵(lì)電動(dòng)機(jī)電路圖，穩(wěn)態(tài)時(shí)，可寫(xiě)出下列方程式1.直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速公式式中，Ce為電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)常數(shù)；Cm為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)；?為磁通；Pd為電動(dòng)機(jī)的輸出功率(kW)；Ra、Rs為電樞繞組固有電阻Ra和電樞回路外串電阻Rs。

由式(2-5)和式(2-6)可得1.直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速公式圖2-5直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性圖2-5中n0叫理想空載轉(zhuǎn)速，△n叫轉(zhuǎn)速降落，又稱為靜差。1.直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速公式由上面的分析可以得出下列結(jié)論：1)由式(2-10)可知，直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有：改變電樞回路電阻Rs、電樞端電壓Ud和磁通?三種。

2)由式(2-11)看出，直流電動(dòng)機(jī)的速度與反電動(dòng)勢(shì)Ed成正比例，也與外施電樞端電壓Ud成正比例，同時(shí)與磁通?成反比。

3)式(2-7)和(2-8)表明：若電樞電流Id維持恒定(調(diào)速必須遵循的原則)，當(dāng)改變外施電壓Ud，且維持每極磁通?不變時(shí)，則轉(zhuǎn)矩T不變，而電動(dòng)機(jī)輸出功率Pd與速度n成比例變化，它是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；由于受到電動(dòng)機(jī)絕緣條件限制，通常是在額定電壓以下調(diào)速。

4)由式(2-7)、式(2-8)、式(2-11)看出，若維持Ud不變而削弱每極磁通?時(shí)，則轉(zhuǎn)速n上升，轉(zhuǎn)矩T下降，而輸出功率Pd可基本維持不變，所以弱磁調(diào)速是屬恒功率調(diào)速。圖2-6調(diào)壓與調(diào)磁時(shí)的機(jī)械特性1.直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速公式圖2-6為它勵(lì)電動(dòng)機(jī)改變電樞端電壓和每極磁通時(shí)的轉(zhuǎn)速和輸出功率、轉(zhuǎn)矩的特性曲線。2.改變電樞電壓的速度控制方式(調(diào)壓調(diào)速)圖2-7調(diào)壓調(diào)速的調(diào)整過(guò)程由圖2-7可見(jiàn)，調(diào)壓調(diào)速的特性有以下特點(diǎn)：2.改變電樞電壓的速度控制方式(調(diào)壓調(diào)速)1)無(wú)論是高速還是低速，其機(jī)械特性斜率不變，故硬度較高，負(fù)載變化時(shí)的速度穩(wěn)定性好。

2)電源電壓能夠平滑調(diào)節(jié)，故是無(wú)級(jí)調(diào)速，且調(diào)速平滑性好。

3)由于在恒定勵(lì)磁條件下電樞電流與端電壓無(wú)關(guān)，即Ud變化時(shí)Id不變，對(duì)于不變的負(fù)載，無(wú)論是高速或是低速電樞的銅損耗是不變的，故電能損耗小，但要注意，如果沒(méi)有外界通風(fēng)冷卻，則電動(dòng)機(jī)本身的散熱能力將隨著轉(zhuǎn)速的下降而降低。

4)調(diào)壓調(diào)速是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，它的性質(zhì)正好滿足恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的要求。3.改變勵(lì)磁磁通的調(diào)速方式(弱磁調(diào)速)圖2-8調(diào)磁調(diào)速特性和過(guò)程圖2-8為改變磁通調(diào)速機(jī)械特性曲線。3.改變勵(lì)磁磁通的調(diào)速方式(弱磁調(diào)速)1)弱磁調(diào)速是因?只能調(diào)小而不能調(diào)大，故速度只能調(diào)高不能調(diào)低，稱為上調(diào)或向上調(diào)速。

2)機(jī)械特性斜率增大，特性變軟，負(fù)載變化時(shí)速度穩(wěn)定性變差。

3)由于在電流較小的勵(lì)磁回路中進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而控制方便，能量損耗小，調(diào)速平滑。

4)弱磁調(diào)速是恒功率調(diào)速，電動(dòng)機(jī)能長(zhǎng)期輸出它的額定功率，而輸出的轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速升高而降低，這個(gè)性質(zhì)恰好滿足恒功率負(fù)載的要求。二、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的開(kāi)環(huán)速度控制圖2-9直流電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)示意圖按照系統(tǒng)有無(wú)反饋環(huán)節(jié)，即輸出量是否反饋到輸入端，控制系統(tǒng)可分為開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制。不設(shè)反饋環(huán)節(jié)的，則為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)；設(shè)有反饋環(huán)節(jié)的，則為閉環(huán)控制系統(tǒng)。圖2-9是他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)由晶閘管供電的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)由晶閘管脈沖觸發(fā)器BPF、晶閘管變流器UR、濾波電抗器L和直流電動(dòng)機(jī)組成。圖2-9中電抗器L是為了減少晶閘管整流電壓的交流分量，起到濾波作用，并使主電路電流波形連續(xù)。二、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的開(kāi)環(huán)速度控制改變給定電壓Ug，就可改變觸發(fā)電路的控制電壓Uk，就可改變控制角α和Ud，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速。在這里，一定的Ug對(duì)應(yīng)著一定的n，轉(zhuǎn)速n為輸出量或被控量。顯然此系統(tǒng)只有輸入量對(duì)輸出量的控制作用，而沒(méi)有輸出量再反饋回來(lái)影響輸入量之能力，所以它是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。三、直流電動(dòng)機(jī)的閉環(huán)速度控制系統(tǒng)1.閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成及工作原理

