第一章 调压调速.

1、 1第一节第一节 调压调速的原理与方法调压调速的原理与方法第二节第二节 晶闸管三相交流调压电路晶闸管三相交流调压电路第三节第三节 调压调速系统的组成及特性分析调压调速系统的组成及特性分析第四节第四节 滑差电机调速系统滑差电机调速系统第五节第五节 异步电动机调压调速系统实例异步电动机调压调速系统实例 第一章第一章 异步电动机调压调速系统异步电动机调压调速系统 2第一节第一节 调压调速的原理与方法调压调速的原理与方法 一一. . 异步电动机调压调速原理异步电动机调压调速原理 二二. . 异步电动机调压调速方法异步电动机调压调速方法 3一一. . 异步电动机调压调速原理异步电动机调压调速原理 调压调

2、速即通过调节通入异步电动机的三相交流电压大调压调速即通过调节通入异步电动机的三相交流电压大小来调节转子转速的方法。小来调节转子转速的方法。 理论依据来自异步电动机的机械特性方程式：理论依据来自异步电动机的机械特性方程式： 因异步电动机的拖动转矩与供电电压的平方成正比，因因异步电动机的拖动转矩与供电电压的平方成正比，因此降低供电电压，拖动转矩就减小，电机就会降到较低的运此降低供电电压，拖动转矩就减小，电机就会降到较低的运行速度。行速度。 不同供电电压对应的机械特性曲线如图所示。图中垂直不同供电电压对应的机械特性曲线如图所示。图中垂直虚线为恒转矩负载线，可以看出调压调速对于恒转矩负载，虚线为恒转矩

3、负载线，可以看出调压调速对于恒转矩负载，调速范围很小（调速范围很小（A-B-CA-B-C），而对于风机类负载调速范围则较大），而对于风机类负载调速范围则较大（F-E-DF-E-D）。）。 4 5 二二. . 异步电动机调压调速方法异步电动机调压调速方法 调压调速的三种方法：调压调速的三种方法： 1.1.自耦调压器自耦调压器-对小容量电机对小容量电机, ,体积重量大。体积重量大。 2.2.饱和电抗器饱和电抗器-控制铁心电感的饱和程度改变串联阻抗，体积重量大。控制铁心电感的饱和程度改变串联阻抗，体积重量大。 3.3.晶闸管三相交流调压器晶闸管三相交流调压器-用电力电子装置调压调速，体积小，轻便。用

4、电力电子装置调压调速，体积小，轻便。 6 对电力电子电路中的对电力电子电路中的晶闸管器件晶闸管器件，有两种控制方式，有两种控制方式, ,现以晶闸管单现以晶闸管单相交流调压器电路为例来加以说明相交流调压器电路为例来加以说明: : * * 相位控制方式更适合于电动机负载。相位控制方式更适合于电动机负载。2.2.相位控制方式相位控制方式: :1.1.通断控制通断控制: : 7第二节第二节 晶闸管三相交流调压电路晶闸管三相交流调压电路 一一. . 三相交流调压电路的接线形式三相交流调压电路的接线形式 二二. . 三相交流调压电路的工作原理三相交流调压电路的工作原理 8一一. . 三相交流调压电路的接线

5、形式三相交流调压电路的接线形式晶闸管三相交流调压器有多种接线形式，这里列举五种：晶闸管三相交流调压器有多种接线形式，这里列举五种：1 1）三相全波星形联接的调压电路三相全波星形联接的调压电路2 2）带零线的）带零线的三相全波星形联接三相全波星形联接 调压电路调压电路 93 3）三相半控星形联接的调压电路三相半控星形联接的调压电路4 4）晶闸管与负载接成内三角形的晶闸管与负载接成内三角形的 调压电路调压电路5 5）晶闸管三角形联接的调压电路晶闸管三角形联接的调压电路 10二二. . 三相交流调压电路的工作原理三相交流调压电路的工作原理原理分析使用下图的三相全波星形连接调压电路：原理分析使用下图的

6、三相全波星形连接调压电路：* * 触发脉冲要求：双脉冲或宽脉冲，与电源电压同步。触发脉冲要求：双脉冲或宽脉冲，与电源电压同步。 11 思路：思路： 首先，只对首先，只对纯电阻负载纯电阻负载的的三相交流调压器三相交流调压器的作出详细的作出详细波形分析。波形分析。 对实际对实际电阻电阻- -电感电感负载，只作负载，只作单相交流调压器单相交流调压器的原理的原理分析，并总结出计算公式和计算曲线。分析，并总结出计算公式和计算曲线。 然后，将单相交流调压电路带然后，将单相交流调压电路带R-LR-L负载的计算公式，负载的计算公式，推广推广到三相交流电路。得到三相交流调压器的计算公式和到三相交流电路。得到三相

