交流传动及其控制系统— 第一章

1、学习主要内容：学习主要内容： 调压调速的基本原理调压调速的基本原理 晶闸管三相调压电路晶闸管三相调压电路 闭环控制的调压调速系统及静特性闭环控制的调压调速系统及静特性一调压调速原理一调压调速原理已知电磁转矩方程为已知电磁转矩方程为 ： 由机械特性方程可知，在电机参数不变的由机械特性方程可知，在电机参数不变的情况下，电磁转矩与情况下，电磁转矩与U12成正比，若在一定的成正比，若在一定的负载转矩下，负载转矩下，Te保持不变，保持不变，U1变化会引起转变化会引起转差率差率S的变化，而同步转速不变，则电机的转的变化，而同步转速不变，则电机的转速速n发生变化。发生变化。 机械特性曲线变化规律如下图所示：

2、机械特性曲线变化规律如下图所示： 二、机械特性二、机械特性s n风机负载风机负载CTmsm0n0UnomU0.7nomU0.5nom恒转矩负载恒转矩负载改变定子电压调速改变定子电压调速222112211m ax221112()2() mscRsRXcXmUTc RRXcX 三、调速范围三、调速范围1、调速范围在、调速范围在0Sm之间。之间。2 2、与负载的关系、与负载的关系 恒转矩负载恒转矩负载: : 调速范围小调速范围小; ;转差率不会超过转差率不会超过s sm;m; 风机类负载风机类负载: : 调速范围大一些调速范围大一些; ;3、增大调速范围的方法、增大调速范围的方法（1）增大）增大Sm

3、，即增大，即增大R2（2）构成闭环控制系统）构成闭环控制系统s nT0n0UnomU0.7nomU0.5nomABC10高转子电阻电动机在不同电压下高转子电阻电动机在不同电压下的机械特性的机械特性特点：特点：1 1、恒转矩负、恒转矩负载下调速范围载下调速范围增大增大, ,但静差但静差率太大；率太大；2 2、在堵转转、在堵转转矩下工作也不矩下工作也不会烧坏电机；会烧坏电机；3 3、机械特性、机械特性软软; ;四调压调速方法四调压调速方法常用的调压调速方法主要有三种：自耦变压常用的调压调速方法主要有三种：自耦变压器，饱和电抗器，晶闸管调压。器，饱和电抗器，晶闸管调压。MWWW饱和电抗器 饱和电抗器

4、是利用直流磁化饱和电抗器是利用直流磁化电流控制铁心的饱和程度电流控制铁心的饱和程度, ,来改来改变串接在定子回路中的交流电抗变串接在定子回路中的交流电抗, ,从而调节电机绕组上的电压。铁从而调节电机绕组上的电压。铁心饱和时心饱和时, ,交流电抗小交流电抗小, ,加在电机加在电机定子上的电压高；不饱和时定子上的电压高；不饱和时, ,交交流电抗大流电抗大, ,因此加在定子上的电因此加在定子上的电压低压低, ,通过改变直流磁化电流通过改变直流磁化电流, ,实实现调压调速。现调压调速。1.2 晶闸管三相交流调压电路晶闸管三相交流调压电路一、晶闸管调压调速原理一、晶闸管调压调速原理tua.相位控制相位控

5、制晶闸管在每个电源电压晶闸管在每个电源电压波形周期的选定时刻将波形周期的选定时刻将电机电源接通电机电源接通.不同的不同的控制角就可以得到不同控制角就可以得到不同的输出电压波形的输出电压波形,从而从而起到调压的作用起到调压的作用.1.2 晶闸管三相交流调压电路晶闸管三相交流调压电路tutPtOb.通断控制通断控制 晶闸管起着开关的作用晶闸管起着开关的作用,它把负载与电源按它把负载与电源按一定的频率接通与关断一定的频率接通与关断,晶闸管的控制角一般为晶闸管的控制角一般为零零,可以连续导通几个周期可以连续导通几个周期,晶闸管在控制脉冲消晶闸管在控制脉冲消失后自然关断失后自然关断.1.2 晶闸管三相交

6、流调压电路晶闸管三相交流调压电路二、晶闸管三相调压主电路二、晶闸管三相调压主电路1、三相全波、三相全波Y联接主电路构成联接主电路构成1.2 晶闸管三相交流调压电路晶闸管三相交流调压电路2、三相全波、三相全波Y联接主电路工作规律联接主电路工作规律 各个晶闸管按照如下规律触发：电机正各个晶闸管按照如下规律触发：电机正转时晶匝管的触发顺序为转时晶匝管的触发顺序为VT1VT2VT3VT4VT5VT6VT1，各管触发脉冲相差各管触发脉冲相差60；同相相反连接的两；同相相反连接的两晶闸管晶闸管VT1VT4之间触发脉冲互差之间触发脉冲互差180；不同相但连接方向相同的晶闸管不同相但连接方向相同的晶闸管VT1

7、VT3VT5之间和之间和VT4VT6VT2之间互差之间互差1201.2 晶闸管三相交流调压电路晶闸管三相交流调压电路3、三相全波、三相全波Y联接调压电路与负载关系联接调压电路与负载关系 当所带的负载是感性负载时，电流滞后电压一个当所带的负载是感性负载时，电流滞后电压一个负载阻抗角负载阻抗角，调压电路输出电压不仅与触发角，调压电路输出电压不仅与触发角有关，有关，而且与阻抗角而且与阻抗角有关（分析所用波形如书中图所示）。有关（分析所用波形如书中图所示）。当当时，晶闸管起调压作用，当时，晶闸管起调压作用，当时，同一相的时，同一相的另一晶闸管触发脉冲到来时，原已导通的晶闸管尚未另一晶闸管触发脉冲到来时

