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1、* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统1第 2 篇电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统交流拖动控制系统1* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统2内容提要l概述l交流调速系统的主要类型l5交流变压调速系统l6交流变频调速系统l7绕线转子异步电机双馈调速系 统转差功率馈送型调速系统l8同步电动机变压变频调速系统 2* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统3概 述20世纪60年代以前的电气传动80%交流不调速传动18%直流可调速传动2%交流可调速传动3* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控
2、制系统运动控制系统4直流电机的不足具有电刷和换向器，必须经常检查 维修。换向火花使其应用环境受到限制。换向能力限制电机的容量和速度（ 极限容量 转速约为 ）。4* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统5直到20世纪6070年代，随着电 力电子技术的发展，出现了采用电力 电子变换器的交流拖动系统，大规模 集成电路和计算机控制的应用，使高 性能的交流调速系统得到发展，一直 被认为是天经地义的交直流拖动按调 速性能分工的格局终于被打破。交流拖动控制系统已经成为当前电力 拖动控制的主要发展方向。5* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统6交流
3、拖动控制系统的应用领域主要有三个方面：l一般性能的节能调速 l高性能的交流调速系统和伺服系统 l特大容量、极高转速的交流调速 6* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统71. 一般性能的节能调速在过去，风机、水泵等通用机械的依赖挡 板和阀门来调节送风和供水的流量，因而把许 多电能白白地浪费了。如果换成交流调速系统，把消耗在挡板和阀 门上的能量节省下来，每台风机、水泵平均都可 以节约 2030% 以上的电能，效果是很可观的。但风机、水泵的调速范围和对动态快速性的 要求都不高，只需要一般的调速性能。7* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系
4、统8许多在工艺上需要调速的生产机械过 去多用直流拖动，鉴于交流电机比直流电 机结构简单、成本低廉、工作可靠、维护 方便、惯量小、效率高，如果改成交流拖 动，显然能够带来不少的效益。8* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统92. 高性能的交流调速系统和伺服系统由于交流电机原理上的原因，其电磁 转矩难以像直流电机那样通过电枢电流施 行灵活的实时控制。9* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统1020世纪70年代初发明了矢量控制技术，或称 磁场定向控制技术，通过坐标变换，把交流电 机的定子电流分解成转矩分量和励磁分量，用 来分别控制电机的
5、转矩和磁通，就可以获得和 直流电机相仿的高动态性能，从而使交流电机 的调速技术取得了突破性的进展。高性能的交流调速系统和伺服系统（续）其后，又陆续提出了直接转矩控制、解耦控制等方法，形成了一系列可以和直流调速系统 媲美的高性能交流调速系统和交流伺服系统。10* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统113. 特大容量、极高转速的交流调速直流电机的换向能力限制了它的容量转速 积不超过106 kW r /min，超过这一数值时， 其设计与制造就非常困难了。交流电机没有换向器，不受这种限制，因 此，特大容量的电力拖动设备，如厚板轧机 、矿井卷扬机等，以及极高转速的拖动，如
6、 高速磨头、离心机等，都以采用交流调速为 宜。11* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统12交流调速系统的两大类 异步电动机调速系统 同步电动机调速系统12* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统13异步电动机的转速（1）改变极对数 （2）改变电源频率 （3）改变电动机的转差率这第（3）条不能说明问题！它包含了多种性能差别很大的调速方法。13* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统14按电动机的实际调速方法分类降电压调速转差离合器调速转子串电阻调速绕线电机串级调速或双馈电机调 速变极对数调速变压变频调速
7、 这只是罗列，看不出规律来。14* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统15按电动机的能量转换类型分类按照交流异步电 机的原理，从定子传 入转子的电磁功率可 分成两部分：一部分是拖动负载的有 效功率，称作机械功率 ；另一部分是传输给转子 电路的转差功率，与转 差率 s 成正比。 PmechPmPs15* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统16即 Pm = Pmech + Ps Pmech = (1 s) PmPs = sPm从能量转换的角度上看，转差功率是否 增大，是消耗掉还是得到回收，是评价调 速系统效率高低的标志。从这点出发，可
8、 以把异步电机的调速系统分成三类 。16* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统171. 转差功率消耗型调速系统全部转差功率都转换成热能消耗在转 子回路中，如降压调速、转差离 合器调速、串电阻调速。效率最低，越到低速时效率越低；但系统结构简单，设备成本低。17* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统182. 转差功率馈送型调速系统如第类：串级调速，双馈调速。一部分转差功率被消耗掉，大部分则 通过变流装置回馈给电网（或从电网馈 入）或转化成机械能予以利用。效率较高，但要增加一些设备。 18* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运
