第3章 电机调速控制线路【第2讲】

1、2022年3月27日星期日机电与汽车工程学院13 电机调速控制线路电机调速控制线路3.7 三相异步电动机的基本调速控制线路三相异步电动机的基本调速控制线路3.7.1 三相笼型异步电动机的变极调速控制线路三相笼型异步电动机的变极调速控制线路3.7.2 绕线式异步电动机转子串电阻的调速控制线路绕线式异步电动机转子串电阻的调速控制线路3.8 三相异步电动机的变频调速控制线路三相异步电动机的变频调速控制线路601fnsp3.8.1 变频调速原理变频调速原理3.8.2 变频调速机械特性变频调速机械特性3.8.3 变频器变频器1）变频器的结构及分类）变频器的结构及分类回顾回顾2022年3月27日星期日机电

2、与汽车工程学院23 电机调速控制线路电机调速控制线路3.8 三相异步电动机的变频调速控制线路三相异步电动机的变频调速控制线路3.8.3 变频器变频器变频器类型：变频器类型： 按其结构型式，可划分为：按其结构型式，可划分为：交交直直交交变频器和变频器和交交交交变频器。变频器。 按电源性质式，可划分为：按电源性质式，可划分为：电压型电压型变频器和变频器和电流型电流型变频器。变频器。 按电压的调制方式，可划分为：按电压的调制方式，可划分为：PAM(脉幅调制脉幅调制)和和PWM(脉宽调制脉宽调制)。交交直直交交变频器：把频率固定的交流电整流成直流电，再把直流电逆变成变频器：把频率固定的交流电整流成直流

3、电，再把直流电逆变成频率可调的三相交流电。在频率调节范围和变频后电动机特性方面有优势。频率可调的三相交流电。在频率调节范围和变频后电动机特性方面有优势。交交交交变频器：把频率固定的交流电直接变成频率连续可调的三相交流电。变频器：把频率固定的交流电直接变成频率连续可调的三相交流电。频率可调范围窄，用于容量较大的低速拖动系统。频率可调范围窄，用于容量较大的低速拖动系统。把直流电逆变成交流电的环节较容易控制，把直流电逆变成交流电的环节较容易控制，在频率的调节范围以及改善变频后电动机在频率的调节范围以及改善变频后电动机的特性方面具有明显优势。的特性方面具有明显优势。两者都属交两者都属交-直直-交变频器

4、，区别在于中间直交变频器，区别在于中间直流环节滤波器的形式不同。电压型采用电容流环节滤波器的形式不同。电压型采用电容器滤波，电流型采用电抗器滤波。器滤波，电流型采用电抗器滤波。2022年3月27日星期日机电与汽车工程学院33 电机调速控制线路电机调速控制线路3.8 三相异步电动机的变频调速控制线路三相异步电动机的变频调速控制线路3.8.3 变频器变频器2）交）交直直交变频器交变频器组成：组成： 整流调压；整流调压； 滤波；滤波； 逆变。逆变。 PAM(脉幅调制脉幅调制)： 变频器输出电压的大小通过改变直流电压的大小来进变频器输出电压的大小通过改变直流电压的大小来进行调制。在中小容量变频器中，这

5、种方式几近绝迹。行调制。在中小容量变频器中，这种方式几近绝迹。 PWM(脉宽调制脉宽调制)： 变频器输出电压的大小通过改变输出脉冲的占空比来变频器输出电压的大小通过改变输出脉冲的占空比来进行调制。目前普遍应用的是占空比按正弦规律安排的正弦波脉宽调制进行调制。目前普遍应用的是占空比按正弦规律安排的正弦波脉宽调制(SPWM)方式。方式。2022年3月27日星期日机电与汽车工程学院43 电机调速控制线路电机调速控制线路3.8 三相异步电动机的变频调速控制线路三相异步电动机的变频调速控制线路3.8.3 变频器变频器3）变频器的额定值）变频器的额定值输入侧输入侧的额定值主要是的额定值主要是电压电压和和相

