注册电气工程师辅导-传动2

17.电动机与电气传动（考试大纲）17．1熟悉电气传动系统的组成及分类17．2了解电动机的选择17．3掌握交、直流电动机的起动方式及起动校验17．4掌握交、直流电动机调速技术17．5掌握交、直流电动机的电气制动方式及计算方法17．6掌握电动机保护配置及计算方法17．7熟悉低压电动机控制电器的选择17．8了解电动机调速系统性能指标17．9了解传动系统动态指标的运用17．10了解调节理论在电气传动工程中的运用17．11熟悉PLC的组成及工作原理异步电动机原理图同步速n0=60f/p(f-频率,p-极对数)转差率s=(n0-n)/n0同步电动机原理图n=n0，转差率s=017．4．2交流电动机调速技术

1.交流调速系统方案

交流电动机转速为因此，交流电动机有以下三种基本调速方式： ①改变极对数p； ②改变转差率s； ③改变供电电源频率f.17．4．2交流电动机调速技术

1.交流调速系统方案

（1）变极调速

变换绕组极对数的方法有：

①将一套绕组中部分线圈按一定规律改接，以改变其电流方向或相号来改变极对数，常用于倍极比双速或三速异步电动机。

②在定子上设置两套不同极对数的独立绕组。

③在定子上设置不同极对数的独立绕组，且每个独立绕组又有不同的接线组合，适用于三速以上的多速电动机。

17．4．2交流电动机调速技术

1.交流调速系统方案

（1）变极调速

单绕组倍极比双速电动机工作特性序号极数（2p）Ⅰ联结方法极数（2X2p）Ⅱ联结方法转矩比TⅡ／TI功率比PⅡ／PI特性l2丫丫l0.5恒转矩22丫2丫21恒功率32丫△1.7320.866可变转矩4△2丫2.31.15可变转矩52△丫0.5770.288可变转矩典型的倍极比调速原理：17．4．2交流电动机调速技术

