交流调速系统PPT课件

- 1，3章，运动控制系统，交流调速系统，- 2，3.1概述，直流电力传动和交流电力传动诞生于19世纪。 鉴于20世纪大部分年代直流传动具有优良的调速性能，高性能传动均采用直流电机，占电力传动总容量约80%以上的无变速传动系统采用交流电机，这一分工一度成为世界公认的结构。 交流调速系统的许多方案已经上市，已经投入实用，但其性能不如直流调速系统。3、以往广泛采用的交流电机不调速系统采用直接启动方式，启动电流达到额定电流的6倍，不仅会产生较大的功率损失，还会影响电网的稳定。 特别是大功率系统对电网的干扰更为明显。 另外，由交流非调速马达和鼓风机、水泵、压缩机等构成的机组在需要调节流量的情况下，只能采用挡板、阀门、逆流、开放等措施，导致大量的能量损失。4、20世纪6070年代，随着电力电子技术的发展，实现了采用电力电子转换器的交流拖动系统，特别是出现了大规模集成电路和计算机控制，诞生了高性能交流测速系统，一直典型定义的交流拖动以测速性能分工的结构终于被打破。5、交流调速系统逐渐实现了广泛的调速范围、高稳定速度精度、快动态响应、四象限可逆运行等良好的控制性能。 目前，传动系统的新结构已经形成：交流调速系统上升到主导地位，逐渐取代直流调速系统。6、直流电机本身固有的缺点：直流电机的换向器工艺复杂、成本高换向器限制直流电机的容量和速度电刷火化和环形火焰限制了直流电机的应用转子发热多，电机效率低换向器和电刷磨损快，维护作业多。 3.1.1交流调速系统与直流调速系统的比较、-、7、交流电机与直流电机的比较、-、8、交流调速系统应用优势大功率负载时性能价格比高高速运行时转动惯量小易燃、易爆、灰尘多时适用功率器件的发展适用于交流调速、9、(1)交流电机转矩控制的难点Md=KmmIrcosr式： km-转矩系数m-气隙磁通IR-转子电流r-转子功率因数角。 3.1.2交流调速系统的难点和复杂性，-、10、Md=KmmIrcosrm是定子电流Is和转子电流Ir共同产生的m与Ir结合，Ir通常不能直接测量的r是与转速相关的时变量Md仅表示平均转矩，不能控制瞬时转矩3.1.2交流调速系统的难点和复杂性，11，(2)调速装置中部件的发展阶段限制了交流调速装置中的两个部件：逆变器主要部件大功率电子装置近50年来经过5代更新的控制器主要部件微处理器的运算速度在过去20年内增加了数倍因此，到20世纪90年代，这些设备基本满足了高性能调速系统的需要。 3.1.2交流调速系统的难点和复杂性，-，12，(3)调速系统的精度和成本限制对于这么复杂的控制对象，新的控制方法和控制装置必须达到一定的控制精度，经过反复、大量的研究开发，要经过长期、各种情况的实际考验。 因此，在应用初期价格很高。3.1.2交流调速系统的难点和复杂性，-、13、(1)电力电子技术的发展半控制设备全控制设备电流控制电压不断优化控制低频开关的高频开关的小功率大功率单设备的模块化、集成逆变器的性能、体积、价格。3.1.3交流调速系统的技术突破、-、14、(2)微机和数字信号处理技术的发展运算位数： 8位16位32位； 执行时间：微秒级纳秒级控制器综合性能大幅提高。3.1.3交流调速系统的技术突破，-，15，(3)现代控制理论的应用和交流调速原理的发展与成熟标量控制矢量控制结构控制直接转矩控制智能控制(模糊、神经网络)，3.1.3交流调速系统的技术突破，-，16，(1)交流恒速交流调速从以泵的控制改造为例，节电率高达20%。 3.1.4交流调速系统的主要应用领域，-、17、(2)直流调速为了减少维护量，提高运行可靠性，将与生产和人身安全直接相关的直流调速系统改为交流调速系统。 3.1.4交流调速系统的主要应用领域，-、18、(3)直流调速难以实现领域的直流电机换向能力，限制容量转速积不超过106kWr/min，超过该数值，其设计和制造变得非常困难。 交流电机没有换向器，没有这种限制，所以特大容量的电力拖动设备，例如厚板轧机、矿山卷扬机等，最好采用非常高的转速的拖动，例如高速磨床、离心机等，采用交流调速。 3.1.4交流调速系统的主要应用领域，-、19、交流异步电机转速公式： n=60f1(1-S)/np=n0(1-S )公式中： f1-定子馈电频率； NP-极对数s-滑移率，S=(n0-n)/n0； n0-同步转速，n0=60f1/np。 3.1.5交流调速的基本方法、-、20、滑动率调速、极对数调速、变频调速、串联电阻调速绕组式异步电机、串联调速3354绕组式异步电机、调压调速、电磁滑动离合器调速、笼型转子、交流-交流调速、交流-正交-变频调速、21、1 .变频对数调速、 基本原理：定子频率一定时，可通过改变定子的极对数来改变同步转速n0，达到调速的目的。 极对数必须是整数(np=1，n0=3000r/min； np=2，n0=1500r/min； np=3，n0=1000r/min )，因此变速调速只能进行有级调速。 变速调速仅适用于笼型异步电动机。 n=60f1(1-S)/np，-，22，1 .变速对数调速，设备简单，操作方便，机械特性硬，效率高。0，n，np=1，np=2，np=3，Te，-，23，2 .滑动调速，n=60f1(1-S)/np，0，n，R1，n1，Te，(1)转子串联电阻调速，n0，R2，R3，n，n2，n3，Tem，TL，Te0，r1u3 1 .同步转速n0不变化2 .相对于最大转矩的滑动率不变化3 .定子电压越低，变得越软4 .电机转矩能够实现与定子电压的平方成正比的5 .平滑的无级调速。，nm，-，26，2 .滑动调速，n=60f1(1-S)/np，(3)电磁滑动离合器调速，异步电动机，电磁离合器，机械负荷，Te，0，n，n1，if1，if2，if3，if4，if5，失控区，if1if2ii ，-，27，2 .滑动调速，n=60f1(1-S)/np，(3)电磁滑动离合器调速，转速闭环调速特性，Te，0，n，If1，If2，If3，If4，If1If2If3If4，1 .控制简单，运行可靠； 2 .可实现无级调速3 .低速损耗大，效率低4 .转动惯量大，响应慢。-，28，2 .变速差调速，n=60f1(1-S)/np，(4)串行调速，f1，Pem，(1-S)Pem，f2，sp 、SPem、-、29、2 .变速差调速、n=60f1(1-S)/np、(4)串行调速特征效率高(85%93% )，机械特性硬，可实现无级光滑调速，闭