交流传动控制系统

1、10.1 10.1 概述概述1. 1. 交流电动机的调速方法交流电动机的调速方法 1) 同步电动机的调速通过改变供电电压的频率来改变其同步转速。 2) 异步电动机的调速（利用晶闸管控制技术） l 调压调速控制加于电动机定子绕组的电压； l 串级调速控制附加在转子回路的电势； l 变频调速控制定子的供电电压与频率； l 异步电动机矢量变换控制系统； l 无换向器电机调速系统； l 电磁转差离合器调速系统等。2.2. 交流调速技术的优点交流调速技术的优点（半导体变流技术） 1) 优良的调速性能； 2) 节约能源； 3) 减少维护费用； 4) 节约占地面积； 5) 用于大容量或恶劣环境场合。 由上式

2、可知，异步电动机的调速方法分为三种：l l 改变转差率改变转差率S调节定子电压、转子电阻、转子电压、定转子供电频率等。l l 改变极对数改变极对数l l 改变频率改变频率 rpmrpmHzrpmrpmnnpSfSnn00/ )1 (60)1 (pf3.3. 主要公式主要公式 4.4. 电磁转差离合器调速系统电磁转差离合器调速系统 通过改变电磁离合器的励磁电流来实现调速（异步电动机本身并不调速）。 1) 优点： l 线路简单，价格便宜； l 速度负反馈后调速相当精确（平滑调速）。 2) 缺点： l 低速运行时损耗较大（增加了滑差离合器）； l 调速效率较低。10.2 10.2 交流调压调速系统交

3、流调压调速系统 改变异步电动机的定子电压，即改变电动机的转矩（T U 2）及机械特性，从而实现调速。10.2.1 10.2.1 采用晶闸管的交流调速电路采用晶闸管的交流调速电路1. 1. 单相交流调压电路单相交流调压电路 应用最广的是反并联电路 1) 电阻性负载l 电源电压正半周，VS1导通；负半周，VS2导通。l 波形与 波形同相。注：在注：在同一控制角同一控制角 下，负载下，负载上得到上得到正负对称正负对称的交流电压。的交流电压。iu l 波形滞后于 波形（延迟角）； l 延迟角与 （负载功率因数角）有关。iu、 2) 电感性负载 2) 要求： l 触发信号应与交流电源有一致的相序和相位差

4、。 l 在感性负载或小导通角情况下，如三相全控桥式电路，采用 （脉宽 ）的双脉冲或宽脉冲触发电路。601202. 2. 三相交流调压电路三相交流调压电路 常用 1) Y形接法的电阻性负载 A-B-C-A A-C-B-A10.2.2 10.2.2 异步电动机的调压特性异步电动机的调压特性 1. 改变定子电压，调速范围不大（如a、b、c三点）。 2. 低速时运行稳定性不好（如d点），转子电流相应增大。为了既低速运行稳定又不致过热，要求电动机转子绕组有较高的电阻。 3.采用转速负反馈闭环调速系统（既保证低速时机械特性硬度，又保证一定负载能力）。注：注： 电源电压；电源电压； 控制电压；控制电压； 可

5、变电压（输出可变电压（输出电压）；电压）； 给定信号；给定信号； 反馈信号。反馈信号。1UUxUgUnfU1) ， ， ， ， ， ，与 平衡。LTn )(nUnf)(nfgUUUxUMTLT注：机械特性基本上是一簇平行的特性。注：机械特性基本上是一簇平行的特性。2) 特点：特点： l 平滑改变定子电压，就平滑调速； l 低速的特性较硬； l 调速范围较宽。10.2.3 10.2.3 调压调速时的损耗及容量限制调压调速时的损耗及容量限制1. 转差功率为（电磁功率）（机械功率）（电磁功率）（机械功率） 低速时， ，损耗 。2. 不适合于长期工作在低速的工作机械。3. 特别适合于通风机及泵类等机械

