第章电气传动基础知识

变频控制技术第1章

电气传动基础知识工业生产发展过程，经历了三次工业革命：第一次工业革命： 18世纪60年代开始，标志是瓦特改良蒸汽机。蒸汽机的广泛使用，使生产从手工业过渡到大机器生产——“蒸汽时代”。第二次工业革命：

19世纪70年代开始，以电力的广泛应用为显著特点——“电气时代”。电力的应用是以发动机和电动机为重要组成设备。发电机原理的基础：1819年丹麦的奥斯特——电流磁效应1831年英国的法拉第——电磁感应现象1866年德国的西门子——自激式直流发电机19世纪70年代——改进的直流发电机实际生产

直流电能1882年法国的德普勒——远距离送电1882年美国的爱迪生——纽约第一个火力发电

站，并联结成输电网络第二次工业革命：1885年意大利的法拉里——旋转磁场原理，对

交流电机的发展重大意义19世纪80年代末90年代初——制造出三相异步

电动机1891年以后——三相制交流电推广，电力工业

新时代第三次工业革命： 20世纪40年代——计算机技术应用——“信息时代”1.1电气传动系统概述

电气传动初期是直流电气传动，后来出现了交流电气传动。早期交流传动主要应用在恒速拖动场合，需要高性能调速的使用直流电气传动。直到高性能变频器出现后，这种格局才被打破。目前，交流电气传动在电气传动中占主导地位。1.1.1电气传动概念和类型电气传动（电机拖动）的概念：以电动机作为原动机，驱动各种生产机械的系统总称。电气传动的特点：功率范围大，单个设备的功率可从几毫瓦~几百兆瓦；调速范围宽，转速可从每分钟几转~几十万转，可达10000:1。电气传动（电机拖动）的种类：以电动机作为原动机，驱动各种生产机械的，所以根据电动机的类型分为直流电气传动、交流电气传动和步进电气传动。直流电气传动： 19世纪70年代诞生。

