可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿电力拖动自动控制系统

1、可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 第一节 1. 本组逆变阶段 2.它组整流阶段 3.它组逆变阶段 第二节 1. 异步电动机的调速 2. 同步电动机的调速 第三节 1.异步电动机的稳态等效电路 2.异步电动机的机械特性 第四章 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图4-16逻辑控制切换程序的流程图 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 1. 本组逆变阶段 图4-17=配合控制有环流可逆直流 调速系统正向制动过渡过程波形 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 当主电路电流Id下降过零时，本组逆变终止，第阶段结束，

2、自 然环流系统立即转到反组VR工作，开始通过反组制动。从这时起， 直到制动过程结束，统称“它组制动阶段”。它组制动阶段又分 第和第两部分(见图4-17)。 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 1)一般性能调速和节能调速。 2)高性能的交流调速系统和伺服系统。 3)特大容量、极高转速的交流调速。 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图4-18弱磁与调压配合控制特性 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图4-19带有励磁电流闭环的弱磁与调压的配合控制直流调速系统 AFR励磁电流调节器UPEF励磁电力电子变换器TAF励磁电流互感器 可

3、逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图4-20进入弱磁过程的直流电动机的动态结构图 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 1. 异步电动机的调速 (1)转差功率消耗型调速系统 (2)转差功率馈送型调速系统 (3)转差功率不变型调速系统 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 2. 同步电动机的调速 同步电动机没有转差，也就没有转差功率，所以同步电动机调速 系统只能是转差功率不变型(恒等于0)的，而同步电动机转子极对 数又是固定的，因此只能靠变压变频调速，没有像异步电动机那 样的多种调速方法。在同步电动机的变压变频调速系统中，从频 率控制

4、的方式来看，可分为他控变频调速和自控变频调速两类。 后者利用转子磁极位置的检测信号来控制变压变频装置换相，类 似于直流电动机中电刷和换向器的作用，因此有时又称做无换向 器电动机调速或无刷直流电动机调速。 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-1异步电动机T形等效电路 、R定子每相绕组电阻和折合到定子侧的转子每相绕组电阻、L定子每相绕组漏 感和折合到定子侧的转子每相绕组漏感定子每相绕组产生气隙主磁通的等效电感，即励 磁电感定子相电压相量定子相电压相量幅值供电电源角频率,=2、 定子相电流相量和折合到定子侧的转子相电流相量，箭头为规定正方向、I定子 相电流相量幅值和折合到

5、定子侧的转子相电流相 量幅值s转差率 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-2异步电动机简化等效电路 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-3异步电动机的机械特性 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 所谓调速，就是人为地改变机械特性的参数，使电动机的稳定工 作点偏离固有特性，工作在人为机械特性上，以达到调速的目的。 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-4晶闸管交流调压器调速 a)不可逆电路b)可逆电路 TVC双向晶闸管交流调压器 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-

6、5异步电动机调压调速 的机械特性 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-6高转子电阻电动机降压调速 的机械特性 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-7带转速负反馈闭环控制的 交流调压调速系统 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-8转速闭环控制的交流调压调速 系统静特性 、开环机械特性、闭环静特性 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 现代带电流闭环的电子控制软起动器可以限制起动电流并保持恒 值，直到转速升高后电流自动衰减下来，起动时间也短于传统的 降压起动方法。主电路采用晶闸管交流调压器，用连

7、续地改变其 输出电压来保证恒流起动，达到稳定运行后，可用接触器将晶闸 管旁路，以免晶闸管不必要地长期工作 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 当电动机在额定工况运行时，由于输出功率大， 总损耗只占很小的成分，所以效率N较高，一般 可达75%95%，最大效率发生在1.1)P2N的范围 内。电动机容量越大时， N越高。 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 当异步电动机在基频(额定频率)以下运行时，如果磁通太弱，没 有充分利用电动机的铁心，是一种浪费；如果磁通过大，又会使 铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时还会因绕组过热而 损坏电动机。 可逆控制和弱

