版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
交流变频调速技术
何超主编
北京航空航天大学出版社
第1章变频调速技术概述1、何谓交流电动机的变频调速技术?采用电力电子器件,把工频交流电变成频率可调的交流电,供给交流电动机以改变转速的技术。2、调速技术发展简史:
调速技术由直流电动机调速→交流电动机调速。直到20世纪80年代以来,随着电力电子技术、微电子技术和信息技术的发展,变频调速技术获得迅猛发展。
变频调速系统在调速范围、调速精度、动态响应、功率因数
运行效率和使用方便等性能指标超过了直流调速系统,达到取代直流调速的地步。
3、变频调速技术的应用:
在各工业领域,在交通运输(电力机车),在风机、水泵、压缩机的节能控制(我国60﹪的发电量消耗在电动机上,变频调速可节电15﹪~20﹪),在机床设备,在电梯、空调、洗衣机等家用电器中获得广泛应用。4、本课程主要学习的内容:了解变频器的组成、变频调速原理,掌握变频器的选择、维护和调试、变频器的应用。本课程是“电气工程及其自动化专业”的主干专业课程。设置本课程是教育改革的内容之一,其目的是为了更好地培养学生的实际应用能力,更好地与市场经济接轨。本课程特点:突出实践性和应用性,降低理论学习的难度。5、本课程学习方法;1)抓紧时间复习以往学过的课程——电力电子技术、电机与拖动、电力拖动自动控制系统。2)掌握基本理论,重视实践应用,认真听课、自觉复习、独立完成作业和每一次实验。
1.1直流电动机的基础知识回顾1.1.1直流电动机的工作原理N、S是定子励磁绕组产生的磁极。直流电经电刷A、换向片流入转子绕组ab、cd、从电刷B流出。根据左手定则,电枢将在电磁转矩作用下,逆时针旋转。电枢旋转了180°,绕组也旋转了180°,绕组的电流方向虽改变180°,但电磁转矩并没改变,因此电枢仍逆时针旋转。直流电动机的结构有两个特点:1)定子励磁电路与电枢电路相互独立,可以分别进行调节2)励磁电路产生的主磁场与电枢电路产生的电枢磁场相互垂直1.1.2直流电动机的励磁方式(图1-3)1、他激:供给励磁绕组与电枢绕组的直流电源相互独立2、并激:励磁绕组与电枢绕组并联,接在同一个直流电源3、串激:励磁绕组与电枢绕组串联后,接直流电源4、复激:励磁绕组有二组,分别与电枢绕组串联和并联1.1.3直流电动机的机械特性1、感应电动势:直流电动机运行时,电枢绕组R,切割主磁通产生感应电动势
其大小:E=Ke
Φ
n
式中:Ke
电动势常数,Φ每极磁通,n电机转速感应电动势方向(用右手定则)与外加电源电压Ua的方向相反,故称为反电动势。
电压平衡方程式:Ua=E+ΙaR
直流电动机转速:(1)思考题:1)直流电动机全电压启动会产生什么后果?采用什么对策加以预防?
启动瞬间,直流电动机转速n=0E=0Ιa↑↑,造成过电流和机械冲击。
对策:降压启动或电枢串电阻启动。2)直流电动机在启动或运行时,堵转(即电动机因带不动负载而停止转动)会产生什么后果?采用什么对策加以预防?
此时n=0E=0Ιa
↑↑,造成过电流或烧毁电机。对策:应立即停机。或自动检测过电流,切断电枢电压。3)直流电动机在运行时,突然励磁绕组电流为零,会产生什么后果?采用什么对策加以预防?
