电气传动控制技术

1、 第一节第一节 直流调速的一般基础直流调速的一般基础 第二节第二节 交流调速的一般基础交流调速的一般基础1.4 对调速系统的控制要求及调速指标对调速系统的控制要求及调速指标1.1 直流电动机直流电动机1.3 调速方式及机械特性调速方式及机械特性1.2 可控直流电源可控直流电源： 直流电机调速系统有着成熟的数学模型，调速精度直流电机调速系统有着成熟的数学模型，调速精度 高、应用范围广。高、应用范围广。 具有极好的运行性能和控制特性，良好的起、制动性具有极好的运行性能和控制特性，良好的起、制动性 能，易于在广范围内平滑调速。能，易于在广范围内平滑调速。： 在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、金

2、属在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、金属 切削机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电切削机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电 力拖动的领域中得到广范应用。力拖动的领域中得到广范应用。 为什么分析直流电机调速系统？为什么分析直流电机调速系统？1.1 直流电动机直流电动机1.直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理他励直流电动机他励直流电动机自励直流电动机自励直流电动机串励电动机串励电动机并励电动机并励电动机复励电动机复励电动机2.直流电动机的分类直流电动机的分类直流电动机直流电动机3. 直流电动机的调速方式直流电动机的调速方式eddCRIUn0改变电枢回路电阻改变电枢回路电阻R减弱励

3、磁磁通减弱励磁磁通调节电枢供电电压调节电枢供电电压U 改变改变Ud0就得到一组相互平行的机械特性曲线就得到一组相互平行的机械特性曲线 如果如果连续连续改变可控电源电压，电动机转速就可以平滑连续地改变可控电源电压，电动机转速就可以平滑连续地调节。调节。调压调速的特点：调压调速的特点：机械特性较硬，负载不变时，转速降机械特性较硬，负载不变时，转速降n不变不变由于容许的输出转矩恒定，对于恒转矩性负载的拖动调由于容许的输出转矩恒定，对于恒转矩性负载的拖动调速，能充分利用电动机的容量速，能充分利用电动机的容量由于电枢回路时间常数小，系统的动态响应快，适合于由于电枢回路时间常数小，系统的动态响应快，适合于

4、要求快速起、制动的设备的传动系统中，如初轧机、龙要求快速起、制动的设备的传动系统中，如初轧机、龙门刨床等设备。门刨床等设备。 改变电枢回路电阻的调速方法就是在电枢回路中改变电枢回路电阻的调速方法就是在电枢回路中串接附加电阻串接附加电阻R1、R2来改变电动机电枢端电来改变电动机电枢端电压，从而实现调速的目的。压，从而实现调速的目的。 abcn2n2n1（1）系统的结构简单；）系统的结构简单；（2）调速不连续，不平稳；）调速不连续，不平稳；（3）机械特性软，从而影响调速范围；）机械特性软，从而影响调速范围；（4）电动机速度的改变是靠改变电枢回路串接）电动机速度的改变是靠改变电枢回路串接 电阻大小来

5、实现的，调速范围越大，串入电阻大小来实现的，调速范围越大，串入 的电阻就越大，相应地电阻上消耗的能量的电阻就越大，相应地电阻上消耗的能量 就越大，这是很不经济的。就越大，这是很不经济的。改变电枢回路电阻调速的改变电枢回路电阻调速的特点特点 当负载电流不变时，改变可控电压当负载电流不变时，改变可控电压Uf，也就是说，也就是说改变电动机励磁磁通量改变电动机励磁磁通量时，电动机的理想空载转时，电动机的理想空载转速和转速降都在变化，随着磁通量的减少，转速速和转速降都在变化，随着磁通量的减少，转速降就越来越大，机械特性也就越软。降就越来越大，机械特性也就越软。 （1）机械特性软，负载变化时转速的波动较大