1.交流调速系统方案

（2）转子串电阻调速

绕线转子异步电动机转子串电阻时的机械特性

串入电阻，斜率变大，转速下调，s增大最大转矩大小不变，所对应速度降低17．4．2交流电动机调速技术

1.交流调速系统方案

（2）转子串电阻调速

转子电阻斩波调速的基本电路例题1绕线型异异步电动动机转子子串电阻阻调速，，串入电阻阻为额定定电阻的的40%。电机参数数：定子子额定电电压380V，转子额定电压压173V，额定转差差率0.055，定子额定电电流11A，转子额定定电流25A。请计算串串入电阻阻值。计算：转子额定定电阻=173/1.732/25=4Ω串入电阻阻=4*40%=1.6Ω17．4．2交流电动机调调速技术1.交流调速系统统方案（（3）串级调速机械回馈式电回馈式17．4．2交流电动机调调速技术1.交流调速系统统方案（（3）串级调速低同步串级调调速超同步串级调调速17．4．2交流电动机调调速技术1.交流调速系统统方案（（4）调压调速调压调速原理理图不不同U1时的机械特性性降低电压，斜斜率变大，转转速下调，s增大最大转矩变小小，所对应速速度不变17．4．2交流电动机调调速技术1.交流调速系统统方案（（4）调压调速(较高的内阻时时）具有转速闭环环的调压调速速系统a）原理图b）闭环控制特性性17．4．2交流电动机调调速技术1.交流调速系统统方案（（5）电磁调速异异步电动机电磁调速异步步电动机由异异步电动机、、电磁转差离离合器和晶闸闸管励磁电源源及其控制部部分组成。调节电磁耦合合器的励磁励磁↓→s↑→n↓电磁转差调速速电动机系统统的组成17．4．2交流电动机调调速技术1.交流调速系统统方案（（5）电磁调速异异步电动机电磁调速电动动机开环和闭闭环调速机械械特性a）开环b）闭环相似有：液力耦合器调调速：在电机和负负载之间串接接液力耦合器，，调节液力耦耦合器的油量量来改变s17．4．2交流电动机调调速技术1.交流调速系统统方案（（6）变频调速它是利用电动动机的同步转转速随外加电电源频率而变变化的特性，，通过改变电电动机供电频频率进行调速速的方法。1）静止变频电源源的直接变频方式式与间接变频频方式a）间接变频方式式（交-直-交）b）直接变频方式式（交-交）17．4．2交流电动机调调速技术1.交流调速系统统方案（（6）变频频调速速（f↓→→n0↓→n↓）1）直接变变频方方式与与间接接变频频方式式交一交交变频频与交交一直直一交交变频频的主主要特特点比较项目交一交变频交一直一交变频换能型式一次换能，效率较高两次换能，效率略低换流方式电源电压换流强迫换流或负载换流装置器件数量器件较多，器件利用率较低器件较少，器件利用率较高调频范围最高频率为电源频率的1／3～l／2频率调节范围宽，不受电源频率限制电网功率因数较低移相调压、低频低压时功率因数低，用斩波或PWM调压，则功率因数高17．4．2交流电电动机机调速速技术术1.交流调调速系系统方方案（（6）变频频调速速2）电压压型变变频调调速与与电流流型变变频调调速在在交交-直-交变频频器中中，根根据直直流侧侧储能能元件件的特特点划划分。。电压型型变频频调速速（C为主滤滤波））电电流型型变频频调速速（（L为主滤滤波））17．4．2交流电电动机机调速速技术术1.交流调调速系系统方方案（（6）变频频调速速2）电压压型变变频调调速与与电流流型变变频调调速电流型型变频频调速速与电电压型型变频频调速速的主主要特特点比较项目电流型电压型直流回路滤波环节电抗器电容器输出电压波形★决定于负载，当负载为异步电动机时，为近似正弦波矩形输出电流波形★矩形决定于逆变器电压与电动机的电动势，具有较大的谐波分量输出动态阻抗大小再生制动（发电制动）方便，不需附加设备需要附加电源侧反并联逆变器过电流及短路保护容易困难动态特性快较慢，用PWM则快对晶闸管要求耐压高，对关断时间无严格要求一般耐压可较低，关断时间要求短线路结构较简单较复杂适用范围单机，多机多机，变频或稳频电源17．4．2交流电电动机机调速速技术术1.交流调调速系系统方方案（（6）变频频调速速3）脉冲冲宽度度调制制（PWM））变频调调速在在变频频调速速中，，整流流部分分用二二极管管桥。。常采采用PWM（PulseWidthModulation））方法来来改善善逆变变器输输出波波形，，该方方法需需要用用开关关频率率较高高的大大功率率器件件。。PWM变频调调速a）PWM变频器器线路路b）PWM波形例题2变频调调速的的原理理是：：A．改变同同步转转速，，实现现调速速B．保持主主磁通通不变变，进进行调调速C．控制主主磁通通，实实现恒恒功率率调速速D．恒功率率调速速时，，频率率增大大，主磁通通也增增大哪个是是不正正确答答案？？答案：：D例题3与直流流调速速比较较，交交流变变频调调速的的特点点是：：A．不受换换向条条件的的限制制，没没有由由于换换向器器所带来来的维维修工工作量量大、、事故故率高高的弊弊病B．容量、、电压压、电电流、、转速速的上上限，，不象象直直流流电电动动机机那那样样受受限限制制C．．交流流电电动动机机体体积积小小、、重重量量轻轻、、飞飞轮轮矩矩小小、、单机机容容量量大大、、效效率率高高D．．交流流调调速速的的调调速速性性能能超超过过直直流流调调速速哪个个特特点点使使得得投投资资及及维维护护费费用用大大为为降降低低？？答案案：：A，，C17．4．2交流流电电动动机机调调速速技技术术1.交流流调调速速系系统统方方案案（（7）无无换换向向器器电电动动机机调调速速它是是用用与与电电动动机机旋旋转转频频率率同同步步的的交交流流电电源源来来驱驱动动同同步步电电动动机机，，改改变变交交流流电电源源的的频频率率和和电电压压实实现现调调速速的的一一种种方方法法。。无换换向向器器电电动动机机的的基基本本结结构构MS一同同步步电电动动机机PS一位位置置检检测测器器17．4．2交流流电电动动机机调调速速技技术术2.变频频调调速速的的控控制制方方式式（l））基本本控控制制方方式式（（V/f协调调控控制制））1）当当f<f1N时U1／f1=常值值2）当当f>f1N时保保持持U1=U1N不变变这这就就是是恒恒压/频比的的控控制制方方式式，，是是变变频频调调速速必必须须遵遵循循的的控控制制原原则则，，简简称称为为VVVF（（VariableVoltageVariableFrequency））。。恒压压频频比比控控制制特特性性变频频调调速速控控制制特特性性ImΦ0I0变频频调调速速的的T~f特性性：：17．4．2交流电动动机调速速技术2.变频调速速的控制制方式（2）异步电电动机在在电压、、频率协协调控制制下的机机械特性性U／f恒定控制制时转矩矩、E／f恒定控制制时转矩矩、定子电流流一转速速特性电流－转转速特性性异步机等等效电电路及其其简化E1=

E2'I1R1jX11－ssR2'I2'jX2'

R2'I0RmXm+U1－17．4．2交流电动动机调速速技术2.变频调速速的控制制方式（2）异步电电动机在在电压、、频率协协调控制制下的机机械特性性U／f、E／f恒定控制制机械特特性基本本上是平平行下移移的，稳稳态性能能尚可，，能满足足一般要要求。但但因都没没考虑动动态过程程中Φm的变化，，动态性性能较差差。E’／f恒定控制制是保证证全磁通通恒定的的控制，，其动态态、静态态性能可可与直流流传动的的一样，，但线路路较复杂杂。E’／f恒定控制制时的三种不同同的电压压－频率率协调机机械特特性控制时的的机械特特性I—恒U／fⅡ—恒E／fⅢ—恒E’/f控制nT017．4．2交流电动机调调速技术2.变频调速的控控制方式（3）脉冲宽度调调制（PWM）控制技术在变频调速控控制系统中，，通常采用脉脉宽调制（PWM）技术来改善变变频器的输出出波形，减少少高次谐波。。1）单极性与双极极性PWM模式双极性PWM模式单极性PWM模式17．4．2交流电动机调调速技术2.变频调速的控控制方式（3）脉冲宽度调调制（PWM）控制技术在变频调速控控制系统中，，通常采用脉脉宽调制（PWM）技术来改善变变频器的输出出波形，减少少高次谐波。。2）PWM的调制方式分分同步式、异步步式和分段同同步式三种17．4．2交流电动机调调速技术2.变频调速的控控制方式（5）矢量控制与与坐标变换前两节论述的的变频调速控控制方法，基基本上解决了了异步电动机机的平滑调速速问题，转差差频率控制已已起到了直流流电动机双闭