励磁电源电压为零或励磁绕组断线均会造成励磁绕组电流为零,则每极磁通Φ=0(失磁),将会造成飞车。对策:自动检测励磁电流,一旦失磁,立即切断电枢电压,使电机停转。
2、电磁转矩:
T=KT
ΦΙa(N﹒m)
(2)
式中:KT
转矩常数,Φ每极磁通,Ιa电枢电流直流电动机转矩平衡方程式:T=TL+T0
式中:TL
负载转矩,T0空载转矩3、机械特性:
在电枢电压Ua和磁通Φ保持不变的条件下,转速n和转矩T之间的关系称为直流电动机的机械特性。此机械特性称为“自然机械特性”
直流电动机转速:
(1)电磁转矩:T=KTΦΙa(N﹒m)(2)将(2)式代入(1)式得式中第一项:在一定的电枢电压Ua和磁通Φ下,对应的转速为n0称为理想空载转速。第二项:随着T(即Ιa)的增大,造成的转速降△n因此机械特性接近于水平线,随着T(即Ιa)的增大,转速略有下降,称之为硬特性。n=n0-△n1.1.4直流电动机的调速调速方法有以下三种:1、改变电枢电压调速:在负载转矩TL和磁通Φ保持不变的条件下,降低电枢电压Ua
可降低电机转速n,得到一系列平行的机械特性(图1-5)该方法只能在额定电压以下进行调速。优点:是可实现无级调速,机械特性硬,调速范围大,可达
5-10倍,应用最广泛2、减小磁通调速:
该方法只能降低磁通,使转速在额定转速向上调,调速范围小机械特性如图1-6所示。
3、电枢回路中串电阻调速:
机械特性如图1-7所示。
在在负载转矩TL、磁通Φ、电枢电压Ua保持不变的条件下,电枢绕组串联的电阻RT越大,机械特性越软。优点:简便,成本低。缺点:是能量损耗大,机械特性软。
仅用在小容量电机、对机械特性要求不高的场合
1.2三相异步电动机的基础知识回顾1.2.1三相异步电动机的工作原理
1、定子三相绕组(空间彼此相差120˚电角度)通入三相交流电时,在电机的气隙内产生一个旋转磁场(如顺时针旋转)2、该旋转磁场切割转子绕组(设旋转磁场静止,则转子相对于磁场逆时针旋转),在转子绕组中产生感应电动势和感应电流(其方向用右手定则判断)。3、转子电流与旋转磁场相互作用,产生电磁力、电磁转矩(其方向用左手定则判断),使转子沿旋转磁场方向旋转起来。分析旋转磁场是如何产生?1)t1时刻:ωt=90°iU=Im,iv=iw=-
Im/2,则电流从U1→U2、V2→V1、W2→W1,根据右手螺旋定律,合成磁场如a2)t2时刻:ωt=210°iV=Im,iU=iw=-Im/2,合成磁场如b,顺时针旋转了120°同样分析可知:电流变化360°电角度,合成磁场旋转了一转。旋转磁场的同步转速:n0=60f1/p
式中:f1电流频率;P磁极对数
电动机实际转速为n,n<n0,其转向与旋转磁场转向相同。转差率S——同步转速与电动机转速之差与同步转速的比值
启动时:n=0,S=1
额定工作状态:额定转速为nN接近n0,SN=0.01-0.06功率与转矩的关系:异步电动机的额定功率为PN是输出的机械功率。由力学知识得知:旋转体的机械功率等于作用在旋转体上的转矩T与它的机械角速度Ω的乘积,即P=TΩ
当电动机在额定状态运行时:额定转矩TN
(N·m)
式中:PN额定功率(KW),nN
额定转速(r/min)功率及效率:
输出功率为:P2=PN
输入的电功率为:(KW)
式中:U1、I1、cosφ为电动机的线电压、线电流、功率因数
效率:输出功率与输入功率之比1.2.2三相异步电动机的调速转速公式:根据上述公式,异步电动机的调速方法有以下三种:(1)改变磁极对数P:
变极调速只适用多极电动机,属有级调速。(2)改变转差率S:改变定子电压的降压调速、适用于专门设计的较大转子电阻高的转差率电动机,调速范围窄,机械特性软转子回路串电阻、串级调速适用于绕线式电动机(3)改变电源频率f1;无级调速,是交流调速的首选方案1.2.3异步电动机的机械特性曲线1、自然机械特性曲线:
定义:转速n与电磁转矩T之间的关系称为自然机械特性曲线机械特性曲线有四个特殊工作点:1)启动工作点S;
n=0,S=1,Ts为启动转矩(或堵转转矩)
