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1、17. 电动机与电气传动（考试大纲）171 熟悉电气传动系统的组成及分类 172 了解电动机的选择 173 掌握交、直流电动机的起动方式及起动 校验 174 掌握交、直流电动机调速技术 175 掌握交、直流电动机的电气制动方式及 计算方法 176 掌握电动机保护配置及计算方法 177 熟悉低压电动机控制电器的选择 178 了解电动机调速系统性能指标 179 了解传动系统动态指标的运用 1710 了解调节理论在电气传动工程中的运用 1711 熟悉PLC的组成及工作原理异 步 电 动 机 原 理 图 同步速n0 = 60f/p (f-频率, p-极对数) 转差率s = ( n0 - n ) / n
2、0同 步 电 动 机 原 理 图n = n0，转差率s = 01742 交流电动机调速技 术 1 . 交流调速系统方案交流电动机转速为因此，交流电动机有以下三种基本调速方式：改变极对数p；改变转差率s；改变供电电源频率f.1742 交流电动机调速技术 1 . 交流调速系统方案（1）变极调速 变换绕组极对数的方法有： 将一套绕组中部分线圈按一定规律改接，以改变 其电流方向或相号来改变极对数，常用于倍极比双 速或三速异步电动机。 在定子上设置两套不同极对数的独立绕组。 在定子上设置不同极对数的独立绕组，且每个独 立绕组又有不同的接线组合，适用于三速以上的多 速电动机。1742 交流电动机调速技术
3、1 . 交流调速系统方案（1）变极调速 单绕组倍极比双速电动机工作特性序号极数（2p） 联结方法极数（2X2p ）联结方 法转矩比 TTI功率比 PPI特性l2丫丫l0.5恒转矩22丫2丫21恒功率32丫1.7320.866可变转矩42丫2.31.15可变转矩52丫0.5770.288可变转矩典型的倍极比调速原理：1742 交流电动机调速技术 1 . 交流调速系统方案（2）转子串电阻调速 绕线转子异步电动机转子串电阻时的机械特性 串入电阻，斜率变大， 转速下调，s增大最大转矩大小不变，所对应速度降低1742 交流电动机调速技术 1 . 交流调速系统方案（2）转子串电阻调速 转子电阻斩波调速的基
4、本电路例题1 绕线型异步电动机转子串电阻调速， 串入电阻为额定电阻的40%。 电机参数：定子额定电压380V，转子 额定电压173V，额定转差率0.055，定 子额定电流11A，转子额定电流25A。 请计算串入电阻值。 计算： 转子额定电阻=173/1.732/25=4 串入电阻=4*40%=1.61742 交流电动机调速技术 1 . 交流调速系统方案（3）串级调速 机械回馈式 电回馈式 1742 交流电动机调速技术 1 . 交流调速系统方案（3）串级调速 低同步串级调速 超同步串级调速 1742 交流电动机调速技术 1 . 交流调速系统方案（4）调压调速 调压调速原理图 不同U1时的机械特性
5、 降低电压，斜率变大， 转速下调，s增大最大转矩变小，所对应速度不变1742 交流电动机调速技术 1 . 交流调速系统方案（4）调压调速 (较高的内阻时）具有转速闭环的调压调速系统a）原理图 b）闭环控制特性 1742 交流电动机调速技术 1 . 交流调速系统方案（5）电磁调速异步电动机 电磁调速异步电动机由异步电动机、电磁转差离合器和晶 闸管励磁电源及其控制部分组成。调节电磁耦合器的励磁励磁sn 电磁转差调速电动机系统的组成 1742 交流电动机调速技术 1 . 交流调速系统方案（5）电磁调速异步电动机电磁调速电动机开环和闭环调速机械特性a）开环 b）闭环 相似有：液力耦合器调速：在电机和负
6、载之间串接 液力耦合器，调节液力耦合器的油量来改变 s 1742 交流电动机调速技术 1 . 交流调速系统方案（6）变频调速 它是利用电动机的同步转速随外加电源频率而变化的特性， 通过改变电动机供电频率进行调速的方法。1）静止变频电源的直接变频方式与间接变频方式 a）间接变频方式（交-直-交） b）直接变频方式（交-交） 1742 交流电动机调速技术 1 . 交流调速系统方案（6）变频调速（ fn0n） 1）直接变频方式与间接变频方式 交一交变频与交一直一交变频的主要特点 比较项目交一交变频交一直一交变频换能型式一次换能，效率较高两次换能，效率略低换流方式电源电压换流强迫换流或负载换流装置器件
7、数量器件较多，器件利用率较低器件较少，器件利用率较高调频范围最高频率为电源频率的13l2频率调节范围宽， 不受电源频率限制电网功率因数较低移相调压、低频低压时功率因数 低，用斩波或PWM调压， 则功率因数高1742 交流电动机调速技术 1 . 交流调速系统方案（6）变频调速 2）电压型变频调速与电流型变频调速 在交-直-交变频器中，根据直流侧储能元件的特点划分。电压型变频调速（C为主滤波） 电流型变频调速 （L为主滤波）1742 交流电动机调速技术 1 . 交流调速系统方案（6）变频调速 2）电压型变频调速与电流型变频调速电流型变频调速与电压型变频调速的主要特点 比较项目电流型电压型直流回路滤
