《交直流调速系统 教学课件 ppt 作者 陈相志 《交直流调速系统》第六章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《交直流调速系统 教学课件 ppt 作者 陈相志 《交直流调速系统》第六章（81页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2019/5/24,第六章 交流电动机调速及变频原理,2019/5/24,教 学 内 容,2019/5/24,学 习 目 标,2019/5/24,由异步电动机的转速公式：,可知，异步电动机有下列三种基本调速方法：,（1）改变定子极对数 调速。,（2）改变电源频率 调速。,（3）改变转差率 调速。,2019/5/24,有级调速,设备费用高,异步电动机的调速方式：,2019/5/24,科学分类方法（根据对转差功率的处理方法）分为三类： （1）转差功率消耗型调速系统：转差功率全部转化成热能而被消耗掉。 特点：系统的效率低，结构简单。调压调速、绕线式异步电动机转子串电阻调速、电磁转差离合器调速系统属于
2、此类。 （2）转差功率回馈型调速系统转差功率的少部分被消耗掉，大部分通过变流装置回馈给电网或者转化为机械能予以利用。 特点：效率高。串级调速属该类系统。 （3）转差功率不变型调速系统调速过程中，转差功率基本不变。 特点：效率最高。变极调速、变频调速系统属于此类。,2019/5/24,6.1.1变极调速,磁极对数 p 的改变，取决于电动机定子绕组的结构和接线。通过改变定子绕组的接线，就可以改变电动机的磁极对数。,2019/5/24,U相两个线圈，顺向串联，定子绕组产生4极磁场。,反向串联和反向并联，定子绕组产生2极磁场。,以4极变2极为例：,2019/5/24,目前，我国多极电动机定子绕组联绕方
3、式常用的有两种：一种是从星形改成双星形，写作Y/YY，如图6-3所示；,Y-YY后,电动机极数减少一半,转速增大一倍,即 ，容许输出功率增大一倍，而容许输出转矩保持不变，所以这种变极调速属于恒转矩调速，它适用于恒转矩负载。,变极时，调换相序，以保证变极调速以后，电动机转动方向不变。,2019/5/24,另一种是从三角形改成双星形，写作/YY，如图6-4所示，这两种接法可使电动机极对数减少一半。,-YY后,极数减少一半,转速增大一倍,即 ，容许输出功率近似不变，所以这种变极调速属于恒功率调速，它适用于恒功率负载。,变极时，调换相序，以保证变极调速以后，电动机转动方向不变。,2019/5/24,变
4、极调速只用于笼型电动机。,这种方法的缺点是十分明显的:一台电动机最多只能安置两套绕组，每套绕组最多只能有两种接法。所以最多只能得到4种转速，与所要求的无级调速相去甚远。,2019/5/24,6.1.2 变转差率调速,1.改变定子电压调速,异步电动机的机械特性方程式:,其中：p为电机极对数； U1为相电压有效值 R1为定子每相绕组的内阻 Ll1为每相漏感 R2为折算到定子侧的每相电阻 Ll2为折算到定子侧的漏感,电机参数一定，当S ，f1不变时，T仅与 U1有关。,2019/5/24,N=N0，S=0，T=0,N=NN，S=SN，T=TN,N0,NN,TN,Tm,Sm,2019/5/24,调压调
5、速的机械特性,n0,（1）异步电动机调压调速时存在的问题 1）改变定子调压时调速范围不大（恒转矩负载）。如图1、2、3点。 2）低速时运行稳定性不好（如c点），转子电流相应增大。为了既低速运行稳定又不致过热，要求电动机转子绕组有较高的电阻。,0,当s一定时， T U 2 ，改变U1得到一组不同的人为特性。在带恒转矩负载TZ时，可得到不同的稳定转速，如下图中的1、2、3点。,同步转速n0不变，临界转差率Sm不变,2019/5/24,（2）解决问题的措施 使用高转子电阻的电机。高转子电阻电机的机械特性如图所示。,高转子电阻异步电动机在不同电压下的机械特性,可见：恒转矩负载下，调速范围变大，转子电流