优点：良好的起动制动性能，大范围平滑调速。缺点：主要是从电机自身结构来讲来看需要定期更换电刷和换向器，维护保养困难，寿命短；存在换向火花，难以应用于易燃易爆气体的恶劣场合；结构复杂，难以制作高转速、高电压和大容量的直流电动机。最高电压1kV，极限容量n是106kWr/min。交流劝电气姑传动繁：19世纪90年代晕诞生沈，应寺用在知恒速冰或简江单变碎速的动场合蓬，直轧到20世纪80年代赛，高剖性能耕的变笋频器样诞生没，才掘应用据在高文性能奔的调掏速场勒合。优点坚：主要监是从老电机辩自身丙结构滤来讲竟来看结构呢简单筛、坚孝固、剧工作存可靠丑、易马于维前护和俩保养订；无换坡向火涂花，椒可用赏于易衬燃易否爆气忍体的绳恶劣刻场合趋；容易史制造茅高转摩速、着高电乖压和创大容券量的采交流在电动见机。象电压局易达抱到6k疼V、10江kV，因奴此相娇同电粥流下锦，容扣量可嫌以大谋大提冈高。策极限尼容量n是40堵0106kW浊r谱/m艰in王~6捞00106kW朗r出/m忽in。步进调电气既传动冷：20世纪20年代忙诞生台，在粪许多师需要绕精确葬位置亡控制滩中应极用。优点退：是将秀电脉匆冲激疲励信妖号转债变为再角位姜移或慌线位性移，蓄控制咳精度却高。1.填1.欧2电气敌传动落的组誓成结业构和勿作用传动劝系统雕核心浮：调欢速装岩置、丈电动猫机调速鲜装置摘构成帆：电声源装友置、财控制峰装置主要丛作用风：改独变电室动机僚转速捷或输盛出转稍矩从跌而改洲变生油产机船械的沉转速扯或输落出转雀矩，蜻从而惹实现糊工艺守要求录、节户能、草提高淡产品较质量对和改额善工菌作环绘境。电源终装置伍类型钱：母线闸供电骡装置倾、机宅组变咬流装慌置和坟电力刃电子逝变流谋装置母线奶供电齐装置桥：包括绳交流架母线甩供电沈和直幻玉流母熟线供甚电机组之变流模装置麦：包括阀直流元发电恋机组意和变悲频机毫组电力搬电子顶装置泄：整流问装置间、交它流调锁压装吓置和拢变频胁器控制辛装置待的类跑型：控制端装置按所叛用器翻件分熊类：电器避控制处、电蚕机扩厌大机庙和磁闷放大杆器、士电子牵控制电器滩控制原（继跑电器——接触敞器控裂制）折：与母俱线供雪电装顷置配坡合使泳用。电机循扩大载机和诉磁放必大器车：与机鸟组供毛电装冰置配筋合使狼用，20世纪30拣~6衣0年代勺装置伸。电子姓控制眯：分为绞分立把元件创、中干小规盒模集妄成电伶路及押微机杜和专组用大已规模键集成悔电路芦。控制新装置按工肝作原袭理分扯类：逻辑弄控制奔和连湖续速驳度调陕节控坟制逻辑钓控制担：通过本电气锻控制感装置滨控制持电动搂机启垒动、敏停止逼、正至反转耽或有买级变私速，俱控制喷信号昼来自咸主令蜘电器乱或可筒编程糖控制割器。连续域速度帐调节克控制滤：与机宫组或杰电力袖电子施变流尺装置犁配合身使用粥，连券续改辅变电梢动机洒速度觉。有壮开环诊控制换、闭塌环控耗制和厉负荷碑控制花三类劈燕。控制浸装置按控厉制信马号的货处理疯方法栋分类：模拟农控制肆、数察字控塌制和睬模拟/数字液混合科控制1.中2电气碰传动贿系统恒的工竞作原节理遵循晌运动捏方程：工作稍原理：工作梁模式：速度南工作剪模式根：保持瓦电动死机轴上葡输出懒转速膀恒定眠为目浴的，自舞动调碑整电猾动机蜜的输蚂出转轮矩以坑适应编负载竞的变你化。犁如：蔑电梯系、各罩类生留产线誉。转矩有工作怀模式丧：保持榴电动害机轴上陆输出屠的转倡矩恒准定为帐目的，等陈于负湿载转燥矩和括空载絮转矩欢之和丈。但绩电动羽机转抚速不面是确络定的视。如伸开卷/收卷捐设备椒。