机电传动12课件

1、第十二章第十二章 交流传动控制系统交流传动控制系统n12.1 12.1 电磁转差离合器调速系统电磁转差离合器调速系统n12.2 12.2 交流调压调速系统交流调压调速系统n12.3 12.3 线绕式异步电动机调速系统线绕式异步电动机调速系统n12.4 12.4 晶闸管变频调速系统晶闸管变频调速系统n12.5 12.5 异步电动机矢量变换控制调速系统异步电动机矢量变换控制调速系统n12.6 12.6 无换向器电动机及其调速系统无换向器电动机及其调速系统交流传动控制主要是控制交流电机的转速。交流传动控制主要是控制交流电机的转速。由由n=n0(1-S)=60f(1-S)/p ，可见，调速的方法可以从

2、调节，可见，调速的方法可以从调节f、S、p三方面入手三方面入手 。改变转差率。改变转差率S可以通过调节定子电压、转子可以通过调节定子电压、转子电阻等方法来实现。电阻等方法来实现。较常用的调速方法有以下较常用的调速方法有以下6种。种。异步电动机旋转机械励磁励磁电源电源基于电磁基于电磁感应原理感应原理第十二章 交流传动控制系统 12.1 12.1 电磁转差离合器调速系统电磁转差离合器调速系统n1.1.电磁转差离合器的调速原理电磁转差离合器的调速原理铁磁圆筒铁磁材料直流电源第十二章 交流传动控制系统 12.1 12.1 电磁转差离合器调速系统电磁转差离合器调速系统定子转子励磁电流 iff在n作用下

3、eaiaaf相互作用Tem只要改变励磁电流大小就改变Tem 转速改变转子转速n基本不变，改变励磁电流，使定子磁通发生了变化，二者相互间电磁力发生变化，在负载不变条件下，定子转速必发生变化。第十二章 交流传动控制系统 12.1 12.1 电磁转差离合器调速系统电磁转差离合器调速系统n电磁转差离合器调速原理电磁转差离合器调速原理控制晶闸管的导通角从而改变励磁电流，改变磁通影响转速。控制晶闸管的导通角从而改变励磁电流，改变磁通影响转速。电磁转矩电磁转矩T=Ktn，负载转矩不变时，负载转矩不变时，下降，相对速度下降，相对速度n便增大，便增大，n1基基本不变，输出转速本不变，输出转速n2必下降。必下降。

4、第十二章 交流传动控制系统 12.1 12.1 电磁转差离合器调速系统电磁转差离合器调速系统经验公式经验公式 ：n2=n1 KT2 / If4n1主动转速；主动转速；T离合器转矩；离合器转矩；If励磁电流励磁电流利用速度负反馈，相应提高励磁电流维持转速稳定。初期调定电流值，2. 电磁转差离合器调速性能电磁转差离合器调速性能第十二章 交流传动控制系统12.2 12.2 交流调压调速系统交流调压调速系统n1.采用晶闸管交流调压电路采用晶闸管交流调压电路n单相交流调压电路（单相交流调压电路（电阻性负载电阻性负载） 交流调压调交流调压调速原理：速原理：转矩正比电转矩正比电压的平方，压的平方，降低定子电

5、降低定子电压，改变机压，改变机械特性，从械特性，从而达到调速而达到调速目的。目的。第十二章 交流传动控制系统12.2 12.2 交流调压调速系统交流调压调速系统n单相交流调压电路单相交流调压电路 （电感性负载电感性负载）因电感电流不能突变使电流滞后电压一个相位角。滞后相位角的大小与控制角和功率因数角都有关。与单相整流电路电感性负载相似。第十二章 交流传动控制系统12.2 12.2 交流调压调速系统交流调压调速系统n三相交流调压电路三相交流调压电路 （星形接法）（星形接法）注意！注意！ 1 1、触发信号必须与交、触发信号必须与交流电源有一致相序和相流电源有一致相序和相位差。位差。2 2、对于感性

