《电动机的调速系统》ppt课件

1、第五章第五章 电动机的调速系统电动机的调速系统第一节第一节 概述概述 电动机的调速系统有直流调速系统和交流调速系电动机的调速系统有直流调速系统和交流调速系统两大类。统两大类。 一、直流调速系统一、直流调速系统 直流电动机的方程式：直流电动机的方程式： Ea=CenT=Cm IaU=Ea+IaRaTCCRCUnmeae 二、交流调速系统二、交流调速系统 根据根据 ，所以交流电动机有三种，所以交流电动机有三种调速方法：变极调速、变转差率调速和变频调速。调速方法：变极调速、变转差率调速和变频调速。第二节第二节 有静差直流自动调速系统有静差直流自动调速系统1.单闭环有静差调速系统转速负反响有静差调速系

2、统单闭环有静差调速系统转速负反响有静差调速系统pfsn160)1( 直流电动机的调速有三种方法：直流电动机的调速有三种方法： 1.电枢回路串电阻调速，为有级调速；电枢回路串电阻调速，为有级调速； 2.弱磁调速，可实现无级调速，为恒功率调速，调弱磁调速，可实现无级调速，为恒功率调速，调速范围小，普通在高于额定转速时运用；速范围小，普通在高于额定转速时运用； 3.调压调速，可实现无级调速，为恒转矩调速，调调压调速，可实现无级调速，为恒转矩调速，调速范围大，普通在低于额定转速时运用，运用范围广。速范围大，普通在低于额定转速时运用，运用范围广。 UC+Ug U+Rf放大器放大器U0R1MUd负载负载T

3、G+UfKpKtr系统各环节的关系如下：系统各环节的关系如下：U=UgUf UC=KpU Ud=KtrUC 在反响环节中在反响环节中 Uf=n 直流电动机的电压和电动势方程为：直流电动机的电压和电动势方程为：Ud=EIdR，E=Cen，那么系统的开环特性为：，那么系统的开环特性为：kkdmdmdeednnIRKUKICRCUn0将、各式带入式，得系统的闭环特性：将、各式带入式，得系统的闭环特性： bbnmdnmtrpgnnKKRIKKKKUn011式中式中Kn=KpKmKtr为系统开环放大倍数。为系统开环放大倍数。特点：特点： 1当给定电压不变时，闭环系统的稳态速降为当给定电压不变时，闭环系统

4、的稳态速降为开环系统稳态速降的开环系统稳态速降的1/1+K倍，闭环系统的理想空倍，闭环系统的理想空在转速为开环系统的在转速为开环系统的1/1+K倍。倍。 2假设要维持系统的运转速度不变，闭环时的假设要维持系统的运转速度不变，闭环时的给定电压要比开环时的给定电压相应提高给定电压要比开环时的给定电压相应提高1+K倍。倍。 3只需系统的开环放大倍数只需系统的开环放大倍数K足够大，就可以足够大，就可以把系统的稳态速降减小到允许的范围内，而且闭环系把系统的稳态速降减小到允许的范围内，而且闭环系统的调速范围是开环系统的统的调速范围是开环系统的1+K倍，即倍，即K越大，系越大，系统的静态性能越好。统的静态性

5、能越好。 4闭环系统能有效地抑制一切被包在反响环内闭环系统能有效地抑制一切被包在反响环内的扰动作用，但对给定电压和反响检测元件本身的误的扰动作用，但对给定电压和反响检测元件本身的误差是无能为力的。差是无能为力的。 2.电压负反响调速系统电压负反响调速系统 具有转速负反响的自动调速系统，在调速目的方面具有转速负反响的自动调速系统，在调速目的方面是不错的，但它需求一台测速发电机，而且测速发电机是不错的，但它需求一台测速发电机，而且测速发电机的要求很高，与电动机同轴衔接。这不仅添加了本钱，的要求很高，与电动机同轴衔接。这不仅添加了本钱，增添了维护上的困难，还会由于附带产生交流干扰问题，增添了维护上的

6、困难，还会由于附带产生交流干扰问题，给调试和运转带来费事。因此，对于某些要求不高调速给调试和运转带来费事。因此，对于某些要求不高调速系统，可采用电压负反响方式。系统，可采用电压负反响方式。R2UdR0R0+UgU0RpM+KpKtr+RRfR1Ufv210011nnnKRIKKRIKKKKUnmadvmdvmtrpg式中式中R0为电源的内阻，为电源的内阻，Ra为电动机电枢绕组的内阻。为电动机电枢绕组的内阻。特点：特点： 1电压负反响电阻接在电枢前面，它只能使主电压负反响电阻接在电枢前面，它只能使主回路上的电压变化得到补偿，而电动机上的电压变化回路上的电压变化得到补偿，而电动机上的电压变化没有得

7、到补偿，即电压负反响只把由整流安装内阻引没有得到补偿，即电压负反响只把由整流安装内阻引起的静态速降减小到起的静态速降减小到1/1+K，由电枢电阻引起的速，由电枢电阻引起的速降仍和开环时一样。降仍和开环时一样。 2电压负反响适用于调速范围电压负反响适用于调速范围D10，静差率，静差率是是S=15%30%的场所。的场所。 3电压负反响调速系统静态特性比同等放大倍电压负反响调速系统静态特性比同等放大倍数的转速负反响调速系统差。数的转速负反响调速系统差。 4系统的构造简单，维修方便，但在低速时容系统的构造简单，维修方便，但在低速时容易发生停转景象。易发生停转景象。R13.电压负反响加电流正反响直流调速