1.盗3电气筒传动访系统段的负联载特金性目的晓：正确庸地把蕉握机违械负嚼载对割象的金负载快特性施，是笋选择卸电动递机及脏驱动翻电源跟容量鹿、决角定其吓控制搜方式拾的基萝础。负载畏特性制：包括肾负载洪机械神特性享和负适载功混率特绣性负载研机械装特性谋：是指幸负载榆阻转辜矩与滨负载翁轴上赔转速泛之间退的关纪系（蔬转速——转矩气特性苍）；负载恒功率崇特性车：是指份负载楚所消雅耗的旦功率械与负鼠载轴誓上转鼠速之结间的衫关系月（转崖速——功率舱）。负载士特性轰种类厅：恒转缝矩负抹载，真平方碌降转爷矩负刻载，瘦恒功捆率负怪载。1.话3.鲜1恒转泻矩负酸载特补性当运到行时苗，无生论其鱼速度趴变化届与否亮，负站载阻户转矩波大小裁总保个持恒谢定或错基本酒恒定偏。图1-豆3恒转焦矩负敢载及蒸其特上性a）带式视输送贪机b）机械听特性c）功希率特乡丰性恒转舟矩负薯载基乎本特戴点：负载乘转矩:负载行的阻别转矩悼基本通恒定繁，即判负载挂转矩郊的大文小与耽转速债无关申。负载巨功率:负载博功率置与速拼度成谷正比迈。恒转迅矩负绩载种织类：包括桂反抗宇性恒兵转矩莲负载爽和位伞势能孤负载黎。反抗龄性恒察转矩栽负载轿：传送浮带、决搅拌什机、群挤压但成形渡机等摩擦假负载，摩扔擦类妙负载链的阻践转矩纽奉的作正用方贴向与潮运动漠方向柜（或扮旋转绳方向炮）相掘反，运动啊方向愧改变醉后，屯负载究转矩义的方墓向也闯将随侧之改讽变。位势锹能恒絮转矩严负载凯：吊车盗或升消降机奥等重湖力负命载，负载环转矩乘的方忌向不捧随着翠运动帮方向剧的改侮变而另改变。1.闷3.如2恒功迁率负庸载：恒功虾率负蒸载是裕指在鱼改变价速度叨是时疗，负构载转茄矩与百转速逮大致寸成反男比，建负载伤功率态不变扬，与仍转速屑的高解低无测关。图1-4恒功哈率负荐载及月其特无性a）卷径很最小眨时b）卷径斥较大c）卷径叙最大恒功护率负跳载基划本特拣点：负载谅功率:负载套功率阀基本解恒定羞，即欺负载食功率挠的大垦小与挂转速节无关库。负载欣转矩:负载怪转矩贫与速刃度成孔反比损。恒功但率负卖载设闻备：轧钢浓机、帅造纸移机和子塑料暴薄膜岩生产勉线中爪的开帆卷机腥、卷倡曲机夹等。魔在巷办取初雅期由贫于生切产的芦物料饺卷的鹅半径桥较小赖，为灵保持糊恒定垫线速瘦度，粪物料等卷必腔须以没较高化速旋纱转，株而负桶载却衡转矩炊较小喝；但崭随着冰物料太卷半蜘径的挡逐渐景变大文，物柔料的爱转速旬也应卵随之境降低欠，而云负载告转矩察却必钟须相惹应增恳大。各种逆机床充也属数于恒臂功率烫负载遭，当西粗加凶工时后通常清进给腿量大垂，负依载转驳矩也络就大核，转墙速低贷；精弟加工雀时，们进给悠量小肢，负塑载转叛矩就经小，葵转速事高，夹负载局转矩值与转缸速成视反比蛋。1.侧3.活3二次狗方率妻负载史特性各种索离心沿风机烂、离裕心泵东等流你体机隶械，殃在低神速时扰由于钩流体钞的流吹速低紧，负览载只义需很啊小的洽转矩连即可纸旋转默。随带着电焰动机赢转速语的上元升，盯气体钩或液捐体的彻流速抚加快毁，流忍速增厚快，球负载吩转矩蒙和功俊率也乞越来雾越大劲。图1-3二次岩平方怎负载想及其希特性a）风机运示图b）机械酒特性c）功率匹特性二次领方率版负载舌基本督特点回：负载疫转矩:负载滋的阻栋转矩粘与转压速的锯平方存成正略比。负载震功率:负载肠功率竹与速甜度的3次方序成正贩比。1.连4变频延器概敞念及浙其发屑展变频塔器的砖概念交流站电动裙机的伟驱动闪控制如器。污改变嗽输入租电动年机电安源的赛频率挂达到走调节饰电动直机转挖速的躲目的借。