现代交流调速系统总结 期末重点

交流调速复习资料 版权没有 第一章第一章 异步电动机变压变频调速理论基础异步电动机变压变频调速理论基础 1 交流电动机的优点有哪些 交流电动机的优点有哪些 直流电机的优点 直流电机的优点 调速优良 易于控制 静态性能好动态响应快 数学模型简单 线性 2 阶 1 阶 易于控制 电枢和励磁线圈可以独立调节 天然解耦 Ia 与 m 线性无关 是解耦的 直流电机的缺点 直流电机的缺点 a 结构上存在的机械换向器和电刷 b 体积大 c 维护困难 使用环境受限 d 寿命短 e 在容量发展上受限制 交流的电动机的优点 交流的电动机的优点 1 结构简单 体积小 转动惯量 小重量轻 2 坚固耐用 动态响应好 价格低廉 交流的电动机的缺点 交流的电动机的缺点 难于控制 调速性能先天不足 多变量耦合 强非线性 自己写 高阶次 至少是 7 阶 2 根据转差功率的去向 交流异步电机的调速方法可分为哪几类 各有哪些方法 根据转差功率的去向 交流异步电机的调速方法可分为哪几类 各有哪些方法 按电动机的调速方法分类 常见的交流调速方法有交流调速方法有 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 变压变频调速等 转差功率消耗型调速系统 都属于这种 效率最低 低速时以增加转差功 率的消耗来换取转速的降低的 恒转矩负载时 结构简单 设备成本最低 转差功率馈送型调速系统 大部分转差功率在转子侧通过变流装置馈出或馈入 转 速越低 能馈送的功率越多 效率较高 转差功率不变型调速系统 转差功率只有转子铜损 转速高低 转差功率基本 不变 效率更高 分两种 变极对数调速是有级的 应用场合有限 变压变频调速 应用最广 可以构成高动态性能的交流调速系统 但定子电路中须配备与电动机容 量相当的变压变频器 成本最高 3 画出异步电动机在调压调速时的机械特性 并说明其特点 画出异步电动机在调压调速时的机械特性 并说明其特点 n0 不变 起点 Te 包括 Tst 正比于 u1 的平方 极值 Sm 不变 极值轴心 交流调速复习资料 版权没有 4 为什么说交流调压调速更适合于风机泵类负载 为什么说交流调压调速更适合于风机泵类负载 从特性和调速范围分析 恒转矩负载 TL constant 时 可得不同的稳定转速 如图 2 1 中的 A B C 点 由于普 通异步电动机工作段转差率 S 很小 因此对恒转矩负载来说 调速范围很小 风机泵类机械 由于其负载特性为 TL kn a a 1 采用调压调速则可得到较大的调速 范围如 D E F 点 从电流和发热情况分析 降 压 调 速 在 恒 转 矩 条 件 下 转 子 电 流 随 转 速 的 降 低 而 增 大 1 17 推出 所以降压调速的方法仅适用于负载较轻或调速范围较小的情况 而风机泵类负载调压调速转子电流随转速的下降不明显上升 有时还会下降 调速范围 比较宽 稳态运行时Ir 对 s 求导 令 dIr ds 0 有 s 1 3 由图像可 知当 s1 3 时 转子和定子电流将随速度的 降低而降低 综上所述 调 降 压调速更适用于风机泵 类负载 交流调速复习资料 版权没有 5 画出单相画出单相 三相晶闸管交流调压电路三相晶闸管交流调压电路 左边单相 左边单相 6 三相晶闸管交流调压电路的控制方式有哪两种 三相晶闸管交流调压电路的控制方式有哪两种 1 相位控制 能实现无级调速 对电网有污染 功率因数低 2 周波控制 开关控制 无污染 功率因数高 不能实现无级调速 Ton Toff uc 时 给 V1 和 V4 导通信号 给 V2 和 V3 关断信号 这时如 i0 0 则 V1 和 V4 导通 如 i0 0 则 VD1 和 