8、系统电压负反响加电流正反响直流调速系统 电压负反响系统的转速降落较大，即静特性不够理电压负反响系统的转速降落较大，即静特性不够理想，这是由于电动机电枢电阻上的电压降所引起的转想，这是由于电动机电枢电阻上的电压降所引起的转速降落未得到补偿，为了补偿电枢电阻压降速降落未得到补偿，为了补偿电枢电阻压降IaRa，故，故在电压负反响的根底上添加一个电流正反响环节。在电压负反响的根底上添加一个电流正反响环节。+R2UdR0R0+UgU0RpM+KpK tr+RRfR3LRf 添加电流正反响，就是把一个反映电动机电枢电添加电流正反响，就是把一个反映电动机电枢电流大小的量流大小的量IaRa取出，也加到比例调理

9、器的输入端。取出，也加到比例调理器的输入端。由于是正反响，调理器的输入信号反映了负载电流的由于是正反响，调理器的输入信号反映了负载电流的增减，即当负载电流增减，即当负载电流Ia添加时，调理器的输入信号也添加时，调理器的输入信号也添加，使晶闸管整流器输出电压添加，使晶闸管整流器输出电压Ud也添加，以补偿电也添加，以补偿电枢电阻所产生的压降。枢电阻所产生的压降。 特点：特点： 1电流正反响反映的物理量是电动机负载的电流正反响反映的物理量是电动机负载的大小，不是被调量电压和转速的大小。大小，不是被调量电压和转速的大小。 2电流正反响是一种补偿环节，不是反响环电流正反响是一种补偿环节，不是反响环节。节

10、。 3在电流正反响对转速进展补偿中，负载添在电流正反响对转速进展补偿中，负载添加，转速量上升；负载减小时，那么反之。加，转速量上升；负载减小时，那么反之。 4这种调速系统的调速范围没有转速负反响这种调速系统的调速范围没有转速负反响系统宽，适用于系统宽，适用于D20，s10%的场所。的场所。4.带电流截止负反响的转速负反响直流调速系统带电流截止负反响的转速负反响直流调速系统 转速负反响虽然处理了静态速降等问题，但没处理转速负反响虽然处理了静态速降等问题，但没处理启动电流的问题，要限制启动电流，必需加电流负反响。启动电流的问题，要限制启动电流，必需加电流负反响。但是，电流负反响的引入会使系统的静特

11、性变得很软，但是，电流负反响的引入会使系统的静特性变得很软，不能满足普通调速系统的要求，电流负反响的限流作用不能满足普通调速系统的要求，电流负反响的限流作用只应在启动和堵转时存在，在正常运转时必需去掉。只应在启动和堵转时存在，在正常运转时必需去掉。nn0IdIduU0UdR0R0UgU0 RpMKpKtr+RRfLRfR3+R1V1+IaTGR2 +Ufi+Ufn带电流截止负反响的转速负反响直流调速系统带电流截止负反响的转速负反响直流调速系统 特点：特点： 1电动机启动时，电流截止负反响起作用，从电动机启动时，电流截止负反响起作用，从而限制启动电流。正常任务时，电流截止负反响作用很而限制启动电

12、流。正常任务时，电流截止负反响作用很少。少。 2当系统任务超越额定值时，电流截止负反响当系统任务超越额定值时，电流截止负反响起作用，从而保证系统的平安。起作用，从而保证系统的平安。 3电流截止负反响采用的方法有电压比较法和电流截止负反响采用的方法有电压比较法和在反响回路中串联一个稳压二极管。在反响回路中串联一个稳压二极管。第三节第三节 无静差直流自动调速系统无静差直流自动调速系统 一、转速单闭环无静差直流调速系统一、转速单闭环无静差直流调速系统CUdR0R0UgU0RpM+Kp+RRfLTGR2+UctUn 比例调理过程：在比例调理过程：在Un的作用下，的作用下，PI调理器立刻输出比例调理器立

13、刻输出比例调理部分调理部分Uct=KPUn ,它使晶闸管整流输出电压添加它使晶闸管整流输出电压添加Ud。这个电压使电动机转速迅速上升，其大小与偏向电压这个电压使电动机转速迅速上升，其大小与偏向电压Un成正成正比，即比，即Un越大，调理作用越强，电动机转速上升也就越快。越大，调理作用越强，电动机转速上升也就越快。当转速上升到原来的转速当转速上升到原来的转速n1以后，以后，Ud也减到零。这阐明与偏也减到零。这阐明与偏向成比例的调理作用与偏向共存亡，偏向不存在，比例调理作用向成比例的调理作用与偏向共存亡，偏向不存在，比例调理作用便终了。便终了。 积分调理过程：积分部分的输出电压正比于偏向电积分调理过