现代谷通用宏交流殖调速苦装置苗通常阁由全便控式吸电力巾电子茫器件框构成寨的静用止交斑流变搞换器凶，即征电力闻电子摩变频坐器，梨简称郊为变戒频器佣。变频昂器的辜输入谱是电璃网来腥的恒词压恒该频交州流电摸，输菜出是劣电压熄和频里率都座可变旷的交旺流电篮。所钞以，变频徒器就君是一顾种将蚕工频烤交流笛电（检三相阵或单度相）礼变换反成电膀压和锁频率区都可和连续辆变换速的静题止式份交流擦电源汗变换星装置，供螺给交饶流电购动机偏实现额软起早动、岂变频图调速领。变频冶器的控制捞对象：三相芹交流揪异步梨电动第机和换同步晕电动耀机，碗标准男的适离配电乏机是2/情4极电束机。采用北变频舞电气怖传动拌的优势：平滑财软启台动，璃降低派启动岛冲击述电流恭；提高屑变频接器的核输出芽频率份提高龙电动患机的搂速度氏；无级醋调速况，提最高调养速精忘度；正反桃转控少制容饺易；便于敢网络顺控制财。1.挥4.亲2变频刃器发源展随着胡微机谎技术慨、电盯力电炒子技鸭术和致调速喊控制咬理论果的发坦展不糖断发靠展，帖发展荐的几山个阶脸段：20世纪80年代梅初，甲诞生淘，模吉拟式岔；20世纪80年代稼中期嫁，数斧字式述；20世纪90年代命后，静智能永式、载多功袖能通正用变库频器渐。变频米器发晋展中勾的特界点：1.功率窃器件剪不断朝更新稠换代变频载器的扮发展震受其稍电力暂半导湖体器牧件的区限制往，常到用功疼率半陆导体凤主要疑有:双极道晶体稠管GT氧R、绝切缘栅洒双极延晶体春管IG壳BT、集碎成门惑极换馒流晶决闸管IG藏CT、门扔极可植关断总晶闸铺管GT碑O。20世纪80年代冒初，GT达O，开擦关频哑率低桶，变渴频器古调速杂性能悟较差浩。20世纪80年代壤后期街，GT廉R，开齿关频波率2k蜓Hz以下艇，载波匀频率鞠和最爬小脉休宽都言受到蜡限制遭，难御以得绳到较甚为理瓣想的王正弦弃脉宽状调制腥波形效，并踢使异丧步电驴机在底变频库调速凡时产幸生噪娱声。随着IG进BT（绝钻缘栅耳双极即晶体痒管）迁的出季现，跨其工质作频肥率可姻在20奔KH治z以上除，与GT粱R相比染不仅喂工作察频率围提高残一个安数量驰级，烈且在沈电流嘴、电军压指鹅标（踏电流跑浪涌温耐量压、电帖压阻变断峰柔值、疏门极忽驱动浸功耗畜等各雨项指穗标）卷均已绿超过GT击R，因朴而在贷新一何代的乐中小筋功率怕变频埋器中IG绸BT已基萄本上屠代替叨了GT嘴R。采用IG箭BT的低吓压变金频器辩的最并大容板量在38啄0V级可临达54搂0K录VA，而60罩0V级的俱可达70疫0K魄VA，可设驱动48尺5K披W电动风机进孙行调乔速，券最高陕频率膏可达40誉0~哲60侵0H迎z，能价对中挺频电绕机进南行调拥频控纸制。20世纪90年代爪末又头出现土适合烦中压篮（1K错V-桑10惕KV）开贺关电申路的IG剂CT（集火成门画极换则流晶弱闸管怪）、息以及树现在企使用桐的功腥率智仆能模蒙块IP封M：是虾以IG岗BT为开枝关器居件，仰同时岔含有牲驱动倡电路颤和保尺护电凳路，IP违M的保窜护功皆能有蔑过流钉、短汉路、朗过压蒙、和台过热赵等，耀还可证以实隶现再芒生制分动，圈由于IP寄M组成签的变绩频器韵只需畏对桥患臂上跟各个IG圆BT提供乌隔离罢的PW残M信号柏即可炊，使召变频甘器的利体积占逐渐赚趋向绘小型耐化，亲随着饶电力封电子赠功率员器件只的发零展，喜变频叙调速陕技术让不断佛成熟浓。尘。名称代号符号控制方式最大电压电流及频率双极型晶体管BJTGTRBCE

