j交流调速第五章解析.ppt

第2篇，电力拖动自动控制系统，交流拖动控制系统，内容概要，交流拖动控制系统概要交流调速系统的主要类型交流变压调速系统交流变频调速系统(重点)绕组转子异步电动机2馈电调速系统旋转差功率供给型调速系统，异步电动机交流电动机的构成2-端盖3-端子箱4-定子铁心5-定子绕组6-散热筋7-旋转轴8-转子9-风扇10-盖壳体11-轴承12支架、1、2、3、6、4、5、7、8、9、10、11、12、笼型电动机转子的结构图、三相交流异步电动机的发明在电力拖动的历史中非常重要其结构在简单坚固方面是最好的。 具有寿命长、易于维护、价格便宜等优点，在电力驱动领域独占领先。 摘要、直流电力拖动和交流电力拖动诞生于19世纪。 20世纪大部分时间，占电力拖动容量约80%的无变速拖动系统采用交流电动机，仅占20%的高控制性能可调速的电力拖动系统采用直流电动机。 交流调速系统调速方案因其调速性能与直流调速系统不一致，不能用于高控制性能的调速。 6070年代，随着电力电子技术的发展，实现了使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，产生了高性能交流调速系统。 同时，由于直流电机具有电刷和逆变器，常常检查、切换为火花，限制直流电机的应用环境，整流能力限制直流电机的容量和速度等缺点越来越突出，交流调整拖动中代替直流调整拖动的声音越来越强，交流拖动控制交流拖动控制系统的主要应用领域，一般性能的节能调速高性能的交流调速系统和伺服系统的特大容量，高转速的交流调速，1 .一般性能的节能调速在过去大量的所谓“不变速交流拖动”中是鼓风机， 泵等通用机械的容量约占工业电力拖动总容量的一半以上，其中不需要调速的情况也不少，但是由于过去的交流拖动本身无法调速，不得不依赖挡板和阀门来调节送风和供水的流量，所以浪费了很多电力。 一般性能的节能调速(续)如果换成交流调速系统的话，可以节约挡板和阀门消耗的能量，每台台风机、泵平均可以节约2030%以上的电力，效果很好。 但是，对鼓风机、泵的调速范围和动态快速性的要求不高，需要一般的调速性能。 2、高性能交流调速系统和伺服系统，许多技术上需要调速的生产机械以往多采用直流拖动，但交流电机结构简单，成本低廉，工作可靠，维护方便，惯性小，效率高，改为交流拖动，显然很多但是，根据交流电机的原理，其电磁转矩难以像直流电机那样通过电枢电流进行灵活的实时控制。 20世纪70年代初发明了矢量控制技术或磁场定向控制技术，通过坐标变换将交流电动机的定子电流分解为转矩成分和励磁成分，分别控制电动机的转矩和磁通，得到了与直流电动机同等的高动态性能，交流电动机的调速技术取得了飞跃性进展。 接连提出了高性能交流调速系统和伺服系统(续)、高性能交流调速系统和伺服系统(续)，然后形成了与直流调速系统相匹敌的高性能交流调速系统和交流伺服系统。3、特大容量、极高转速交流调速、直流电机换向能力限制容量转速积不超过106kWr/min，超过该数值时，其设计和制造非常困难。 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。 交流调速系统的主要类型是交流电机主要分为异步电机(感应电机)和同步电机两种，各种电机有不同类型的调速系统。 目前文献中介绍的异步电动机调速系统种类繁多，可分为不同的角度。 按电动机调速方法分类，常见交流调速方法为降压调速； 滑动离合器的调速转子串联电阻调速绕组电机的串联调速或双馈电机调速极对数调速变压变频调速等。 在研发阶段，人们从多方面探索调速的途径，种类繁多是自然的。 目前交流调速的发展比较成熟，为了深入把握其基本原理，需要进一步探讨其本质，认识交流调速的基本规律。 