6、减小。,2019/5/24,如下左图所示。单相调压电路如右图所示。,晶闸管单相调压电路,晶闸管相位控制下的负载电压波形,通过改变晶闸管的导通角来改变输出交流电压的大小。,2019/5/24,晶闸管三相交流调压电路如图所示。这种电路接法的特点是负载输出谐波分量低，适用于低电压大电流的场合。,图4-6三相全波星形联结的调压电路,2019/5/24,（3）采用转速负反馈闭环调速系统（既保证低速时机械特性硬度，又保证一定负载能力）。 转子电阻的增大使调速范围扩大，机械特性变软，转速转差率变大。解决方法：采用带速度负反馈的闭环控制。,（a）原理图,2019/5/24,（4）调压调速系统闭环静态结构图,调
7、压调速系统静态结构框图,它与单闭环直流调速系统的静态结构框图非常相似，只 要将直流调速系统中的晶闸管整流器、直流电动机换成 晶闸管交流调压器（图中的晶闸管调压装置）、异步电 动机即可。,2019/5/24,轻载调速范围不大,2.绕线式异步电动机转子串电阻调速,绕线式异步电动机转子串电阻的机械特性如图所示。转子串电阻时同步转速和最大转矩Tm不变，临界转差率增大。,0,2019/5/24,转子串电阻调速的优点是： 设备简单，主要用于中、小容量的绕线式异步电动机如桥式起重机等。 缺点是： 转子绕组需经过电刷引出，属于有级调速，平滑性差；由于转子中电流很大，在串接电阻上产生很大损耗，所以电动机的效率很
8、低，机械特性较软，调速精度差。,2019/5/24,3.绕线式异步电动机在转子回路中 串电阻调速（串级调速）,在转子回路中串入与转子电势同频率的附加电势，通 过改变附加电势的幅值和相位实现调速。,其优点是： 可以通过某种控制方式，使转子回路的能量回馈到电网，从而提高效率；在适当的控制方式下，可以实现低同步或高同步的连续调速。 缺点是： 只能适应于绕线式异步电动机，且控制系统相对复杂。,2019/5/24,6.1.3 电磁转差离合器调速（异步电动机本身并不调速）,电磁转差离合器调速系统是由笼型异步电动机、电磁转差离合器以及控制装置组合而成。,（一）电磁转差离合器的基本结构与工作原理,电枢由笼型异
9、步电动机带动，称主动部分,2019/5/24,（1）电磁转差离合器的转速和转向 1）从动轴的转速n取决于励磁电流的大小； 2）从动轴的转向则取决于原动机的转向。 电磁转差离合器本身并不是一个电动机，它只是一种传递功率的装置。,电磁转差离合器的机械特性,n1原动机转速； Te电磁转差离合器轴上输出转矩； IL电磁转差离合器的励磁电流；,2019/5/24,（2）电磁转差离合器闭环调速系统 电磁转差离合器的机械特性很软，实际使用时都加上转速负反馈控制，从而可获得10:1的调速范围。闭环系统的组成与相应的静特性如下图所示。,2019/5/24,1) 优点： l 线路简单，价格便宜； l 速度负反馈后
10、调速相当精确（平滑调速）。,2) 缺点： l 低速运行时损耗较大（增加了滑差离合器）； l 调速效率较低。,2019/5/24,6.1.4 变频调速,交流变频调速技术的原理是把工频50Hz的交流电转换成频率和电压可调的交流电，通过改变交流异步电动机定子绕组的供电频率，在改变频率的同时也改变电压，从而达到调节电动机转速的目的。,变频器在英文译名是VFD（Variable-frequency Drive）。 变频器在中、韩等亚洲地区受日本厂商影响而曾被称作VVVF（Variable Voltage Variable Frequency Inverter）。,2019/5/24,它与直流调速系统相比
11、具有以下显著优点：,（1）变频调速装置的大容量化。 （2）变频调速系统调速范围宽，能平滑调速，其调速静态精度及动态品质好。 （3）变频调速系统可以直接在线起动，起动转矩大，起动电流小，减小了对电网和设备的冲击，并具有转矩提升功能，节省软起动装置。,2019/5/24,（4）变频器内置功能多，可满足不同工艺要求；保护功能完善，能自诊断显示故障所在，维护简便；具有通用的外部接口端子，可同计算机、PLC联机，便于实现自动控制。 （5）变频调速系统在节约能源方面有着很大的优势，是目前世界公认的交流电动机的最理想、最有前途的调速技术。其中以风机、泵类负载的节能效果最为显著，节电率可达到20%60。,20
