機(jī)電傳動控制8交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)課件

目錄·第8章

第8章交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

8-1晶閘管交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)

8-2交流電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)

8-3其他交流調(diào)速系統(tǒng)

8.1電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)

8.2交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)

8.3線繞式異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

8.4晶閘管變頻調(diào)速系統(tǒng)第8章交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

①掌握交流異步電動機(jī)調(diào)速的基本原理及主要方法；②了解電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)的原理和調(diào)速性能。③掌握交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)和線繞式異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的特性、原理及應(yīng)用領(lǐng)域；④了解變頻調(diào)速系統(tǒng)的分類、脈寬調(diào)制型變頻調(diào)速和交-交變頻調(diào)速的基本原理，調(diào)速特性及應(yīng)用范圍；基本要求第8章交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

①交流異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的基本原理，各類調(diào)速系統(tǒng)的基本原理與類型以及幾種主要系統(tǒng)的基本組成；

②不同調(diào)速方法所獲得的電動機(jī)調(diào)速的特性和特點，不同調(diào)速方法的應(yīng)用場合。

不同調(diào)速系統(tǒng)的原理，變頻調(diào)速系統(tǒng)的分類與系統(tǒng)原理；重點難點電磁轉(zhuǎn)差離合器第8章交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)通過改變電磁離合器的勵磁電流實現(xiàn)調(diào)速的異步電動機(jī)-電磁離合器調(diào)速系統(tǒng)，

具有裝置及控制電路簡單、價格便宜等優(yōu)點，但低速運(yùn)行時，損耗較大，效率較低。

8.1電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)圖原理圖第8章交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)異步電動機(jī)定子與轉(zhuǎn)子的參數(shù)恒定時，在一定的轉(zhuǎn)差率下，電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T

與加在定子繞組上的電壓U的平方成正比。因此，通過改變異步電動機(jī)的定子電壓，從而改變電動機(jī)在一定輸出轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速是一種簡單而方便的調(diào)速方法。

優(yōu)點：控制電路簡單、價格低、使用維修方便等，缺點：損耗大、效率低、調(diào)速特性軟，低速時穩(wěn)定性差、調(diào)速范圍窄。若加入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，就可使低速特性變得較硬、穩(wěn)定性變好，調(diào)速范圍加寬。

8.2交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)

㈠交流調(diào)壓原理第8章交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)㈡單相交流調(diào)壓8.2交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)

電阻負(fù)載

阻感負(fù)載單相交流調(diào)壓電路及其波形第8章交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)三相交流調(diào)壓電路星形聯(lián)結(jié)三相三線8.2交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)

㈢三相交流調(diào)壓

任一相導(dǎo)通須和另一相構(gòu)成回路。

電流通路中至少有兩個晶閘管，應(yīng)采用雙脈沖或?qū)捗}沖觸發(fā)。觸發(fā)脈沖順序和三相橋式全控整流電路一樣，

順序為VT1～VT6，依次相差60°。相電壓過零點定為α

的起點，

α角移相范圍是0°～150°。

第8章交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)8.2交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)

㈢三相交流調(diào)壓α=30°α=60°α=120°不同α角時a相負(fù)載相電壓波形第8章交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)8.2交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)

㈢三相交流調(diào)壓不同α角時a相負(fù)載相電壓波形

0°≤a

＜60°60°≤a

＜90°90°≤a

＜150°a

＝0°a

＝30°a

＝60°a

＝120°第8章交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)對于線繞式異步電動機(jī)，可采用轉(zhuǎn)子回路中串接電阻或串接電勢兩種調(diào)速方法。

①轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速時，

在電阻上將消耗大量的能量，速度越低，指耗越大；②轉(zhuǎn)子回路串入一外加電勢，就構(gòu)成了串級調(diào)速系統(tǒng)，

由于其能量損耗小，且機(jī)械特性也較硬，從而獲得較廣泛的應(yīng)用。

8.3線繞式異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

第8章交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)變頻調(diào)速的基本原理是異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0

與定子供電電源的頻率f成正比，改變f就可改變n0，從而實現(xiàn)調(diào)速。

具有效率高、調(diào)速范圍寬，調(diào)速精度高等特點，是異步電動機(jī)比較理想的調(diào)速方法。

變頻調(diào)速系統(tǒng)主要有：①交-直-交電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)④交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)

②交-直-交電流型變頻調(diào)速系統(tǒng)③脈寬型變頻調(diào)速系統(tǒng)（交-直-交電壓型）8.4交流變頻調(diào)速系統(tǒng)