根据交流异步电动机的原理，从定子传递到转子的电磁功率分为两部分。 一部分是拖动负载的有效功率，其另一部分(称为机械功率)是传送到转子电路的滑动功率，与滑动效率s成比例。 即，pm=pmechpspmech=(1s ) pmps=SPM是从能量转换的观点出发，差动功率增大、消耗还是被回收是评价调速系统效率的高低的指标。 从这一点来看，异步电动机调速系统可分为三类。1 .差动功耗型调速系统将这种类型的所有差动功率转换为热能并消耗给转子电路，上述、三种调速方法属于这种类型。 在三种异步电动机调速系统中，这种系统的效率最低，而且越低效率越低，那就是与转速的降低(恒转矩负载时)相反，增加转速的消耗。 但这种系统结构简单，设备成本最低，具有应用价值。 2 .差动电力供给型调速系统，在这样的系统中，除了转子的铜损以外，大部分的差动电力在转子侧通过变流装置供给或供给，转速越低能够供给的电力越多，上述第调速方法属于这类。 无论是供应还是供应，差分功率最终将是有用的功率，除去变流器本身的损耗。这样的系统效率高，但是需要增加设备。 3、差动功率不变型调速系统，在这样的系统中，差动功率只是转子铜损，而且与转速的高低无关，差动功率几乎不变，因此效率更高，上述、两种调速方法就是这样的。 其中，极对数调速有级，应用有限。 变压变频调速的应用最广泛，可以构成高动态性能的交流调速系统来代替直流调速，但是定子电路必须配备相当于电动机容量的变压变频器，而设备成本最高。 同步电机的调速(了解)因为同步电机没有滑动，也没有滑动功率，所以同步电机的调速系统只有滑动功率不变型(一定=0)，同步电机的转子极对数是固定的，所以只能用变压变频器进行调速，没有异步电机那样的多种调速方法。 在同步电动机的变压变频调速方法中，根据频率控制的方式，分为变频调速和自控变频调速两种。 第5章，电力拖动自动控制系统，闭环控制的异步电动机变压调速系统一种差动电力消耗型调速系统，本章中，异步电动机变压调速电路异步电动机使电压变化时的机械特性闭环控制的变压调速系统及其静态特性，5.1异步电动机变压调速电路，变压调速为非根据电力拖动的原理，在异步电动机的等效电路的参数不变化的情况下，以相同的转速，电磁转矩与定子电压的平方成比例，因此，如果改变定子施加电压，则能够改变机械特性的函数关系，能够改变一定负载转矩下的电动机的转速。 过去改变交流电压的方法多为自耦合变压器和带直流磁化绕组的饱和电抗器，自电力电子技术兴起以来，这种较重的电磁装置已被晶闸管交流调节器所取代。 目前，交流调节器通常将三对晶闸管反向并联，或者将三个双向晶闸管串联连接到三相电路，主电路连接法有多种方案，通过相位控制改变输出电压。 利用y型连接法、型接法、交流变压调速系统控制电源、晶闸管交流调压器变压调速TVC双向晶闸管交流调压器，采用图5-1晶闸管交流调压器变压调速，电路结构：晶闸管反并联供电方式，实现异步电动机的可逆与制动。 另外，图5-2采用晶闸管反并联的异步电动机可逆和制动电路，采用可逆和制动控制，反运转方式图5-2采用晶闸管反并联的异步电动机可逆和制动电路，晶闸管16控制电动机正运转，在反转时，即使能够从晶闸管1、4和710供给反相电源制动运转方式在需要能量消耗制动的情况下，能够根据制动电路的要求使某个晶闸管非对称地动作，例如，当使1、2、6个元件导通并使其馀的元件截止时，能够使半波直流电流流过定子绕组，对正在旋转的电动机的转子施加制动作用如有必要，也可在制动回路中加入电阻来限制制动电流。 5.2异步电动机改变电压时的机械特性，根据电机学的原理，忽略空间和时间谐波忽略磁饱和忽略铁损的异步电动机的稳态等效电路如图5-3所示。 