VD4 导通 不论 哪种情况都是 u0 Ud 9 为什么调制比为什么调制比 M 既不能过大 既不能过大 也不能过小 也不能过小 M Urm Ucm 通常介于 0 1 之间 受功率器件开关时间限制 M 既不能过大 也 不能过小 10 PWM 控制的最小脉宽和最小间隙有何限制 控制的最小脉宽和最小间隙有何限制 为保障开关元件安全工作 要使最小脉冲宽度和最小间隙大于开关元件的 ton 与 toff 交流调速复习资料 版权没有 11 电流滞环跟踪型电流滞环跟踪型 PWM 控制工作原理与特点控制工作原理与特点 滞环环宽应如何选择 滞环环宽应如何选择 将给定电流 ir 与输出电流 if 进行比较 电流偏差 超过 时 经滞环控制器 HBC 控制逆变器相应相上 或下 桥臂的功率器件动作 图中 电流控制器是带滞环的比较 器 环宽为环宽为 2 输出电流与给定值之间的偏差保持在 范围内 在正弦波上下作锯齿 状变化 电流滞环跟踪控制方法的特点 电流滞环跟踪控制方法的特点 1 结构简单 电流响应快 输出电压波形中不含特定频率的谐波分量 2 调速时 只需改变电流给定信号的频率 无需进行电压调节 3 功率器件的开关频率变化大 不利于功率器件的安全工作 12 三相异步电动机定子电压空间矢量的定义三相异步电动机定子电压空间矢量的定义 电动机旋转磁场的轨迹问题如何转化为电压电动机旋转磁场的轨迹问题如何转化为电压 空间矢量的运动轨迹问题空间矢量的运动轨迹问题 空间矢量的定义 交流电动机绕组的电压 电流 磁链等物理量都是随时间变化的 如 果再考虑到它们所在绕组的空间位置 如图所示 可以定义为空间矢量 uA0 uB0 uC0 定子电压方程式 转速不是很低时 当电动机由三相平 衡正弦电压供电时 电动机定子磁链幅值恒定 其空间矢量以恒速旋转 磁链矢量顶端 的 运 动 轨 迹 呈 圆 形 一 般 简 称 为 磁 链 圆 所 以 交流调速复习资料 版权没有 当磁链幅值一定时 us 的大小与 W1 或供电电压频率 成正比 其方向则与磁链矢量正交 即磁链圆的切线方向 当 磁链矢量在空间旋转一周时 电压矢量也连续地按磁链圆的切线方向运动 2 弧度 其 轨迹与磁链圆重合 这样 电动机旋转磁场的轨迹问题就可转化为电压空间矢量的运动 轨迹问题 13 如何运用已有的如何运用已有的 8 个电压空间矢量进行线性组合 获得与个电压空间矢量进行线性组合 获得与 u1 u6 相位相位不同不同的电压空间的电压空间 矢量 矢量 设在原u1状态结束后 期望在时间T0内电压空间矢量ur1起作用 并有 图中采用部分 u1 矢量和部分 u2 矢量求和得到矢量 ur1 图中 t1u1 T0 和 t2u2 T0 分别表 示部分 u1 和部分 u2 矢量 它们的合成矢量为 ur1 ur1 与 u1 和 u2 相位均不同 而幅值 相同 新的电压矢量 ur1 产生的磁链增量 l1 ur1 T0 在下一个 T0 期间 仍选用 u1 和 u2 的线性组合 但两者的作用时间与前一区间不同 这样就可以获得与 ur1 相位 不同的电压矢量 ur2 相应的磁链增量为 l2 u0 的幅值为零 故 零矢量的作用时间为 取 最小开关损耗的原则 最小开关损耗的原则 任意一次电压矢量的变化只能有一个桥臂的开关动作 表现在二 进制矢量表示中只有一位变化 以满足最小开关损耗 交流调速复习资料 版权没有 14 画出画出 SVPWM 控制方式下在第控制方式下在第 I 扇区内一个开关周期内的开关序列波形图 扇区内一个开关周期内的开关序列波形图 15 SA4828 SM2001 分别有哪几种分别有哪几种 PWM 波形输出波形输出 SA4828 三种 SPWM 波形输出 1 标准正弦波 2 增强型波形 