㈠概述第8章交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)㈡交-直-交電壓型交流變流電路8.4交流變頻調(diào)速系統(tǒng)

不能再生反饋電力的電壓型間接交流變流電路整流部分采用的是不可控整流，它只能由電源向直流電路輸送功率，而不能反饋電力。逆變部分的能量是可以雙向流動的，若負(fù)載能量反饋到中間直流電路，將導(dǎo)致電容電壓升高，稱為泵升電壓。不能再生反饋的電壓型間接交流變流電路整流逆變第8章交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)㈡交-直-交電壓型交流變流電路8.4交流變頻調(diào)速系統(tǒng)

①帶有泵升電壓限制電路

當(dāng)泵升電壓超過一定數(shù)值時，使V0導(dǎo)通，把從負(fù)載反饋的能量消耗在R0上。②利用可控變流器實現(xiàn)再生反饋

當(dāng)負(fù)載回饋能量時，可控變流器工作于有源逆變狀態(tài)，將電能反饋回電網(wǎng)。②利用可控變流器實現(xiàn)再生反饋的電壓型間接交流變流電路①帶有泵升電壓限制電路的電壓型間接交流變流電路第8章交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)㈡交-直-交電壓型交流變流電路8.4交流變頻調(diào)速系統(tǒng)

整流和逆變均為PWM控制的電壓型間接交流變流電路③③整流和逆變均為PWM控制

整流和逆變電路的構(gòu)成完全相同，均采用PWM控制，能量可雙向流動。輸入輸出電流均為正弦波，輸入功率因數(shù)高，且可實現(xiàn)電動機(jī)四象限運(yùn)行。第8章交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)㈡交-直-交電壓型交流變流電路8.4交流變頻調(diào)速系統(tǒng)

整流和逆變均為PWM控制的電壓型間接交流變流電路③不能再生反饋的電壓型間接交流變流電路②利用可控變流器實現(xiàn)再生反饋的電壓型間接交流變流電路①帶有泵升電壓限制電路的電壓型間接交流變流電路第8章交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)㈢交-直-交電流型交流變流電路8.4交流變頻調(diào)速系統(tǒng)

電流型交-直-交PWM變頻電路電流型交-直-交PWM變頻電路負(fù)載為三相異步電動機(jī)，適用于較大容量的場合。采用可控整流的電流型間接交流變流電路整流逆變第8章交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)㈢交-直-交電流型交流變流電路8.4交流變頻調(diào)速系統(tǒng)

整流和逆變均為PWM控制的電流型間接交流變流電路通過對整流電路的PWM控制使輸入電流為正弦并使輸入功率因數(shù)為1。整流和逆變均為PWM控制的電流型間接交流變流電路采用可控整流的電流型間接交流變流電路整流逆變第8章交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)㈢交-直-交電流型交流變流電路8.4交流變頻調(diào)速系統(tǒng)

電流型交-直-交PWM變頻電路具備再生反饋電力的電路整流和逆變均為PWM控制的電路

不能再生反饋電力的電路整流逆變整流逆變第8章交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)㈣交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)正組變流器反組變流器單相交交變頻電路原理圖由P組和N組反并聯(lián)的晶閘管變流電路構(gòu)成，和直流電動機(jī)可逆調(diào)速用的四象限變流電路完全相同。變流器P和N都是相控整流電路。直流電動機(jī)可逆調(diào)速電路原理圖u0正組變流器i0

反組變流器PN8.4交流變頻調(diào)速系統(tǒng)

第8章交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)㈣交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)u0正組變流器i0

反組變流器PN8.4交流變頻調(diào)速系統(tǒng)

ωtu00輸出電壓平均輸出電壓單相交交變頻電路原理圖和輸出電壓波形

P組工作時，負(fù)載電流i0為正，

N組工作時，負(fù)載電流i0為負(fù)。

兩組變流器按一定的頻率交替工作，負(fù)載得到該頻率的交流電。

改變兩組變流器的切換頻率，

就可改變輸出頻率ω0

。改變變流電路的控制角a

就可以改變交流輸出電壓的幅值。第8章交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)㈣交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)8.4交流變頻調(diào)速系統(tǒng)

