机电运动控制10_交流调速系统

第10章交流自动调速控制系统 掌握 交流电动机调速特性 特点和使用场合 交流调速的基本原理和类型 各种调速系统的组成和工作原理 由第四章交流电动机的转速 本章将主要介绍异步电动机各种调速系统的基本原理及特性 重点介绍改变频率的各种调速系统 10 1晶闸管交流调压调速系统 一 采用晶闸管的交流调压电路 即改变转差率S 改变极对数p 改变频率f 定子电压 转子电阻 转子电压 华中科技大学机械学院冯清秀 当电源电压为正半周时 触发VS1使之导通 电压过零时 VS1自行关断 当电源电压为负半周时 触发VS2使之导通 电压过零时 VS1自行关断 触发控制角为 如此不断重复 负载上便得到正负对称的交流电压 改变晶闸管控制角的大小 就可以改变负载上交流电压的大小 1 单相交流调压电路 只需要一个脉冲信号 脉冲周期为 1800 2 三相交流调压电路 将三对反并联的晶闸管 即单相调压电路 分别接至三相负载就构成了一个典型的三相交流调压电路 负载可以是星形连接 也可以是三角形连接 三相负载Y形连接 单相调压电路 三相交流电压 二 异步电动机调压调压调速系统 1 异步电动机调压调速特性 特点如下 轻载时 外加电压变化很大 转速变化很小 即电动机的转速变化范围不大 重载时 降低供电电压 转速下降快 甚至停转 引起电动机过热甚至烧坏 如果要使电动机能在低速段运行 一方面传动系统运行不稳定 另外 随着电动机转速的降低会引起转子电流相应增大 可能引起过热而损坏电动机 2 异步电动机调压调速系统 为了既能保证低速时的机械特性硬度 又能保证一定的负载能力 一般在调压调速系统里采用转速负反馈构成闭环系统 其控制系统原理框图如图所示 3 异步电动机调压调速时的损耗及容量限制 转差功率 传到转子上的电磁功率与转子轴上产生的机械功率之差叫损耗功率 也叫转差功率 1 转差功率的大小由转差率S决定 2 这个转差功率 它将通过转子导体发热而消耗掉 3 在调压调速中 如果工作在低速状态 S将较大 即转差功率很大 调压调速方法不太适合于长期工作在低速的工作机械 如要用于这种机械 电动机容量就要适当选择大一些 10 2晶闸管变频调速系统 一 变频调速的原理 因此 若外加电压不变 则磁通随频率改变而改变 亦即频率降低 则磁通增加 频率增加 磁通降低 显而易见 前者有可能造成电动机的磁路过饱和 从而导致励磁电流的增加而引起铁心过热 为了解决这一问题 这就要求在变频调速系统中 降频的同时最好降压 即频率与电压能协调控制 二 交 直 交变频调速系统 交流电 幅值可调的直流电 幅值 频率均可调的交流电 可控整流电路 逆变电路 交流电 幅值不可调的直流电 幅值 频率均可调的交流电 不可控整流电路 逆变电路 PWM 逆变电路 整流电路 整流电路的触发电路 逆变电路的触发电路 系统中 晶闸管整流 移相触发电路 脉冲放大器 电压及速度负反馈环节的电路和原理与直流调速系统相同 脉冲发生器电路 电压信号 脉冲信号 幅值大小 频率大小 频率 电压 F V 变换器 电压信号 脉冲信号 幅值大小 频率大小 环行计数器实质是一个脉冲分配器 它把来自频率发生器的脉冲6个 或12个 一组依次分配 经脉冲放大器后 顺序触发逆变器的6组晶闸管来实现逆变 f f 6 工作原理 给定 脉冲频率 逆变器输出电压频率 n F V的输出 整流电路输出 逆变器输出电压幅值 通过改变输入电压的幅值实现交流调压 触发电路的作用 1 保证将一个直流电压变为三相对称的交流电 2 PWM控制 使幅值随频率变化而变化 1 基本结构 功能 1 接受操作命令 使被控制的交流三相电动机按用户设定的速度运行或停止 2 对电动机进行各种保护 速度控制 一 数字式交流变频器 2 脉冲宽度调制 PWM 控制 PWM控制 控制目的 给交流电动机上提供频率和幅值成比例变化的交流电 整流电路 将交流电变为直流电 逆变电路 将直流电变为频率和幅值均可调的交流电 逆变 如果使VS1与VS4 VS2与VS3交替的的导通和关断 且导通和关断的时间相同 负载上得到交流电压 整流电路提供 PWM控制 如果使VS1与VS4 VS2与VS3通过高频调制控制 能在半个周期内重复导通和关断N次 则其输出电压波形为一系列被调制的矩形脉冲 称载波 逆变器输出电压的幅值是通过改变脉冲总的导通时间与总的关断时间的比率来控制的 这有两种基本的方法 第一种方法是维持恒定的脉冲宽度而改变每一半周期内的脉冲数 第二种方法是改变脉宽 而维持每一半周期内的脉冲数不变 3 运行控制方式 运行控制包括起动 停止以及正转 反转控制两个方面 面板控制 运行控制方式由用户自己确定 通过设定变频器提供的运行方式专用参数来实现 外部输入信号控制 4 运行速度设定方式 运行速度确定电动机的运行速度 运行速度设定方式由用户自己确定 通过设定变频器提供的运行速度专用参数来实现 面板键盘设定 外部数字信号设定 外部电位器设定 面板电位器设定 5 应用 松下小型变频器外部接线图 1 操作面板参数设定运行速度设定运行控制运行参数显示 电源输入 电压输出 外部速度设定与控制输入 自带操作面板 2 变频器供电与电动机的连接 空气断路器 电源总开关以及过载 短路保护 接触器 电源接通或断开控制 三相交流电动机 被控制的对象 单相交流电供电 三相交流电输出 3 外部电位器速度设定 外部接线 调节电位器的位置可改变设定速度的大小 参数设定 在这款变频器中 有一个参数 参数号为P09 专门用来设定速度输入方式 参数号为P09 参数设定 在这款变频器中 有一个参数 参数号为P08 专门用来设定运行控制方式 4 外部控制方式 外部接线 两个信号控制电动机正 反转和运行 停止 参数号为P08 5 总体连线与控制 P08参数 3P09参数 2 外部接线 参数设定 PLC控制程序 变频器通电控制按下 启动 通电并保持 按下 复位 断电并保持 正转控制按下 正向 正转运行 直到按 反向 或 复位 才停止正转运行 反转控制按下 反向 反转运行 直到按 正向 或 复位 才停止正转运行 三 交 交变频调速系统 交流电 频率幅值可调的交流电 1 交流调频电路 共阴极组 共阳极组 分析可知 共阴极组整流电路可以把交流电变为正半周的直流电压 共阴极组整流电路可以把交流电变为负半周的直流电压 直流电压的大小由控制角控制 把共阳极组和共阴极组整流电路组合起来就可构成交流调频调压电路 输入电压f 1和2管交替导通频率为f 1 3 4 2管顺序导通