12、19/5/24,软起动器和变频器是两种完全不同用途的产品。 变频器是用于需要调速的地方，其输出不但改变电压而且同时改变频率； 软起动器实际上是个调压器，用于电机起动时，输出只改变电压并没有改变频率。 变频器具备所有软起动器功能，但它的价格比软起动器贵得多，结构也复杂得多。,2019/5/24,1变频调速的条件,三相异步电动机定子绕组的反电动势E1的表达式为 :,E1=4.441N1KN1m=U1+U,式中: E1定子绕组的感应电动势有效值 N1 定子每相绕组的匝数 KN1定子绕组的绕组系数， KN1 1 1 定子绕组感应电动势的频率，即电源的频率 m 主磁通,可见： E11m 将U忽略，则E1
13、U11m,2019/5/24,当U1 E1=const时，由E1U11m 知，1m电动机磁路过饱和，导致过大的励磁电流，电动机因绕组过热而损坏。 当U1 E1=const时，由E1U11m 知，1 m，铁芯利用不充分，同样的转子电流下，电磁转矩T ，电动机的负载能力下降，电动机的容量得不到充分利用。,因此，为维持电动机的输出转矩不变，必须使主磁通m =const，即,结论:变频调速的条件是主磁通m保持不变,2019/5/24,2基频以下恒磁通（恒转矩）变频调速,为保持主磁通不变，必须在变频的同时变压，使得压频比为一常数。,一般频率是从额定频率f1N向下调，所以需要 同时降低电源电压,2019/
14、5/24,理想空载转速：n1f1,频率不同时，最大转矩点对应的 转差n=const，所以稳定工作区的 机械特性基本是平行的。,2019/5/24,基频以下调速,这是恒压频比的控制方式。在恒压频比条件下改变频率时，能够证明：机械特性基本上是平行下移的，如图所示。,2019/5/24,可用提高U1来补偿U的影响，使E1/1不变，即m不变，这种控制方法称为电压补偿，也称为转矩提升。,通常提高U1,来保持Tm不变。定子电源 频率f1越低，定子绕组电压补偿得越大。,结论： 从基频以下调速时，电磁转矩T恒定，电动机带负载的能力不变， 属于恒转矩调速。,2019/5/24,3基频以上恒功率（恒电压）变频调速
15、,当f1f1N时，U1 =const，f m（属于弱磁调速） 电磁转矩T P不变，属于恒功率调速。,额定频率以上调频时，理想 空载转速增大，最大转矩大幅 减小。,最大转矩点对应的转差n 几乎不变，但由于最大转矩 减小很多，所以机械特性斜 度加大，特性变软。,2019/5/24,基频以上调速,在基频f1N以上变频调速时，由于电压U1=U1N 不变，不难证明当频率提高时，同步转速随之提高，最大转矩减小，机械特性上移，如右图所示。由于频率提高而电压不变，气隙磁动势必然减弱，导致转矩减小。由于转速升高了，可以认为输出功率基本不变。所以，基频以上变频调速属于弱磁恒功率调速。,图222,2019/5/24
16、,4变频调速特性的特点,P=T（）（）=const,2019/5/24,6.3.1 基 本 结 构,2019/5/24,1主电路,由整流电路、能耗电路和逆变电路组成。,为泵生电压提供放电回路,IGBT导通，并联二极管为再生电流及能量返回直流电路提供通路,2019/5/24,（1）整流电路,VD1VD6组成三相不可控整流桥，将交流电 变成513V的直流电，整流桥集成电路模块如图。,2019/5/24,滤波电路：滤波电容器CF有两个功能：一是滤平全波整流后的电压纹波；二是当负载变化时，使直流电压保持平稳。,电源指示HL：HL除了表示电源是否接通以外，还有一个十分重要的功能，即在变频器切断电源后，表示滤波电容器CF上的电荷是否已经释放完毕。,2019/5/24,（2）能耗电路
