交流传动复习资料-徐世龙

本资料系本人手动整理 仅供大家复习参考之用 谢谢 1 交流拖动控制系统的应用领域 交流拖动控制系统的应用领域 一般性能的节能调速 高性能的交流调速系统和伺 服系统 特大容量 极高转速的交流调速 2 常见的交流调速方法有 常见的交流调速方法有 降电压调速 转差离合器调速 转子串电阻调速 绕线转子电 动机串级调速和双馈电动机调速 变极对数调速 变压变频调速 3 根据转差功率处理方式不同 交流调速系统分为 根据转差功率处理方式不同 交流调速系统分为 转差功率消耗型调速系统 转差功率 馈送型调速系统 转差功率不变型调速系统 4 同步电机的调速 同步电机的调速 只能靠变压变频调速 从频率控制的方式来看 可分为他控变频调速 和自控变频调速两类 5 交流电机同步转速交流电机同步转速 n0 与极对数与极对数 p 的关系 的关系 p f160 0n 6 转差率定义 转差率定义 旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比 称为转差率 100 s 0 0 n nn 7 常用低压电器 常用低压电器 刀开关 Q 按钮 SB 接触器 KM 时间继电器 KT 熔断器 FU 空气 开关等 8 基频以下调速与基频以上调速的区别 基频以下调速与基频以上调速的区别 在基频以下 磁通恒定时转矩也恒定 属于 恒 转矩调速 性质 而在基频以上 转速升高时转矩降低 基本上属于 恒功率调速 9 恒恒 控制各自的特点与区别 控制各自的特点与区别 1 恒压频比 Us 1 恒值 1 wUs 1 gwE 1 wEr 控制最容易实现 它的变频机械特性基本上是平行下移 硬度也较好 能够满足一般的 调速要求 但低速带载能力有些差强人意 须对定子压降实行补偿 2 恒 Eg 1 控制是 通常对恒压频比控制实行电压补偿的标准 可以在稳态时达到 rm 恒值 从而改善了低 速性能 但机械特性还是非线性的 产生转矩的能力仍受到限制 3 恒 Er 1 控制可以 得到和直流他励电机一样的线性机械特性 按照转子全磁通 rm 恒定进行控制 即得 Er 1 恒值 而且 在动态中也尽可能保持 rm 恒定是矢量控制系统的目标 当然实 现起来是比较复杂的 10 电力电子变压变频器可分为交电力电子变压变频器可分为交 直直 交和交交和交 交两大类 交两大类 交 直 交变压变频器先将工频交流 电源通过整流器变换成直流 再通过逆变器变换成可控频率和电压的交流 交 交变压变频 器只有一个变换环节 把恒压恒频 CVCF 的交流电源直接变换成 VVVF 输出 因此又 称直接式变压变频器或周波变换器 11 逆变器可以分成电压源型和电流源型两类逆变器可以分成电压源型和电流源型两类 两种类型的实际区别在于直流环节采用怎样 的滤波器 电压源型逆变器 VSI 直流环节采用大电容滤波 因而直流电压波形比较 平直 在理想情况下是一个内阻为零的恒压源 输出交流电压是矩形波或阶梯波 有时简 称电压型逆变器 电流源型逆变器 CSI 直流环节采用大电感滤波 直流电流波形比 较平直 相当于一个恒流源 输出交流电流是矩形波或阶梯波 或简称电流型逆变器 性能比较 两类逆变器在主电路上虽然只是滤波环节的不同 在性能上却带来了明显的差 异 主要表现如下 无功能量的缓冲 无功能量的缓冲 在调速系统中 逆变器的负载是异步电机 属感性 负载 在中间直流环节与负载电机之间 除了有功功率的传送外 还存在无功功率的交换 滤波器除滤波外还起着对无功功率的缓冲作用 使它不致影响到交流电网 因此 两类逆 变器的区别还表现在采用什么储能元件 电容器或电感器 来缓冲无功能量 能量的回馈 能量的回馈 用电流源型逆变器给异步电机供电的电流源型变压变频调速系统有一个显著特征 就是容 易实现能量的回馈 从而便于四象限运行 适用于需要回馈制动和经常正 反转的生产机 械 动态响应 动态响应 正由于交 直 交电流源型变压变频调速系统的直流电压可以迅速改变 所 以动态响应比较快 而电压源型变压变频调速系统的动态响应就慢得多 输出波形 输出波形 电压 源型逆变器输出的电压波形为方波 电流源型逆变器输出的电流波形为方波 应用场合 应用场合 本资料系本人手动整理 仅供大家复习参考之用 谢谢 电压源型逆变器属恒压源 电压控制响应慢 不易波动 所以适于做多台电机同步运行时 