通过采用谐波注入技术使逆变器直流电压得到充分利用 3 高效型波形 又称带死区的增强波形 它可以节省 33 的开关损耗 SM2001 2 种 SPWM 波形输出 1 普通正弦波 2 高效电机驱动波两种波形 17 转差频率控制的基本规律是什么转差频率控制的基本规律是什么 1 在在 Ws Wsm 的范围内 转矩的范围内 转矩 Te 基本上与基本上与 Ws 成正比 条件是气隙磁通不变 成正比 条件是气隙磁通不变 2 在不同的定子电流值时 按在不同的定子电流值时 按下下图的函数关系图的函数关系 Us f w1 Is 控制定子电压和频率 控制定子电压和频率 就能保持气隙磁通就能保持气隙磁通 m 恒定 恒定 第三章第三章 高动态性能变频调速系统高动态性能变频调速系统 1 三相异步电动机动态数学模型的构成及特点三相异步电动机动态数学模型的构成及特点 运动方程运动方程 转矩方程转矩方程 磁链方程磁链方程 交流调速复习资料 版权没有 电压方程 电压方程 特点特点 1 多变量强耦合性 2 高阶性 3 时变非线性 2 坐标变换的基本原则坐标变换的基本原则 气隙磁场是能量转换的媒介 所以磁动势不变是不同坐标系之间转换的一项基本原则 3 推导三相异步电动机坐标变换公式推导三相异步电动机坐标变换公式 自己整理一份吧 找个全对的 肯定要考 3 矢量控制的基本思路是什么矢量控制的基本思路是什么 基本方程基本方程 推导一下吧 推导一下吧 矢量控制基本思想 通过数学上坐标转换运算交流电动机模型虚拟直流电动机模型用直流电 动机控制方法来控制交流电动机从而对其转矩进行直接控制 直流电动机特点 根据旋转 运动方程式控制转矩直接控制转速 使电动机动态特性能大大提高 课本 直流电动机的构造决定了励磁电流 Ir 产生的磁链 f 和电枢电流 Ia 产生的 a 是空间 上静止矢量自然垂直和解耦的 意味着可以单独改变 Ia 控制转矩和 If 影响磁链 f 但彼此 不会相互影响 若将异步电动机放在一个同步旋转的参考坐标系下控制 稳态时正弦变量呈 直流量 可获得类似于直流电机的性能特性 课本图 补充 P103 1 磁链控制方程 2 电磁转矩控制方程 3 转差角频率控制方程 交流调速复习资料 版权没有 4 直接转矩控制与矢量控制的性能与特点比较直接转矩控制与矢量控制的性能与特点比较 VC 系统系统 强调 Te 与 r 的解耦 有利于分别设计转速与磁链调节器 实行连续控制 可获得较宽的调速范围 但按 r 定向受电动机转子参数变化的影响 降低了系统的鲁棒性 DTC 系统系统 实行 Te 与 s bang bang 控制 避开了旋转坐标变换 简化了控制结构 控制定子磁链而不是转子磁链 不受转子参数变化的影响 但不可避免地产生转矩脉动 低速性能较差 调速范围受到限制 5 无速度传感器矢量控制与无速度传感器矢量控制与 U f 控制及磁场定向矢量控制的性能比较控制及磁场定向矢量控制的性能比较 交流调速复习资料 版权没有 第四章第四章 变频器的组成及其设计变频器的组成及其设计 1 通用变频器主电路的构成及各部分作用通用变频器主电路的构成及各部分作用 主电路是功率变换的执行机构 整流电路 整流电路 直流滤波电路 逆变电路 直流滤波电路 逆变电路 辅助电路辅助电路 整流电路 整流电路 常常采用全桥式二极管不控整流电路 阻容 RC 阻容电路 吸收电路 用作 过压保护 吸收操作过电压和浪涌电压 压敏电阻 快速熔断器 只能保护整流模块 逆 变电路没有保护作用 直流滤波电路 直流滤波电路 首先是对整流器输出电压滤波 其次是吸收来自逆变电路由于元件换向或 负载变化等原因而产生的纹波电压和电流 滤波元件一般用大容量铝电解电容 逆变电路 逆变电路 逆变部分可采用 SCR GTR GTO MOSFET