2.速度負(fù)反饋晶閘管—電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的靜態(tài)分析

3.采用PI調(diào)節(jié)器的晶閘管—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)

4.閉環(huán)速度控制系統(tǒng)的電流控制

5.其他反饋環(huán)節(jié)在自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用1.閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成及工作原理(1)電路的構(gòu)成把輸出量再引回到輸入端，作為輸入量的一部分，就構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。

(2)工作原理由圖2-10看出，電位器RP1給出給定電壓Ug，測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出反饋電壓Ufn，兩者之差ΔU=Ug-Ufn送入放大觸發(fā)電路。圖2-10具有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)(1)電路的構(gòu)成圖2-10輸出量為轉(zhuǎn)速n，通常是把一個(gè)測(cè)速發(fā)電機(jī)接到電動(dòng)機(jī)的輸出軸上，測(cè)速發(fā)圖2-10具有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)

電機(jī)的輸出就提供一個(gè)代表這個(gè)電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速的電壓信號(hào)，再將這個(gè)電壓信號(hào)送回到系統(tǒng)的輸入端與給定值進(jìn)行比較，從而使系統(tǒng)輸出量趨近于給定量，達(dá)到其穩(wěn)速之目的。顯然這是一個(gè)速度負(fù)反饋控制系統(tǒng)。(2)工作原理電路在輸入信號(hào)ΔU的作用下，產(chǎn)生出控制角為α的觸發(fā)脈沖去觸發(fā)可控整流器，從而控制Ud的大小。由Ud向直流電動(dòng)機(jī)供電，產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)速n帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)，并同時(shí)帶動(dòng)與其同軸相連的測(cè)速發(fā)電機(jī)TG旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生發(fā)電機(jī)電樞電動(dòng)勢(shì)式中，Cef為測(cè)速發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)常數(shù)；?ef為測(cè)速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁磁通。

而反饋電壓因?yàn)镋cf∝n，所以反饋電壓Ufn也與轉(zhuǎn)速成正比例。其穩(wěn)壓過(guò)程如下：

若給定電壓Ug不變，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tc變化時(shí)，這就是說(shuō)，當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，引起了速度n下降，通過(guò)反饋后，系統(tǒng)又將轉(zhuǎn)速拉回到原來(lái)的值，以維持轉(zhuǎn)速基本不變。

同理可知，負(fù)載減小時(shí)也有同樣的調(diào)整過(guò)程。2.速度負(fù)反饋晶閘管—電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的靜態(tài)分析圖2-11為該系統(tǒng)的方框圖(又稱靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖)。假設(shè)該系統(tǒng)為線性系統(tǒng)，則可以寫(xiě)出閉環(huán)控制系統(tǒng)幾個(gè)部分的方程式。

(1)放大器輸出電壓為

式中，Kp為放大器的電壓放大倍數(shù)。(2)晶閘管整流裝置的輸出電壓Ud為

式中，Kkz為晶閘管整流裝置放大倍數(shù)，它包括觸發(fā)器BPF和晶閘管變流器UR在內(nèi)。

(3)電動(dòng)機(jī)電樞回路電勢(shì)平衡方程式

式中，Rd為電樞回路總電阻(包括電樞電阻、電抗器電阻等)，ΔUzx為晶閘管正向管壓降(一般ΔUzx<1.2V)。圖2-11轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)的方框圖2.速度負(fù)反饋晶閘管—電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的靜態(tài)分析(4)轉(zhuǎn)速反饋回路，由式(2-12)和式(2-13)得

2.速度負(fù)反饋晶閘管—電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的靜態(tài)分析式中,Kfn=Cef?efR2/(R1+R2)為速度反饋系數(shù)。

將式(2-14)、式(2-15)、式(2-16)、式(2-17)聯(lián)立求解得該閉環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性方程式為式中，KG為從給定電壓到晶閘管整流電壓的電壓放大倍數(shù)，KG=KpKkz;K=KGKfnCc?為系統(tǒng)開(kāi)環(huán)總放大倍數(shù)；nof為閉環(huán)理想空載轉(zhuǎn)速;Δnf為閉環(huán)轉(zhuǎn)速降落。

2.速度負(fù)反饋晶閘管—電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的靜態(tài)分析(5)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的靜特性