6、数相数。在我国的中小容量变频器中，输入电压的额定值主要有（均为线电压）：在我国的中小容量变频器中，输入电压的额定值主要有（均为线电压）： 380V，3相相 这是绝大多数这是绝大多数 220V，3相相 主要用于某些进口设备中。主要用于某些进口设备中。 220V，单相，单相 主要用于家用小容量变频器中。主要用于家用小容量变频器中。此外，对输入侧电源电压的频率也都作了规定，通常都是工频此外，对输入侧电源电压的频率也都作了规定，通常都是工频50Hz或或60Hz。2022年3月27日星期日机电与汽车工程学院53）变频器的额定值）变频器的额定值 由于变频器在变频的同时也要变压，所以输出电由于变频器在变频的

7、同时也要变压，所以输出电压的额定值是指压的额定值是指输出电压中的最大值输出电压中的最大值。在大多数情况下，它就。在大多数情况下，它就是输出频率等于电动机额定频率时的输出电压值。通常，输出是输出频率等于电动机额定频率时的输出电压值。通常，输出电压的额定值总是和输入电压相等的。电压的额定值总是和输入电压相等的。 是指允许长时间输出的最大电流，是用户在选择是指允许长时间输出的最大电流，是用户在选择变频器时的主要依据。变频器时的主要依据。输出侧输出侧的额定值主要是：的额定值主要是： 输出电压输出电压UN 输出电流输出电流IN 输出容量输出容量SN=UNIN 配用电动机容量配用电动机容量 过载能力过载能

8、力 变频器的过载能力是指其输出电流超过额定电流的允许范围变频器的过载能力是指其输出电流超过额定电流的允许范围和时间。大多数变频器都规定为和时间。大多数变频器都规定为150、1min。由额定输出电压和额定输出电流的乘积决定由额定输出电压和额定输出电流的乘积决定。2022年3月27日星期日机电与汽车工程学院64）变频器的频率指标）变频器的频率指标 频率范围频率范围 即变频器输出的即变频器输出的最高频率最高频率和和最低频率最低频率。各种变频器规定。各种变频器规定的频率范围不尽一致。通常，最低工作频率约为的频率范围不尽一致。通常，最低工作频率约为0.11Hz；最高工作；最高工作频率约为频率约为2005

9、00Hz。 频率精度频率精度 指变频器输出频率的准确精度。由变频器的实际输出频指变频器输出频率的准确精度。由变频器的实际输出频率与给定频率之间的最大误差与最高工作频率之比的百分数来表示。率与给定频率之间的最大误差与最高工作频率之比的百分数来表示。 频率分辨率频率分辨率 指输出频率的最小改变量，即每相邻两档频率之间的最指输出频率的最小改变量，即每相邻两档频率之间的最小差值。小差值。2022年3月27日星期日机电与汽车工程学院73 电机调速控制线路电机调速控制线路3.8 三相异步电动机的变频调速控制线路三相异步电动机的变频调速控制线路3.8.4 以以三菱三菱FR-A540变频器为例变频器为例变频器

10、外形操作面板LED显示：显示：4位位单位显示：单位显示： Hz 频率频率 A 电流电流 V 电压电压模式键模式键设置键设置键增减键增减键反转键反转键正转键正转键停止及停止及复位键复位键操作指操作指示状态示状态监视显监视显示模式示模式外部操外部操作模式作模式面板面板PU操作模式操作模式反转时显示反转时显示正转时显示正转时显示2022年3月27日星期日机电与汽车工程学院83.8.4 以以三菱三菱FR-A540变频器为例变频器为例(1) 基本参数基本参数输出频率范围（输出频率范围（Pr.1、Pr.2、Pr.18）；）； Pr.1为上限频率，为上限频率， Pr.2为下限频率，为下限频率， Pr.18为

11、高速上限频率。为高速上限频率。多段速度运行（多段速度运行（Pr.4、Pr.5、Pr.6、Pr.24Pr.27）；）；加减速时间（加减速时间（Pr.7、Pr.8、Pr.20）；）；电子过电流保护（电子过电流保护（Pr.9），），Pr.9用来设定电子过电流保护的电流用来设定电子过电流保护的电流值，以防止电动机过热，故一般设定为电动机的额定电流值；值，以防止电动机过热，故一般设定为电动机的额定电流值；起动频率（起动频率（Pr.13）；）；适用负荷选择（适用负荷选择（Pr.14）；）；点动运行（点动运行（Pr.15、Pr.16）；）；参数写入禁止选择（参数写入禁止选择（Pr.77）；）；操作模式选择（