IGBT IPM IGCT 等器件 附加缓冲电路 与逆变电路的功率开关元件并联 用以吸收元件关断时的关断浪涌电压 缓 冲电路一般由电阻 电容 二极管组成 制动电路 制动电路 可以通过降低变频器输出频率来降低电动机的同步转速 达到使电动机减速的 目的 2 通用变频器的制动电路有哪几种形式 3 通用变频器的保护电路有哪些通用变频器的保护电路有哪些 保护电路是变频器安全可靠运行的 生命线 其主要作用是根据检测电路得到的各种 信号来判断变频器本身或系统是否异常 瞬时过电流保护 对地短路保护 过载 保护 电子热继电器 过电压保护 欠电压保护 散热器过热保护 控制电 路异常保护 4 线性电源与开关电源有何区别线性电源与开关电源有何区别 线性电源线性电源 指用于电压调整功能的器件始终工作在线性放大区的一种直流稳压电源 开关电源开关电源 利用高频开关器件并通过变换技术而制成的高频开关直流电源 简称开关电 源 用于电压调整功能的器件始终以开关方式工作 5 IGBT 的保护主要包括哪些的保护主要包括哪些 交流调速复习资料 版权没有 dv dt 保护 加缓冲电路 防止 dv dt 的位移电流使 IGBT 误导通 过流保护 包括短路保护 过流饱和压降上升 检测导通压降 调整驱动 热保护和非工作状态保护 运输 贮存 测量 装焊的保护 6 如何选择如何选择 IGBT 的额定电流和额定电压 的额定电流和额定电压 额定电流 额定电流 Ice 的选择 的选择 根据实际电路中最大额定电流 Ie 负载类型 允许过载的程度等因 素 比如在电动机负载允许过载 50 100 则应在此基础上留有裕量 如实际选择 Ice 1 5Ie 任何情况下 通过集电极的最大电流必须在安全工作区规定范围内 额定电压额定电压 UCER的选择 的选择 考虑电网电压瞬态尖峰 电压波动 开关电流所引起的电压尖峰 等 一般情况下 稳态时 IGBT 之间最高 UM则可选择耐压值 UCER 2UM 6 IGBT 栅极驱动电路的基本形式 栅极驱动电路的基本形式 栅极驱动电路分为直接驱动 变压器隔离式和光耦隔离式三种形式 8 IGCT 的特点的特点 有与 GTO 相同的高阻断能力和低通态压降 与 IGBT 相同的开关性能 综合了 GTO 和 IGBT 两者的优点 电压较高时选用 IGCT 更适用于功率较大的装置 交流调速复习资料 版权没有 第五章第五章 绕线转子异步电机双馈调速系统绕线转子异步电机双馈调速系统 1 双馈调速的基本原理是什么 双馈调速的基本原理是什么 所谓 双馈 是指把绕线转子异步电机的定子绕组 与交流电网连接 转子绕组与其他含电动势的电路相连 接 使它们可以进行电功率的相互传递 从广义上讲 定子功率和转差功率可以分别向定 子和转子馈入 也可以从定子或转子输出 故称作双馈 电机 2 异步电动机双馈调速系统的五种典型工况及其功率流向异步电动机双馈调速系统的五种典型工况及其功率流向 1 电机在次同步转速下作电动运行 工作条件 转子侧每相加以附加电动势 Eadd 转子 电流 Ir 将减小 从而使电动机减速 进入新的稳态工作 运行工况 电机作电动运行 转 差率为 0 s 1 进入倒拉制动运行状态 第四象限 运行工 况 此时由电网输入电机定子的功率和由负载输入电机轴的功率两部分合成转差功率 并从 转子侧馈送给电网 式 5 4 可改写作 3 电机在超同步转速下作回馈制动运行 工作条件 进入这种运行状态的必要条件是有位 能性机械外力作用在电机轴上 运行工况 电机处在发电状态工作 s 0 电机功率由负载 通过电机轴输入 经过机电能量变换分别从电机定子侧与转子侧馈送至电网 此时式 5 4 可改写成 4 电机在超同步转速下作电动运行 工作条件 设电机原已在 0 s 1 作电动运行 