斷開(kāi)反饋回路與輸入端的聯(lián)系，圖2-10所示電路即為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，其機(jī)械特性為如果將開(kāi)環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速調(diào)到相等，方法是把有反饋的給定電壓增大為(1+K)Ug，設(shè)開(kāi)環(huán)和閉環(huán)轉(zhuǎn)速降分別為Δnk和Δnf，可得由式(2-3)，閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)速范圍Df為上面兩式表明，系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速負(fù)反饋構(gòu)成閉環(huán)后，在同樣大小負(fù)載條件下，靜態(tài)轉(zhuǎn)速降比開(kāi)環(huán)時(shí)減少了(1+K)倍，而調(diào)速范圍則增大(1+K)倍。3.采用PI調(diào)節(jié)器的晶閘管—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)(1)結(jié)構(gòu)圖2-13為PI調(diào)節(jié)器的調(diào)速系統(tǒng)。

(2)穩(wěn)速過(guò)程此處只分析負(fù)載波動(dòng)情況。(1)結(jié)構(gòu)圖2-13帶有PI調(diào)節(jié)器的調(diào)速系統(tǒng)圖2-13為PI調(diào)節(jié)器的調(diào)速系統(tǒng)。從圖2-13看出，該系統(tǒng)與有靜差系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上，只是用比例積分調(diào)節(jié)器(即PI調(diào)節(jié)器)代替了放大器。比例積分調(diào)節(jié)器的作用是維持速度的恒定，使系統(tǒng)變?yōu)闊o(wú)靜差系統(tǒng)，因此也叫速度調(diào)節(jié)器ST。(1)結(jié)構(gòu)圖2-14PI調(diào)節(jié)器的原理及特性a)原理圖b)特性

(1)結(jié)構(gòu)如圖2-14a所示，在運(yùn)算放大器的反饋回路中串入電阻和電容，就構(gòu)成了PI調(diào)節(jié)器，因此，PI調(diào)節(jié)器是同時(shí)具有比例運(yùn)算和積分運(yùn)算兩種作用的放大器。假定運(yùn)算放大器是理想的，則有式中，Kp=R2/R1；

τ=R2C2，是PI調(diào)節(jié)器積分部分時(shí)間常數(shù)。在剛加入ΔUi的瞬間，由于電容上的電壓不能突變，所以C2相當(dāng)于短路，此時(shí)只有R2起作用，即只有比例運(yùn)算起作用，故ΔUo=-KpΔUi，與此同時(shí)C2充電，積分運(yùn)算開(kāi)始，使輸出電壓ΔUo在比例輸出的基礎(chǔ)上，疊加-Kp/R2C2∫ΔUidt部分(見(jiàn)圖2-14b)。(2)穩(wěn)速過(guò)程當(dāng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，ΔUi=0，此時(shí)PI調(diào)節(jié)器輸出ΔUo為一定值，對(duì)應(yīng)的整流輸出電壓Ud也為一定值。

當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，電流Id也增加而產(chǎn)生ΔIdRd，故引起電動(dòng)機(jī)兩端的電壓下降，從而使轉(zhuǎn)速n1下降，因此Ufn也下降，ΔUi=Ug-Ufn>0，即在輸入端加入一個(gè)階躍電壓ΔUi(即誤差電壓)。此時(shí)C2相當(dāng)于短路，只有比例部分起作用，輸出ΔUo=-KpΔUi(不考慮剛輸入瞬時(shí)C2上的電壓)，使晶閘管整流電壓增加。由于這個(gè)電壓使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速回升，速度偏差Δn愈大，調(diào)節(jié)作用愈強(qiáng)，ΔUo就愈大，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速回升也愈快，當(dāng)轉(zhuǎn)速回到原來(lái)轉(zhuǎn)速n1以后，Δn為零，比例調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的電壓也減少到零。它起到了加速回升的作用。

在負(fù)載增加后，ΔIdRd是有變化的，要維持n1不變，則應(yīng)在Ud的基礎(chǔ)上增加一個(gè)ΔUd，使ΔUd=ΔIdRd。此時(shí)則要靠積分部分起作用了。因?yàn)楫?dāng)ΔUi加入的同時(shí)，C2也開(kāi)始積分，在積分調(diào)節(jié)器的作用下，晶閘管輸出電壓開(kāi)始升高，使晶閘管整流電壓再增加一部分電壓等于偏差電壓ΔUi的積分。當(dāng)比例部分不起作用時(shí)，即Δn=0時(shí)，由于積分的積累和記憶作用，仍然使整流輸出電壓維持在Ud+ΔUd，由ΔUd平衡ΔIdRd，使電動(dòng)機(jī)端電壓不變，從而維持速度恒定。由此可見(jiàn)，比例調(diào)節(jié)器的作用是縮短調(diào)節(jié)過(guò)程，積分調(diào)節(jié)器的作用是最后消除偏差，故它是一個(gè)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)。4.閉環(huán)速度控制系統(tǒng)的電流控制(1)問(wèn)題的提出上述分析表明，閉環(huán)速度控制是利用轉(zhuǎn)速誤差來(lái)限制電動(dòng)機(jī)的端電壓，以達(dá)到穩(wěn)定速度之目的。

