第四章电气调速系统

1、第四章电气调速系统第一节 电气调速概述 一、调速与稳速一、调速与稳速 调速即速度调节，是指在电力系统中人为地改变电动机的转速，以满足工作机械的机械的不同转速要求。nMM1 M M2n1n2n3二、电动机调速特性 恒功率调速恒功率调速 ：在调速过程中，电动机始终输出额定功率，而输出转距T与转速n成反比。TTnn1n2PPO二、电动机调速特性 恒转矩调速恒转矩调速 ：在调速过程中，电动机输出转距为额定转矩，而输出功率P随转速n成正比变化。TTnn1n2PPO三、调速的性能指标1.调速范围（调速范围（D） 它等于在额定负载下，电动机能提供的最高转速Dmax和最低转速Dmin之比。即 minmaxDD

2、D2.调速的平滑性调速的平滑性亦称公比调速的平滑性亦称公比，它是用某一个转速ni与能够调到的最临近的转速ni-1之比来评价的。以字母表示。即 1iinn3.静差度（S）静差度即速度的稳定度。静差度即速度的稳定度。是衡量转速随负载变动的静态指标。静差度S表示：电动机在某一转速下运行时，机械负载由理想空载变到额定负载所产生的转速降落ne，与理想空载转速n0之比，即式中ne额定负载下的实际转速。 00nnne0nne4.调速的经济性调速的经济性指标调速的经济性指标，一般是根据设备费用、能源损耗、运行及维护费用多少来综合评价的。第二节 直流电动机的调速控制一、直流电机的机械特性方程他励直流电动机有以下

3、方程：Ud=Ed+IdRdEd=CenT=CtIdUd电动机的电枢电压Ed电动机反电动势T电动机的电磁转距Ce电动机的电势常数Ct电动机的转距常数 主磁极的磁通Id电枢电流Rd电枢绕组电阻MUdEdIdUlIlRd一、直流电机的机械特性方程直流电动机的机械特性方程n0理想空载转速Kt机械特性斜率n转速降落nnTKnTCCRCUntteded002二、直流电机调速方法1改变电枢电路外串电阻R二、直流电机调速方法 2改变电动机电枢供电电压U 二、直流电机调速方法3 改变电动机主磁通 1改变电枢电路外串电阻R这种调连方法存在不少的缺点，如机械特性较软。电阻愈大则特性愈软，稳定度愈低；在空载或轻载时，

4、调速范围不大；实现无级调速困难；在调速电阻上消耗大量电能等。正因为缺点不少，目前已很少采用，仅在有些起重机、卷扬机等低速运转时间不长的传动系统中采用。2改变电动机电枢供电电压U特点：（1）当电源电压连续变化时，转速可以平滑无级调节，一般只能在额定转速以下调节；（2）调速特性与固有特性互相平行，机械特性硬度不变，调速的稳定度较高，调速范围较大。（3）调速时，因电枢电流与电压U无关，且TL常数，电动机属恒转矩调速，适合于对恒转矩型负载进行调速；（4）可以靠调节电枢电压来启动电机、而不用其他启动设备。 3 改变电动机主磁通 特点：（1）可以平滑无级调速，但只能在额定转速以上调节；（2）调速待性较软，

5、且受电动机换向条件等的限制、普通他励电动机的最高转速不得超过额定转速的1.2倍，所以，调速范围不大，若使用特殊制造的“调速电动机”，调速范围可以增加，但这种调速电动机的体积和所消耗的材料都比普通电动机大得多；（3）调速时维持电枢电压U和电枢电流Ia不变，即功率PU Ia不变，属恒功率调速适合于对恒功率型负载进行调速。 基于弱磁调速范围不大、它往往是和调压调速配合使用。即在额定转速以下，用降压调速，而在额定转速以上，则用弱磁调速。第三节 交流调速控制一、异步电动机的调速原理及调速方式异步电动机的转速为： n=(1-s)n1=60f1(1 - s)/p式中 n1电机同步转速 S转差率 f1定子供电

6、频率 p电机定子绕组及对数异步电动机的调速方式有三种变极调速1.变极调速2.变频调速3.变转差率调速 第四节 异步电动机变频调速 异步电动机定子绕组每项感应电动式 E1=4.44f11k1 式中k1定子绕组等值匝数 1定子绕组的实际匝数 f1定子电源的频率 气隙中的磁通量如果略去定子阻抗电压降，则感应电动势近似等于定子外加电压U1 U1E1=4.44f11k1 电动机的转距 T=CtI2cos2 式中I2转子电流 cos2转子电路功率因数 Ct转距常数。一、恒转距调速U1/f14.441k1恒转距调速在低频时由于定子电阻上压降所占的比重增加，最大转距减小，起动转距亦小。为了能在低速时输出大的转

7、距，采用：E1/ f1=const在低频时适当地增加U1。二、恒功率调速当要求电动机转速超过额定转速时，若维持U1/f1常数，加在定子上的电压势必会超过电机的额定电压值，这是不允许的。所以使定子电压保持不变。气隙磁通小于额定磁通，导致转距减小。三、变频器的分类及特点变频器 交交变频器 交直交变频器交直交变频器 电压型变频器 电流型变频器电压型变频器 脉宽调制型变频器 矢量控制1主控一体化 1主控一体化 2小型化3低电磁噪音化4专用化5系统化1主控一体化 日本三菱公司将功率芯片和控制电路集成在一快芯片上的DIPIPM（即双列直插式封装）的研制已经完成并推向市场。一种使逆变功率和控制电路达到一体化

8、，智能化和高性能化的HVIC（高耐压IC）SOC（System on Chip）的概念已被用户接受，首先满足了家电市场低成本、小型化、高可靠性和易使用等的要求。因此可以展望，随着功率做大，此产品在市场上极具竞争力。2小型化 用日本富士（FUJI）电机的三添胜先生的话说，变频器的小型化就是向发热挑战。这就是说变频器的小型化除了出自支撑部件的实装技术和系统设计的大规模集成化，功率器件发热的改善和冷却技术的发展已成为小型化的重要原因。ABB公司将小型变频器定型为CompACTM他向全球发布的全新概念是，小功率变频器应当象接触器、软起动器等电器元件一样使用简单，安装方便，安全可靠。3低电磁噪音化 今后

9、的变频器都要求在抗干扰和抑制高次谐波方面符合EMC国际标准，主要做法足在变频器输入侧加交流电抗器或有源功率因数校正（Active Power Factor Correction APFC）电路，改善输入电流波形降低电网谐波以及逆变桥采取电流过零的开关技术。而控制电源用的开关电源将推崇半谐振方式，这种开关控制方式在3050MHz时的噪声可降低1520dB。4专用化通用变频器中出现专用型家族是近年来的事。其目的是更好发挥变频器的独特功能并尽可能地方便用户。如用于起重负载的 ARB ACC系列，用电梯的 Siemens MICO340系列和FUJI FRN5000G11UD系列，其他还有用于恒压供水、工作机械主轴传动、电源再生、纺织、机车牵引等专用系列。5系统化作为发展趋势，通用变频