6、；）机械特性软，负载变化时转速的波动较大；（2）可控电源容量小，一般为电动机容量的）可控电源容量小，一般为电动机容量的 10%以下，电源设备造价低；以下，电源设备造价低；（3）磁场的时间常数大，系统的动态响应慢，）磁场的时间常数大，系统的动态响应慢， 适合于起、制动快速性要求不高的设备的适合于起、制动快速性要求不高的设备的 传动控制。传动控制。改变励磁调速的特点：改变励磁调速的特点：2021-12-1913三种调速方法的性能比较三种调速方法的性能比较 对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好，无级调速，说，以调节电枢供电

7、电压的方式为最好，无级调速，并且调速范围大。并且调速范围大。 改变电阻只能实现有级调速；改变电阻只能实现有级调速； 减弱磁通也能够实现平滑调速，但调速范围不减弱磁通也能够实现平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（额定转速）以大，往往只是配合调压方案，在基速（额定转速）以上作小范围的弱磁升速。上作小范围的弱磁升速。 1.2 可控直流电源可控直流电源G-M系统系统V-M系统系统PWM系统系统直流调速系统直流调速系统G-M系统系统 改变发电机励磁电压改变发电机励磁电压发电机输出电压发电机输出电压直流电动机电枢电压直流电动机电枢电压 改变电动机转速改变电动机转速即即旋转变流机组旋转变

8、流机组，工作过程如下：，工作过程如下：2021-12-1916旋转变流机组用交流电动机和直流发电机旋转变流机组用交流电动机和直流发电机 组成机组，组成机组，以获得可调的直流电压。上世纪以获得可调的直流电压。上世纪4060年代广泛应用。年代广泛应用。特点：特点：适用于对调速性能适用于对调速性能要求不高的场合；要求不高的场合；且一套系统至少包且一套系统至少包括两台电机和一台括两台电机和一台励磁发电机，设备励磁发电机，设备多、体积大、效率多、体积大、效率低、维护不方便。低、维护不方便。目前很少采用。目前很少采用。PWM-M系统交交-直型电力机车直型电力机车PWM-M系统信号流动过程：系统信号流动过程

9、：2021-12-1919PWM调速系统特点调速系统特点电源采用不控整流源；电源采用不控整流源；系统频带宽，响应速度快，动态抗扰能力强；系统频带宽，响应速度快，动态抗扰能力强；低速性能好，稳态精度高，调速范围宽，电动低速性能好，稳态精度高，调速范围宽，电动 机损耗和发热较小；机损耗和发热较小；电网功率因数高，效率高；电网功率因数高，效率高；电路简单，控制方便。电路简单，控制方便。受器件容量限制，只用于中、小功率的系统。受器件容量限制，只用于中、小功率的系统。 V-M系统系统d0dedUEI RCn I R21op0ed0dnnCRIUnCRInedopCAUCUne2e0d0cos机械特性表达

10、式机械特性表达式n 电动机转速（电动机转速（r/min）；）；Ud0 空载整流电压（空载整流电压（V）；）；Id 电枢电流（电枢电流（A）；）；R 电枢回路总电阻（电枢回路总电阻（ ）；）； 励磁磁通（励磁磁通（Wb）；）；Ce 由电机结构决定由电机结构决定 的电动势常数；的电动势常数；no 理想空载转速（理想空载转速（r/min）；）；nop 开环转速降（开环转速降（r/min）；）；U2 整流变压器副边相电压有整流变压器副边相电压有 效值（效值（V） 。对三相零式整流电路，对三相零式整流电路，A=1.17；对三相全控桥式整流电路，对三相全控桥式整流电路，A=2.34； 1.3 直流调速系统

11、的调速方式及机械特性直流调速系统的调速方式及机械特性2021-12-1922 V- -M系统调速的三种方式系统调速的三种方式 1）调压调速）调压调速工作条件：工作条件： 保持励磁保持励磁 = N ； 保持电阻保持电阻 R = Ra调节过程：调节过程： 改变电压改变电压 UN U U n ， n0 调速特性：调速特性： 转速下降，机械特性曲转速下降，机械特性曲线平行下移。线平行下移。nn0OIILUNU 1U 2U 3nNn1n2n3调压调速特性曲线调压调速特性曲线2021-12-19232）调阻调速）调阻调速工作条件：工作条件： 保持励磁保持励磁 = N ； 保持保持电压电压 U =UN ；调