6、负载或小、对于感性负载或小导通角情况，为了保证导通角情况，为了保证晶闸管可靠触发，要求晶闸管可靠触发，要求采用控制角采用控制角大于大于/3/3的双脉冲或宽脉冲触发的双脉冲或宽脉冲触发电路。电路。第十二章 交流传动控制系统12.2 12.2 交流调压调速系统交流调压调速系统n2. 2. 异步电动机调压特性异步电动机调压特性T=Kn2调速范围有限，尤其是轻载，低转速运行稳定性差。离心机械负载比较合适。图b为转子导体采用高电阻率材料黄铜得到的软特性，调速范围稍大些。第十二章 交流传动控制系统12.2 12.2 交流调压调速系统交流调压调速系统 加转速反馈的调速系统加转速反馈的调速系统晶闸晶闸管调管调

7、压系压系统统闭环静特性fngUUU为了保证低转速时的硬特性，又有一定的负载能力，采用速度负反馈闭环系统。第十二章 交流传动控制系统12.2 12.2 交流调压调速系统交流调压调速系统 3.3.异步电动机调压调速时的损耗异步电动机调压调速时的损耗转子轴上的电磁功率转子轴上的电磁功率9550/0TnP 转子轴上的机械功率转子轴上的机械功率9550/TnPmSPTnnnnnnTPPm9550 9550/ )( 0000转差功率： 低速时低速时S较大，使转差功率很大，转子发热。故恒转矩负载较大，使转差功率很大，转子发热。故恒转矩负载的机械不适合长期工作在低速。适合通风机及泵类机械（低速时的机械不适合长

8、期工作在低速。适合通风机及泵类机械（低速时转矩也小）转矩也小）。第十二章 交流传动控制系统12.3 12.3 线绕式异步电动机调速系统线绕式异步电动机调速系统 线绕式异步电动机的调速一般采用转子电路串接电阻或串接电势两种调线绕式异步电动机的调速一般采用转子电路串接电阻或串接电势两种调速方法，这都属于异步电动机改变转差率调速。调速时，有一部分输入功率速方法，这都属于异步电动机改变转差率调速。调速时，有一部分输入功率转化为转差功率进入转子电路。串电阻调速时，转差功率将消耗在电阻上，转化为转差功率进入转子电路。串电阻调速时，转差功率将消耗在电阻上，且调速越低，转差率且调速越低，转差率S S越大，损耗

9、越大。越大，损耗越大。 串电势调速是在转子电路中增加一套变流装置来吸收这部分功率，并反串电势调速是在转子电路中增加一套变流装置来吸收这部分功率，并反馈回电网，从而大大提高系统的运行效率，这种转差能量反馈型调速方式称馈回电网，从而大大提高系统的运行效率，这种转差能量反馈型调速方式称为异步电动机串级调速。为异步电动机串级调速。 1.串级调速的一般原理串级调速的一般原理（串电阻或串电势）（串电阻或串电势） 异步电动机的串级调速，就是在异步电动机转子电路内引入附加电势异步电动机的串级调速，就是在异步电动机转子电路内引入附加电势E Eadad以调节异步电动机的转速。引入电势的方向，可与转子电动势以调节异

10、步电动机的转速。引入电势的方向，可与转子电动势E E2 2方向相方向相同或相反，其频率则与转子频率相同。同或相反，其频率则与转子频率相同。 当引入与转子电势E2频率相同而相位相反的附加电势后，转子电流为 :22022202XSRESEIad12212nnTTISnTTIELLadTL相同相位Ead第十二章 交流传动控制系统12.3 12.3 线绕式异步电动机调速系统线绕式异步电动机调速系统 n2.串级调速的机械特性串级调速的机械特性 常用的调速系统是在电动机转子绕组接一个不可控整流器，再串接一个可调附加电势Ead如图所示。 第十二章 交流传动控制系统12.3 12.3 线绕式异步电动机调速系统

11、线绕式异步电动机调速系统n3.3.晶闸管串级调速晶闸管串级调速触发触发器器逆变器逆变器整流器整流器 图中，绕线式异步电动机图中，绕线式异步电动机M M的转子电压经不可控整流电路转换为直流电压，经的转子电压经不可控整流电路转换为直流电压，经平波电抗器，再由品闸管逆变器将直流电压逆变为交流电压，经变压器平波电抗器，再由品闸管逆变器将直流电压逆变为交流电压，经变压器( (有的直接有的直接) )反馈给交流电网。改变逆变器中晶闸管的逆变角反馈给交流电网。改变逆变器中晶闸管的逆变角，就可改变附加电势，就可改变附加电势E Eadad的大小，的大小，从而实现了异步电动机的串级调速。从而实现了异步电动机的串级调

