交流调压调速课件

1、1.交流调压调速第二篇 交流调速系统 交流调速系统的主要类型交流变压调速系统绕线转子异步电机串级调速系统转差功率馈送型调速系统交流变频调速系统 第 一 章 概 述要 求掌握几种主要的交流调速方法交流调速系统的主要类型交流调速系统(AC Speed Regulating System): 以实现交流电动机转速调节为目标的电力拖动自动控制系统.1. 交流调速的发展概况交流调速系统：由交流电动机拖动、电机转速为控制目标的电力拖动自动控制系统直流电动机优点：调速性能好直流电动机缺点：体积大、容量小、制造成本高、有机械换向装置，维护困难 20世纪70年代，研究开发高性能的交流调速系统，期望用它来节约能源

2、。 同期，电力电子技术、大规模集成电路、各种控制理论、计算机控制技术的 飞速发展，为交流调速电力拖动的发展创造了有利条件。交流电动机优点 ：结构简单可靠，维护少，无机械换向火花，制造成本低第一章 交流调速系统概述 20世纪80年代，原有的交直流调速拖动系统的分工格局被逐渐打破。 目前的许多交流调速系统在装置容量上、动静态性能上、可四象限运 行的要求上，以至在系统制造成本上都可以与直流调速系统相媲美。 20世纪90年代，交流调速系统已经占到了调速系统的主导地位。 励磁同步电动机 2. 交流调速系统的分类交流电动机异步电动机 永磁同步电动机 无刷直流电动机及开关磁阻电动机都满足“定子电流的频率与转

3、速有严格比例关系”的条件，所以也把它归入同步电动机。 当电机转子的转速与定子电流的频率有严格比例关系的电动机称同步电动机，无严格比例关系的电动机称异步电动机。特种同步电动机 无刷直流电动机开关磁阻电动机直流无换向器电动机交流无换向器电动机 交流电动机是定子绕组通入交流电(或周期脉冲电流)的电机，其定子磁动势是一个旋转(或步进旋转)的磁动势。同步电动机 交流调速系统的分类电动机类别调速原理电力电子变换器形式变换器的电源特性异步电动机绕线式转子感应电动机串级调速（变转差）交直交变频（整流有源逆变）交交变频电流源型鼠笼式转子感应电动机调压调速交流调压电压源型变频调速，他控式变频调速，矢量控制交直交变

4、频（整流无源逆变）交交变频电流源型电压源型同步电动机常规意义同步电动机无换向器电机变频调速，自控式交直交变频（可控整流有源逆变）交交变频电流源型无刷直流电动机变频调速，自控式交直交变频电压源型开关磁阻电动机变频调速，自控式交直交，（单极性脉动电流）3. 异步电动机调速系统的分类1).异步电动机功率(能量)图从定子传入转子的电磁功率总机械功率转子铜耗（转差功率）定义：转差功率 Ps s Pem 按照交流异步电机的原理，从定子传入转子的电磁功率可分成两部分：一部分是拖动负载的有效功率，称作机械功率；另一部分是传输给转子电路的转差功率，与转差率 s 成正比。 PmechPmPs2).常见的异步电动机

5、调速类别（按主要特征分类） 调压调速； 电磁转差离合器调速；绕线转子转子回路串电阻调速；串级调速； 变极调速；变频调速； 定子回路串电抗调速。 3) 调速系统按所改变的物理量分类 （1）变频调速 （2）变极调速 （3）变转差率调速 4) 按转差功率Ps 去向分类（1）转差功率消耗型（系统效率较低） （2）转差功率回馈型（把部分转差功率送回电网） （系统效率稍高） （3）转差功率不变型（系统效率最高） 第 2 章交流调速系统闭环控制的异步电动机调压调速系统 一种转差功率消耗型调速系统 本章提要异步电动机变压调速电路异步电动机改变电压时的机械特性闭环控制的变压调速系统及其静特性变压控制在软起动器和

6、轻载降压节能运行中的应用要 求 了解交流变压的基本方式。掌握交流变压调速系统的开环特性和闭环特性。了解交流变压调速系统在软起动器和轻载降压节能运行中的应用。2.1 异步电动机调压调速电路 调压调速是异步电机调速方法中比较简便的一种。 由电力拖动原理可知，当异步电机等效电路的参数不变时，在相同的转速下，电磁转矩与定子电压的平方成正比，因此，改变定子外加电压就可以改变机械特性的函数关系，从而改变电机在一定负载转矩下的转速。交流调压调速： 改变感应电动机定子绕组供电电压有效值以调节其运行转速. 在感应电动机定子三相电路中 串入自耦变压器或饱和电抗器 来实现调速. 交流 调压调速 在感应电动机定子三相

7、电路中 串入晶闸管交流调压器进行调速. Y形接法0负载abca)uaubuciaUa0VT1VT2VT3形接法负载b)abcuaubucia 交流调压调速系统可控电源M3TVC利用晶闸管交流调压器调压调速TVC双向晶闸管交流调压器 图2-1 利用晶闸管交流调压器变压调速 控制方式TVC的变压控制方式采用晶闸管反并联供电方式，实现异步电动机可逆和制动。图2-2 采用晶闸管反并联的异步电动机可逆和制动电路 可逆和制动控制 图2-2所示为采用晶闸管反并联的异步电动机可逆和制动电路，其中，晶闸管16控制电动机正转运行，反转时，可由晶闸管 1，4 和 710 提供逆相序电源，同时也可用于反接制动。反向运