6、。 （TL = Kn2） kWrpmrpmmNkWmkWPSnnTPP9550/)(0SPSPPTnL作业：作业：P:348 10.35 10.3 10.3 线绕式异步电动机调速系统线绕式异步电动机调速系统 由异步电动机和交流装置组成串级调速系统。 （转子电路串接电阻能耗大或串接电势）10.3.110.3.1串级调速的一般原理串级调速的一般原理在异步电动机转子电路内引入附加电势 ，以调节异步电动机的转速。 1.1. 附加电势的方向（或相位）附加电势的方向（或相位） l 与转子电势E2相同超同步转速调速 l 与转子电势E2相反低于同步转速调速 2.2. 的频率的频率与E2的频率相同adEadE1

7、0.3.2 10.3.2 串级调速时的机械特性串级调速时的机械特性1.与直流电动机的特性很相似。2.转速低于（ ）或超（ ）同步转速（ 或 ）。”“adE”“adEnn10.3.3 10.3.3 串级调速的优缺点串级调速的优缺点 1.调速范围宽； 2.效率高（转差功率可反馈电网）； 3.容量大； 4.应用范围广（通风机或恒T型负载）； 5.功率因素 较差（电容补偿， ）。作业：作业：P:348 10.6710.4 10.4 晶闸管变频调速系统晶闸管变频调速系统10.4.1 10.4.1 变频调速原理变频调速原理 1.1. 变频调速变频调速 改变电动机定子供电频率以改变同步转速来实现调速。 l

8、具有高效率、宽范围和高精度的调速性能； l 变频调速是异步电动机调速的主要发展方向。 1.1. 变频调速原理变频调速原理 1) 实质电压 与频率 成比例变化。 2) 恒T变频调速中， 定值，保证过载能力 不变，磁通 基本不变。 3) 恒P变频调速中， l 定值， 不变， 变； l 定值， 变， 基本不变。xUffCEUxfUfExfUxmfUxfUxmm10.4.2 10.4.2 变频调速系统的分类变频调速系统的分类 1. 交直交变频调速交直交变频调速带直流环节的间接变频调速 2. 交交变频调速交交变频调速不带直流环节的直接变频调速无环流有环流有无环流交叉连接整流电路反并联整流电路连接方式三相

9、三相单相单相相数交变频调速交脉冲宽度调制型晶闸管直流开关相位控制晶闸管整流调压方式电流型电压型直流电源型式通电型）带辅助晶闸管（通电型）带辅助晶闸管（串级二极管式串级电感式换流电路交变频调速直交12018010.4.3 10.4.3 交直交变频调速系统交直交变频调速系统 l 电压型变频调速系统电压型变频调速系统 1.1. 主电路主电路 整流器、逆变器（逆变电路和换流电路）和电容（中间环节、滤波）。 2. 2. 逆变器的换流原理逆变器的换流原理 工作方式180o、100o 通电型。 以单相为例，C预充电 稳态导通阶段 开始换流阶段 振荡换流阶段 振荡衰减阶段 反馈阶段 换流结束阶段。 1) 1)

10、 VS1、VS2主晶闸管，VS1、VS2 辅助换流晶闸管，作为LC振荡电路的充放电开关。 2) 2) 通过触发VS1、VS2，反向关断VS1、VS2。 3) 3) 通过LC串联谐振电路中的电流反向，关断VS1、VS2。l 电流型变频调速系统电流型变频调速系统1.1. 主电路主电路 整流器、逆变器和直流滤波电抗器（中间环节）。 l 常用串联二极管式逆变电路。 l 电抗器滤波，输出电流较平直，为矩形波。 2.2. 强迫换向电路强迫换向电路 1) C为换向电容，V为隔离二极管，与主晶闸管串联。 2) 换流电路为100o导电型，同一相两只SCR同时导通，脉冲间隔（相位差）为180o。 3) 两只相邻S

11、CR，脉冲间隔为60o（正转时触发VS1、2、3、4、5、6、1，反转时触发VS6、5、4、3、2、1、6）。 4) 两相轮流导通，脉冲间隔为100o（1-3-5或2-4-6）。注：注：l l 电压型电压型变频调速系统，采用变频调速系统，采用电容电容滤波，电源滤波，电源阻抗很小阻抗很小，类似类似电压源电压源。l 电流型电流型变频调速系统，采用变频调速系统，采用电抗器电抗器滤波，电源滤波，电源阻抗很大阻抗很大，类似类似电流源电流源。 l 差别：差别： 1. 电流型直流侧采用大电感L滤波（而形成直流源）。 2. 三相整流桥、逆变器的交流侧输入电流都为100o方波交流电流。 3. L有保护性能，抑制