的供电电源 或单台电机调速但不要求快速起制动和快速减速的场合 采用电流源型逆变 器的系统则相反 不适用于多台电机传动 但可以满足单台电机的快速起制动和可逆运行 的要求 12 180 导通型控制方式 导通型控制方式 同一桥臂上 下两管之间互相换流的逆变器称作 180 导通型 逆变器 在 180 导通型逆变器中 除换流期间外 每一时刻总有 3 个开关器件同时导通 13 120 导通型控制方式 导通型控制方式 120 导通型逆变器的换流是在不同桥臂中同一排左 右两管 之间进行的 在同一时刻只有两个器件导通 如果负载电机绕组是 Y 联结 则只有两相导 电 另一相悬空 14 正弦波脉宽调制正弦波脉宽调制 SPWM 技术的原理 技术的原理 以正弦波作为逆变器输出的期望波形 以频率比 期望波高得多的等腰三角波作为载波 Carrier wave 并用频率和期望波相同的正弦波作 为调制波 Modulation wave 当调制波与载波相交时 由它们的交点确定逆变器开关器 件的通断时刻 从而获得在正弦调制波的半个周期内呈两边窄中间宽的一系列等幅不等宽 的矩形波 15 消除指定次数谐波的消除指定次数谐波的 PWM 控制技术的原理 控制技术的原理 脉宽调制 PWM 的目的是使变压变频 器输出的电压波形尽量接近正弦波 减少谐波 以满足交流电机的需要 要达到这一目的 除了上述采用正弦波调制三角波的方法以外 还可以采用直接计算下图中各脉冲起始与终 了相位 1 2 2m 的方法 以消除指定次数的谐波 构成近似正弦的 PWM 波形 16 电流滞环跟踪电流滞环跟踪 PWM 控制技术的原理 控制技术的原理 常用的一种电流闭环控制方法是电流滞环跟踪 PWM CHBPWM 控制 具有电流滞环跟踪 PWM 控制的 PWM 变压变频器的 A 相控 制 17 SPWM 控制方式 控制方式 如果在正弦调制波的半个周期内 三角载波只在正或负的一种极性 范围内变化 所得到的 SPWM 波也只处于一个极性的范围内 叫做单极性控制方式单极性控制方式 如果在正弦调制波半个周期内 三角载波在正负极性之间连续变化 则 SPWM 波也是在正 负之间变化 叫做双极性控制方式双极性控制方式 18 自然采样法 自然采样法 自然采样法是按照 SPWM 控制的基本原理 在正弦波和三角波的自然交 点时刻控制功率开关器件的通断 这种生成 SPWM 波的方法称为自然采样法 只是把 同样的方法数字化 自然采样法的运算比较复杂 规则采样法 规则采样法 三角波两个正峰值之间为一个采样周期 Tc 自然采样法中 脉冲中点不和三角波一周期的中点 即负峰点 重合 规则采样法使两者重合 每个脉冲的中点都以相应的三角波中点为对称 使计算大为简化 在工程上更实用的简化方法 由于简化方法的不同 衍生出多种规则采样法 19 泵升电压泵升电压 当电动机工作在回馈制动时能量不能回馈至电网 造成直流侧电压上升 称作泵升电压 解决办法 1 在直流侧并入一个制动电阻 通过制动电阻释放电能 以 降低泵升电压 2 在直流侧并入一组晶闸管有源逆变器 或采用 pwm 可控整流器 将 能量回馈至电网 20 通用变频器 通用变频器 主电路 由二极管整流器 UR PWM 逆变器 UI 和中间直流电路三部分 组成 一般都是电压源型的 采用大电容 C 滤波 同时兼有无功功率交换的作用 限流电 阻 为了避免大电容 C 在通电瞬间产生过大的充电电流 在整流器和滤波电容间的直流回 路上串入限流电阻 或电抗 通上电源时 先限制充电电流 再延时用开关 K 将短路 以免长期接入时影响变频器的正常工作 并产生附加损耗 泵升限制电路 由于二极管整 流器不能为异步电机的再生制动提供反向电流的通路 所以除特殊情况外 通用变频器一 本资料系本人手动整理 仅供大家复习参考之用 谢谢 般都用电阻吸收制动能量 减速制动时 异步电机进入发电状态 首先通过逆变器的续流 二极管向电容 C 充电 当中间直流回路的电压 通称泵升电压 升高到一定的限制值时 通过泵升限制电路使开关器件导通 将电机释放的动能消耗在制动电阻上 为了便于散热 制动电阻器常作为附件单独装在变频器机箱外边 控制电路 现代 PWM 变频器的控制电 路大都是以微处理器为核心的数字电路 其功能主要是接受各种设定信息和指令 再根据 它们的要求形成驱动逆变器工作的 PWM 信号 PWM 信号产生 