7、交流调压器的计算公式和计算曲线。计算曲线。 12（一）三相交流电路在纯电阻（一）三相交流电路在纯电阻 负载时的工作情况负载时的工作情况 1.1.交流输入交流输入触发脉冲触发脉冲晶闸管导通区间晶闸管导通区间交流输出交流输出 13交流输入交流输入触发脉冲触发脉冲晶闸管导通区间晶闸管导通区间交流输出交流输出 14交流输入交流输入触发脉冲触发脉冲晶闸管导通区间晶闸管导通区间交流输出交流输出 0 00 0、30300 0、60600 0 归纳：归纳： * *晶闸管在触发脉冲到来时导通晶闸管在触发脉冲到来时导通 * *在对应的电源半周过零时关断。在对应的电源半周过零时关断。 15 16 因为触发角为因为触

8、发角为9090度时，沿用前面的分析方法出现错误，所以触度时，沿用前面的分析方法出现错误，所以触发角为发角为9090时要获得时要获得正确导通区间正确导通区间需重新分析电路：需重新分析电路： 首先假设触发脉冲有足够的宽度，即首先假设触发脉冲有足够的宽度，即VT1VT1触发时触发时VT6VT6还有触发脉还有触发脉冲存在。这时可能构成冲存在。这时可能构成A-VT1-A-VT1-负载负载-VT6-B-VT6-B通电回路，但光有脉冲还通电回路，但光有脉冲还不够，还需要一个条件，就是晶闸管要承受正压。不够，还需要一个条件，就是晶闸管要承受正压。 电源电压波形图上可以看出：这时电压电源电压波形图上可以看出：这

9、时电压A A相电压高于相电压高于B B相电压，相电压，因此触发因此触发VT1VT1时，时，VT1VT1与与VT6VT6构成直流通路。该通路持续导通到正压构成直流通路。该通路持续导通到正压消失消失-即即A A、B B电压的交点。电压的交点。 同理，当触发同理，当触发VT2VT2时，因时，因VT1VT1有触发脉冲，所以有触发脉冲，所以VT2VT2与与VT1VT1一起导一起导通，构成通，构成ACAC相回路，直到相回路，直到A A、C C相电压的交点，正压消失为止。相电压的交点，正压消失为止。 90900 0、1201200 0 归纳：归纳： * *晶闸管在触发脉冲到来时，与前一个管子一起导通。晶闸管

10、在触发脉冲到来时，与前一个管子一起导通。 * *在两相间的正压消失时关断。在两相间的正压消失时关断。 17交流输入交流输入触发脉冲触发脉冲晶闸管导通区间晶闸管导通区间交流输出交流输出 18 结论：结论： 19（二）三相交流电路在（二）三相交流电路在R-LR-L 负载时的工作情况负载时的工作情况 1.1.单相交流调压器在单相交流调压器在R-LR-L 负载下的分析与计算负载下的分析与计算交流输入交流输入触发脉冲触发脉冲晶闸管导通区间晶闸管导通区间输出电流输出电流输出电压输出电压 20单相交流调压器在单相交流调压器在R-LR-L负载下的电流分量见右图：负载下的电流分量见右图：注意：为分析方便，该图取

11、注意：为分析方便，该图取触发时刻为横触发时刻为横坐标零点坐标零点，而不是电源电压过零点。，而不是电源电压过零点。 该坐标下，电源电压表达式：该坐标下，电源电压表达式： 触发触发VT1VT1导通时，引起电流的强导通时，引起电流的强制分量表达式：制分量表达式： 引起电流的自由分量表达式：引起电流的自由分量表达式： 21 总电流表达式：总电流表达式： 设设VT1VT1的导通角为的导通角为 ，则有约束条件：，则有约束条件： 将此约束条件代入电流表达式，得到由阻抗角和触发角计算将此约束条件代入电流表达式，得到由阻抗角和触发角计算 角的角的方程式：方程式： 该方程为超越方程，难于求解，结果已被作成曲线，实

12、用中可以该方程为超越方程，难于求解，结果已被作成曲线，实用中可以查曲线求查曲线求 。 22),(f 对该曲线说明如下：对该曲线说明如下： 23 24 单相交流调压电路中单相交流调压电路中 流过单个晶闸管流过单个晶闸管VT1VT1的电流有效值计算方法：的电流有效值计算方法： 思路：思路：将电流表达式从将电流表达式从0 0 ，按每周期一个波头，依据有效值的定义，按每周期一个波头，依据有效值的定义求均方根值，即可得到流过晶闸管的电流有效值求均方根值，即可得到流过晶闸管的电流有效值I IVTVT。结果十分复杂。结果十分复杂。 实际计算中，对结果已作出通用无单位的晶闸管电流标么值曲线实际计算中，对结果已