12、操作模式选择（Pr.79）；）；2022年3月27日星期日机电与汽车工程学院93.8.4 以以三菱三菱FR-A540变频器为例变频器为例(2) 变频器的主接线变频器的主接线2022年3月27日星期日机电与汽车工程学院103.8.4 以以三菱三菱FR-A540变频器为例变频器为例(3) 变频器的端子接线图变频器的端子接线图2022年3月27日星期日机电与汽车工程学院113.8.4 以以三菱三菱FR-A540变频器为例变频器为例(4) 变频器的基本操作变频器的基本操作 按 改变监视显示2022年3月27日星期日机电与汽车工程学院123.8.4 以以三菱三菱FR-A540变频器为例变频器为例(4)

13、变频器的基本操作变频器的基本操作 频率设定在PU操作模式下设定运行频率一个参数值的设定既可以用数字键设定也可以用 键增减。按下SET 键1.5秒写入设定值并更新。2022年3月27日星期日机电与汽车工程学院133.8.4 以以三菱三菱FR-A540变频器为例变频器为例(4) 变频器的基本操作变频器的基本操作 频率设定把Pr.79“运行模式选择”设定值从“2”（外部操作模式）变更到“1”（PU操作模式）时2022年3月27日星期日机电与汽车工程学院143.8.4 以以三菱三菱FR-A540变频器为例变频器为例(4) 变频器的基本操作变频器的基本操作 操作模式运行模式，在运行模式下，按 或 键可以

14、改变操作模式，其操作如图所示。2022年3月27日星期日机电与汽车工程学院153 电机调速控制线路电机调速控制线路3.9 直流电动机的控制线路直流电动机的控制线路3.9.1 直流电动机的基本原理直流电动机的基本原理工作原理：工作原理：直流电动机是将电能电能转变成机械能机械能的旋转机械。基本结构：基本结构：电刷电刷永磁体永磁体（定子）（定子）电枢（线圈）电枢（线圈）（转子）（转子）换向器换向器直流电动机虽然不如三相交流电动机那样结构简单，价格便宜，直流电动机虽然不如三相交流电动机那样结构简单，价格便宜，制造方便，维护容易，但它具有启动性能好、调速范围大、调速制造方便，维护容易，但它具有启动性能好

15、、调速范围大、调速平滑性好、适宜于频繁启动等优点。平滑性好、适宜于频繁启动等优点。2022年3月27日星期日机电与汽车工程学院163.9.1 直流电动机的基本原理直流电动机的基本原理工作过程：工作过程：断路断路顺时针转动顺时针转动线圈平面线圈平面 磁场平面磁场平面依靠惯性依靠惯性线圈平面线圈平面 / 磁场平面磁场平面左手定则左手定则2022年3月27日星期日机电与汽车工程学院173.9.1 直流电动机的基本原理直流电动机的基本原理换向器的作用：换向器的作用： 通过不断通过不断变换电流方向变换电流方向来来保持线圈中电流在磁场中的方向不变保持线圈中电流在磁场中的方向不变，从而使它始终受到同一方向的

16、作用力，而不停转动。如果没有换向器，从而使它始终受到同一方向的作用力，而不停转动。如果没有换向器，线圈只会在磁场中不停摆动。（从上往下看，线圈中的电流方向始终线圈只会在磁场中不停摆动。（从上往下看，线圈中的电流方向始终为逆时针；从前往后看，线圈的转动方向也始终为顺时针。）为逆时针；从前往后看，线圈的转动方向也始终为顺时针。）2022年3月27日星期日机电与汽车工程学院183.9.1 直流电动机的基本原理直流电动机的基本原理电动机会不会停在线圈和磁场垂电动机会不会停在线圈和磁场垂直的位置？直的位置？u不会。因为惯性的作用，不会。因为惯性的作用，线圈继续转动，转过该位线圈继续转动，转过该位置又受到