12、节过程：调节过程： 改变增加电阻改变增加电阻 Ra R R n ，n0不变；不变； 调速特性：调速特性： 转速下降，机械特性曲线转速下降，机械特性曲线变软。变软。nn0OIILR aR 1R 2R 3nNn1n2n3调阻调速特性曲线调阻调速特性曲线2021-12-193）调磁调速）调磁调速工作条件：工作条件： 保持电压保持电压 U =UN ； 保持电阻保持电阻 R = Ra ；调节过程：调节过程： 减小励磁减小励磁 N n ， n0 调速特性：调速特性： 转速上升，机械特性曲线转速上升，机械特性曲线变软。变软。调磁调速特性曲线调磁调速特性曲线nn0OTeTL N 1 2 3nNn1n2n320

13、21-12-19251.4 生产机械对调速系统的控制要求及调速指标生产机械对调速系统的控制要求及调速指标调速系统调速系统速度控制速度控制主要要求主要要求1.调速系统调速系统控制要求控制要求调调 速速稳稳 速速加、减速加、减速在一定的最高转速和最低转速在一定的最高转速和最低转速范围内，分挡地或平滑地调节范围内，分挡地或平滑地调节转速（转速（静静）。）。以一定的精度在所需转速上稳以一定的精度在所需转速上稳定运行定运行(静静) ；在可能的干扰下，；在可能的干扰下，不允许有过大的转速波动不允许有过大的转速波动(动动)。频繁起、制动的设备要求加、频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快，以提高生产率；减速尽

14、量快，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起、制动尽量平稳则要求起、制动尽量平稳(动动) 。2021-12-1926 调速范围调速范围(静态指标静态指标) minmaxnnD 其中：其中：nmin 和和nmax 一般都指电动机额定负载时的转速。一般都指电动机额定负载时的转速。 对于负载很轻的机械，可用实际负载时的转速。对于负载很轻的机械，可用实际负载时的转速。 在不弱磁的调速系统中，在不弱磁的调速系统中， nmaxnnom2.调速指标调速指标2021-12-1927 静差率静差率(静态指标静态指标) 当系统在某一转速下运行时，负载由理想空当系统在某一转速下运

15、行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落载增加到额定值时所对应的转速降落 nnom，与理想空载转速与理想空载转速 n0 之比，称作静差率之比，称作静差率 %)100(0nomnnSenomnomCIRnnn01 0IILUnU 1n2nnomn02 2021-12-1928 静差率与机械特性静差率与机械特性 静差率静差率是用来衡量调速系统在负是用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度的。如果电载变化下转速的稳定度的。如果电动机机械特性很软，转速降落大，动机机械特性很软，转速降落大，则静差率大，表示系统对转矩变化则静差率大，表示系统对转矩变化敏感，即转速的稳定性差。静差率敏感，即转速的

16、稳定性差。静差率和机械特性的硬度有关，特性越硬，和机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率越小，转速的稳定度就越高。静差率越小，转速的稳定度就越高。 然而，静差率和机械特性硬度又然而，静差率和机械特性硬度又是有是有区别区别的。的。29 调速范围与静差率之间的关系调速范围与静差率之间的关系（1 1）在同一理想空载转速）在同一理想空载转速n no o下，下，S S越小，越小， n nnomnom越越 小，系统的机械特性越硬。小，系统的机械特性越硬。（2 2）S S越小，系统允许的越小，系统允许的D D也变小；若增大也变小；若增大D D，则，则S S 也随之变大。也随之变大。（3 3）在一定的）在一定的