可以由微机本身的软件产 生 由 PWM 端口输出 也可采用专用的 PWM 生成电路芯片 检测与保护电路 各种故 障的保护由电压 电流 温度等检测信号经信号处理电路进行分压 光电隔离 滤波 放 大等综合处理 再进入 A D 转换器 输入给 CPU 作为控制算法的依据 或者作为开关电 平产生保护信号和显示信号 21 通用变频器应具有的保护功能 通用变频器应具有的保护功能 过电流保护 过载保护 制动电阻过载保护 过电压 保护 其他保护 如欠电压保护 CPU 故障保护 电源掉电重合闸保护 外部跳闸保护等 22 矢量控制系统矢量控制系统 异步电机经过坐标变换可以等效成直流电机 那么 模仿直流电机的 控制策略 得到直流电机的控制量 经过相应的坐标反变换 就能够控制异步电机了 由 于进行坐标变换的是电流 代表磁动势 的空间矢量 所以这样通过坐标变换实现的控制 系统就叫作矢量控制系统 优点 23 矢量控制系统 矢量控制系统 VC 的解耦方法 的解耦方法 把 ASR 的输出信号除以 r 当控制器的坐标反变 换与电机中的坐标变换对消 且变频器的滞后作用可以忽略时 此处的 r 便可与 电机模型中的 r 对消 两个子系统就完全解耦了 24 解耦条件解耦条件 两个子系统完全解耦只有在下述三个假定条件下才能成立 转子磁链的 计算值 等于其实际值 r 转子磁场定向角的计算值 等于其实际值 忽略 电流控制变频器的滞后作用 25 对三相异步电机进行坐标变换的目的 对三相异步电机进行坐标变换的目的 异步电机经过坐标变换可以等效成直流电机 那么 模仿直流电机的控制策略 得到直流电机的控制量 经过相应的坐标反变换 就能 够控制异步电机了 26 直接转矩控制系统直接转矩控制系统 DTC 是继矢量控制系统之后发展起来的另一种高动态性能的交流 电动机变压变频调速系统 在它的转速环里面 利用转矩反馈直接控制电机的电磁转矩 27 交流力矩电机 交流力矩电机 交流力矩电机是一种具有软机械特性和宽调速范围的特种电机 其转 子用电阻率较高的黄铜条制成 当负载增加时 电动机的转速能自动的随之降低 而输出 力矩增加 保持与负载平衡 力矩电机的堵转转矩高 堵转电流小 能承受一定时间的堵 转运行 力矩电机配其控制器使用 可进行调压调速 调速范围可达 1 4 转速变化率小于 等于 10 交流力矩电机的机械特性 28 交流变压调速系统的特点 交流变压调速系统的特点 异步电机闭环变压调速系统不同于直流电机闭环变压调速 系统的地方是 静特性左右两边都有极限 不能无限延长 它们是额定电压 UsN 下的机 械特性和最小输出电压 Usmin 下的机械特性 当负载变化时 如果电压调节到极限值 闭环系统便失去控制能力 系统的工作点只能沿着极限开环特性变化 29 软启动完整定义 软启动完整定义 运用串接于电源与被控电机之间的软启动器 控制其内部晶闸管的 导通角 使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升 直至启动结束 赋予电机全电压 这种启动过程称为软启动 应用场合 应用场合 软启动器特别适用于各种泵类负载或风机类负载 需要软启动与软停车的场合 传统的降压启动方法有 传统的降压启动方法有 星 三角 Y 启动 定子串电阻 或电抗启动 自耦变压器 又称启动补偿器 降压启动 传统启动方式的弊端 传统启动方式的弊端 启动高达 5 7 倍的启动电流 造成电动机绕组因过热引起高温 从而加速绝缘老化 供电网络电压 本资料系本人手动整理 仅供大家复习参考之用 谢谢 降过大 当电压 0 85UN 时 影响其他设备的正常使用 尤其是欠压保护动作 启动时能 量损失过大 浪费电能 尤其是当频繁启动时浪费电能现象更为明显 对被带动的设备造 成极大的冲击力 缩短设备使用寿命 影响精确度 造成机械传动部件的非正常磨损 加 速设备老化 缩短寿命 接触器等控制设备故障率较高 30 电气传动系统电气传动系统 以交流 直流 电动机为动力拖动各种生产机械的系统我们称之为交 流 直流 电气传动系统 也称交流 直流 电气拖动系统 目的 根据设备和工艺的要 求通过改变电动机速度或输出转矩改变终端设备的速度或输出转矩 31 变频器基本功能变频器基本功能 自动加减速 多段程序运行 节能 电动机参数识别 通信和反馈 功能 控制功能 保护和监控功能 变频器的保护和监控功