(2)引入電流負(fù)反饋環(huán)節(jié)限制沖擊電流我們知道，在閉環(huán)(反饋)系統(tǒng)中，在恒定值給定的情況下，欲維持某個(gè)物理量基本不變，只要引入該量的負(fù)反饋控制即可達(dá)到。

(3)帶有截止環(huán)節(jié)的電流負(fù)反饋圖2-16為帶電流截止環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速反饋調(diào)速系統(tǒng)，此電路是在電流負(fù)反饋電路中加入一個(gè)比較電壓Ub和串入一個(gè)二極管V組成了電流負(fù)反饋截止環(huán)節(jié)。圖2-15電流負(fù)反饋轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)4.閉環(huán)速度控制系統(tǒng)的電流控制圖2-15就是把電流負(fù)反饋環(huán)節(jié)加入到轉(zhuǎn)速反饋調(diào)速系統(tǒng)中的原理圖。圖2-16帶有電流截止負(fù)反饋的調(diào)速系統(tǒng)4.閉環(huán)速度控制系統(tǒng)的電流控制它的構(gòu)思的原理是：當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流在允許值以內(nèi)時(shí)，電流負(fù)反饋不起作用，系統(tǒng)的運(yùn)行特性完全與只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋時(shí)的運(yùn)行特性一樣，當(dāng)電流超過(guò)某一值時(shí)，電流負(fù)反饋要立即投入工作。5.其他反饋環(huán)節(jié)在自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用速度負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，是最基本的調(diào)速方式，它的調(diào)速性能良好。但缺點(diǎn)是：它必須采用測(cè)速發(fā)電機(jī)，由此而帶來(lái)了安裝，維護(hù)麻煩和設(shè)備投資增加。因此，對(duì)于調(diào)速精度要求不高的場(chǎng)合，可以采用其他的反饋形式來(lái)取代測(cè)速反饋，其中應(yīng)用較多的是電壓負(fù)反饋、電流正反饋等環(huán)節(jié)。(1)電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)如果從并聯(lián)在電樞兩端的電位器RP上取出一部分電壓Ufu作為負(fù)反饋電壓，則構(gòu)成如圖2-17所示的只有電壓負(fù)反饋的調(diào)速系統(tǒng)。差值電壓ΔU=Ug-Ufu。圖2-18是幾種系統(tǒng)的靜特性，顯然電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的特性不如

轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的好。所以電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)一般適用于調(diào)速范圍D≤10，S≥15％的場(chǎng)合。該系統(tǒng)的缺點(diǎn)是反饋電壓直接取自電樞端電壓Ud，并與Ug進(jìn)行比較，使高低電壓混在一起，這是不夠安全的，應(yīng)在反饋回路中加入電壓隔離器。(2)電流正反饋和電壓負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)速系統(tǒng)上述分析可知，電動(dòng)機(jī)電樞電阻壓降引起的轉(zhuǎn)速降落，電壓負(fù)反饋不能補(bǔ)償它。為了補(bǔ)償電樞電阻壓降IdRa，在電壓負(fù)反饋的基礎(chǔ)上增加一個(gè)電流正反饋環(huán)節(jié)，如圖2-19所示。電流Id在RI上的電壓被反饋到放大觸發(fā)電路的輸入端，且與給定電壓Ug極性一致，反饋量與負(fù)載電流成正比例，故稱電流正反饋。圖2-17電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)(1)電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)圖2-18幾種調(diào)速的特性1—開(kāi)環(huán)特性2—電壓負(fù)反饋特性

3—轉(zhuǎn)速負(fù)反饋特性(1)電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)(2)電流正反饋和電壓負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)速系統(tǒng)圖2-19電流正反饋、電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)第三節(jié)交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)一、交流調(diào)速概念

二、變頻調(diào)速

三、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速

四、繞線式異步電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速一、交流調(diào)速概念1.概述

2.交流調(diào)速的方案2.交流調(diào)速的方案根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式式中，f1為供電電源頻率；s為轉(zhuǎn)差率；p為極對(duì)數(shù)。

因此異步電動(dòng)機(jī)有三種基本調(diào)速方法：

(1)變極調(diào)速改變定子極對(duì)數(shù)p調(diào)速。

(2)變頻調(diào)速改變供電電源的頻率f1。

(3)變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速可通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的某些參數(shù)來(lái)改變s，例如定子電壓、轉(zhuǎn)子電阻、轉(zhuǎn)差電壓等，(3)變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速變s調(diào)速可分為：1)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組串電阻。

2)調(diào)壓調(diào)速改變定子電壓。

3)串級(jí)調(diào)速繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組串電動(dòng)勢(shì)。

4)電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速籠型電動(dòng)機(jī)加電磁轉(zhuǎn)差離合器(稱轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī))。

5)無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。

6)矢量變換控制系統(tǒng)。6)矢量變換控制系統(tǒng)。表2-3異步電動(dòng)機(jī)各種調(diào)速方法性能指標(biāo)的評(píng)價(jià)表2-3列舉了異步電動(dòng)機(jī)各種調(diào)速方案供選擇時(shí)參考。二、變頻調(diào)速1.變頻調(diào)速原理

