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1、1.11.1电气传动系统的工作原理电气传动系统的工作原理 电气传动系统概述电气传动系统概述 1.21.21.31.31.41.4电气传动系统的负载特性电气传动系统的负载特性 变频器及其特点变频器及其特点 1.51.5变频器的分类变频器的分类 1.61.6通用变频器的结构和工作原理通用变频器的结构和工作原理第第1章章电气传动基础知识电气传动基础知识1.1电气传动系统概述电气传动系统概述电气传动产生于第二次工业革命时期，一直沿用至今电气传动产生于第二次工业革命时期，一直沿用至今初期是直流电气传动，后来出现了交流电气传动初期是直流电气传动，后来出现了交流电气传动早期的交流电气传动主要用于恒速拖动早期
2、的交流电气传动主要用于恒速拖动直流电气传动主要用于高性能调速直流电气传动主要用于高性能调速高高性性能能变变频频器器出出现现以以后后，交交流流电电气气传传动动也也可可用用于于高高性性能调速能调速目前交流电气传动占据电气传动的主导地位目前交流电气传动占据电气传动的主导地位第一次工业革命（产业革命）第一次工业革命（产业革命）第第一一次次工工业业革革命命是是从从1818世世纪纪6060年年代代开开始始的的，标标志志是是瓦瓦特特改改良良蒸蒸汽汽机机，蒸蒸汽汽机机的的广广泛泛使使用用使使人人类类由由工工场场手手工工业业过过渡渡到到大大机机器器生生产产，从从此进入了此进入了“蒸汽时代蒸汽时代” 第二次工业革
3、命第二次工业革命第第二二工工业业革革命命是是从从1919世世纪纪7070年年代代开开始始的的，它它以以电电力力的的广广泛泛运运用用为为显显著著特特点点，使使人人类类从从此此进入了进入了“电气时代电气时代” 第二次工业革命第二次工业革命18661866年德国人西门子制成了自激式直流发电机。年德国人西门子制成了自激式直流发电机。但这种发电机还不够完善，经过许多人的努力，但这种发电机还不够完善，经过许多人的努力，发电机逐步得到改进发电机逐步得到改进1919世纪世纪7070年代，自激式直流发电机终于可以投年代，自激式直流发电机终于可以投入实际运行，产生了直流电能入实际运行，产生了直流电能第二次工业革命
4、第二次工业革命18821882年，法国学者德普勒发明了远距离送电年，法国学者德普勒发明了远距离送电的方法的方法同年，美国发明家同年，美国发明家爱迪生爱迪生在纽约建立了美国在纽约建立了美国第一个火力发电站，把输第一个火力发电站，把输电线电线联接成联接成网络网络。第二次工业革命第二次工业革命18851885年意大利科学家法拉里提出的年意大利科学家法拉里提出的旋转磁场旋转磁场原理，对交流电机的发展有重要的意义原理，对交流电机的发展有重要的意义1919世纪世纪8080年代末年代末9090年代初，人们创造出三相年代初，人们创造出三相异步电动机异步电动机18911891年以后，较为经济、可靠的三相制交流年
5、以后，较为经济、可靠的三相制交流电得以推广，电力工业的发展进入新阶段。电得以推广，电力工业的发展进入新阶段。 第三次工业革命第三次工业革命第第三三次次工工业业革革命命是是从从2020世世纪纪4040年年代代开开始始的的，它它是是以以计计算算机机技技术术的的广广泛泛运运用用为为显显著著特特点点，使人类从此进入了使人类从此进入了“信息时代信息时代” 电气传动的概念电气传动的概念电电气气传传动动又又称称电电机机拖拖动动，是是以以电电动动机机作作为为原原动动机机驱驱动动各各种种生生产产机机械械的的系系统统总总称称。国国际际电电工工委委会会员员（IECIEC）将将电电气气传传动动控控制制归归入入“运运动