17、S S下，减小下，减小 n nnomnom，D D才能扩大。才能扩大。(1)nomnomSnDnSnn00IILUnU 1n1nnomn0min2021-12-1930 开环系统的特点开环系统的特点（1） S 和和 D 同方向变化；同方向变化；（2）稳态精度越高，即稳态精度越高，即S越小，则越小，则D也越小也越小； 指系统的输出端和输入端不存在反馈关指系统的输出端和输入端不存在反馈关系，系统的输出量对控制作用不发生影响的系，系统的输出量对控制作用不发生影响的系统。这种系统既不需要对输出量进行测量，系统。这种系统既不需要对输出量进行测量，也不需要将输出量反馈到输入端与输入量进也不需要将输出量反馈

18、到输入端与输入量进行比较，控制装置与被控对象之间只有顺向行比较，控制装置与被控对象之间只有顺向作用，没有反向联系。作用，没有反向联系。（3） S较大，较大，D很小很小 （比较期望）。（比较期望）。(1)nomnomSnDnS31 生产机械生产机械调速范围调速范围静差率静差率热连轧机热连轧机 10 300.010.005 冷连轧机冷连轧机 15 0.02机床主传动机床主传动24 0.050.1造纸机造纸机 320 0.010.001 龙门刨床龙门刨床矿井提升机矿井提升机 20400.052.2.1 恒恒磁通变频调速磁通变频调速2.1 交流电动机调速的基本类型交流电动机调速的基本类型 2.2 变频

19、调速的原则变频调速的原则 2.3 变频控制时的电动机运行状态变频控制时的电动机运行状态 2.4 变频器的控制方式变频器的控制方式2.2.2 恒功率变频调速恒功率变频调速 2.4.1 180导电型六拍变频器导电型六拍变频器2.4.2 120导电型六拍变频器导电型六拍变频器2.4.3 脉宽调制脉宽调制型变频器型变频器2.3.1 变频变频时的起动状态时的起动状态2.3.2 变频变频时的再生发电制动状态时的再生发电制动状态 2.3.3 变频变频时的能耗制动状态时的能耗制动状态主讲人：汪刚主讲人：汪刚 同步电动机的调速可以用改变供电频率，从而改变同步转速的方法来实现。这样，交流电动机就有很多不同的调速方

20、法，总结如下： 变极调速（对鼠笼式电机）调压（定子调压）调阻（绕线式电机转子串电阻）异步电动机 变转差率调速调转差率（电磁离合器）串级调速（绕线式电机转差电压控制）交流电动机交-直-交变频变频调速交-交变频自控式励磁同步电动机它控式同步电动机正弦波式永磁同步电动机直流无刷式 为了使交流电动机供电频为了使交流电动机供电频率可变，需要一套变频电率可变，需要一套变频电源。于是就产生了变频器。源。于是就产生了变频器。 现在的变频电源是采用可现在的变频电源是采用可关断功率器件和应用先进关断功率器件和应用先进计算机的频率可连续调节计算机的频率可连续调节的变频器。的变频器。 晶闸管类(SCR、GTO、GCT

21、、IGCT、SGCT)主电路功率器件晶体管类(BJT、IGBT、IEGT)电压型直流电源型式电流型不可控整流器整流器拓扑结构 可控整流器PWM整流器两电平逆变器逆变器拓扑结构 中点钳位型三电平逆变器交-直-交变频器串联H桥型多电平逆变器六拍180 导电型控制法六拍120 导电型控制法正弦脉冲宽度调制法（SPWM）波形生成方法空间电压矢量法（SVPWM）谐波消除法（SHEPWM）电流滞环跟踪法（CHBPWM）压频比恒定控制控制系统 矢量控制直接转矩控制晶闸管型：晶闸管型：SCR-普通晶闸管普通晶闸管GTO-门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管GCT-门极换向晶闸管门极换向晶闸管IGCT-集成门极换向