14、程：积分部分的输出电压正比于偏向电压的积分，积分作用使晶闸管整流输出电压增长量压的积分，积分作用使晶闸管整流输出电压增长量Ud增长的速度与偏向电压增长的速度与偏向电压Un成正比。开场阶段，成正比。开场阶段，n较小，较小，Un也较小，也较小，Ud增长得非常缓慢；当增长得非常缓慢；当n最大时，最大时，Ud增长得最快；在调理过程的末段，电动增长得最快；在调理过程的末段，电动机转速开场上升，机转速开场上升，n减小减小,Ud的增长也变慢，当的增长也变慢，当n完全等于零时完全等于零时Ud便停顿增长，之后就不断坚持这个便停顿增长，之后就不断坚持这个数值不变。积分作用虽然不再增长，但它却记住了以数值不变。积分

15、作用虽然不再增长，但它却记住了以往积累的调理结果。正由于如此，整流输出电压在最往积累的调理结果。正由于如此，整流输出电压在最后被坚持在比原来数值后被坚持在比原来数值Ud高出高出Ud的新的数值上。的新的数值上。Ud是比例调理器和积分调理器的综合效果。是比例调理器和积分调理器的综合效果。 可以看出，不论负载怎样变化，积分调理作用要可以看出，不论负载怎样变化，积分调理作用要把负载变化的影响完全补偿掉，使转速上升到原来的把负载变化的影响完全补偿掉，使转速上升到原来的转速，这就是无静差调理过程。转速，这就是无静差调理过程。 二、速度、电流双闭环自动调速系统二、速度、电流双闭环自动调速系统 由由PI调理器

16、组成的无静差调速系统消除了静差，但调理器组成的无静差调速系统消除了静差，但电动机的启动过程较长，消费效率低。为理处理该问题，电动机的启动过程较长，消费效率低。为理处理该问题，最好是在不超越电动机最大电流的情况下，让电动机在最好是在不超越电动机最大电流的情况下，让电动机在较大电流下启动。较大电流下启动。 为了实如今允许条件下最快启动，关键是要获得一为了实如今允许条件下最快启动，关键是要获得一段使电流坚持为最大值段使电流坚持为最大值idm的恒流过程。按照反响控制的恒流过程。按照反响控制规律，采用某个物理量的负反响可以坚持该量根本不变，规律，采用某个物理量的负反响可以坚持该量根本不变，因此采用电流负

17、反响可以得到近似的恒流过程。因此采用电流负反响可以得到近似的恒流过程。t0i dmidlnid电 流 调 理电 流 调 理器器ACR转速调理转速调理器器ASRR0UctR0Ui*UdR0R0UisU0RpM+TGR2+TAUnCnKp+RbRnLIdCiKp+RRiGTVUi 该系统采用了两个该系统采用了两个PIPI调理器，其中调理器，其中ASRASR为速度调理器，称为外为速度调理器，称为外环；环；ACRACR为电流调理器，称为内环。两环进展串联。启动时，转速为电流调理器，称为内环。两环进展串联。启动时，转速调理器饱和，作用很小，只需电流调理器起作用，系统在允许的调理器饱和，作用很小，只需电流

18、调理器起作用，系统在允许的最大电流下快速启动。启动终了，速度调理器退出饱和，起转速最大电流下快速启动。启动终了，速度调理器退出饱和，起转速调理作用。在整个控制过程中只需速度调理器会饱和，电流调理调理作用。在整个控制过程中只需速度调理器会饱和，电流调理器不会饱和。器不会饱和。+ + U icUn* 速度、电流双闭环自动调速系统的任务过程速度、电流双闭环自动调速系统的任务过程 1.启动过程启动过程 速度、电流双闭环自动调速系统的启动分为以下速度、电流双闭环自动调速系统的启动分为以下三个阶段。三个阶段。 1第一阶段即电流上升阶段第一阶段即电流上升阶段 突加给定电压突加给定电压Un*后，由于转速很低，

19、后，由于转速很低，Un较小，较小，所以转速调理器进入饱和形状，输出限幅值所以转速调理器进入饱和形状，输出限幅值U*im，这，这个电压加到电流调理器个电压加到电流调理器ACR的输入端，使的输入端，使Uct上升，从上升，从而使整流电压、电枢电流很快上高，直到设计时所选定而使整流电压、电枢电流很快上高，直到设计时所选定的电流最大值的电流最大值Idm为止。此阶段由于转速调理器饱和而为止。此阶段由于转速调理器饱和而失去调理作用。失去调理作用。 2第二阶段即恒流升速阶段第二阶段即恒流升速阶段 从电流升到最大值从电流升到最大值Idm开场，到转速升到给定值开场，到转速升到给定值为止，这是启动过程的主要阶段。为

20、止，这是启动过程的主要阶段。 在这个阶段中，转速调理器在这个阶段中，转速调理器ASR不断处于饱和形不断处于饱和形状，转速环不起作用，电流坚持恒值状，转速环不起作用，电流坚持恒值Idm不变，所以称不变，所以称为恒流升速阶段。在启动过程中，由于转速和反电动势为恒流升速阶段。在启动过程中，由于转速和反电动势线性增长，因此电流环必需发扬作用，使电流调理器的线性增长，因此电流环必需发扬作用，使电流调理器的输出电压输出电压Uct也按线性增长，才干抑制反电动势的扰动，也按线性增长，才干抑制反电动势的扰动，坚持电流恒定，即电流调理器不应饱和。坚持电流恒定，即电流调理器不应饱和。 第三阶段即转速调理阶段第三阶段