6、动控制控制”范畴范畴 电气传动的特点电气传动的特点功功率率范范围围极极大大，单单个个设设备备的的功功率率可可从从几几毫毫瓦瓦到几百兆瓦；到几百兆瓦；调调速速范范围围极极宽宽，在在无无变变速速机机构构的的情情况况下下调调速速范围可达范围可达1 1：1000010000；适适用用范范围围极极广广，可可适适用用于于任任何何工工作作环环境境与与各各种各样的负载。种各样的负载。 电气传动的应用电气传动的应用电电气气传传动动系系统统的的用用电电量量占占我我国国总总发发电电量量的的60%60%以上以上 ；用用于于矿矿山山、冶冶金金、机机械械、轻轻工工、港港口口、石石化化、铁路运输、航空、航天以及日常生活之中
7、铁路运输、航空、航天以及日常生活之中 ；比比如如矿矿井井提提升升、矿矿山山机机械械、轧轧钢钢机机、起起重重机机、泵泵、风风机机、精精密密机机床床、电电气气化化列列车车、空空调调、电冰箱、洗衣机等等电冰箱、洗衣机等等 。 电气传动的类型电气传动的类型交流电气传动交流电气传动 直流电气传动直流电气传动 步进电气传动步进电气传动 电气传动的组成结构电气传动的组成结构电气传动的电源装置电气传动的电源装置电源装置分母线供电装置、机组变流装置和电源装置分母线供电装置、机组变流装置和电力电子变流装置三大类电力电子变流装置三大类母线供电装置包括交流母线和直流母线供电母线供电装置包括交流母线和直流母线供电机组变
8、流装置包括直流发电机组和变频机组机组变流装置包括直流发电机组和变频机组电力电子变流装置包括整流装置、交流调压电力电子变流装置包括整流装置、交流调压装置和变频器装置和变频器电气传动的控制装置电气传动的控制装置电器控制：又称继电器电器控制：又称继电器- -接触器控制，与母线接触器控制，与母线供电装置配合使用供电装置配合使用电机扩大机和磁放大器控制：与机组供电装电机扩大机和磁放大器控制：与机组供电装置配合使用，在置配合使用，在2020世纪世纪30306060年代盛行，随着年代盛行，随着电子技术的发展，已逐步被淘汰电子技术的发展，已逐步被淘汰电子控制装置：与电力电子变流装置配合使电子控制装置：与电力电
9、子变流装置配合使用用电气传动的控制装置分类电气传动的控制装置分类模拟控制模拟控制数字控制数字控制模拟模拟/ /数字混合控制数字混合控制电气传动的控制装置工作原理电气传动的控制装置工作原理 逻辑控制：通过电气控制装置控制电动机启逻辑控制：通过电气控制装置控制电动机启动，停止，正反转或有级变速，控制信号来自动，停止，正反转或有级变速，控制信号来自主令电器或可编程序控制器主令电器或可编程序控制器 连续速度调节：与机组或电力电子交流装置连续速度调节：与机组或电力电子交流装置配合使用，连续改变电动机转速。这类系统按配合使用，连续改变电动机转速。这类系统按控制原则分开环控制，闭环控制及负荷控制三控制原则分
10、开环控制，闭环控制及负荷控制三类类 1.2电气传动系统的工作原理电气传动系统的工作原理电气传动的工作原理电气传动的工作原理电气传动系统的工作模式电气传动系统的工作模式 速度工作模式。以保持电动机轴上输出转速速度工作模式。以保持电动机轴上输出转速恒定为目的，自动调整电动机的输出转矩以适恒定为目的，自动调整电动机的输出转矩以适应外部负载的变化。电梯，生产线应外部负载的变化。电梯，生产线 转矩工作模式。以保持电动机轴上输出电磁转矩工作模式。以保持电动机轴上输出电磁转矩恒定为目的，自动调整转速以适应外部负转矩恒定为目的，自动调整转速以适应外部负载的变化。开卷载的变化。开卷/ /收卷控制收卷控制1.3电
11、气传动系统的负载特性电气传动系统的负载特性 任何机械在运行过程中，都有阻碍其运动的任何机械在运行过程中，都有阻碍其运动的力或转矩，称之为阻力或阻转矩。负载转矩在力或转矩，称之为阻力或阻转矩。负载转矩在极大多数情况下，都呈阻转矩性质极大多数情况下，都呈阻转矩性质 电气传动系统的负载特性包括负载机械特性电气传动系统的负载特性包括负载机械特性和负载功率特性和负载功率特性负载机械特性和负载功率特性的概念负载机械特性和负载功率特性的概念 负载机械特性通常是指负载阻转矩与负载轴负载机械特性通常是指负载阻转矩与负载轴上转速之间的关系上转速之间的关系 负载功率特性通常是指负载消耗的功率与负负载功率特性通常是指