17、顺时针转动的作置又受到顺时针转动的作用力。用力。u但是如果电动机因为某种原因恰好停在这个位置，却是难以但是如果电动机因为某种原因恰好停在这个位置，却是难以直接启动。该位置称为直接启动。该位置称为“死点死点”。为了防止死点，通常直流电。为了防止死点，通常直流电动机制成了多极，多线圈的形式，这样总有一个线圈不在死点，动机制成了多极，多线圈的形式，这样总有一个线圈不在死点，便于启动。便于启动。依靠惯性依靠惯性2022年3月27日星期日机电与汽车工程学院193 电机调速控制线路电机调速控制线路3.9 直流电动机的控制线路直流电动机的控制线路3.9.2 直流电动机的基本分类直流电动机的基本分类 按结构及

18、工作原理结构及工作原理可划分：无刷无刷直流电动机和有刷有刷直流电动机。 按励磁方式励磁方式分为他励他励、并励并励、串励串励和复励。复励。(1) 他励电动机他励电动机 励磁绕组和电励磁绕组和电枢绕组分别由两枢绕组分别由两个直流电源供电。个直流电源供电。UUfIaM+_+_IffR stR2022年3月27日星期日机电与汽车工程学院203 电机调速控制线路电机调速控制线路3.9 直流电动机的控制线路直流电动机的控制线路3.9.2 直流电动机的基本分类直流电动机的基本分类(2)并励电动机并励电动机 励磁绕组和电枢绕组励磁绕组和电枢绕组并联，由一个直流电并联，由一个直流电源供电。源供电。IaUM+_I

19、ffR stR+_IE2022年3月27日星期日机电与汽车工程学院213 电机调速控制线路电机调速控制线路3.9 直流电动机的控制线路直流电动机的控制线路3.9.2 直流电动机的基本分类直流电动机的基本分类(3)串励电动机串励电动机 励磁线圈与转子电励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源枢串联接到同一电源上。上。UIa+_IfM2022年3月27日星期日机电与汽车工程学院223 电机调速控制线路电机调速控制线路3.9 直流电动机的控制线路直流电动机的控制线路3.9.2 直流电动机的基本分类直流电动机的基本分类(4)复励电动机复励电动机 励磁线圈与转子励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，电枢的联接有串

20、有并，接在同一电源上。接在同一电源上。复励复励U+_IMIa2022年3月27日星期日机电与汽车工程学院233.9 直流电动机的控制线路直流电动机的控制线路3.9.3 直流电动机的基本控制线路直流电动机的基本控制线路起动起动3 电机调速控制线路电机调速控制线路直流电动机的电枢绕组电阻一般很小，直接启动会产生很大的冲击电流，一般可达额定电流的1020倍，这样大的启动电流，一方面使电动机换向不利，甚至会损坏电刷和换向器；另一方面，将产生较大的启动转矩和加速度，对它所带机械部件产生很大的冲击，故在直流电动机的启动时，必须限制启动电流。限制启动电流的方法有限制启动电流的方法有：减小电枢电压和电枢回路串

21、电阻两种。2022年3月27日星期日机电与汽车工程学院243.9.3 直流电动机的基本控制线路直流电动机的基本控制线路起动起动电枢串电阻起动法电枢串电阻起动法此启动方法，启动设备简单，操作方便，但启动能耗大。此启动方法，启动设备简单，操作方便，但启动能耗大。降压起动法目前基本采用可控硅整流电源作为调压电源。此启动方法，启动电流小，启动平稳，启动能耗小。断路器开关，断路器开关，控制电枢电压控制电枢电压断路器开关，控制励磁断路器开关，控制励磁绕组电压绕组电压启启动动按按钮钮停止按钮停止按钮过流继电器，主过流继电器，主电路过流保护电路过流保护欠流继电器，励磁电路欠电流保护欠流继电器，励磁电路欠电流保