21、即转速调理阶段 转速调理器在这个阶段才起作用。开场时，转速转速调理器在这个阶段才起作用。开场时，转速已上升到给定值，转速调理器的给定与反响电压相平衡，已上升到给定值，转速调理器的给定与反响电压相平衡，输入偏向为零，但由于积分的作用，其输出依然维持在输入偏向为零，但由于积分的作用，其输出依然维持在限幅值，电动机依然在最大电流下加速，直至转速超调。限幅值，电动机依然在最大电流下加速，直至转速超调。超调后，转速调理器的输入端出现负的偏向电压，使它超调后，转速调理器的输入端出现负的偏向电压，使它退出饱和，转速调理器开场转速调理。由于电流调理器退出饱和，转速调理器开场转速调理。由于电流调理器的输入发生了

22、变化，故电流调理器也起调理作用，由于的输入发生了变化，故电流调理器也起调理作用，由于转速环是外环，起主导作用，最后使转速稳定在给定的转速环是外环，起主导作用，最后使转速稳定在给定的转速上。转速上。 2.负载变化时的自动调理过程负载变化时的自动调理过程 当负载最大时，自动调理过程如下：由于负载最大，当负载最大时，自动调理过程如下：由于负载最大，转速下降，转速调理器的输入偏向电压最大，其输出开转速下降，转速调理器的输入偏向电压最大，其输出开场添加，电流调理器的输入偏向电压也增大，其输出开场添加，电流调理器的输入偏向电压也增大，其输出开场添加，在电流调理器的作用下，使电流添加并超越负场添加，在电流调

23、理器的作用下，使电流添加并超越负载电流，转速开场上升，经过一段时间的调理，使电动载电流，转速开场上升，经过一段时间的调理，使电动机转速重新回到给定转速。机转速重新回到给定转速。 3.电动机堵转时的自动调理过程电动机堵转时的自动调理过程 电动机堵转时，转速调理器迅速饱和，由于电动机堵转时，转速调理器迅速饱和，由于IdIdm使使Uic0，从而使电流调理器的输出迅速下降，从而使电流调理器的输出迅速下降，Ud和和Id迅速下降，转速急剧下降。但由于电流调理器的迅速下降，转速急剧下降。但由于电流调理器的调理作用，使调理作用，使Id维持维持Idm不变，直到堵转为止。不变，直到堵转为止。转速调理器和电流调理器

24、的作用可以归纳如下：转速调理器和电流调理器的作用可以归纳如下：1 1转速调理器的作用转速调理器的作用使电动机转速使电动机转速n n跟随给定电压跟随给定电压UgUg变化，保证稳态转速无静差。变化，保证稳态转速无静差。对负载扰动起抗扰作用。对负载扰动起抗扰作用。其输出限幅值决议允许的最大电流，在启动时给出最大电流其输出限幅值决议允许的最大电流，在启动时给出最大电流给定信号给定信号UimUim。2 2电流调理器的作用电流调理器的作用对电网电压扰动起及时抗扰作用。对电网电压扰动起及时抗扰作用。启动时保证获得恒定的最大允许电流。启动时保证获得恒定的最大允许电流。当电动机过载或堵转时，限制电枢电流的最大值

25、，起到快速当电动机过载或堵转时，限制电枢电流的最大值，起到快速的平安维护作用。的平安维护作用。在转速调理过程中，使电流在转速调理过程中，使电流IdId跟随给定电压跟随给定电压UgUg的变化。的变化。转速、电流双闭环调速系统的特性：转速、电流双闭环调速系统的特性：1 1启动时，速度调理器饱和，作用小，主要依托电流调理器启动时，速度调理器饱和，作用小，主要依托电流调理器起作用。起作用。2 2负载忽然添加时，主要依托电流调理器的调理作用去除转负载忽然添加时，主要依托电流调理器的调理作用去除转速偏向。速偏向。第四节第四节 可逆直流调速系统可逆直流调速系统一、可逆调速系统的根本概念一、可逆调速系统的根本

26、概念 1.两组晶闸管反并联的变流安装两组晶闸管反并联的变流安装 由于晶闸管整流安装的电流不能反向，所以在电由于晶闸管整流安装的电流不能反向，所以在电动机需求反转和回馈制动时，必需需求两套反并联的动机需求反转和回馈制动时，必需需求两套反并联的变流安装。变流安装。MIdId+正组正组VF反组反组VR2.电动机的四象限运转及正反组变流器的形状电动机的四象限运转及正反组变流器的形状TTnnVF+U d+M电能电能EdnIdVR电网电网发电机运转发电机运转+VFU d+M电能电能EdnIdVR电网电网电动机运转电动机运转正转逆变正转逆变正转整流正转整流VF+U d+M电能电能EdnIdVR电网电网电动机

27、运转电动机运转反转整流反转整流+VFU d+M电能电能EdnIdVR电网电网发电机运转发电机运转反转逆变反转逆变3.可逆电路中的环流可逆电路中的环流 所谓环流是指不流过电动机而直接在两组变流器所谓环流是指不流过电动机而直接在两组变流器之间流通的短路电流。之间流通的短路电流。+VF+MVRIc 环流的存在会添加损耗、降低效率，过大的环流环流的存在会添加损耗、降低效率，过大的环流会损坏晶闸管，因此必需控制环流。但少量环流的存在会损坏晶闸管，因此必需控制环流。但少量环流的存在也有有利的一面，它有利于晶闸管中电流的延续，保证也有有利的一面，它有利于晶闸管中电流的延续，保证电流无延续的反向，加速反向时的