22、晶闸管集成门极换向晶闸管SGCT-对称门极换流晶闸管对称门极换流晶闸管晶体管型：晶体管型：GTR-普通电力晶体管普通电力晶体管BJT-双极型晶体管双极型晶体管IGBT-绝缘栅双极型晶体管绝缘栅双极型晶体管IPM-智能功率模块智能功率模块IEGT-电子注入增强栅晶体管电子注入增强栅晶体管 有环流环流无环流循环变流器单相相数三相三相-三相拓扑结构 三相-单相交-交变频器单相-单相电压控制法矩阵变频器 控制方法电流控制法四步换流法两步换流法换流方法死区换流法辅助谐振换流法 三相异步电动机当极对数一定时，其同步转速与定子电源的频率f1成正比，改变f1即可以改变同步转速，达到调速的目的。通常把异步电动机

23、定子的额定频率称为基频（特殊情况下，可以定义基频为指定频率）。 根据控制方式的不同，主要有两种不同的变频调速原则： （1）恒磁通变频调速通常在基频以下采用 （2）恒功率变频调速通常在基频以上采用pfn1160 依据电磁感应定律以及三相异步电动机的特性，依据电磁感应定律以及三相异步电动机的特性，则三相异步电动机的每相电势有效值为：则三相异步电动机的每相电势有效值为： 从上式可得电动机磁通为：从上式可得电动机磁通为： 其中，其中， 为常数。为常数。 如果忽略定子压降，则如果忽略定子压降，则 ，上式可写成：，上式可写成： 在变频调速时，如果只降低定子频率在变频调速时，如果只降低定子频率 而定子每而定

24、子每相电压保持额定值不变，则相电压保持额定值不变，则 要增大要增大 。 111 14.44wmEk N f11111()4.44mwEk Nf1114.44wk N11UE11111()4.44mwUk Nf1fm 由于在由于在 时，电动机的主磁路就已接近饱和，时，电动机的主磁路就已接近饱和， 再增大，主磁路必然过饱和，这将使励磁电流急剧增大，铁损再增大，主磁路必然过饱和，这将使励磁电流急剧增大，铁损耗增加，耗增加， 下降。反之如果频率往上升高，磁通减少，在一定下降。反之如果频率往上升高，磁通减少，在一定的负载下有过电流的危险，这也是不允许的。为此通常要求磁的负载下有过电流的危险，这也是不允许

25、的。为此通常要求磁通保持恒定，即通保持恒定，即 NNffUU11、mcos恒定值m恒压频比控制特性恒压频比控制特性1-无低频补偿无低频补偿 2-有低频补偿有低频补偿 在基频以下变频调速时，在基频以下变频调速时，采用恒磁通控制，也就采用恒磁通控制，也就是压频比恒定控制。是压频比恒定控制。 基频以下调速时，恒压频比控制的方法主要有以下两种：基频以下调速时，恒压频比控制的方法主要有以下两种：（1）保持保持 等于常数等于常数 11/ fE电动机的电磁转矩为：电动机的电磁转矩为：22212222121122222121122222211122 21)()2()(23)()(23)(2323lMLsfrr

26、sffEpsxrrsffEpsrxsrEfppfsrIPT 这说明保持这说明保持 =常数常数进行变频调速时，不同进行变频调速时，不同频率下电动机产生的最频率下电动机产生的最大转矩不变。大转矩不变。11/ fE21max21213()8EpTLf 保持保持 等于常数，即进行恒磁通变等于常数，即进行恒磁通变频调速时的机械特性如图所示频调速时的机械特性如图所示 ：11/ fE 这种调速方法与他励直流电动这种调速方法与他励直流电动机调压调速相似，具有机械特性机调压调速相似，具有机械特性较硬、在一定静差率要求下调速较硬、在一定静差率要求下调速范围宽、低速下运行时稳定性好范围宽、低速下运行时稳定性好等优点

27、。由于频率可以连续调节等优点。由于频率可以连续调节，所以变频，所以变频(频率频率)调速为无极调速调速为无极调速，调速的平滑性好。此外，电动，调速的平滑性好。此外，电动机拖动正常负载在不同转速下运机拖动正常负载在不同转速下运行时，转差率较小，因此转子铜行时，转差率较小，因此转子铜耗小，效率高。耗小，效率高。（2）保持保持 =常数常数 由于电动机电势不能直接检测，常用由于电动机电势不能直接检测，常用 来近似计算，所以来近似计算，所以 等于常数的恒压频比控制是等于常数的恒压频比控制是一种近似恒磁通控制方式，也是异步电动机变频调速常采用一种近似恒磁通控制方式，也是异步电动机变频调速常采用的一种配合控制