12、故障电流上升。 4. 逆变桥内无电感，简化主回路。 5. 整流桥和逆变桥方向不变（反馈二极管桥不与逆变桥反并联）。 6. 整流桥和逆变桥的直流电压同时反号，能量返送交流电网，系统可再生。 7. 适用于频繁加减速和变动负载的场合。10.4.4 10.4.4 脉宽调制型变频调速系统脉宽调制型变频调速系统（PWM） 一般采用电压型逆变器。 1.1. 种类种类 1) 变幅PWM型变频器（直流电压可变） l 整流器晶闸管整流器，用来调压； l 逆变器用来调频（输出频率）。 2) 恒幅PWM型变频器（直流电压恒定） l 整流器二极管整流桥； l 逆变器输入恒定的直流电压，调节输出电压的脉冲宽度和频率（实现

13、调压和调频）。3) 特点： l 电路简单； l 调节速度快； l 动态响应好。注：注： a) a) 改变调制周期改变调制周期改变输出频率。改变输出频率。 b) b) 调制方法：调制方法：单极性调制单极性调制和和双极性双极性调制调制。 c)c) 按载波信号按载波信号 和参考信号和参考信号 频频率之间的关系分为：率之间的关系分为：同步式调制同步式调制和和非非同步式调制。同步式调制。curu 2.2. 单极性正弦波脉宽调制法单极性正弦波脉宽调制法 1) 正弦波 与三角波 相交，得到一组幅值 、宽度按正弦规律变化的矩形脉冲。 2) 矩形脉冲作为逆变器各开关元件的控制信号。这一组矩形脉冲可用正弦 波 （

14、 虚 线 ） 等效。 rucumU 3) 输出电压的大小和频率由 （正弦参考电压）控制。改变 幅值，就改变脉宽，从而改变输出电压大小；改变 频率，就改变输出电压频率。 4) 正弦波最大幅值必须小于三角波幅值。 基本恒定。 5) 三角波和正弦波的频率成正比例地改变，称为同步式调制。注：图注：图10.2010.20所示的是所示的是单相单相脉宽调制波。脉宽调制波。 对于对于三相逆变器三相逆变器，载频三角波可共用，必须有一个，载频三角波可共用，必须有一个三相可变频变幅的正弦波发生器，两者相比较，产生三相可变频变幅的正弦波发生器，两者相比较，产生三三相相脉冲调制波脉冲调制波。rururufUx3.3.

15、准正弦波脉宽调制变频调速控制系统准正弦波脉宽调制变频调速控制系统（SPWM） 输入脉冲列 载波信号 阶梯波 脉宽调制波形 监相波形 最后调制波形 逆变器输出波形4.4. 适用场合适用场合（特点） 1) 实现平滑启动、停车； 2) 高效率、宽范围调速； 3) 作为异步电动机变频调速的供电电源。注：采用高速开关元件，逆变器输出脉冲增多，注：采用高速开关元件，逆变器输出脉冲增多， 在输出低频时，输出波形较好。在输出低频时，输出波形较好。10.4.5 10.4.5 交交变频调速交交变频调速 1.1. 用途用途 l 交流电动机调速； l 变频交流电源。注：单相交流电注：单相交流电 三相（或两相）交流电；三相（或两相）交流电； 高频电源高频电源 低频电源。低频电源。 2. 2. 单相单相单相单相（直接变频电路）的交交变频原理的交交变频原理 1) 共阴极法主电路（VS1、VS3），则得到上正下负的输出电压。 2) 共阳极法主电路（VS2、VS4），则得到上负下正的输出电压。 3) 两组反并联的可控整流电路，则得到如图10.24所示的交变电压，其值由SCR控制角来控制。 3.3. 输出电压波形输出电压波形方波型、正弦波型 1) 三相方波型交交变频器（主电路） l 每相由两组反并联的三相零式整流电 路组成。 （、为正组） （、为反组） l 各组导通角为T/3（T为周期），每组依次相隔T/6导