2.變頻調(diào)速的特性

3.變頻電源1.變頻調(diào)速原理由同步轉(zhuǎn)速no=60f1/p可知，只要頻率f1連續(xù)可調(diào)，就可以平滑地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，但調(diào)速時(shí)應(yīng)注意變頻與調(diào)壓的配合。(1)基頻額定頻率fN以下調(diào)速在基頻以下調(diào)速時(shí)，速度調(diào)低。但在調(diào)節(jié)過(guò)程中，必須配合著調(diào)節(jié)電源電壓，否則電動(dòng)機(jī)不能正常運(yùn)行。其原因從電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)電壓平衡方程式

式中，N為每相繞組的匝數(shù)；Φm為電動(dòng)機(jī)氣隙磁通的最大值；K為電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)系數(shù)?？芍?，當(dāng)f1下降時(shí)，如果U1不變，勢(shì)必使Φm增加，但電動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)，磁路磁通本已選得接近飽和，因此Φm上升必然使磁路飽和，勵(lì)磁電流劇增，這樣電動(dòng)機(jī)就無(wú)法正常運(yùn)行。為了防止磁路飽和就應(yīng)使Φm保持不變，即應(yīng)使U1/f1=常數(shù)。(2)基頻以上調(diào)速(速度調(diào)高)當(dāng)頻率上調(diào)時(shí)，也按比例升高電壓這是不行的，因?yàn)榇藭r(shí)往上調(diào)U1將超過(guò)了額定電壓，很可能會(huì)超過(guò)電動(dòng)機(jī)絕緣耐壓限度，因此頻率上調(diào)時(shí)應(yīng)保持電壓不變，即U1=常數(shù)，這時(shí)f1升高，Φm下降，相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速。圖2-27異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)的特性2.變頻調(diào)速的特性圖2-27為異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性曲線。從曲線看出，無(wú)論速度是調(diào)高(高于基速)，還是調(diào)低，Δn都不變，因此機(jī)械特性運(yùn)行段的斜率也基本不變，它是一族平行的曲線?？梢?jiàn)變頻調(diào)速時(shí)，在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)，機(jī)械特性一直保持著較高的硬度。

3.變頻電源怎樣取得經(jīng)濟(jì)，可靠的變頻電源，是解決異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的關(guān)鍵問(wèn)題。

現(xiàn)在用的變頻電源有：

變頻機(jī)組靜止變頻裝置交—直—交變頻交—交變頻

(1)變頻機(jī)組變頻機(jī)組由直流電動(dòng)機(jī)和交流發(fā)電機(jī)組成，調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就能改變交流發(fā)電機(jī)的頻率。

(2)靜止變頻裝置在靜止變頻裝置中，交—直—交變頻調(diào)速系統(tǒng)在機(jī)床中用得較多。

(3)脈寬調(diào)制(PWM)型逆變器(2)靜止變頻裝置圖2-28交—直—交變頻器的組成圖2-28為交—直—交變頻器的組成。由圖2-28看出它由整流調(diào)壓、濾波及逆變?nèi)糠纸M成。整流調(diào)壓部分將電網(wǎng)的工頻交流電壓經(jīng)整流變成可調(diào)直流電壓U′d，然后經(jīng)濾波環(huán)節(jié)濾波后以直流電壓Ud提供給逆變器，逆變器再將直流變換調(diào)制為頻率和幅值都可變的交流電壓。(2)靜止變頻裝置1)逆變器(直—交變頻器)工作原理。

2)電壓型變頻器這種變頻器的濾波采用大容量的電容器，見(jiàn)圖2-31。

3)電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)圖2-34為一種電壓閉環(huán)，頻率開(kāi)環(huán)的電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖。

