第3章 电机调速控制线路【第2讲】

3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3.7.1三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3.8三相异步电动机的变频调速控制线路3.8.1变频调速原理3.8.2变频调速机械特性3.8.3变频器1）变频器的结构及分类回顾2/1/20231机电与汽车工程学院3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3.8.3变频器变频器类型：◆按其结构型式，可划分为：交—直—交变频器和交—交变频器。◆按电源性质式，可划分为：电压型变频器和电流型变频器。◆按电压的调制方式，可划分为：PAM(脉幅调制)和PWM(脉宽调制)。交—直—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。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的特性方面具有明显优势。两者都属交-直-交变频器，区别在于中间直流环节滤波器的形式不同。电压型采用电容器滤波，电流型采用电抗器滤波。2/1/20232机电与汽车工程学院3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3.8.3变频器2）交—直—交变频器组成：整流调压；滤波；逆变。◆

PAM(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)：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(SPWM)方式。2/1/20233机电与汽车工程学院3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3.8.3变频器3）变频器的额定值输入侧的额定值主要是电压和相数。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）：①380V，3相这是绝大多数②220V，3相主要用于某些进口设备中。③220V，单相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50Hz或60Hz。2/1/20234机电与汽车工程学院3）变频器的额定值由于变频器在变频的同时也要变压，所以输出电压的额定值是指输出电压中的最大值。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，是用户在选择变频器时的主要依据。输出侧的额定值主要是：①输出电压UN②输出电流IN③输出容量SN=UN·IN④配用电动机容量⑤过载能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。2/1/20235机电与汽车工程学院4）变频器的频率指标①频率范围

即变频器输出的最高频率和最低频率。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0.1～1Hz；最高工作频率约为200～500Hz。②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。③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小差值。2/1/20236机电与汽车工程学院3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3.8.4以三菱FR-A540变频器为例变频器外形操作面板LED显示：4位单位显示：·Hz频率·A电流·V电压模式键设置键增减键反转键正转键停止及复位键操作指示状态监视显示模式外部操作模式面板PU操作模式反转时显示正转时显示2/1/20237机电与汽车工程学院3.8.4以三菱FR-A540变频器为例(1)基本参数①输出频率范围（Pr.1、Pr.2、Pr.18）；

Pr.1为上限频率，Pr.2为下限频率，Pr.18为高速上限频率。②多段速度运行（Pr.4、Pr.5、Pr.6、Pr.24～Pr.27）；③加减速时间（Pr.7、Pr.8、Pr.20）；④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值，以防止电动机过热，故一般设定为电动机的额定电流值；⑤起动频率（Pr.13）；⑥适用负荷选择（Pr.14）；⑦点动运行（Pr.15、Pr.16）；⑧参数写入禁止选择（Pr.77）；⑨操作模式选择（Pr.79）；2/1/20238机电与汽车工程学院3.8.4以三菱FR-A540变频器为例(2)变频器的主接线2/1/20239机电与汽车工程学院3.8.4以三菱FR-A540变频器为例(3)变频器的端子接线图2/1/202310机电与汽车工程学院3.8.4以三菱FR-A540变频器为例(4)变频器的基本操作◆按改变监视显示2/1/202311机电与汽车工程学院3.8.4以三菱FR-A540变频器为例(4)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。2/1/202312机电与汽车工程学院3.8.4以三菱FR-A540变频器为例(4)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2/1/202313机电与汽车工程学院3.8.4以三菱FR-A540变频器为例(4)变频器的基本操作◆操作模式运行模式，在运行模式下，按或键可以改变操作模式，其操作如图所示。2/1/202314机电与汽车工程学院3电机调速控制线路3.9直流电动机的控制线路3.9.1直流电动机的基本原理工作原理：直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。基本结构：电刷永磁体（定子）电枢（线圈）（转子）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，制造方便，维护容易，但它具有启动性能好、调速范围大、调速平滑性好、适宜于频繁启动等优点。2/1/202315机电与汽车工程学院3.9.1直流电动机的基本原理工作过程：断路顺时针转动线圈平面

磁场平面依靠惯性线圈平面

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磁场平面左手定则2/1/202316机电与汽车工程学院3.9.1直流电动机的基本原理换向器的作用：通过不断变换电流方向来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为逆时针；从前往后看，线圈的转动方向也始终为顺时针。）2/1/202317机电与汽车工程学院3.9.1直流电动机的基本原理电动机会不会停在线圈和磁场垂直的位置？不会。因为惯性的作用，线圈继续转动，转过该位置又受到顺时针转动的作用力。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“死点”。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，便于启动。依靠惯性2/1/202318机电与汽车工程学院3电机调速控制线路3.9直流电动机的控制线路3.9.2直流电动机的基本分类◆按结构及工作原理可划分：无刷直流电动机和有刷直流电动机。◆按励磁方式分为他励、并励、串励和复励。(1)他励电动机励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。UUfIaM+_+_If他励2/1/202319机电与汽车工程学院3电机调速控制线路3.9直流电动机的控制线路3.9.2直流电动机的基本分类(2)并励电动机励磁绕组和电枢绕组并联，由一个直流电源供电。IaUM+_If+_IE并励2/1/202320机电与汽车工程学院3电机调速控制线路3.9直流电动机的控制线路3.9.2直流电动机的基本分类(3)串励电动机励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。串励UIa+_IfM2/1/202321机电与汽车工程学院3电机调速控制线路3.9直流电动机的控制线路3.9.2直流电动机的基本分类(4)复励电动机励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。复励U+_IMIa2/1/202322机电与汽车工程学院3.9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——起动3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10~20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：减小电枢电压和电枢回路串电阻两种。2/1/202323机电与汽车工程学院3.9.3直流电动机的基本控制线路——起动

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。

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，控制电枢电压断路器开关，控制励磁绕组电压启动按钮停止按钮过流继电器，主电路过流保护欠流继电器，励磁电路欠电流保护续流回路，吸收励磁回路的过电压，保护其它元件2/1/202324机电与汽车工程学院3电机调速控制线路3.9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——正反转控制方法：

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。

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。2/1/202325机电与汽车工程学院3.9.3直流电动机的基本控制线路——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。正转接触器反转接触器2/1/202326机电与汽车工程学院3电机调速控制线路3.9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——制动控制方法：

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(高速旋转的动能)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，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，迫使电机迅速停止。2/1/202327机电与汽车工程学院3.9.3直流电动机的基本控制线路——制动控制

能耗制动法电枢回路断电，电机惯性运转，产生感应电动势使得KA线圈吸合接入R3产生制动转矩，能耗制动，当转速下降到一定时，感应电动势小于KA释放值，KA释放能耗制动结束2/1/202328机电与汽车工程学院3电机调速控制线路3.9直流电动机的控制线路3.9.4直流电动机调速控制线路常用方法：(1)电枢回路串电阻调速——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：他励直流电动机电枢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速在额定转速以下范围内进行调速。调速范围较小，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，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，仍然使用这种调速方法。2/1/202329机电与汽车工程学院3电机调速控制线路3.9直流电动机的控制线路3.9.4直流电动机调速控制线路常用方法：(2)改变励