12、速。 第十二章 交流传动控制系统12.4 12.4 晶闸管变频调速系统晶闸管变频调速系统 采用改变定子供电电源频率的方法调节交流电动机运行速度的调采用改变定子供电电源频率的方法调节交流电动机运行速度的调速方式称为变频调速方式。在调速过程中，从高速到低速都可以保持速方式称为变频调速方式。在调速过程中，从高速到低速都可以保持有限的转差功率，因而具有高效率、宽范围和高精度的调速性能。变有限的转差功率，因而具有高效率、宽范围和高精度的调速性能。变频调速是异步电动机调速最有发展前途的一种方法。频调速是异步电动机调速最有发展前途的一种方法。 变频器是变频调速系统中的主要部件。根据变频方式的不同，变变频器是

13、变频调速系统中的主要部件。根据变频方式的不同，变频器可分为直接变额器即交频器可分为直接变额器即交交变频器和间接变颇器即交交变频器和间接变颇器即交直直交变交变频器两大类型。频器两大类型。第十二章 交流传动控制系统12.4 12.4 晶闸管变频调速系统晶闸管变频调速系统 n1. 变频调速的原理变频调速的原理111CfEU定子相电压急剧增大过载。易使磁路过饱和，电流不变时，当fUfUfE11111不变。磁通不变，过载能力也恒定，应使11/ fU会改变。过载能力不变，但磁通若CfU11/能力会改变。磁通保持不变，但过载CfU11/mNfE11144. 4 由定子电路知：n在恒转矩变频调速系统中在恒转矩

14、变频调速系统中n在恒功率变频调速系统中在恒功率变频调速系统中由由n=n0(1-S)=60f(1-S)/p，改变，改变f可以改变转速可以改变转速n。因此，变频时必须调压，按比例变化。因此，变频时必须调压，按比例变化。第十二章 交流传动控制系统12.4 12.4 晶闸管变频调速系统晶闸管变频调速系统 n交直交交直交 变频调速系统变频调速系统（带有直流环节的间接变频调速）（带有直流环节的间接变频调速）晶闸管整流晶闸管整流逆变器（换流电路）逆变器（换流电路）n 交交交交 变频调速系统变频调速系统 ( (直接变频调速直接变频调速) )2. 变频调速系统的分类变频调速系统的分类第十二章 交流传动控制系统1

15、2.4 12.4 晶闸管变频调速系统晶闸管变频调速系统 3.3.交直交交直交 变频调速系统变频调速系统（电压型、电流型）（电压型、电流型）包括两部分，整流器（附带滤波电路）、逆变器（包含换流电路，包括两部分，整流器（附带滤波电路）、逆变器（包含换流电路，确保该关断的晶闸管能可靠关断的电路）。确保该关断的晶闸管能可靠关断的电路）。 速度负反馈速度负反馈电压负反馈电压负反馈逆变器触发信号逆变器触发信号频率频率/电压电压协调器协调器整流器触发信号整流器触发信号第十二章 交流传动控制系统12.4 12.4 晶闸管变频调速系统晶闸管变频调速系统 3.3.交直交交直交 变频调速系统（电压型）变频调速系统（

16、电压型）整流器逆变器电容滤波电压源换流电路二极管作用是将电机无功功率反馈给滤波电容第十二章 交流传动控制系统12.4 12.4 晶闸管变频调速系统晶闸管变频调速系统3.3.交直交交直交 变频调速系统（电流型）变频调速系统（电流型）整流器逆变器电感滤波电流源换向电容二极管起隔离作用，防止电容经负载放电。第十二章 交流传动控制系统12.4 12.4 晶闸管变频调速系统晶闸管变频调速系统 n电流型变频噐电流型变频噐给出电压频率设定信号输出设定电压按设定频率逆变将电压信号转变为相应频率补偿低频时定子电阻产生压降的影响由U/f知：频率降低时需相应调低电压；频率调高时则需要相应调高电压，否则会降低，从而降

17、低电磁转矩。第十二章 交流传动控制系统12.4 12.4 晶闸管变频调速系统晶闸管变频调速系统n4.4.脉宽调制型变频调速脉宽调制型变频调速（电压型逆变器）（电压型逆变器）频率/电压可调电压恒定调频调脉宽 正弦波脉宽调制正弦波脉宽调制SPWMSPWM就是用一就是用一系列宽度可变的矩形波脉冲来等效系列宽度可变的矩形波脉冲来等效正弦波，等效条件是对应时间间隔正弦波，等效条件是对应时间间隔内两种波形所包含的面积相等。内两种波形所包含的面积相等。 图图b b是图是图a a中正弦波的等效矩形中正弦波的等效矩形脉冲波。每个周期内脉冲数越多，脉冲波。每个周期内脉冲数越多，等效精度就越高，谐波成分也就越等效精