4)電流型變頻器下面簡(jiǎn)單介紹逆變器的工作原理。圖2-29逆變器工作原理逆變器的電路很多，圖2-29a為最簡(jiǎn)單的單相橋式逆變電路原理圖。若圖2-29a中開(kāi)關(guān)SA1、SA4閉合，SA3、SA2斷開(kāi)，則負(fù)載Rfz分別與A、B兩點(diǎn)相連，此時(shí)直流電源E通過(guò)A向Rfz提供電流，經(jīng)B回到E；若SA1、SA4斷開(kāi)，SA3，SA2閉合時(shí)，則電流在Rfz中反向。如果每經(jīng)T/2時(shí)，SA1、SA4及SA3、SA2交換導(dǎo)通一次，則在負(fù)載二端的電壓(或負(fù)載中的電流)波形將為一頻率為f=1T的交變方波，如圖2-29b所示。1)逆變器(直—交變頻器)工作原理。1)逆變器(直—交變頻器)工作原理。圖2-30晶閘管組成的逆變器用晶閘管取代4個(gè)開(kāi)關(guān)就得到如圖2-30所示的實(shí)際電路。很明顯交流電的頻率取決于每秒內(nèi)兩組晶閘管導(dǎo)通和關(guān)斷的次數(shù)。圖2-31電壓型變頻器基本結(jié)構(gòu)2)電壓型變頻器這種變頻器的濾波采用大容量的電容器，見(jiàn)圖2-31。對(duì)逆變器部分來(lái)說(shuō)，其直流電源的阻抗(包括濾波器)遠(yuǎn)小于逆變器的阻抗，故可把逆變器前面部分視為恒壓源，其直流輸出電壓Ud穩(wěn)定不變。因此，經(jīng)過(guò)逆變器切換后輸出的交流電壓波形按近于矩形波。2)電壓型變頻器圖2-32為簡(jiǎn)單三相電壓型逆變器主回路(不包括換流)線路結(jié)構(gòu)圖。設(shè)每一個(gè)晶閘管的導(dǎo)通角為π，使晶閘管按VS1、VS2、…，VS6的順序觸發(fā)導(dǎo)通，各觸發(fā)信號(hào)彼此相位差π/3，換流瞬時(shí)完成，則任何瞬間每一個(gè)臂上只有一個(gè)VS導(dǎo)通，而三個(gè)臂上各有一個(gè)VS導(dǎo)通。該線路各相輸出波形如圖2-33所示，顯然它是一個(gè)六段矩形組成的三相交流波形。圖2-32中與晶閘管反并聯(lián)的二極管作用是：在該晶閘管由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通時(shí)，給負(fù)載電流提供一條通道，通過(guò)二極管將無(wú)功能量反饋給濾波電容。

該線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故應(yīng)用比較廣泛。它的缺點(diǎn)是：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。圖2-32三相橋式逆變電路主回路圖2-32為簡(jiǎn)單三相橋式逆變電路主回路（不包括換流）線路結(jié)構(gòu)圖.2)電壓型變頻器2)電壓型變頻器圖2-33三相逆變器輸出電壓波形線路各相輸出波形如圖2-333)電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)圖2-34電壓型變頻系統(tǒng)方框圖圖2-34為一種電壓閉環(huán)，頻率開(kāi)環(huán)的電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖。電壓調(diào)節(jié)器和控制角調(diào)整器組成控制系統(tǒng)的調(diào)壓部分；而調(diào)頻部分由U/F變換器和脈沖分配器組成。調(diào)壓部分構(gòu)成閉環(huán)控制，使整流器提供穩(wěn)定準(zhǔn)確的直流電壓。調(diào)頻部分是將加在給定器上的指令電壓經(jīng)U/F變換器，變成與速度給定電壓相一致的頻率指令，脈沖分配器把來(lái)自U/F變換器的信號(hào)六個(gè)一組依次分配并經(jīng)脈沖放大后，順序觸發(fā)逆變器中六個(gè)晶閘管，從而實(shí)現(xiàn)逆變。4)電流型變頻器圖2-35電流型變頻器圖2-35為電流型變頻器，它的濾波環(huán)節(jié)采用大電感Ld，對(duì)逆變器來(lái)說(shuō)，其直流電源呈高阻抗，故可看成恒流源，逆變器輸出的電流波形接近矩形波，它的優(yōu)點(diǎn)是由于其恒流性質(zhì)，直流中間回路直流Id的方向不變，所以不需要設(shè)置反饋二極管。大電感Ld還能有效地抑制故障電流的上升率，故過(guò)流和短路保護(hù)容易，而且動(dòng)態(tài)特性快，所以電流型變頻器正日益受到重視。(3)脈寬調(diào)制(PWM)型逆變器1)問(wèn)題的提出在變頻調(diào)速中，調(diào)速的同時(shí)還要進(jìn)行調(diào)壓。