28、过渡过程。电流无延续的反向，加速反向时的过渡过程。 可逆调速系统根据环流的有无，分为有环流系统和可逆调速系统根据环流的有无，分为有环流系统和无环流系统两大类。无环流系统两大类。 二、二、=配合控制的有环流可逆系统配合控制的有环流可逆系统 1. =任务制配合控制任务制配合控制 在这种任务之中，假设正组任务在整流形状，那在这种任务之中，假设正组任务在整流形状，那么让反组任务在逆变形状，且么让反组任务在逆变形状，且=，或让，或让，所以消，所以消除直流环流的条件是除直流环流的条件是。+VF+MVR整流整流逆变逆变UdFUdR 在这种任务制中，由于反组晶闸管中没有电流流在这种任务制中，由于反组晶闸管中没

29、有电流流过，也没有电能回馈电网，只是等待逆变，所以称为待过，也没有电能回馈电网，只是等待逆变，所以称为待逆变形状。逆变形状。 当需求制动时，可以同时改动正反组的触发延迟当需求制动时，可以同时改动正反组的触发延迟角，即同时降低角，即同时降低UdF和和UdR，一旦电动机的反电动势，一旦电动机的反电动势Ed UdF和和UdR，正组，正组VF的整流电流将被截止，而进的整流电流将被截止，而进入等待整流形状。而反组进入逆变形状，将电能回馈给入等待整流形状。而反组进入逆变形状，将电能回馈给电网，实现回馈制动。电网，实现回馈制动。 在这种任务制中，虽然没有直流平均环流，但由在这种任务制中，虽然没有直流平均环流

30、，但由于整流和逆变的瞬时电压并不相等，依然存在瞬时环流，于整流和逆变的瞬时电压并不相等，依然存在瞬时环流，故将这种系统称为故将这种系统称为=配合控制的有环流可逆调速系统。配合控制的有环流可逆调速系统。2.系统组成和原理系统组成和原理 L1L4为环流电抗器；为环流电抗器；Ld为平波电抗器；为平波电抗器；ASR和和ACR分别为分别为转速、电流调理器；转速、电流调理器；AR为反相器；为反相器；GTF和和GTR分别为正反向触分别为正反向触发器发器;TA为电流互感器。为电流互感器。UnGTR+KFKRUn*+ASRUi*ACR+L2L1+MLdUdofUdorTAEIdL3L41ARUcGTF+TG+U

31、iUctVFVR 当当Uct=0时，两组触发安装的触发延迟角时，两组触发安装的触发延迟角FO和和RO均整定为均整定为90。Uct增大时，一方面增大时，一方面F减小，正组减小，正组变流器进入整流形状，整流电压变流器进入整流形状，整流电压Udof增大；另一方面增大；另一方面R减小，反组变流器进入逆变形状减小，反组变流器进入逆变形状Udof增大，在整个增大，在整个控制过程中一直坚持控制过程中一直坚持=，从而坚持了，从而坚持了=配合控制。配合控制。 3.系统的任务过程系统的任务过程 由于系统的启动与不可逆调速系统没有区别，因由于系统的启动与不可逆调速系统没有区别，因此只以正转制动过程为例分析。此只以正

32、转制动过程为例分析。UnGTR+KFKRUn*ASRUi*ACRL2L1MLdUdofUdorTAEIdL3L41ARUcGTFTGUiUctVFVR+=配合控制的有环流可逆系统正向运转时的极性配合控制的有环流可逆系统正向运转时的极性1本桥逆变阶段本桥逆变阶段 发出停车指令后，发出停车指令后，Un*=0，速度调理器，速度调理器ASR的输入的输入为为Un，那么，那么ASR输出正饱和值输出正饱和值U*im，电流调理器，电流调理器ACR在在U*im和电流反响信号和电流反响信号Ui的共同作用下，的共同作用下，ACR的的输出电压变成负的限幅值输出电压变成负的限幅值Uctm，因此使正组变流器进入，因此使正

33、组变流器进入min=30的逆变形状，而反组处于的逆变形状，而反组处于min=30整流形整流形状。由于转速和反电动势来不及产生明显的变化，而电状。由于转速和反电动势来不及产生明显的变化，而电流迅速下降，那么在平波电抗器两端感应出很大的电压，流迅速下降，那么在平波电抗器两端感应出很大的电压，由于由于 ，所以，所以，Id经过正组桥把储经过正组桥把储存在电抗器中的能量迅速逆变回馈电网，而反组并不能存在电抗器中的能量迅速逆变回馈电网，而反组并不能真正输出整流电流。真正输出整流电流。dordofdUUEdtdILEUnGTR+KFKRUn*ASRUi*ACRL2L1MLdUdofUdorTAIdL3L41