轴上 拖动恒转矩的反抗性负载 运行工况 电机的轴上输出功率由定子侧与转子侧两部分输入功 率合成 电机处于定 转子双输入状态 其输出功率超过额定功率 式 5 4 改写成 5 电机在次同步转速下作回馈制动运行 很多工作机械为了提高其生产率 希望电力拖动 装置能缩短减速和停车的时间 因此必须使运行在低于同步转速电动状态的电机切换到制动 状态下工作 工况 电机定子侧输出功率给电网 电机成为发电机处于制动状态工作 并产 生制动转矩以加快减速停车过程 电机的功率关系为 交流调速复习资料 版权没有 3 什么是串级调速系统什么是串级调速系统 其系统构成如何其系统构成如何 在异步电机转子回路中附加交流电动势调速的关键就是在转子侧串入一个可变频 可变 幅的交流电压 对于只用于次同步电动状态的情况来说 比较方便的办法是将转子电压先整 流成直流电压 然后再引入一个附加的直流电动势 控制此直流附加电动势的幅值 就可以 调节异步电动机的转速 UR 三相不可控整流装置 将异步电机转子相电动势 sEr0 整流为直流电压 Ud UI 三相可控整流装置 工作在有源逆变状态 可提供可调的直流电压 Ui 作为电机调速所需的附加直流电动势 可将转差功率变换成交流功率 回馈到交流电网 交流调速复习资料 版权没有 4 串级调速系统的启动及调速控制原理串级调速系统的启动及调速控制原理 对串级调速系统而言 起动应有足够大的转子电流 Ir 或足够大的整流后直流电流 Id 为此 转子整流电压 Ud 与逆变电压 Ui 间应有较大的差值 控制逆变角 使在起 动开始的瞬间 Ud 与 Ui 的差值能产生足够大的 Id 以满足所需的电磁转矩 但又不超 过允许的电流值 这样电动机就可在一定的动态转矩下加速起动 随着转速的增高 相应地 增大 角以减小值 Ui 从而维持加速过程中动态转矩基本恒定 调速原理 通过改变 角的大小调节电动机的转速 调速过程 第六章第六章 通通用变频器的使用与维护用变频器的使用与维护 1 通用变频器的铭牌及其意义通用变频器的铭牌及其意义 变频器型号 变频器型号 TYPE 自定义无特殊意义 给出了产品型号 适配电动机容量 系列名 称和电源电压等 额定输入参数 额定输入参数 SOURCE 额定输入参数一般包括电源输入相数 电压 频率 允许 的电压幅值及频率波动范围 额定输入电流等 额定输出参数 额定输出参数 OUTPUT 额定输出参数一般包括通用变频器的额定容量 相数 额 定输出电压 额定输出电流 过载能力和输出频率范围等 重量 重量 MASS 变频器的重量 生产序列号 生产序列号 SER NO 型号容量以及生产时间的详细信息 2 通用变频器有哪些参数需要调试通用变频器有哪些参数需要调试 其调试原则分别是什么其调试原则分别是什么 1 基本频率 根据电机的铭牌数据 匹配变频器与电机的电压等级 2 上限频率 在满足工艺要求的前提下 注意轻载使用 3 下限频率 在满足工艺要求的前提下 注意长期低速运行时的过热问题 4 加速时间 在满足工艺要求的前提下 在重载使用时要注意加长加速时间 否则会出 现过流现象 5 减速时间 在满足工艺要求的前提下 在重载使用时要注意加长减速时间 否则会出 现过压现象 6 开关频率 开关频率越大 电机的噪声会越小 但是会产生较强的无线电干扰 对电 机的绝缘要求也就越高 且开关频率越高 变频器的开关损耗越大 所以开关频率不能太高 7 扭矩补偿功能 根据负载的类型进行补偿 但是不能过补偿 否则铁损增大 效率低 启动时冲击大 运行电流高 PPT 课后题 分别写出课后题 分别写出 5 个进口通用变频器和个进口通用变频器和 5 个国产变频器的品牌 个国产变频器的品牌 富士 三菱 安川 日立 ABB 西门子 施耐德 森兰 佳灵 