28、方式。的一种配合控制方式。电动机的电磁转矩为：电动机的电磁转矩为： 11/ fU11EU 11/ fU221212221212112212211221)()()2()()(23)(23llLLsfrsrrsffUpxxsrrfsrpUT最大转矩：最大转矩：21max2211112211222111211314()31()4()(2 ) ()llpUTfrrxxUpfrrLLff121()xxr1r21max1113()8UpTfrf21max21123()8()llUpTfLL112()rxx12()xx低频时有时会拖不动低频时有时会拖不动负载，所以要进行补负载，所以要进行补偿。偿。 为常数时

29、的为常数时的变频调速机械变频调速机械特性特性 11/ fU11constUf11constEf 在基频以上变频调速时，若要保持在基频以上变频调速时，若要保持 恒定，则恒定，则 =常常数，定子电压需要高于额定值，这是不允许的。因此，基数，定子电压需要高于额定值，这是不允许的。因此，基频以上变频调速时，应使频以上变频调速时，应使 保持额定值不变。这样，随着保持额定值不变。这样，随着 升高，气隙磁通将减小，相当于弱磁调速方法。升高，气隙磁通将减小，相当于弱磁调速方法。m11/ fU1U1f 不同频率下各机不同频率下各机械特性曲线的械特性曲线的稳定运行区段稳定运行区段近似平行近似平行 1mf11114

30、.44wmUf Nk22coseT mTCI19550eMT nP constMP 属恒功率变频调速属恒功率变频调速1fT1constTf19550eMT nP 如何得出：2、 恒功率调速原则恒功率调速原则211max221114(kpmUTfrrx1211211112121N2121Nmax2121max fUfUfTfTfUTfUTTTfUTNN所以有因为恒功率变频后则有而高频时：恒功率变频调速原则恒功率变频调速原则1111UUff恒功率变频调速适用于负载随转速升高而减轻的情况，如车床刀具等。通常为恒功率变频调速适用于负载随转速升高而减轻的情况，如车床刀具等。通常为扩大调速范围，在基频以上

31、采用恒功率调速；在基频以下采用恒转矩调速。扩大调速范围，在基频以上采用恒功率调速；在基频以下采用恒转矩调速。异步电机异步电机变压变频变压变频控制特性控制特性 图所示为变频器控制电机时在图所示为变频器控制电机时在整个调速范围的一族机械特性整个调速范围的一族机械特性曲线。曲线。Z 在额定转速在额定转速以下以下采用恒转矩采用恒转矩变频调速，而在额定转速变频调速，而在额定转速以上以上采用恒功率变频调速，因此调采用恒功率变频调速，因此调速范围明显扩大。速范围明显扩大。Z 异步电动机变频调速可以异步电动机变频调速可以实现实现象限运行。如果按照一象限运行。如果按照一定规律控制，异步电动机的定规律控制，异步电

32、动机的起起动、制动、反转和调速动、制动、反转和调速过程时过程时间都可以缩至很短，因此在变间都可以缩至很短，因此在变频调速时，异步电动机可具有频调速时，异步电动机可具有良好的动态特性。良好的动态特性。异步电动机变频调速时异步电动机变频调速时 的机械特性的机械特性 当频率由当频率由f1f2f3时，时，电动机电动机 将沿着图示虚线将沿着图示虚线由点由点123加速，转速加速，转速由由n1n2n3，达到新，达到新的稳定运行点。为了缩的稳定运行点。为了缩短加速时间，应当使电短加速时间，应当使电动机在加速过程中始终动机在加速过程中始终保持有最大转矩，即应保持有最大转矩，即应当使电机沿着最大转矩当使电机沿着最