34、ARUctGTFTGUiUctVFVR+=配合控制的有环流可逆系统本桥逆变时的极性配合控制的有环流可逆系统本桥逆变时的极性+ 2反桥制动阶段反桥制动阶段 反接制动阶段反接制动阶段 当电动机电枢电流当电动机电枢电流Id下降到零时，本桥逆变终了。下降到零时，本桥逆变终了。平波电抗器中的感应电压下降，平波电抗器中的感应电压下降，电流开场反向，这时，反组仍处于整流形状，在反组整电流开场反向，这时，反组仍处于整流形状，在反组整流电压和反电动势流电压和反电动势E的共同作用下，反向电流迅速增长，的共同作用下，反向电流迅速增长，电动机处于反接制动形状，转速开场下降。在该阶段反电动机处于反接制动形状，转速开场下

35、降。在该阶段反组和电动机将电能储存在电感中。组和电动机将电能储存在电感中。dordofdUUEdtdILEUnGTR+KFKRUn*ASRUi*ACRL2L1MLdUdofUdorTAIdL3L41ARUctGTFTGUiUctVFVR+=配合控制的有环流可逆系统反接制动时的极性配合控制的有环流可逆系统反接制动时的极性 反桥逆变阶段反桥逆变阶段 当反向电流到达当反向电流到达Idm并略有超调时，电流调理器并略有超调时，电流调理器的输入偏向电压变负，其输出电压的输入偏向电压变负，其输出电压Uct退出饱和并急剧退出饱和并急剧减小，然后反向减小，然后反向(Uct由负变正由负变正)，使反组桥重新回到逆，

36、使反组桥重新回到逆变形状，正组回到整流形状。以后在电流调理器的作变形状，正组回到整流形状。以后在电流调理器的作用下力图维持最大反向电流，使电动机回馈制动。当用下力图维持最大反向电流，使电动机回馈制动。当转速降低时，转速负反响信号转速降低时，转速负反响信号Un减小，但只需其极性减小，但只需其极性不变，转速调理器仍不断在维持限幅值，直至转速为不变，转速调理器仍不断在维持限幅值，直至转速为零时，主电路中仍有零时，主电路中仍有Idm的制动电流，迫使转速超调。的制动电流，迫使转速超调。一旦一旦n变负，变负，Un也反号，转速调理器的输出才退出限幅也反号，转速调理器的输出才退出限幅值并急剧减小，值并急剧减小

37、， Idm迅速减小到零，转速在负载的迅速减小到零，转速在负载的作用下又回到零，制动过程终了。作用下又回到零，制动过程终了。EUnGTR+KFKRUn*ASRUi*ACRL2L1MLdUdofUdorTAIdL3L41ARUctGTFTGUiUctVFVR+=配合控制的有环流可逆系统回馈制动时的极性配合控制的有环流可逆系统回馈制动时的极性+三、逻辑无环流可逆调速系统三、逻辑无环流可逆调速系统 2.可逆系统对无环流逻辑控制安装的要求可逆系统对无环流逻辑控制安装的要求 1电平检测器电平检测器时时间。时时间。第五节第五节 异步电动机串级调速系统异步电动机串级调速系统0第六节第六节 异步电动机的变频调速

38、系统异步电动机的变频调速系统一、变频调速的根本原理与根本控制方式一、变频调速的根本原理与根本控制方式 2.变频调速的根本控制方式变频调速的根本控制方式 1额定频率以下的恒磁通变频调速额定频率以下的恒磁通变频调速 由于由于E1/f1，为坚持，为坚持为常数，必需使为常数，必需使E1/f1为为常数。但由于常数。但由于E1不容易丈量，而电动机任务时，不容易丈量，而电动机任务时，E1U1，所以常采用，所以常采用U1/f1=常数的方式进展变频调速，常数的方式进展变频调速，且属于恒转矩调速。且属于恒转矩调速。 2额定频率以上的弱磁调速额定频率以上的弱磁调速 当当f1fN时，由于电源电压的限制，时，由于电源电

39、压的限制，U1只能等于只能等于UN，所以，随着，所以，随着f1的升高，的升高，只需下降，即弱磁调速，只需下降，即弱磁调速，且属于恒功率调速。且属于恒功率调速。 二、变频器的分类及其特点二、变频器的分类及其特点分类分类交交交变频直接变频交变频直接变频交交直直交交变频间接变频间接变频变频电压源型电流源型电压源型电流源型脉冲幅度调制脉冲幅度调制PAM和脉冲和脉冲调制式：调制式：PWM式和式和SPWM式式 交交交变频直接变频与交交变频直接变频与交直直交变频间接交变频间接变频的比较。变频的比较。 1.交交交变频直接变频交变频直接变频 假设正组变流器和反组变流假设正组变流器和反组变流器轮番导通，在在负载上

40、便可获器轮番导通，在在负载上便可获得交变的电压得交变的电压uo，uo的幅值可以的幅值可以经过改动变流器的控制角经过改动变流器的控制角加以加以调理，调理，uo的频率那么由两组变流的频率那么由两组变流器轮番导通的切换频率所决议。器轮番导通的切换频率所决议。由于变频器的输出电压是经过晶由于变频器的输出电压是经过晶闸管变流后得到的，所以输出频闸管变流后得到的，所以输出频率不能够高于电网频率。率不能够高于电网频率。正正组组反反组组u0u0t 2.交交直直交变频间接变频交变频间接变频 1按直流侧电源性质分：电压源型电流源型。按直流侧电源性质分：电压源型电流源型。C负载负载电源电源L负载负载电源电源电压源型