22、护续流回路，吸续流回路，吸收励磁回路的收励磁回路的过电压，保护过电压，保护其它元件其它元件2022年3月27日星期日机电与汽车工程学院253 电机调速控制线路电机调速控制线路3.9 直流电动机的控制线路直流电动机的控制线路3.9.3 直流电动机的基本控制线路直流电动机的基本控制线路正反转控制正反转控制方法：方法：电枢电枢反接法，即保持励磁磁通方向不变，而改变电枢电流方向。反接法，即保持励磁磁通方向不变，而改变电枢电流方向。励磁绕组反接法，即保持电枢电流方向不变改变励磁绕组电流的方向。励磁绕组反接法，即保持电枢电流方向不变改变励磁绕组电流的方向。2022年3月27日星期日机电与汽车工程学院263

23、.9.3 直流电动机的基本控制线路直流电动机的基本控制线路正反转控制正反转控制励磁绕组反接法，即保持电枢电流方向不变改变励磁绕组电流的方向。励磁绕组反接法，即保持电枢电流方向不变改变励磁绕组电流的方向。正转接触器正转接触器反转接触器反转接触器2022年3月27日星期日机电与汽车工程学院273 电机调速控制线路电机调速控制线路3.9 直流电动机的控制线路直流电动机的控制线路3.9.3 直流电动机的基本控制线路直流电动机的基本控制线路制动控制制动控制方法：方法：能耗制动法能耗制动法，即在维持直流电动机的励磁电源不变的情况，即在维持直流电动机的励磁电源不变的情况下，把正在作电动运行的电动机电枢从电源

24、上断开，再串接下，把正在作电动运行的电动机电枢从电源上断开，再串接上一个外加制动电阻组成制动回路，将机械能上一个外加制动电阻组成制动回路，将机械能(高速旋转的动高速旋转的动能能) 转变为电能并以热能的形式消耗在电枢和制动电阻上。转变为电能并以热能的形式消耗在电枢和制动电阻上。反接制动法反接制动法，即在保持他励直流电动机励磁为额定状态不，即在保持他励直流电动机励磁为额定状态不变的情况下将电枢绕组极性改变，从而产生制动转矩，迫使变的情况下将电枢绕组极性改变，从而产生制动转矩，迫使电机迅速停止。电机迅速停止。2022年3月27日星期日机电与汽车工程学院283.9.3 直流电动机的基本控制线路直流电动

25、机的基本控制线路制动控制制动控制能耗制动法能耗制动法电枢回路断电，电机惯性电枢回路断电，电机惯性运转，产生感应电动势使运转，产生感应电动势使得得KA线圈吸合线圈吸合接入接入R3产生制动转矩，能耗制动，产生制动转矩，能耗制动，当转速下降到一定时，感应电动势小当转速下降到一定时，感应电动势小于于KA释放值，释放值，KA释放释放能耗制动结束能耗制动结束2022年3月27日星期日机电与汽车工程学院293 电机调速控制线路电机调速控制线路3.9 直流电动机的控制线路直流电动机的控制线路3.9.4 直流电动机调速控制线路直流电动机调速控制线路常用方法：常用方法：(1) 电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速

26、即在直流电动机的电枢回路中串联一只调速变阻器来实现调速的即在直流电动机的电枢回路中串联一只调速变阻器来实现调速的方法，如图所示：方法，如图所示：M_1F2FR_+他励直流电动机电枢他励直流电动机电枢回路串电阻调速原理图回路串电阻调速原理图电枢回路串电阻调速法只能使电动机的转电枢回路串电阻调速法只能使电动机的转速在额定转速以下范围内进行调速。速在额定转速以下范围内进行调速。调速调速范围较小，且稳定性较差，能量损耗较大。范围较小，且稳定性较差，能量损耗较大。由于这种调速方法设备简单，操作方便，由于这种调速方法设备简单，操作方便，所以在短期工作、容量较小且机械特性硬所以在短期工作、容量较小且机械特性硬度要求不太高的场合，仍然使用这种调速度要求不太高的场合，仍然使用这种调速方法。方法。2022年3月27日星期日机电与汽车工程学院303 电机调速控制线路电机调速控制线路3.9 直流电动机的控制线路直流电动机的控制线路3.9.4 直流电动机调速控制线路直流电动机调速控制线路常用方法：常用方法：(2) 改变励磁磁通调速改变励磁磁通调速通过改变励磁电流的大小来实现调