8、波环节电抗器电容器输出电压波形决定于负载，当负载为异步电动机 时，为近似正弦波矩形输出电流波形矩形决定于逆变器电压与电动机的电动 势，具有较大的谐波分量 输出动态阻抗大小再生制动（发电制动）方便，不需附加设备需要附加电源侧反并联逆变器过电流及短路保护容易困难动态特性快较慢，用PWM则快对晶闸管要求耐压高，对关断时间无严格要求一般耐压可较低，关断时间要求短线路结构较简单较复杂适用范围单机，多机多机，变频或稳频电源1742 交流电动机调速技术 1 . 交流调速系统方案（6）变频调速 3）脉冲宽度调制（PWM ）变频调速 在变频调速中，整流部分用二极管桥。常采用PWM（Pulse Width Mod
9、ulation）方法来改善逆变器输出波形，该方法需 要用开关频率较高的大功率器件 。PWM变频调速 a）PWM变频器线路 b） PWM波形 例题2 变频调速的原理是： A改变同步转速，实现调速 B保持主磁通不变，进行调速 C控制主磁通，实现恒功率调速 D恒功率调速时，频率增大，主磁通也增大 哪个是不正确答案？ 答案：D例题3 与直流调速比较，交流变频调速的特点是： A不受换向条件的限制，没有由于换向器所带来的维修工作量大、事故率高的弊病 B容量、电压、电流、转速的上限，不象直流电动机那样受限制 C交流电动机体积小、重量轻、飞轮矩小、单机容量大、效率高 D交流调速的调速性能超过直流调速 哪个特点
10、使得投资及维护费用大为降低？ 答案：A，C1742 交流电动机调速技术 1 . 交流调速系统方案（7）无换向器电动机调速 它是用与电动机旋转频率同步的交流电源来驱动同步电动机 ，改变交流电源的频率和电压实现调速的一种方法。 无换向器电动机的基本结构MS一同步电动机 PS一位置检测器 1742 交流电动机调速技术 2. 变频调速的控制方式 （l）基本控制方式（V/f协调控制）1）当ff1N时保持U1 =U1N 不变 这就是恒压/频比的控制方式，是变频调速必须遵循的控制原则 ，简称为VVVF（Variable Voltage Variable Frequency）。恒压频比控制特性 变频调速控制特
11、性 Im0I0变频调速的 T f 特性：1742 交流电动机调速技术 2. 变频调速的控制方式 （2）异步电动机在电压、频率协调控制下的机械特性 Uf恒定控制时转矩、 Ef恒定控制时转矩、定子电流一转速特性 电流转速特性 异步机 等效电路及其简化E1 = E2I1 R1 jX11s sR2I2jX2 R2I0 RmXm+U11742 交流电动机调速技术 2. 变频调速的控制方式 （2）异步电动机在电压、频率协调控制下的机械特性 Uf、Ef恒定控制机械特性基本上是平行下移的，稳态性能尚可，能满足一般 要求。但因都没考虑动态过程中m的变化，动态性能较差。Ef恒定控制是保 证全磁通恒定的控制，其动态
12、、静态性能可与直流传动的一样，但线路较复杂。Ef恒定控制时的 三种不同的电压频率协调机械特性 控制时的机械特性 I恒Uf 恒Ef 恒E/f 控制 nT01742 交流电动机调速技术 2. 变频调速的控制方式 （3）脉冲宽度调制（PWM）控制技术 在变频调速控制系统中，通常采用脉宽调制（PWM）技术来改善 变频器的输出波形，减少高次谐波。 1） 单极性与双极性PWM模式双极性PWM模式 单极性PWM模式1742 交流电动机调速技术 2. 变频调速的控制方式 （3）脉冲宽度调制（PWM）控制技术 在变频调速控制系统中，通常采用脉宽调制（PWM）技术来改善 变频器的输出波形，减少高次谐波。 2） P
13、WM的调制方式分同步式、异步式和分段同步式 三种1742 交流电动机调速技术 2. 变频调速的控制方式 （5）矢量控制与坐标变换前两节论述的变频调速控制方法，基本上解决了异步电动 机的平滑调速问题，转差频率控制已起到了直流电动机双闭环 调速系统的作用。但是上述方法的主要问题是电压、电流和频 率等控制量都是标量，即只能按电动机稳态运行规律进行控制 ，不能同时控制其大小和相对位置，转矩控制性能较差。 要改善转矩控制性能，使系统完全达到直流传动系统的动、静 态指标，必须对定子电压或电流实施矢量控制，既控制大小， 又控制方向。由于交流电动机的所有矢量（电压、电流和磁通 等）都在空间以同步速度旋转，它们在定子绕组上的物理量都 是交流量。因此，控制、计算十分不便，所以必须设法变成直 流量。矢量控制的关键在于坐标变换。 （5）矢量控制与坐标 变换等效的交流电机绕组和直流电机绕组a) 三相交流绕组 b) 两相交流绕组 c) 旋转直流绕组三相两相变换（或两相三相变换） 两相旋转变换（矢量坐标变换）（5）矢量控制与坐标变 换 直角坐标极坐标变换 三相、二相坐标系与 两相旋转变换相应的电流时间变量 （、轴与M、T轴之间的变换） （5）矢量控制与坐标变换 异步电动机的坐标变换结构图和等效直流电动机模型 异步电动机的坐标变换结构 电压型逆变器矢量控制框图 谢 谢