TS=(0.8-2)TN(TN为额定转矩)启动时转子感应电动势E2最大,启动电流Ιst=(4-7)ΙN2)临界工作点K:
该点的转矩最大,称为临界转矩TK
,转速称临界转速nK,
转差率称临界转差率SK3)额定工作点N:
转速为额定转速nN,转矩为额定转矩TN
,转差率S=2%—6%4)理想工作点n0:
转速为同步转速n0,转矩T=0,转差率S=02、人工机械特性曲线:1)降压调速(如降压启动)机械特性曲线如图1-20其特点:同步转速n0不变;启动转矩Ts和临界转矩TK
减少;临界转速nK和临界转差率SK均不变。2)改变转差率调速:(转子回路串电阻)
其特点:
机械特性变软,同步转速n0和临界转矩TK不变;临界转速nK
减小;临界转差率SK和启动转矩Ts变大3)改变电源频率调速:
其特点:
同步转速n0和临界转矩TK
减小;临界转速nK启动转矩Ts减小;但临界转差率SK不变1.2.4异步电动机负载的机械特性异步电动机是用来驱动负载,因此必须对负载性质有所了解常见的负载有以下三类,其主要特点如下:1、恒转矩负载:如起重机械,电梯要求电机调速时均要有恒转矩输出。该类负载有恒定的阻转矩TL,其机械特性如图1-23。负载功率与转速成正比,其功率特性如图1-24。
注意:不能误解为“不管负载轻重(如电梯载1人或载10人)电梯的负载阻转矩都相等”2、恒功率负载:如轧机,机床主轴,电机变速时保持功率恒定。
如车床粗车零件时,切削量大,阻转矩就大,就要求主轴转速降低,机械特性表现为转矩和转速成反比,属恒功率负载
注意:不能误解为“不管负载轻重,电动机都输出相等的功率”其机械特性、功率特性如图1-25、1-263、变转矩负载:(二次方率负载)如风机和水泵都是传送流体的,其流量Q与转速成正比。阻转矩与转速二次方成正比;功率与转速三次方成正比;其机械特性、功率特性如图1-27、1-281.2.5异步电动机拖动系统的工作点分析1、异步电动机拖动系统的工作点
工作点——是指电动机的机械特性与负载机械特性的交点Q
在Q点上电机的电磁转矩TM与负载阻转矩TL相平衡,电机稳定、匀速运行。三种不同负载的工作点见下图2、负载变化时的工作点分析以恒转矩负载为例:系统开始工作在Q点,若负载转矩由TL减小到TL1,
转矩TM>TL1,电机的转速上升,转差率S↓,Ⅰ2↓.
电磁转矩TM=CmΦmⅠ2
COSΦ2
式中:Cm转矩常数,Φm磁通,Ⅰ2转子电流,
COSΦ2转子电路的功率因数。转矩TM下降,系统工作点由Q→Q1。到达Q1点,TM=TL1系统又将稳定、匀速运行,此时转速升高到nQI。3、电动机的参数变化时的工作点分析以负载转矩恒定、改变电机转差率为例:系统开始工作在机械特性曲线①工作点为Q,若加大转子回路电阻(即增大转差率),则电机的机械特性曲线由①变为人为机械特性②。由于惯性,电机转速n1不变,工作点由Q→Q2,此时TM<TL,电机的转速下降,转差率S↑,Ⅰ2↑,转矩TM上升,工作点由Q2→Q1。到达Q1点,TM=TL系统又将稳定运行,此时转速下降到n2。1.2.6异步电动机的三种制动方法:(难点)1、回馈制动(再生制动):定义:当电机转速大于同步转速即n>n0,电磁转矩变成制动转矩,电机工作在发电机状态。将输入的机械能转换为电能,反馈给电网。*如电机正向电动运行,工作点Q,负载阻转矩为TL。当电机转速调低时:同步转速由nQ1下降到nQ2。电机的实际转速由于惯性不变,工作点由Q跳变到Q1,电磁转矩变成制动转矩→使电机转速沿特性曲线②下降到纵轴,回到第一象限电动机工作状态,回馈制动结束。此时TM<TL,转速沿特性曲线②下降,直到Q2,TM=TL系统才稳定运行。结论:回馈制动只能降低电动机的转速,而不能制停。2、直流能耗制动:定义:断开正在运行的电机的三相电源,在定子二相绕组通入直流电,形成一固定磁场,转子因惯性切割直流磁场,产生制动转矩使电机停转。把转子动能转换成电能,消耗在转子的电阻上。*如工作点由Q跳变到Q3→沿特性曲线③下降,直到电动机转速、制动转矩都为零(坐标原点)。异步电动机的机械特性曲线有四个象限:(图1-32)一象限——工作在正转电动机状态(即n与T同方向)