阿尔法 康沃 时代 富凌 惠丰 1 同步电机的主要运行方式有三种同步电机的主要运行方式有三种 即作为发电机 电动机和补偿机运行 即作为发电机 电动机和补偿机运行 交流调速复习资料 版权没有 2 自控变频同步电动机的分类自控变频同步电动机的分类 自控变频同步电动机在其开发与发展的过程中 曾采用多种名称 有的至今仍习惯性地 使用着 它们是 1 无换向器电动机 多用于带直流励磁绕组的同步电机 2 三相永磁同步电动机 输入正弦波电流时 3 无刷直流电动机 采用方波电流时 其他摘要其他摘要 P S 交流电机主要分为异步电机 即感应电机 和同步电机两大类 每类电机又有不同 类型的调速系统 同步电机没有转差 也就没有转差功率 所以同步电机调速系统只能是转差功率不变型 0 同步电机转子极对数又是固定的 因此只能靠变压变频调速 同步电机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 自控变频 调速利用转子磁极位置的检测信号来控制变压变频装置换相 有时又称作无换向器电机 调速 无刷直流电机调速 按照构造的不同 异步电动机的转子绕组分为笼型和绕线型两种 结构异步电动机损耗 1 定子铜耗 PCus 2 铁心损耗 PFe 3 转子铜耗 PCur 4 机械 损耗 P 5 杂散损耗 所谓的调压调速 就是通过改变定子外加电压来改变其机械特性的函数关系 从而达到 改变电动机在一定输出转矩下转速的目的 变压调速是一种典型的转差功率消耗型调速 系统 异步电动机降压调速 转子回路串电阻调速 电磁转差离合器调速 高转子电阻的力矩电机可以增大调速范围 但机械特性软 闭环控制解决了这个问题 系统放大系数决定的闭环系统静特性却可以很硬 频率较高时 恒压频比调速时异步电动机的最大转矩与频率无关 基本上保持不变 当转速较低时 f1 比 f1n 下降很多 此时定 转子总漏抗随之下降 定子电阻 Rs 不能 忽略 可见在 Us f1 不变时 最大转矩 Temax 是随着定子供电频率 f1 的下降而减小的 在低频时 Us 和 ES 都较小 定子阻抗压降所占的份量就比较显著 不再能忽略 这时 需要人为地把电压 Us 抬高一些 以便近似地补偿定子压降 恒压频比调速的优缺点和适用范围 变频装置结构简单 造价低 运行可靠 调试方 便 但是 Temax 将随定子供电频率 f1 的下降而减小 在频率很低时 启动转矩也将减 小 适用于调速范围不大或转矩随转速下降而减小的负载 如风机 水泵类负载 根据直流侧电源性质的不同 交 直 交变频器又可以分为电压源型与电流源型两种 目 前应用较多的是交 直 交电压源型变频器 交 交变频器又称为直接变频装置 有时也称作周波变换器 CVCF VVVF 元件数量 更多 设备相当庞大 方波中存在的高次谐波使电动机的低速转矩脉动大 转动不均匀 交流调速复习资料 版权没有 损耗及噪声增大 方波型交 交变频器在异步电动机的调速中应用较少 常用于无换向器 电动机的调速系统及超同步串级调速系统中 整流器组合式交 交变频调速的基本特点 1 功率开关元件在电网电压过零点自然换相 对元件无特殊要求 可采用普通晶闸管 2 易于实现电机的四象限运行 3 交 交变 频器最高输出频率一般不超过电网频率的 1 3 1 2 否则输出波形畸变太大 将影响变频 调速系统的正常工作 4 由于电路构成的特点 所用晶闸管元件数量较多 设备庞大 交 交变频器特别适用于低速 大容量的调速系统 如轧钢机 球磨机 水泥回转窑等 交 交变频器 整流器组合式 矩阵式 矩阵式换流策略 既不允许两组开关同时导通 也不允许有切换死区 所以必须有严格 的逻辑控制 当要求输出电流为正弦波并采用高频调制时 最高输出电压为输入电压的 0