13、作出通用无单位的晶闸管电流标么值曲线I IVTVT* *，通过查曲线，并乘以基准值通过查曲线，并乘以基准值 即可求得即可求得I IVTVT02 I流过负载的电流有效值计算方法：流过负载的电流有效值计算方法： 思路：思路：流过负载的电流为一周期两个波头，面积是流过单个晶闸管电流过负载的电流为一周期两个波头，面积是流过单个晶闸管电流的流的2 2倍，但由于有效值按均方根值计算，所以负载电流有效值是倍，但由于有效值按均方根值计算，所以负载电流有效值是I IVTVT的的 倍。可以查倍。可以查I IVTVT* *曲线，并按下式求得：曲线，并按下式求得：2 * *基准电流基准电流I I0 0 定义为全导通全

14、电压时的定义为全导通全电压时的负载电流有效值：负载电流有效值： 25 262.2.三相交流调压器在三相交流调压器在R-LR-L负载下的计算负载下的计算 思路：思路：三相交流调压器在三相交流调压器在R-LR-L负载下的计算公式，由单相交流电路的计算负载下的计算公式，由单相交流电路的计算方法推广而来，基本算式相同。方法推广而来，基本算式相同。 计算计算注意事项注意事项： 1.1.注意基准电流注意基准电流I I0 0要从三相电路全电压供电的角度计算要从三相电路全电压供电的角度计算, ,算式为算式为: : 2. 2.查曲线时不要错查了单相调压电路的查曲线时不要错查了单相调压电路的I IVTVT* *曲

15、线曲线, ,注意单相曲线的横轴注意单相曲线的横轴控制角移相范围是控制角移相范围是:0:01801800 0, , 而三相曲线的横轴移相范围是而三相曲线的横轴移相范围是:0:01501500 0。 单个晶闸管电流有效值计算公式：单个晶闸管电流有效值计算公式： 负载相电流有效值计算公式：负载相电流有效值计算公式： 27三相交流调压电路的标么值曲线：三相交流调压电路的标么值曲线： 28第三节第三节 调压调速系统的组成调压调速系统的组成 及特性分析及特性分析 一一. . 转速闭环调压调速系统的组成转速闭环调压调速系统的组成 二二. . 转速闭环调压调速系统的静特性分析转速闭环调压调速系统的静特性分析

16、三三. .调压调速系统中的能量损耗调压调速系统中的能量损耗 四四. .调压调速系统中的控制角计算实例调压调速系统中的控制角计算实例 29一一. . 转速闭环调压调速系统的组成转速闭环调压调速系统的组成 由于异步电动机的开环机械特性很软由于异步电动机的开环机械特性很软, ,且开环调压调速的调速范围且开环调压调速的调速范围 太小太小, ,因此调压调速需要采用闭环调速系统。因此调压调速需要采用闭环调速系统。 转速闭环调压调速系统的组成及静特性如下：转速闭环调压调速系统的组成及静特性如下： 30二二. . 转速闭环调压调速系统的静特性分析转速闭环调压调速系统的静特性分析下图为调压调速系统的静态结构图：

17、下图为调压调速系统的静态结构图：各控制环节的输入输出关系为：各控制环节的输入输出关系为： 31联立推得：联立推得：将临界转矩将临界转矩TcrTcr和和U U1 1代入代入TeTe表达式，得静特性表达式表达式，得静特性表达式： 32闭环交流调压调速系统的静特性表达式闭环交流调压调速系统的静特性表达式：下图为不同的静特性曲线下图为不同的静特性曲线： 33 34三三. .调压调速系统中的能量损耗调压调速系统中的能量损耗异步电动机调压调速时的异步电动机调压调速时的能量流图能量流图 35 36异步电动机调压调速时的转差功率计算：异步电动机调压调速时的转差功率计算：效率：效率：继续推导：继续推导： 37异

18、步电动机的负载特性：异步电动机的负载特性：将负载表达式代入转差率算式，得：将负载表达式代入转差率算式，得： 38取参考基准取参考基准求转差损耗系数：求转差损耗系数：不同负载的转差损耗系数曲线如右图：不同负载的转差损耗系数曲线如右图： 分析结论：分析结论： 对风机泵负载，调压调速对风机泵负载，调压调速引起的转差损耗最小，因此：引起的转差损耗最小，因此： 调压调速系统适合于对风调压调速系统适合于对风机泵类负载的调速。机泵类负载的调速。 39四四. .调压调速系统中的控制角计算实例调压调速系统中的控制角计算实例 三相异步电动机的单相等值电路：三相异步电动机的单相等值电路：定子侧定子侧转子侧转子侧 4