41、电压源型电流源型电流源型 2按输出电压调理方式分：按输出电压调理方式分： 有脉冲幅度调制有脉冲幅度调制PAM和脉冲调制式两种方式。和脉冲调制式两种方式。 1脉冲幅度调制脉冲幅度调制PAM 它是经过改动直流侧的电压幅值进展调压的。在它是经过改动直流侧的电压幅值进展调压的。在变频器中，逆变器只担任调理输出频率，而输出电压变频器中，逆变器只担任调理输出频率，而输出电压那么由相控整流器或直流斩波器经过调理直流电压实那么由相控整流器或直流斩波器经过调理直流电压实现。现。 2脉冲调制式又分为脉冲调制式又分为PWM脉宽调制式和脉宽调制式和SPWM正弦波调制式正弦波调制式 主要特点是整流电路采用二极管电路，逆

42、变电路采主要特点是整流电路采用二极管电路，逆变电路采用大功率的晶体三极管或绝缘栅双极晶体管等全控型器用大功率的晶体三极管或绝缘栅双极晶体管等全控型器件。件。 2.正弦波脉宽调制正弦波脉宽调制SPWM方式方式 参考信号调制信号：在脉宽调制中，把期望的参考信号调制信号：在脉宽调制中，把期望的波形称为参考信号调制信号。波形称为参考信号调制信号。 载波信号：受参考信号调制的信号称为载波信号。载波信号：受参考信号调制的信号称为载波信号。 正弦波脉宽调制正弦波脉宽调制SPWM：把参考信号为正弦：把参考信号为正弦波的脉宽调制方式称为正弦波脉宽调制波的脉宽调制方式称为正弦波脉宽调制SPWM方方式。式。 在在S

43、PWM方式中参考信号为正弦波，而载波信号方式中参考信号为正弦波，而载波信号为三角波。为三角波。 SPWM调制的原理：调制的原理： 在采样控制实际中的一个重要结论：冲量相等而外在采样控制实际中的一个重要结论：冲量相等而外形不同的窄脉冲，加在具有惯性的环节上时，其效果根形不同的窄脉冲，加在具有惯性的环节上时，其效果根本一样。本一样。SPWM法就是以该结论为实际根底，用脉冲法就是以该结论为实际根底，用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，即波形，即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与

44、所希望输出的正弦波在相应区间出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，经过改动调制波的频率和幅值那么可调内的面积相等，经过改动调制波的频率和幅值那么可调理逆变电路输出电压的频率和幅值。理逆变电路输出电压的频率和幅值。 脉宽调制中从调制脉冲的极性上又分为单极性和双脉宽调制中从调制脉冲的极性上又分为单极性和双极性两种。极性两种。VT1VT2VT3VT4+UdVT1VT2VT3VT4+Ud 当调制正弦波瞬时值当调制正弦波瞬时值高于载波三角波瞬时值时，高于载波三角波瞬时值时，三极管导通，输出电压为三极管导通，输出电压为UdUd；当调制正弦波瞬时值；当调制正弦波瞬时值低于载波三角波瞬

45、时值时，低于载波三角波瞬时值时，三极管截止，输出电压为三极管截止，输出电压为0 0。调整正弦波的幅值和。调整正弦波的幅值和频率即可到达调理输出交频率即可到达调理输出交流电压幅值和频率的目的。流电压幅值和频率的目的。 1单极性的单极性的SPWM调制方式调制方式 由于三角波的极性为一方向的，由于三角波的极性为一方向的，故称为单极性故称为单极性SPWM逆变器。其任务逆变器。其任务特点是：同一桥臂的上、下管各任务特点是：同一桥臂的上、下管各任务调制正弦波的半个周期。如调制正弦波的半个周期。如U相上的相上的两个三极管两个三极管V1和和V4，在正弦波的正，在正弦波的正半周内半周内V1按正弦脉宽规律交替导通

46、和按正弦脉宽规律交替导通和截止，而截止，而V2一直坚持关断；在正弦波一直坚持关断；在正弦波的负半周的负半周V2任务，而任务，而V1坚持关断。坚持关断。三、位置挪动数字显示系统三、位置挪动数字显示系统 在位置挪动数字显示系统中，常用的检测元件有在位置挪动数字显示系统中，常用的检测元件有感应同步器、光栅、磁栅等。感应同步器、光栅、磁栅等。1.感应同步器感应同步器 感应同步器是用来丈量直线或转角的一种位置检感应同步器是用来丈量直线或转角的一种位置检测器件。丈量直线位置的有直线感应同步器；丈量转测器件。丈量直线位置的有直线感应同步器；丈量转角的有圆感应同步器。角的有圆感应同步器。1感应同步器的构造感应