二象限——工作在正转发电机状态(即n与T异方向)
三象限——工作在反转电动机状态(即n与T同方向)
四象限——工作在反转发电机状态(即n与T异方向)3、反接制动:定义:将正在运行电机的两相电源互换,旋转磁场方向改变。电磁转矩方向随之改变,与转速方向相反,处于制动状态运行。*如曲线(4)是反转电动机状态的机械特性,BC段是其在第二象限的延长线。曲线(4)与曲线(1)成中心对称电机正向电动运行,工作点Q。反接制动时,工作点由Q
跳变到B,电磁转矩与转速相反,则电机处于制动状态,转速迅速下降到零(C点)。反接制动时注意事项:1)到转速下降到零时(C点),应立即切断电源,否则,电机有可能进入第三象限反转电动机状态(当负载转矩较小时)2)为防止反接制动时的过电流,常在绕线式电动机转子绕组中串入限流电阻。鼠笼式电动机转子绕组因无法串入限流电阻,故不宜频繁进行反接制动。4)*倒拉反转制动(难点)图1-34起重机械,电梯均属于位能性恒转矩负载。当电动机作正向电动运行时,当TM=TL时,重物匀速上升,工作点为Q1。对绕线式电动机转子绕组中串电阻RB进行调速,机械特性向下倾斜,工作点下移到Q2,电机转速下降。当RB超过某数值,工作点不断下移进入第四象限,电机在重物拉动下反转。此时电磁转矩方向不变,对转子起制动作用直到TM=TLI电动机稳定运行在第四象限Q3点,重物平稳下降。(TL1<TL的原因是考虑到摩檫力矩总是与转向相反)这就称为倒拉反转制动
1.3交流电动机的变频调速技术概述交流电动机变频器的种类1、按变换环节可分为两大类;交-交变频器,交-直-交变频器。
交-交变频器;把工频交流电直接变成频率可调的交流电,又称直接变频。优点:直接变频只有一个变换环节,效率高。缺点:变频范围小,为额定频率的1/2以下,主要用于低速大容量拖动系统(轧机、球磨机、水泥窑炉等)。
单相交交变频电路简介:1)电路构成:由P组和N组反并联的两组晶闸管变流电路构成。P组工作时,负载电流io为正;N组工作时,负载电流io为负。两组变流器交替工作,负载就得到该频率的交流电。(方波)2)工作原理:改变两组变流器的切换频率,就可改变输出电压的频率f改变变流电路的控制角α,就可以改变交流输出电压的幅值
为使输出电压的波形接近正弦波,可按正弦规律对控制角α进行调制;在半个周期内让P组α角按正弦规律从90°减到0°,然后再增加到90°,每个控制间隔内的平
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 丰子恺杨柳课件
- 孟子成语 课件
- 第二单元(复习)-二年级语文上册单元复习(统编版)
- 西京学院《融媒体新闻编辑》2023-2024学年第一学期期末试卷
- 西京学院《剧本创作》2021-2022学年第一学期期末试卷
- 西京学院《工程定额原理》2021-2022学年第一学期期末试卷
- 西华师范大学《语文学科教学论》2023-2024学年第一学期期末试卷
- 《画世界名画》少儿美术教育绘画课件创意教程教案
- 西华师范大学《数学物理方法》2021-2022学年第一学期期末试卷
- 西华师范大学《软件及应用》2022-2023学年期末试卷
- 室内攀岩挑战征服高空挑战自我
- 2025届高三英语一轮复习备考计划 课件
- 计生生殖健康知识讲座
- 2024年中国大地保险公司招聘笔试参考题库含答案解析
- 学生寝室生活管理策略例谈
- 高精度脑电采集方案
- 幼儿园中班数学活动《5的分解组成》
- 膝关节损伤护理查房
- 人教版小学英语五下Unit 2 My favourite season单元作业设计
- 上海铁路局招聘2023届(高职)大专毕业生3367人笔试参考题库(共500题)答案详解版
- CONSORT2010流程图(FlowDiagram)【模板】文档
评论
0/150
提交评论