8、磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-9恒压频比控制特性 a无补偿b带定子电压补偿 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-10异步电动机变压变频调速 的控制特性 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-11异步电动机变压变频调速机械特性 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-12异步电动机等效电路和感应电动势 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 ms控制 机械特性如图5-13中c线所示，与恒定子磁通 ms控制方式相 比较，恒气隙磁通 m控制方式的临界转差率和临界转矩更大， 机械特性更

9、硬。 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 m控制 图5-13异步电动机在不同控制方式下 的机械特性 a恒/控制b恒定子磁通控制 c 恒气隙磁通控制d恒转子磁通控制 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 mr控制 如图5-13所示。 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-14变频器结构示意图 a)交-直-交变频器b)交-交变频器 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-15交-直-交PWM变频器主回路结构图 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-16直流母线方式的变频器 主回路结

10、构图 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-17三相PWM逆变器双极性SPWM波形 a)三相正弦调制波与双极性三角载波b)相电压c)相电压 d)相电压e)输出线电压f)电动机相电压 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-18变压变频器输出的相电压PWM波形 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-19电流滞环跟踪控制的A相原理图 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-20电流滞环跟踪控制时的三相电流波形与相电压PWM波形 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-21电压

11、空间矢量 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-22旋转磁场与电压空间矢量的运动轨迹 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-23电压矢量圆轨迹 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 3. PWM逆变器基本输出电压矢量 表5-1基本空间电压矢量 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 3. PWM逆变器基本输出电压矢量 图5-24基本电压空间矢量图 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-25定子磁链矢量增量 (k)与电压矢量

12、(k) 和时间增量t的关系 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-26正六边形定子磁链轨迹 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-27电压空间矢量的六个扇区 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-28期望输出电压矢量的合成 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 6. SVPWM的实现方法 (1)零矢量集中的实现方法 (2) 零矢量分散的实现方法 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 (1)零矢量集中的实现方法 图5-29零矢量集中的SVPWM实现 可逆控制和弱磁控制直流调速系统

13、正稿 电力拖动自动控制系统 (2) 零矢量分散的实现方法 图5-30零矢量分布的SVPWM实现 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 (2) 零矢量分散的实现方法 图5-31N=4时期望的定子磁链矢量轨迹 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 7. SVPWM控制的定子磁链 us(0)=u6+u1=Ud+Ud(5-91) 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-32定子磁链矢量的运动的7步轨迹 7. SVPWM控制的定子磁链 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-33N=4时实际的定子磁链矢量轨迹 7.

14、SVPWM控制的定子磁链 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-34定子磁链矢量轨迹 7. SVPWM控制的定子磁链 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-35单相等效电路 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 采用PWM方式供电时，线电压的跳变幅值为Ud，几乎在瞬间 完成，因此，如此大的电压变化率将在电动机绕组的匝间和轴间 产生较大的漏电流，不利于电动机的正常运行。采用多重化技术， 可有效降低电压变化率，但变频器主回路和控制将复杂得多，一 般用于中、高压交流电动机的调速。 过大的电压变化率将产生很大的电磁辐射，对其他仪器

15、设备造成 电磁干扰。 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 1)在直流侧并入一个制动电阻，当泵升电压达到一定值时，开通与 制动电阻相串联的功率器件，通过制动电阻释放电能，以降低泵升 电压，如图5-36所示。 2)在直流侧并入一组晶闸管有源逆变器(见图5-37)或采用PWM可控 整流(见图)，当泵升电压升高时，将能量回馈至电网，以限制泵升 电压。 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-36带制动电阻的交-直-交变频器主回路 交-直-交变频器主回路 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-37直流侧并晶闸管有源逆变器的交-直-交

16、 变频器主回路 交-直-交变频器主回路 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-40转速开环变压变频调速系统 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 图5-41数字控制通用变频器-异步电动机调速系统硬件结构图 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 为了避免大电容在合上电源开关K1后通电的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R0(或 电抗)，刚通上电源时，由R0限制充电电流，延时后经开关K2将R0 短路，以免长期接入R0时影响变频器的正常工作，并产生附加损 耗。 驱动电路的作用是将微机控制电路产生的PWM信号经功率放大 后，控制电力电子器件的开通或关断，起到弱电控制强电的作用。 可逆控制和弱磁控制直流调速系统正稿 电力拖动自动控制系统 电压、电流、温度等检测信号经信号处理电路进行