33、大转矩的包络线进行加速。的包络线进行加速。 异步电动机变频调速的加速过程异步电动机变频调速的加速过程f 在变频调速系统中，电动机转速的在变频调速系统中，电动机转速的下降是通过降低频率来实现的。下降是通过降低频率来实现的。f 当异步电动机在某一频率下运转时，当异步电动机在某一频率下运转时，如果将频率迅速降低，使转差率变负，如果将频率迅速降低，使转差率变负，则可以使电动机处于再生发电制动状则可以使电动机处于再生发电制动状态，此时电动机运行于态，此时电动机运行于第二第二象限，如象限，如图所示。图所示。P 此时，电能通过逆变器回馈到变此时，电能通过逆变器回馈到变频器直流侧。在减速过程中若始终保频器直流

34、侧。在减速过程中若始终保持频率比电动机转速下降得快，那么持频率比电动机转速下降得快，那么电动机就一直维持在电动机就一直维持在再生发电制动状再生发电制动状态态。 异步电动机再生发电制动状态的机械特性异步电动机再生发电制动状态的机械特性 交流异步电动机在定子绕组中通入直流电流，交流异步电动机在定子绕组中通入直流电流，就会产生就会产生能耗制动能耗制动。 变频控制时，为了加快制动过程，缩短制动变频控制时，为了加快制动过程，缩短制动时间，防止传动系统在停机后继续爬行，在再生时间，防止传动系统在停机后继续爬行，在再生制动方式下先将转速下降到一定程度，然后通过制动方式下先将转速下降到一定程度，然后通过逆变器

35、向电动机的两相绕组中通入直流，使电动逆变器向电动机的两相绕组中通入直流，使电动机进行机进行直流能耗制动直流能耗制动，如图所示。，如图所示。异步电动机能耗制动状态的机械特性异步电动机能耗制动状态的机械特性变频器变频器频率、电压频率、电压可调可调频率、电压频率、电压恒定恒定交交-交变频器交变频器交交-直直-交变频器交变频器直接变流器直接变流器间接变流器间接变流器 目前，实际应用目前，实际应用最多最多的是的是交交-直直-交交变频器。交变频器。交-直直-交变交变频器的基本构成如图所示，由频器的基本构成如图所示，由整流器整流器、逆变器逆变器、滤波滤波器器和和控制电路控制电路组成。组成。变频器的基本组成变

36、频器的基本组成 三相三相180导电型六拍变频器一般为电压型变频器。导电型六拍变频器一般为电压型变频器。整流器为可控整流器，如图所示。整流器为可控整流器，如图所示。 图中，电容图中，电容C很大，起滤波作很大，起滤波作用。直流侧电压为一恒定值，用。直流侧电压为一恒定值，相当于电压源。在三相逆变器相当于电压源。在三相逆变器中，电动机正转时功率管的导中，电动机正转时功率管的导通顺序是通顺序是VT1、VT22、VT3、VT4、VT5、VT6，各功率管驱，各功率管驱动信号间相隔动信号间相隔60电角度。电角度。180导电型的特点是每只功导电型的特点是每只功率管的导通时间为率管的导通时间为180，在，在任意瞬

37、间有三个功率管同时导任意瞬间有三个功率管同时导通（每条桥臂上有一只功率管通（每条桥臂上有一只功率管导通），它们的换流是在同一导通），它们的换流是在同一条桥臂内进行，即在条桥臂内进行，即在VT1-VT4，VT3-VT6，VT5-VT2之间进行之间进行相互换流。相互换流。 三相三相180导电型六拍变频器主电路图导电型六拍变频器主电路图设负载为星形连接，逆变器的换流是瞬间完成的，若以电设负载为星形连接，逆变器的换流是瞬间完成的，若以电 动动机定子绕组中性点机定子绕组中性点O点电位为参考点，在不同导通区间的相电点电位为参考点，在不同导通区间的相电压可通过图中的等值电路求得，压可通过图中的等值电路求得，