8、，原已导通的晶闸管尚未关断，则另一晶闸管触发脉冲不能立刻起作用，若脉关断，则另一晶闸管触发脉冲不能立刻起作用，若脉冲宽度不够，当原已导通的晶闸管电流过零而关断时，冲宽度不够，当原已导通的晶闸管电流过零而关断时，另一晶闸管触发脉冲已消失，则形成另一晶闸管触发脉冲已消失，则形成“单相半波整流单相半波整流”现象，所以要采用宽脉冲或双脉冲触发，当原已导通现象，所以要采用宽脉冲或双脉冲触发，当原已导通的晶闸管电流过零而关断时，另一晶闸管触发脉冲仍的晶闸管电流过零而关断时，另一晶闸管触发脉冲仍存在，以避免上述现象的出现。存在，以避免上述现象的出现。a)三相分支双向控制绕组联结WWWWWW特点特点:需要三对

9、晶闸管反并联需要三对晶闸管反并联,成本比较高成本比较高;绕组中有三次谐波电流流过绕组中有三次谐波电流流过,谐波分量比较高谐波分量比较高;1.3 其他常用三相交流调压电路其他常用三相交流调压电路1.3 其他常用三相交流调压电路其他常用三相交流调压电路特点特点: 需要三个晶闸管和三个二极管需要三个晶闸管和三个二极管,可降低成本可降低成本;各相各相波形不对称波形不对称,有偶次谐波存在有偶次谐波存在;只适用于小容量装置只适用于小容量装置;b)三相分支单向控制绕组Y联结WWWWWW1.3 其他常用三相交流调压电路其他常用三相交流调压电路WWWWWWWWWc)三相零点联结单向控制特点特点:电路简单电路简单

10、,成本低成本低;可以减少电网浪涌冲击可以减少电网浪涌冲击;有奇有奇次谐波存在次谐波存在;运行效率低运行效率低;适用于小容量电机适用于小容量电机;1.4 闭环控制的闭环控制的 调压调速系统及其静调压调速系统及其静 特性特性 异步电机调压调速时异步电机调压调速时, ,采用普通电机时调采用普通电机时调速范围窄速范围窄, ,而采用高转子电阻电机虽然可以增而采用高转子电阻电机虽然可以增加调速范围加调速范围, ,但是机械特性变软但是机械特性变软, ,静差率有太大静差率有太大, ,采用开环控制很难解决这个问题采用开环控制很难解决这个问题. . 对于恒转矩负载性质的负载对于恒转矩负载性质的负载, ,调速范围调

11、速范围D D要要求在求在2 2以上时以上时, ,往往采用带转速负反馈的闭环系往往采用带转速负反馈的闭环系统统, ,要求不高时也有采用定子电压负反馈的要求不高时也有采用定子电压负反馈的. .一一般采用转速负反馈的闭环控制系统结构如图所般采用转速负反馈的闭环控制系统结构如图所示示.1、原理、原理1.4 闭环控制的闭环控制的 调压调速系统及其静调压调速系统及其静 特性特性ASRMTGnUN*+转速负反馈闭环控制系统原理图GTTVC1.4 闭环控制的闭环控制的 调压调速系统及其静调压调速系统及其静 特性特性2.静特性静特性 如果系统所带负载如果系统所带负载T TL L在在A A点运点运行，当负载增大引

12、起转速下降时，行，当负载增大引起转速下降时，反馈控制作用能提高定子电压，反馈控制作用能提高定子电压，从而运行到一条新的机械特性，从而运行到一条新的机械特性，相应工作点为相应工作点为A A；同理当负载降低同理当负载降低时，反馈使得定子电压降低，对时，反馈使得定子电压降低，对应工作点为应工作点为A A”。将将A A，A A，A A连接起连接起来，就得到闭环系统的静特性。来，就得到闭环系统的静特性。Tn1*n2*n3*转速反馈闭环控制系统静特性转速反馈闭环控制系统静特性s n0n0UnomU0.7nomU0.5nom10AAAU1N时开环机械特性时开环机械特性Un2*时闭环机械特性时闭环机械特性Un

13、3*时闭环机械特性时闭环机械特性Un1*时闭环机械特性时闭环机械特性TLTLTL” 改变给定改变给定信号信号Un*,静特静特性平行上下移性平行上下移动动,从而达到从而达到调速的目的调速的目的.1.4 闭环控制的闭环控制的 调压调速系统及其静调压调速系统及其静 特性特性3.闭环控制下调压调速系统静态结构图闭环控制下调压调速系统静态结构图 根据调压调速闭环系统的原理根据调压调速闭环系统的原理,可画出可画出异步电机调压调速静态结构图异步电机调压调速静态结构图ASRnUn*转速负反馈闭环控制系统静态结构图转速负反馈闭环控制系统静态结构图KSn=f(u1,Te)-TLu1ucta图中图中,Ks=u1/u

14、ct为晶闸管交流调压器和触发装置为晶闸管交流调压器和触发装置的放大系数的放大系数;a=un/n为转速反馈系数为转速反馈系数;ASR为采用为采用PI调节器的转速调节器调节器的转速调节器;1.4 闭环控制的闭环控制的 调压调速系统及其静调压调速系统及其静 特性特性参数确定：参数确定： 稳态时稳态时un*=un=an,Te=TL,根据根据un*/a和和TL就可以由异步电机的机械特性就可以由异步电机的机械特性,求出所需的求出所需的u1和和uct.1.5 调压调速系统应用举例调压调速系统应用举例1、主电路构成与、主电路构成与22节中相同，在此图略节中相同，在此图略2、工作模式有三种：、工作模式有三种： a 启动电压加速斜波控制启动电压加速斜波控制 b 限流控制限流控制 c