18、度就越高，谐波成分也就越小。小。第十二章 交流传动控制系统12.4 12.4 晶闸管变频调速系统晶闸管变频调速系统 PWM PWM型变频调速系统的变频和变型变频调速系统的变频和变压都由逆变器来承担，改变脉冲宽压都由逆变器来承担，改变脉冲宽度控制输出电压；改变调制周期控度控制输出电压；改变调制周期控制输出频率。制输出频率。与正弦波等效的矩形脉冲波与正弦波等效的矩形脉冲波第十二章 交流传动控制系统12.4 12.4 晶闸管变频调速系统晶闸管变频调速系统 单极性正弦波脉宽调制单极性正弦波脉宽调制 它是采用正弦波它是采用正弦波u ur r和三角波和三角波u uc c相交来获取一系列按正弦规律相交来获取

19、一系列按正弦规律变化的矩形脉冲如图所示。脉变化的矩形脉冲如图所示。脉冲的幅值相等，脉冲宽度按正冲的幅值相等，脉冲宽度按正弦规律变化。弦规律变化。用这一组矩形脉冲作为逆变器用这一组矩形脉冲作为逆变器各开关元件的控制信号，逆变各开关元件的控制信号，逆变器输出端就可以获得一组类似器输出端就可以获得一组类似的矩形脉冲，幅值为直流测电的矩形脉冲，幅值为直流测电压压U Ud d，宽度按正弦规律变化。，宽度按正弦规律变化。第十二章 交流传动控制系统12.4 12.4 晶闸管变频调速系统晶闸管变频调速系统 基本特点是在半个周期内，中间脉冲宽，两边脉冲窄，各脉冲之间等距，基本特点是在半个周期内，中间脉冲宽，两边

20、脉冲窄，各脉冲之间等距，脉宽基本成正弦分布，负半周经倒相后输出负脉冲波。脉宽基本成正弦分布，负半周经倒相后输出负脉冲波。双极性调制双极性调制 双极性与单双极性与单极性的不同点极性的不同点是输出各相脉是输出各相脉冲波在每个半冲波在每个半周期中有正负周期中有正负两种极性。两种极性。第十二章 交流传动控制系统12.4 12.4 晶闸管变频调速系统晶闸管变频调速系统第十二章 交流传动控制系统12.4 12.4 晶闸管变频调速系统晶闸管变频调速系统4.4.脉宽调制型变频调速脉宽调制型变频调速产生占空比为50%的脉冲列产生梯形波信号产生等腰三角波第十二章 交流传动控制系统12.4 12.4 晶闸管变频调速

21、系统晶闸管变频调速系统n4.4.脉宽调制型变频调速脉宽调制型变频调速n调频对异步机的机械特性硬度改变不大，一般采用开环控制即可，对于精度要求高的系统可采用速反馈闭环控制如图。BR第十二章 交流传动控制系统12.4 12.4 晶闸管变频调速系统晶闸管变频调速系统n5.5.交交交交 变频调速变频调速（单相）（单相）共阴极电路和波形共阳极反相并联 把共阳极组和共阴极组整流电路组合起来就可构成交流调频调压电路。把共阳极组和共阴极组整流电路组合起来就可构成交流调频调压电路。输入电压输入电压 f1和和2管交替导管交替导通通 频率为频率为 f1、3、4、2 管管顺序导通顺序导通 频率为频率为 f /21、3、1、2、4、2管顺序导通管顺序导通 频频率为率为 f /31、3、1、3、4、2、4、2管顺序导通管顺序导通 频率为频率为 f /4 改变改变4只晶闸管通电顺序可改变输出电压的频率；只晶闸管通电顺序可改变输出电压的频率； 改变改变晶闸管晶闸管控制角可改变输出电压的大小。控制角可改变输出电压的大小。共阴极组共阴极组共阳极组共阳极组第十二章 交流传动控制系统12.4 12.4 晶闸管变频调速系统晶闸管变频调速系统n5.5.