38、三相三相180导电型六拍逆变器供电的等值电路导电型六拍逆变器供电的等值电路在区间中，在区间中，561导通，则导通，则:13AOCOduuU23BOduU ABAOBOduuuUBCBOCOduuuU 0CACOAOuuu区间区间 ? 功率管功率管顺次导通时顺次导通时的电压波形如图所示。的电压波形如图所示。 180导电型六拍逆变器电压波形导电型六拍逆变器电压波形问题：问题： 结合右侧波形，说明电机如何结合右侧波形，说明电机如何是调速的？是调速的？相电压和线电压的有效值，为相电压和线电压的有效值，为 ：222002211()2125(0)() ()23320.8163TABABABddddUudt

39、udtTUUUU 222002211()22142()()2333320.4713TAOAOAOddddUudtudtTUUUU对线电压和相电压进行谐波分析，可将其分解成傅氏级数对线电压和相电压进行谐波分析，可将其分解成傅氏级数 ，为，为 ：2 3111(sinsin5sin7sin11)5711ABduUtttt2111(sinsin5sin7sin11)5711AOduUtttt 三相三相120导电型六拍变频器一般为电流型变频器，整流器导电型六拍变频器一般为电流型变频器，整流器为可控整流器，如图所示。为可控整流器，如图所示。 图中，电感图中，电感L很大，起滤波很大，起滤波作用。直流侧电流为

40、一恒定作用。直流侧电流为一恒定值，相当于电流源。在三相值，相当于电流源。在三相逆变器中，电动机正转时功逆变器中，电动机正转时功率管的导通顺序是率管的导通顺序是VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6，各功率管驱动信号间，各功率管驱动信号间相隔相隔60电角度。电角度。120导导电型的特点是每只功率管的电型的特点是每只功率管的导通时间为导通时间为120，任意瞬，任意瞬间有两只功率管同时导通，间有两只功率管同时导通，它们的换流在相邻桥臂中进它们的换流在相邻桥臂中进行。行。 三相三相120导电型六拍变频器主电路图导电型六拍变频器主电路图设负载为星形连接，设负载为星形连接，120导电型三相逆变器供

41、电时各区间的等值导电型三相逆变器供电时各区间的等值电路如图所示电路如图所示 ： 三相三相120导电型六拍逆变器供电的等值电路导电型六拍逆变器供电的等值电路在区间中，在区间中，61导通，则导通，则:AdiIBdiI 0Ci 区间区间 ? 其各功率管导通区其各功率管导通区间、相电流波形如间、相电流波形如图图120导电型六拍逆变器电流波形导电型六拍逆变器电流波形逆变器输出电流的有效值，为逆变器输出电流的有效值，为 ：22200112()0.81623TAAAddIi dti dtIIT对逆变器输出电流进行谐波分析，可将其分解成傅氏级数对逆变器输出电流进行谐波分析，可将其分解成傅氏级数 ，为，为 ：2

42、 3111(sinsin5sin7sin11)5711AdiItttt2111(sinsin5sin7sin11)5711ABdiItttt当电动机绕组为三角形连接时，电动机相电流分解成傅氏级数为当电动机绕组为三角形连接时，电动机相电流分解成傅氏级数为 :脉宽调制型变频器简称脉宽调制型变频器简称PWM（Pulse Width Modulation）变频器。变频器。 概念概念整流器为不可控整流整流器为不可控整流器，逆变器多为电压器，逆变器多为电压型逆变器，如图所示型逆变器，如图所示 三相三相PWM变频器主电路图变频器主电路图 电压型电压型SPWM逆变逆变器的脉冲控制波形器的脉冲控制波形 PWM变频器与六拍变频器相比，具有以下优点：变频器与六拍变频器相比，具有以下优点：（1）PWM变频器自身同时完成变频和变压的功能，与变频器自身同时完成变频和变压的功能，与六拍变频器相比，节省了一个调压控制级，从而使控六拍变频器相比，节省了一个调压控制级，从而使控制电路得到了简化。制电路得到了简化。（2）PWM变频器比六拍变频器输出电压谐波小。