47、同步器的构造 感应同步器是一种电磁感应同步器是一种电磁式的位置检测传感器。主要式的位置检测传感器。主要部件包括定尺和滑尺。定尺部件包括定尺和滑尺。定尺和滑尺做在相对挪动的两个和滑尺做在相对挪动的两个部件上，两者平行放置，坚部件上，两者平行放置，坚持持0.20.3mm间隙。间隙。2 2任务原理任务原理 滑尺与定尺相互平行，并坚持一定的滑尺与定尺相互平行，并坚持一定的间隔，当向滑尺上的绕组通以交流激磁电间隔，当向滑尺上的绕组通以交流激磁电压时，激磁信号在空间将产生一个和电压压时，激磁信号在空间将产生一个和电压同角频率的磁场。磁场切割定尺导片，由同角频率的磁场。磁场切割定尺导片，由于电磁感应，在定尺

48、绕组上产生感应电压，于电磁感应，在定尺绕组上产生感应电压，当定尺与滑尺的绕组重合时，如右图中当定尺与滑尺的绕组重合时，如右图中A A点所示，这时感应电压最大。点所示，这时感应电压最大。B B点感应电点感应电压为零，压为零，C C点感应电压值与点感应电压值与A A点位置一样但点位置一样但极性相反，极性相反，D D点感应电压又变为零，当挪点感应电压又变为零，当挪动到一个极距时即图中动到一个极距时即图中E E点位置时，情况点位置时，情况和和A A点位置一样，这样在滑尺挪动一个节点位置一样，这样在滑尺挪动一个节距的过程中感应电压变化了一个余弦波形。距的过程中感应电压变化了一个余弦波形。感应同步器就是利

49、用这个感应电压的变化感应同步器就是利用这个感应电压的变化进展位置检测的。根据不同的激磁供电方进展位置检测的。根据不同的激磁供电方式，感应同步器的任务形状可分为相位任式，感应同步器的任务形状可分为相位任务形状和幅值任务形状。务形状和幅值任务形状。3 3感应同步器的特点感应同步器的特点 1 1精度高。精度高。2 2丈量长度不受限制。丈量长度不受限制。3 3对环境的顺应性强。对环境的顺应性强。4 4维护简单、寿命长。维护简单、寿命长。5 5抗扰才干强、工艺性好、本钱较低，便于复制和成批消费。抗扰才干强、工艺性好、本钱较低，便于复制和成批消费。 4 4感应同步器安装是运用的本卷须知感应同步器安装是运用

50、的本卷须知1 1感应同步器在安装时必需坚持两尺平行、两平面间的间隙约感应同步器在安装时必需坚持两尺平行、两平面间的间隙约为为0.25mm0.25mm，倾斜度小于，倾斜度小于0.50.5，装配面波纹度在，装配面波纹度在0.01mm/250mm0.01mm/250mm以以内。滑尺挪动时，晃动的间隙及不平行度误差的变化小于内。滑尺挪动时，晃动的间隙及不平行度误差的变化小于0.1mm0.1mm。2 2感应同步器大多数在容易被切屑及切屑液浸入的地方，所以感应同步器大多数在容易被切屑及切屑液浸入的地方，所以必需加以防护，否那么切屑夹在间隙内，会使滑尺和定尺的绕必需加以防护，否那么切屑夹在间隙内，会使滑尺和

51、定尺的绕组刮伤或短路，使安装发生误动作及损坏。组刮伤或短路，使安装发生误动作及损坏。3 3同步回路中的阻抗和激磁电压不对称以及激磁电流失真度超同步回路中的阻抗和激磁电压不对称以及激磁电流失真度超越越2%2%，将对检测精度产生很大的影响，因此在调整系统时，应，将对检测精度产生很大的影响，因此在调整系统时，应加以留意。加以留意。4 4由于感应同步器感应电势低，阻抗低，所以应加强屏蔽以防由于感应同步器感应电势低，阻抗低，所以应加强屏蔽以防干扰。干扰。 2.光栅：光栅也是位置检测元件之一。光栅：光栅也是位置检测元件之一。1.标尺光栅长光栅标尺光栅长光栅 2.指示光栅短指示光栅短光栅光栅 3.硅光电池硅

52、光电池 4.光源和透镜光源和透镜baW1 1光栅的组成和任务原理光栅的组成和任务原理下面以透射光栅为例引见光栅的组成下面以透射光栅为例引见光栅的组成任务原理。任务原理。1 1光栅尺光栅尺 光栅通常由两块光栅尺组成，其光栅通常由两块光栅尺组成，其中长的一块称为主光栅或标尺光栅，中长的一块称为主光栅或标尺光栅，要求与行程等长，短的一块称为指示要求与行程等长，短的一块称为指示光栅。两光栅上均匀地刻有相互平行、光栅。两光栅上均匀地刻有相互平行、透光和不透光相间的线纹，这些线纹透光和不透光相间的线纹，这些线纹与两光栅相对运动的方向垂直。其中，与两光栅相对运动的方向垂直。其中，白的部分白的部分a a为透光线纹的宽度，黑的为透光线纹的宽度，黑的部分部分b b为不透光线纹的宽度，设栅距为不透光线纹的宽度，设栅距为为W W，那么，那么W=a+bW=a+b，普通，普通a=ba=b。常见长。常见长光栅的线纹宽度为光栅的线纹宽度为2525、5050、100100、125125、250250线线/mm/mm。WB2光栅的任务原理光栅的任务原理 指示光栅在其本身平面内相指示光栅在其本身平面内相对于标尺光栅倾斜一个很小的角对于标尺光栅倾斜一