9、动控制系统运动控制系统193. 转差功率不变型调速系统无论转速高低，转差功率中的转子 铜损部分基本不变，如变极调速 、变压变频调速。变极对数调速是有级的，应用场合 有限。只有变压变频调速应用最广，而且 效率更高，设备成本也最高。19* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统20 同步电机的调速同步电机没有转差，也就没有转差功 率，所以同步电机调速系统只能是转差功 率不变型（恒等于 0 ）的，而同步电机 转子极对数又是固定的，因此只能靠变压 变频调速，没有像异步电机那样的多种调 速方法。在同步电机的变压变频调速方法中， 从频率控制的方式来看，可分为他控变频 调速和自控
10、变频调速两类。20* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统21自控变频调速 利用转子磁极位置的检 测信号来控制变压变频装置换相，类似于 直流电机中电刷和换向器的作用，因此有 时又称作无换向器电机调速，或无刷直流 电机调速。开关磁阻电机 是一种特殊型式的同步 电机，有其独特的比较简单的调速方法， 在小容量交流电机调速系统中很有发展前 途。 21* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统22第 5 章交流调速的基本类型和交流变 压调速系统 一种转差功率消耗型调速 系统 22* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系
11、统23本章提要u异步电动机变压调速电路u异步电动机改变电压时的机械特性u闭环控制的变压调速系统及其静特性u闭环变压调速系统的近似动态结构图u变压控制在软起动器和轻载降压节能运行中的应用23* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统24本章要点本章主要讨论交流变压调速问题l了解交流变压的基本方式；l掌握交流变压调速系统的闭环特性； 重点、难点:异步电动机改变电压时机械特性的变 化规律。 24* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统255.1 异步电动机变压调速电路变压调速是异步电机调速方法中比较简便 的一种。由电力拖动原理可知，当异步电机
12、等效电 路的参数不变时，在相同的转速下，电磁转 矩与定子电压的平方成正比因此，改变定子外加电压就可以改变机械 特性的函数关系，从而改变电机在一定负载 转矩下的转速。(5-3)25* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统26 交流变压调速系统可控电源M 3TVC利用晶闸管交流 调压器变压调速TVC双向晶闸 管交流调压器 图5-1 利用晶闸管交流调压器变压调速 26* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统27 控制方式TVC的变压控制方式工作周期1S27* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统28n电路结构：
13、采用晶闸 管反并联供电 方式，实现异 步电动机可逆 和制动。图5-2 采用晶闸管反并联的异步电动机可逆和制动电路 可逆和制动控制28* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统29l 反向运行方式图5-2所示为采用晶闸管反并联的异 步电动机可逆和制动电路，其中，晶闸 管 16 控制电动机正转运行，反转时 ，可由晶闸管 1、4 和 710 提供逆 相序电源，同时也可用于反接制动。29* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统30l制动运行方式当需要能耗制动时，可以根据制动 电路的要求选择某几个晶闸管不对称地 工作，例如让 1、2、6 三个器件
14、导通， 其余均关断，就可使定子绕组中流过半 波直流电流，对旋转着的电动机转子产 生制动作用。必要时，还可以在制动电路中串入电 阻以限制制动电流。30* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统31图5-3 异步电动机的稳态等效电路 Us1RsLlsLlrLmRr /sIsI0IrLm5.2 异步电动机改变电压时的机 械特性三个假定条件： 1）忽略空间和时间谐波， 2）忽略磁饱和， 3）忽略铁损，31* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统32 参数定义lRs、Rr 定子每相电阻和折合到定子侧 的转子每相电阻；lLls、Llr 定子每相漏感
15、和折合到定子侧 的转子每相漏感；lLm 定子每相绕组产生气隙主磁通 的等效电感，即励磁电感；ls 转差率。32* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统33电流公式由图可以导出(5-1)式中33* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统34在一般情况下，LmLls，则，C1 1 这相当于将上述假定条件的第3)条改为 忽略铁损和励磁电流。这样，电流公式可 简化成(5-2)34* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统35 转矩公式令电磁功率 Pm = 3Ir2 Rr /s 同步机械角转速 m1 = 1/np 式中
16、 np 极对数，则异步电机的电磁转矩 为（5-3）35* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统36最大转矩公式将式（5-3）对s求导，并令dTe/ds=0 ，可求出对应于最大转矩时的静差率和最 大转矩（5-4）（5-5）36* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统37异步电动机机械特性TeOn n0TemaxsmTLUsN0.7UsNA BCFDE 0.5UsN风机类负载特性恒转矩负载特性图5-4 异步电动机不同电压下的机械特性37* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统38带恒转矩负载工作时，普通笼型异步电机变电压时的稳定工作点为A、B、C，转差率 s的变化范围不超过 0sm ，调速范围有限