电流控制Um：450-1400VIm：300-800AFm：10K-50k门极关断晶闸管

绝缘栅双极晶体管GTO电流控制Um：500-600VIm：4000-6000AFm：1K-10kIGBT电压控制Um：1800-3300VIm：800-1200AFm：20K-50k

IGCT

GCE集成婆门换捎流晶芬体管电压喊控制Um：50培0-当60怎0VIm：40帅00津-6甚00吓0AFm：1K称-1酬0kGKA常用丸电力图半导夹体器赌件2.应用涨范围才不断懂扩大在纺睬织、龄印染熟、塑磨胶、卸石油敬、化分工、必冶金铃、造柄纸、艳食品各、装淹卸搬蔽运等展行业距都有灰着广湿泛应急用，桶随着非各种持专用杆变频榨器的围出现桨，使蒸变频灿器的滔应用蝇领域省进一旁步扩艺大，爪可以留说有点电机萌的地云方就咱会有场变频榜器。3.控制祥理论罗不断惩成熟早期坟，V/券F19徐64年，段提出SP斯WM控制导方式19锤71年，啄矢量板控制19严85年，衬直接头转矩圣控制矢量责控制越技术牌、直弦接转俗矩控首制技百术的寇出现虽使得号电动收机变址频后股的机翠械特鸣性可母以和唉直流护电机斩相媲御美。变频臭调速焰控制济技术绵不断唇成熟则、功身率电心子器谣件不者断发断展，简变频化器应闲用日迁益广兼泛，描在电煮气传灰动、酿节能参领域古起着体重要坦的作涨用。通用真变频鱼器发诸展趋桶势：通用蓝变频色器？是指滴可以闸和通浩用的视笼型确异步腥电机御配套朽使用宗，并挠具有希多种真可供作选择胖的功辛能，梅可适啄用于得各种攻不同组性质笔负载困的变零频装混置。1.低电估磁噪懂音、乳静音吓化采用沙高频仗载波走方式叛的正奔弦波SP输WM调制狸实现农静音扇化;在通碍用变衡频器付输入路侧加酷交流稼电抗侦器或混有源般功率秃因数撞校正已电路AP和FC镜;在逆冤变电雾路中白采取So指ft栽-P她WM控制应技术宣等，锦以改木善输座入电喉流波歌形、布降低你电网貌谐波勾，在判抗干嚷扰和宿抑制帮高次签谐波丧方面间符合EM接C国际机标准巨，实勾现所醋谓的润清洁适电能料的变滋换。血如三导菱公盯司的撕柔性PW饮M控制唐技术靠，实手现了逢更低款噪音窑运行朋。2.专用煌化新型砍通用宅变频位器为凭更好督地发你挥变肌频调逃速控颈制技哈术的殿独特牵功能斤，并叼尽可保能满饥足现江场控炉制的武需要毁，派朴生了揉许多屯专用崭机型党。如风共机水倚泵空米调专博用型屠、起路重机喇专用厚型、堡恒压傲供水博专用乎型、交流辫电梯反专用瞎型、杏纺织灾机械马专用挪型、纤机械而主轴时传动变专用垃型、种电源牛再生田专用辆型、利中频步驱动乌专用逆型、堵机车傅牵引屋专用僵型、姻单相害变频棒器等呼。3.系统羽化除了发发展本单机胞的数朋字化秤、智搭能化创、多顾功能伍化外拍，还杂向集政成化隙、系宇统化歌方向疲发展剖。如典西门房诚子公饺司提陡出的含集通讯斯、设溪计和亮数据屈管理三者劝于一翠体的“全集音成自肤动化”（TI犯A）平让台概染念，羡可以击使变频准器、遍伺服阻装置留、控架制器瓜及通投讯装蒙置等隐集成鹅配置，甚由至自室动化灿和驱搂动系轻统、针通讯马和数狮据管章理系免统都告可以妄像驱朵动装伤置那疤样嵌事入“全集暗成自踪蝶动化”系统咬那样塌进行傅，目勤的是奖为用蛇户提辰供最驾佳的返系统手功能赌。4.网络龟化可提竟供多浴种兼核容的包通信受接口卸，支欢持多喊种不沈同的犬通信教协议抓，内语装RS求48员5接口古，可座由个谋人计甜算机给向通村用变岁频器阿输入客运行兴命令柳和设婚定功镰能码汁数据租等，称通过哪选件助可与种现场赠总线岁通讯扫。如信西门锣子、VA崖CO拾N、富伟士、野日立辰、三现菱、祝台安佣等品纳牌的胳通用足变频犬器，栏均可动通过第各自加可提速供的昏选件瘦支持粗上述扰几种舒或全庆部类池型的向现场捕总线怜。5.操作辛傻瓜棉化新型惹通用搅变频恳器机足内固誓化的“调试高指南”会引培导你农一步俊一步夕地填析入调纱试表拔格，显无需鸡记住起任何齿参数护，充铁分体残现了律易操年作性盆。如西美门子瓣公司睡的新哀一代MI六CR溜OM坏AS圾TE歉R4找20报/4奸40因采馆用了该一种鱼称为“易于赌使用”的成驱功概锤念，泼使得驼在连男接技惧术、者安装哪和调惩试方胡面的麦操作觉变得乳非常想简单。6.内置棕式应它用软父件新型处通用雅变频弹器可椅以内锄置多丸种应轿用软裹件，雄有的讯品牌抹可提娃供多绘达13传0余种愚的应顽用软抢件，饥以满桨足现声场过聋程控秆制的催需要貌，如PI欧D控制歇软件呢、张恨力控债制软撑件、邻速度袭级链谢、速径度跟双随、校电流奖平衡栋、变探频器召功能纤设置万软件朝、通鹅讯软税件等往。变频搞器功惭能设霸置软笑件可司以在WI匹ND削OW崖S9本5/惜98环境疲下设投置变踩频器牺