Oωtu0ωtOi0①②③④⑥⑤單相交交變頻電路輸出電壓和電流波形考慮無環(huán)流工作方式下io過零的死區(qū)時間，一周期可分為6段。第1段

i0＜0，u0＞0，反組逆變第2段電流過零，為無環(huán)流死區(qū)第3段

i0＞0，u0＞0，正組整流

第4段

i0＞0，u0＜0，正組逆變

第5段又是無環(huán)流死區(qū)

第6段

i0＜0，u0＜0，為反組整流

第8章交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)㈣交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)8.4交流變頻調(diào)速系統(tǒng)

由三組輸出電壓相位各差120°的單相交交變頻電路組成。輸出星形聯(lián)結(jié)方式三相交交變頻電路三相交交變頻器簡圖因為三組的輸出聯(lián)接在一起，其電源進(jìn)線必須隔離，因此分別用三個變壓器供電。正組變流器反組變流器單相交交變頻電路原理圖第8章交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)㈣

交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)8.4交流變頻調(diào)速系統(tǒng)

由三組輸出電壓相位各差120°的單相交交變頻電路組成。輸出星形聯(lián)結(jié)方式三相交交變頻電路三相交交變頻器簡圖詳圖因為三組的輸出聯(lián)接在一起，其電源進(jìn)線必須隔離，因此分別用三個變壓器供電。第8章交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)㈣

交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)8.4交流變頻調(diào)速系統(tǒng)

輸出星形聯(lián)結(jié)方式三相交交變頻電路三相交交變頻器簡圖詳圖由于輸出端中點不和負(fù)載中點相聯(lián)接，所以在構(gòu)成三相變頻電路的六組橋式電路中，至少要有不同輸出相的兩組橋中的四個晶閘管同時導(dǎo)通才能構(gòu)成回路，形成電流。第8章交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)㈣

交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)8.4交流變頻調(diào)速系統(tǒng)

輸出星形聯(lián)結(jié)方式三相交交變頻電路三相交交變頻器簡圖詳圖

和整流電路一樣，同一組橋內(nèi)的兩個晶閘管靠雙觸發(fā)脈沖保證同時導(dǎo)通。

兩組橋之間則是靠各自的觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，以保證同時導(dǎo)通。第8章交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)㈤異步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)8.4交流變頻調(diào)速系統(tǒng)

籠型異步電動機(jī)的定子頻率控制方式，有：

①恒壓頻比（U/f）控制③矢量控制

②轉(zhuǎn)差頻率控制④直接轉(zhuǎn)矩控制

恒壓頻比控制是比較簡單，被廣泛采用的控制方式。該方式被用于轉(zhuǎn)速開環(huán)的交流調(diào)速系統(tǒng)，適用于生產(chǎn)機(jī)械對調(diào)速系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能要求不高的場合。對變頻器的電壓和頻率的比率進(jìn)行控制，使該比率保持恒定，即恒壓頻比控制，以維持電動機(jī)氣隙磁通為額定值，避免因頻率變化導(dǎo)致磁飽和而造成勵磁電流增大，引起功率因數(shù)和效率的降低。第8章交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)㈤異步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)8.4交流變頻調(diào)速系統(tǒng)

采用恒壓頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖整流逆變轉(zhuǎn)速給定既作為調(diào)節(jié)加減速的頻率f指令值，同時經(jīng)過適當(dāng)分壓，作為定子電壓U1的指令值。該比例決定了U/f比值，可以保證壓頻比為恒定。第8章交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)㈤異步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)8.4交流變頻調(diào)速系統(tǒng)

采用恒壓頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖整流逆變在給定信號之后設(shè)置的給定積分器，

將階躍給定信號轉(zhuǎn)換為按設(shè)定斜率逐漸變化的斜坡信號ugt，

使電動機(jī)的電壓和轉(zhuǎn)速都平緩地升高或降低，避免產(chǎn)生沖擊。第8章交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)㈤異步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)8.4交流變頻調(diào)速系統(tǒng)

采用恒壓頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖整流逆變給定積分器輸出幅值和極性代表輸出電壓、頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)向。

絕對值變換器輸出ugt的絕對值uabs，

電壓頻率控制環(huán)節(jié)根據(jù)uabs及ugt極性得出電壓及頻率指令信號。

第8章交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)㈤異步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)8.4交流變頻調(diào)速系統(tǒng)

采用恒壓頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖整流逆變經(jīng)PWM生成環(huán)節(jié)形成控制逆變器的PWM信號，

再經(jīng)驅(qū)動電路控制變頻器中IGBT的通斷，

使變頻器輸出所需頻率、相序和大小的交流電壓，從而控制交流電機(jī)的