2)脈寬調(diào)制器的簡(jiǎn)單工作原理1)問(wèn)題的提出在變頻調(diào)速中，調(diào)速的同時(shí)還要進(jìn)行調(diào)壓。解決上述問(wèn)題的辦法是用脈沖寬度調(diào)制PWM控制方式。其結(jié)構(gòu)如圖2-36所示。在這種裝置中，逆變器中的電壓和頻率同時(shí)協(xié)調(diào)控制。這樣系統(tǒng)就只有一個(gè)功率等級(jí)，從而使重量、體積減小，價(jià)格降低，而功率因數(shù)卻得到提高，而且擺脫了濾波環(huán)節(jié)的遲緩的影響，也就是說(shuō)上述問(wèn)題基本上得到了解決。圖2-36PWM逆變器結(jié)構(gòu)2)脈寬調(diào)制器的簡(jiǎn)單工作原理圖2-37脈沖寬度調(diào)制基本波形對(duì)于圖2-30所示的電路，如使VS1和VS4通過(guò)高頻調(diào)制控制，使其在半個(gè)周期內(nèi)重復(fù)導(dǎo)通和關(guān)斷N次，則逆變器輸出電壓波形為一系列的等幅的矩形脈沖，其每個(gè)脈沖的幅值為逆變器輸入電壓幅值Ud，如圖2-37所示(圖中N=4次)。而逆變器輸出電壓的幅值是通過(guò)改變脈沖總的導(dǎo)通時(shí)間與總的關(guān)斷時(shí)間的比例來(lái)控制的。這種控制有兩種基本的方法，第一種方法是維持恒定的脈沖寬度而改變每一半周期內(nèi)的脈沖數(shù)。第二種方法是改變脈沖寬度，而維持每半周的脈沖數(shù)不變，而脈沖的重復(fù)頻率稱為載波頻率。2)脈寬調(diào)制器的簡(jiǎn)單工作原理圖2-38正弦波脈沖調(diào)制法為了使逆變器輸出電壓波形接近正弦波，可采用正弦波脈沖調(diào)制法，如圖2-38所示，此種方法是使半周期內(nèi)多個(gè)脈沖的寬度(即晶閘管或晶體管導(dǎo)通的時(shí)間)以接近正弦的規(guī)律變化，也就是說(shuō)使半周期內(nèi)多個(gè)脈沖的寬度由小變到大，然后再由大變小，其電壓波形如圖2-39所示(調(diào)制技術(shù)、請(qǐng)參考有關(guān)書(shū)籍)，這就大大減小了高次諧波的成分。2)脈寬調(diào)制器的簡(jiǎn)單工作原理圖2-39正弦波調(diào)制逆變器控制電路波形電壓波形如圖2-39所示三、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速圖2-40實(shí)心電樞電磁離合器示意圖由籠型異步電動(dòng)機(jī)與電磁轉(zhuǎn)差離合器同軸組成電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)，圖2-40為實(shí)心電樞電磁離合器示意圖，由圖看出，這種交流調(diào)速裝置是一種功率半導(dǎo)體器件控制電磁離合器勵(lì)磁電流的調(diào)速裝置。三、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速1.工作原理

2.特性不同的勵(lì)磁電流下，這種調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性的經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式為

n2=n1-KT2/I4

（2-25）式中，n2為從動(dòng)部件轉(zhuǎn)速，即輸出轉(zhuǎn)速；n1為異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；I為勵(lì)磁電流；T為輸出轉(zhuǎn)矩；K為由材料與離合器幾何形狀等參數(shù)決定的系數(shù)。如果在調(diào)速系統(tǒng)中加入速度負(fù)反饋時(shí)，如圖2-41所示，其調(diào)速范圍可達(dá)10∶1或20∶1左右，從而使電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速裝置適用于印染、紡織和機(jī)床等機(jī)械上。圖2-41電磁轉(zhuǎn)差離合器閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)四、繞線式異步電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速1.問(wèn)題的提出

2.串級(jí)調(diào)速的一般原理

3.串級(jí)調(diào)速裝置及其運(yùn)行原理

4.串級(jí)調(diào)速的優(yōu)缺點(diǎn)1.問(wèn)題的提出繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速時(shí)，最大的缺點(diǎn)是在轉(zhuǎn)子電阻上產(chǎn)生功率損耗，使效率變低。由功率損耗公式：可知，轉(zhuǎn)子電阻上產(chǎn)生的功耗Pcu2與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率s成正比，故Pcu2又稱轉(zhuǎn)差功率，用Ps表示。當(dāng)轉(zhuǎn)速降低，s增大時(shí)，功率增大，可見(jiàn)，從能量觀點(diǎn)來(lái)看，轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速是將轉(zhuǎn)差功率Ps消耗在轉(zhuǎn)子電阻上，使實(shí)際輸出的機(jī)械功率PΩ減小，由PΩ=T·ω=T2πn60可知，在使電磁轉(zhuǎn)矩T維持不變的條件下，將迫使轉(zhuǎn)速n降低，這就是轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的實(shí)質(zhì)。2.串級(jí)調(diào)速的一般原理圖2-42轉(zhuǎn)子回路串入附加電動(dòng)勢(shì)假設(shè)在轉(zhuǎn)子回路中串入附加電動(dòng)勢(shì)E·f，如圖2-42所示，E·f的頻率與轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)E·2s的頻率相同，而相位可與E·2s相同或相反(相位相差180°)。(1)Ef與E2s相位相反

由圖2-42看出，當(dāng)E·f與E·2s相位相反時(shí)，此時(shí)轉(zhuǎn)子電流I·2減小，在負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tc一定條件下，轉(zhuǎn)子串入E·f后各量的變化過(guò)程為

Ef↑→I2↓→T↓→n↓→s↑→I2↑→T↑

也就是說(shuō)，當(dāng)I2減小時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩減小，在負(fù)載一定時(shí)，電動(dòng)機(jī)將減速，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率s增大，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降到使輸出轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡，則電動(dòng)機(jī)在新的轉(zhuǎn)速n′穩(wěn)定運(yùn)行，這時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速比原來(lái)的低。這是減速過(guò)程，顯然E·f越大，n下降越多，調(diào)節(jié)附加電動(dòng)勢(shì)Ef的大小，即可調(diào)速。(2)Ef與E2s同相當(dāng)附加電動(dòng)勢(shì)E·f與E·2s同相時(shí)，顯然I·2增大，在Tc一定的條件下，串入E·f后各量的變化過(guò)程