12、负载消耗的功率与负载轴上转速之间的关系载轴上转速之间的关系负载特性的类型负载特性的类型 恒转矩负载特性恒转矩负载特性 恒功率负载特性恒功率负载特性 二次方律负载特性二次方律负载特性 恒转矩负载特性恒转矩负载特性恒转矩负载机械特性的特点恒转矩负载机械特性的特点由于由于F F和和r r的大小都和转速的快慢无关，所以在的大小都和转速的快慢无关，所以在调节转速的过程中，负载的阻转矩保持不变，调节转速的过程中，负载的阻转矩保持不变，即即 恒转矩负载功率特性的特点恒转矩负载功率特性的特点在负载转矩不变的情况下在负载转矩不变的情况下 ，在调节转速的过程，在调节转速的过程中，负载消耗的功率与转速成正比中，负载
13、消耗的功率与转速成正比 恒功率负载特性恒功率负载特性恒功率负载功率特性的特点恒功率负载功率特性的特点恒功率负载机械特性的特点恒功率负载机械特性的特点由于负载消耗的功率保持不变，所以负载阻转由于负载消耗的功率保持不变，所以负载阻转矩与转速的关系成反比矩与转速的关系成反比 二次方律负载特性二次方律负载特性二次方律负载机械特性的特点二次方律负载机械特性的特点负载阻转矩与负载轴上的转速平方成正比负载阻转矩与负载轴上的转速平方成正比 二次方律负载功率特性的特点二次方律负载功率特性的特点负载消耗的功率与负载轴上的转速立方成正比负载消耗的功率与负载轴上的转速立方成正比 1.4变频器及其特点变频器及其特点变频
14、器的概念变频器的概念：利用电力电子器件的通断作用：利用电力电子器件的通断作用将电压和频率固定的工频交流电源变换成电压和将电压和频率固定的工频交流电源变换成电压和频率可变的交流电源，频率可变的交流电源， 供给交流电动机实现软启供给交流电动机实现软启动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流过流/过压过压/过载保护等功能的电能变换控制装置过载保护等功能的电能变换控制装置称作变频器，其英文简称为称作变频器，其英文简称为VVVF ( Variable Voltage Variable Frequency)。 变频器的控制对象变频器的控制对象三相异步电动机三
15、相异步电动机同步电动机同步电动机 单相交流电动机单相交流电动机标准适配电机极数是标准适配电机极数是2/4极极 变频电气传动的优势变频电气传动的优势平滑软启动，降低启动冲击电流，减少变压器平滑软启动，降低启动冲击电流，减少变压器占有量，确保电机安全占有量，确保电机安全在机械允许的情况下可通过提高变频器的输出在机械允许的情况下可通过提高变频器的输出频率提高工作速度频率提高工作速度无级调速，调速精度大大提高无级调速，调速精度大大提高电机正反向无需通过接触器切换电机正反向无需通过接触器切换方便接入通讯网络控制，实现生产自动化控制方便接入通讯网络控制，实现生产自动化控制 变频器的发展特点变频器的发展特点
16、功率器件不断更新换代功率器件不断更新换代应用范围不断扩大应用范围不断扩大 控制理论不断成熟完善控制理论不断成熟完善功率器件的发展功率器件的发展20世纪世纪80年代初的年代初的GTO，开关频率低，变频器，开关频率低，变频器的调速性能较差的调速性能较差20世纪世纪80年代后期的年代后期的GTR，其开关频率一般在，其开关频率一般在2kHz以下，难以得到较为理想的以下，难以得到较为理想的SPWM波形，波形，并使异步电机在变频调速时产生噪声并使异步电机在变频调速时产生噪声20世纪世纪90年代以后的年代以后的IGBT和和IGCT，其开关频，其开关频率达到率达到20kHz以上，变频器的调速性能更优。以上，变频器的调速性能更优。 变频器的应用范围变频器的应用范围在纺织、印染、塑胶、石油、化工、冶金、造在纺织、印染、塑胶、石油、化工、冶金、造纸、食品、装卸搬运、铁路运输等行业都有着广纸、食品、装卸搬运、铁路运输等行业都有着广泛应用泛应用随着各种专用变频器的出现，变频器的应用领随着各种专用变频器的出现，变频器的应用领域将会进一步扩大域将会进一步扩大可以说有交流电动机的地方就会有变频器可以说有交流电动机的地