另外，异步电动机等效电路、Rs、rr 定子的各相电阻和换算成定子侧的转子的各相电阻Lls、llr 定子的各相泄漏感和换算成定子侧的转子的各相泄漏感Lm定子，对于每个相绕组，形成气隙的主磁通的等效电感、即励磁电感、参数定义、电流式、可从图导出的(5-1)式中，一般来说，LmLl1相当于将上述假定条件的第条件忽略铁损和励磁电流。 这样，在电流式为(5-2)，转矩式中，电磁力Pm=3Ir2Rr/s同步机械角转速m1=1/np式，设为np极对数时，异步电动机的电磁转矩为(5-3)，式(5-3)为异步电动机的机械特性式。 这表明如果转速或转速恒定，电磁转矩与定子电压的平方成比例。 若电磁转矩Te一定，则能够通过改变Us、Rs、Rr来进行调速。 这样，能够描绘与异步电动机固有的机械特性曲线不同的电压下的机械特性，如图所示，能够描绘异步电动机的机械特性、n0、TL、UsN、0.7UsN、a、b、c、f、d、e、0.5UsN、风扇系负载特性、恒定转矩负载特性、图5-4异步电动机的不同电压下的机械特性， UsN表示额定定子电压，s小时电磁转矩比例s接近1，则电磁转矩与s成反比，最大转矩式将式(5-3)导入s，使dTe/ds=0，与最大转矩对应时的静差率和最大转矩(5-4)(5-5)， (5-3)展开分母得到： s大时忽略分母s的一次、零次项，由图5-4可知，在恒定转矩负载下工作时，通常的轿厢型异步电动机使电压变化时的图5-4轿厢型异步电动机的降压机械特性曲线表示，存在风扇类负载时，工作点为d、e、e 为了在恒定转矩负荷下扩大调速范围，使电动机能够不过热地以低转速运转，要求电动机的转子具有高电阻值，这种电动机电压变化时的机械特性如图5-5所示。很明显，恒转矩负荷时的变压调速范围变大，锁定动作也不会使电动机烧损，该电动机也称为交流转矩电动机。 交流转矩电动机的机械特性：n0，UsN，0.7UsN，a，b，c，0.5UsN，恒转矩负载特性，图5-5高转子电阻电动机(交流转矩电动机)的不同电压下的机械特性，在恒转矩负载下扩大调速范围，使电动机能够不过热地以低转速运转很明显，恒转矩负荷时的变压调速范围变大，锁定动作也不会使电动机烧损，该电动机也称为交流转矩电动机。 5.3闭环控制的变压调速系统及其静态特性在采用普通异步电动机的电压变化调速时，调速范围窄，采用高转子电阻的扭矩电动机可以增大调速范围，但由于机械特性变软，负载变化时，静差率大，开环因此，对于恒定转矩特性的负载要求调速范围大于2时，多采用带转速反馈的闭环控制系统(参照图5-6a )。 1 .系统结构，图5-6表示带转速负反馈闭环控制交流变压调速系统，2 .系统静特性，图5-6b表示闭环控制变压调速系统的静特性。 系统负荷在a点运行时，负荷增大，转速下降，反馈控制作用提高定子电压，在右侧的机械特性中找到新的工作点a。 同样，当负载下降时，在左侧的特性中得到定子电压较低的动作点a。 根据反馈控制规则，将a、a、a相连接是闭环系统的静态特性。 异步电动机的开环机械特性和直流电动机的开环机械特性有很大不同，但取与不同电压的开环机械特性分别对应的动作点，连接后可得到闭环系统静态特性。 异步转矩电动机的机械特性虽然柔软，但由系统放大率决定的闭环系统静特性很硬。 采用PI调节器，同样可以无静差。 如果改变规定的信号，静态特性就会平行地上下移动，达到调速的目的。 变压调速系统的特征在于，异步电动机闭环变压调速系统与直流电动机闭环变压调速系统的不同之处在于，静态特性的左右两侧有限，无限延长，因此是额定电压UsN下的机械特性和最小输出电压Usmin下的机械特性。 当负载改变时，如果将电压调节到极限值，闭环系统失去了控制能力，并且系统的操作点仅沿着极限开环特性改变。 此外，系统的静态