19、0 三相异步电动机的三相等值电路：三相异步电动机的三相等值电路： 41 因电磁功率、机械功率、转差功率在某一速度因电磁功率、机械功率、转差功率在某一速度（或转差率）下有固定的分配关系，因此功率与电流（或转差率）下有固定的分配关系，因此功率与电流有关系式：有关系式：可由功率计算转子折算电流：可由功率计算转子折算电流：如负载阻抗角已知，按照电路图，如负载阻抗角已知，按照电路图，由转子折算电流可以求出定子电流由转子折算电流可以求出定子电流 42 在忽略励磁损耗，即在忽略励磁损耗，即R Rm m=0=0时，利用分流原理，时，利用分流原理，可以获得可以获得I I1 1 和和I I2 2 有如下关系：有如

20、下关系：在查曲线计算时，电流是一个重要的变量。在查曲线计算时，电流是一个重要的变量。 43 44 45 46第四节第四节 滑差电机调速系统滑差电机调速系统 一一. . 电磁转差离合器的基本结构与工作原理电磁转差离合器的基本结构与工作原理 二二. . 滑差电机调速系统的组成与机械特性滑差电机调速系统的组成与机械特性 三三. . 滑差电机控制器简介滑差电机控制器简介 47一一. . 电磁转差离合器的基本结构与工作原理电磁转差离合器的基本结构与工作原理滑差电机滑差电机又称为又称为电磁离合器电机电磁离合器电机。滑差电机调速系统滑差电机调速系统 = = 笼型异步机笼型异步机+ +电磁转差离合器电磁转差离

21、合器+ +控制装置控制装置调速性能：与调压调速系统相当。调速性能：与调压调速系统相当。 48 工作原理：工作原理： 异步电动机带着主动轴异步电动机带着主动轴及电枢以及电枢以n1的速度旋转的速度旋转 当励磁绕组有励磁时，当励磁绕组有励磁时，磁极与电枢之间出现磁场磁极与电枢之间出现磁场 电枢运动切割磁力线，电枢运动切割磁力线，电磁感应产生涡流，涡流的磁场电磁感应产生涡流，涡流的磁场与磁极相互吸引，使得磁极沿着与磁极相互吸引，使得磁极沿着电枢的旋转方向转动电枢的旋转方向转动 磁极带着从动轴磁极带着从动轴 因此，因此，从动轴从动轴随随主动轴主动轴运动，速度为运动，速度为n，且从动轴速度，且从动轴速度n

22、必然小于主动轴必然小于主动轴n1。 * * 调节励磁绕组励磁，调节励磁绕组励磁，就可以改变从动轴的速度就可以改变从动轴的速度（相当于调节离合状态）（相当于调节离合状态） * * * 如果励磁绕组不励如果励磁绕组不励磁，从动轴将停止旋转。磁，从动轴将停止旋转。 49二二. . 滑差电机调速系统的组成与机械特性滑差电机调速系统的组成与机械特性 电磁转差离合器本身的机械特性电磁转差离合器本身的机械特性 电磁转差离合器本身的机械特性，是在不同励磁电流时的一族电磁转差离合器本身的机械特性，是在不同励磁电流时的一族机械特性，如图所示机械特性，如图所示。 用经验公式表示如下：用经验公式表示如下： 50滑差电

23、机调速系统的机械特性滑差电机调速系统的机械特性 由于电磁转差离合器本身的机械特性很软，因此，工业使用中需加由于电磁转差离合器本身的机械特性很软，因此，工业使用中需加上速度反馈，构成闭环调速系统。闭环系统组成及对应的闭环机械特性如上速度反馈，构成闭环调速系统。闭环系统组成及对应的闭环机械特性如图所示。图所示。 总体评价：电磁离合器电机调速控制简单，价格低廉，但内部损耗总体评价：电磁离合器电机调速控制简单，价格低廉，但内部损耗大，效率较低。大，效率较低。 51三三. . 滑差电机控制器简介滑差电机控制器简介 介绍介绍DK-2DK-2型电磁调速电动机控制单元。型电磁调速电动机控制单元。 DK-2DK-2型控制器方框图型控制器方框图 52 DK-2DK-2型控制器型控制器 的电路图的电路图 触发电路触发电路直流励磁绕组直流励磁绕组给定给定反馈反馈 三种三种可选测速单元可选测速单元 53第五节第五节 异步电动机调压调速异步电动机调压调速 系统实例系统实例 一一. KJF. KJF系列双向晶闸管调压调