串入Ef→I2↑→T↑→n↑→s↓→I2↓→T↓

直到T=Tc。這時(shí)電動(dòng)機(jī)在比原來(lái)高的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行。這是升速過(guò)程，E·f越大，n上升越多?？梢?jiàn)，串入E·f后，如E·f與E·2s反相，可使電動(dòng)機(jī)在同步轉(zhuǎn)速以下調(diào)速，稱為低同步串級(jí)調(diào)速。如E·f與E·2s同相，可使電動(dòng)機(jī)朝著同步轉(zhuǎn)速加速。由于后一種串級(jí)調(diào)速時(shí)，產(chǎn)生附加電動(dòng)勢(shì)的裝置比較復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難，目前還應(yīng)用不多。2.串級(jí)調(diào)速的一般原理3.串級(jí)調(diào)速裝置及其運(yùn)行原理圖2-43晶閘管串級(jí)調(diào)速的原理電路圖要實(shí)現(xiàn)串級(jí)調(diào)速，必須在繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路串入一個(gè)頻率與轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)E·2s頻率相同的附加電動(dòng)勢(shì)E·f。圖2-43所示為晶閘管串級(jí)調(diào)速裝置的原理電路圖。由圖2-43看出，繞線式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子交流電動(dòng)勢(shì)經(jīng)硅二極管整流器整流成直流電壓Ud，經(jīng)平波電抗器Ld濾波后加至晶閘管有源逆變器上，再由晶閘管有源逆變器將直流逆變電壓Uβ逆變成交流送到電網(wǎng)上。圖中TI為專用逆變變壓器，其作用是使逆變器逆變出的交流電壓與電網(wǎng)電壓匹配。晶閘管逆變器起到兩個(gè)作用，一是給異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路提供附加直流電動(dòng)勢(shì)E·f；二是把轉(zhuǎn)子回路的轉(zhuǎn)差功率回饋給電網(wǎng)。逆變角β與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系。3.串級(jí)調(diào)速裝置及其運(yùn)行原理由電工學(xué)可知，繞線式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)其轉(zhuǎn)子所感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升而數(shù)值減小，頻率降低。如果令電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)(或起動(dòng))時(shí)轉(zhuǎn)子每相繞組所感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)為E2，則不同的轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子每相繞組所感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)為該電勢(shì)經(jīng)整流后其輸出電壓為式中，K1為由整流橋結(jié)構(gòu)所決定的整流系數(shù)；ΔU21為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子每相繞組與整流橋的綜合電壓降。

由圖2-42可見(jiàn)，另一側(cè)附加在轉(zhuǎn)子電路中的附加電動(dòng)勢(shì)是由電源經(jīng)逆變變壓器和逆變器提供，且值為Uβ，表達(dá)式為式中，K2為逆變器結(jié)構(gòu)方式所決定的系數(shù)；β為逆變角；E為逆變變壓器二次側(cè)電壓；ΔU22為該電路綜合電壓降。

若忽略直流回路IdR(R為直流回路等效電阻)壓降，則Ud=Uβ即3.串級(jí)調(diào)速裝置及其運(yùn)行原理式(2-30)中由于K2、K1、E、E2均為常值，其中第二項(xiàng)中的電壓降ΔU22可以近似看作僅與電流成正比的關(guān)系項(xiàng)，則轉(zhuǎn)差率s由式(2-31)可見(jiàn)，只要改變逆變角β，就可以順利地控制串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)差率s，從而改變轉(zhuǎn)速n。4.串級(jí)調(diào)速的優(yōu)缺點(diǎn)1)優(yōu)點(diǎn)機(jī)械特性較硬，調(diào)速平滑性好，損耗較小，效率較高，便于向大容量發(fā)展。

2)缺點(diǎn)功率因數(shù)較低，設(shè)備較復(fù)雜，成本較高，低速時(shí)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力較低。圖2-44帶速度負(fù)反饋的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)如果機(jī)械調(diào)速精度要求較高時(shí)可采用雙閉環(huán)控制，一般用帶速度負(fù)反饋的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)。典型結(jié)構(gòu)圖：第四節(jié)調(diào)速裝置的選擇與使用一、目前國(guó)內(nèi)外調(diào)速裝置生產(chǎn)狀況和特點(diǎn)

二、選購(gòu)調(diào)速裝置的原則

三、選用調(diào)速裝置時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題一、目前國(guó)內(nèi)外調(diào)速裝置生產(chǎn)狀況和特點(diǎn)1.直流調(diào)速裝置

2.交流調(diào)速裝置1.直流調(diào)速裝置表2-4通用中小功率晶閘管直流拖動(dòng)系統(tǒng)基本性能我國(guó)直流調(diào)速裝置已形成多系列多型號(hào)產(chǎn)品。表2-4列出了通用中小功率ZC1系列晶閘管直流傳動(dòng)裝置的技術(shù)參數(shù)，其