8、行方式制动运行方式 当需要能耗制动时，可以根据制动电路的要求选择某几个晶闸管不对称地工作，例如让 1，2，6 三个器件导通，其余均关断，就可使定子绕组中流过半波直流电流，对旋转着的电动机转子产生制动作用。必要时，还可以在制动电路中串入电阻以限制制动电流。2.2 异步电动机改变电压时的机械特性 根据电机学原理，在下述三个假定条件下：忽略空间和时间谐波忽略磁饱和忽略铁损 异步电机的稳态等效电路示于图2-3。 异步电动机等效电路图2-3 异步电动机的稳态等效电路 Us1RsLlsLlrLmRr /sIsI0IrLm 参数定义Rs、Rr 定子每相电阻和折合到定子侧的 转子每相电阻；Lls、Llr 定子

9、每相漏感和折合到定子侧的 转子每相漏感；Lm定子每相绕组产生气隙主磁通的 等效电感，即励磁电感；Us、1 定子相电压和供电角频率； s 转差率。电流公式由图可以导出(2-1) 式中 在一般情况下，LmLl1，则，C1 1 这相当于将上述假定条件的第条改为忽略铁损和励磁电流。这样，电流公式可简化成(2-2) 转矩公式令电磁功率 Pem = 3Ir2 Rr /s 同步机械角转速 m1 = 1 / np式中 np 极对数，则异步电机的电磁转矩为（2-3） 式（2 - 3）就是异步电机的机械特性方程式。它表明，当转速或转差率一定时，电磁转矩与定子电压的平方成正比。 这样，不同电压下的机械特性便如图2-

10、4所示，图中，UsN表示额定定子电压。 异步电动机机械特性TeOnn0TemaxsmTLUsN0.7UsNABCFDE0.5UsN风机类负载特性恒转矩负载特性图2-4 异步电动机在不同电压下的机械特性最大转矩公式 将式（2-3）对s求导，并令dTe/ds=0，可求出对应于最大转矩时的静差率和最大转矩（2-4）（2-5） 由图2-4可见，带恒转矩负载工作时，普通笼型异步电机变电压时的稳定工作点为 A、B、C，转差率 s 的变化范围不超过 0 sm ，调速范围有限。如果带风机类负载运行，则工作点为D、E、F，调速范围可以大一些。 为了能在恒转矩负载下扩大调速范围，并使电机能在较低转速下运行而不致过

11、热，就要求电机转子有较高的电阻值，交流力矩电机在变电压时的机械特性绘于图2-5。 交流力矩电机的机械特性UsN0.7UsNABCTL0.5UsN恒转矩负载特性图2-5 高转子电阻电动机（交流力矩电动机）在不同电压下的机械特性 n0Te0s,n102.3 闭环控制的变压调速系统及其静特性 采用普通异步电机的变电压调速时，调速范围很窄，采用高转子电阻的力矩电机可以增大调速范围，但机械特性又变软，因而当负载变化时静差率很大（见图2-5），开环控制很难解决这个矛盾。 为此，对于恒转矩性质的负载，要求调速范围D大于2时，往往采用带转速反馈的闭环控制系统（见图2-6a）。1. 系统组成图2-6 带转速负反

12、馈闭环控制的交流变压调速系统ASRU*n+-UnGT+M3TG-Ucn2. 系统静特性eT0nn0TLUsNAAAUs min恒转矩负载特性图2-7 闭环控制变压调速系统的静特性U*n3U*n1U*n2 图2-7所示的是闭环控制变压调速系统的静特性。当系统带负载在 A 点运行时，如果负载增大引起转速下降，反馈控制作用能提高定子电压，从而在右边一条机械特性上找到新的工作点 A 。同理，当负载降低时，会在左边一条特性上得到定子电压低一些的工作点 A。 按照反馈控制规律，将A 、A、A连接起来便是闭环系统的静特性。尽管异步电机的开环机械特性和直流电机的开环特性差别很大，但是在不同电压的开环机械特性上

13、各取一个相应的工作点，连接起来便得到闭环系统静特性，这样的分析方法对两种电机是完全一致的。 尽管异步力矩电机的机械特性很软，但由系统放大系数决定的闭环系统静特性却可以很硬。 如果采用PI调节器，照样可以做到无静差。改变给定信号，则静特性平行地上下移动，达到调速的目的。 调压调速系统的特点 异步电机闭环调压调速系统不同于直流电机闭环变压调速系统的之处：静特性左右两边都有极限，不能无限延长，它们是额定电压 UsN 下的机械特性和最小输出电压Usmin下的机械特性。 当负载变化时，如果电压调节到极限值，闭环系统便失去控制能力，系统的工作点只能沿着极限开环特性变化。2.4 变压控制在软起动器和轻载降压节 能运行中的应用 除了调速系统以外，异步电动机的变压控制在软起动器和轻载降压节能运行中也得到了广泛的应用。 本节主要介绍它们的基本原理，关于其运行中的一些具体问题可参看相关参考文献。1、 软起动器起动电流问题 常用的三相异步电动机结构简单，价格便宜，而且性能良好，运行可靠。对于小容量电动机，只要供电网络和变压器的容量足够大（一般要求比电机容量大4倍以上），而供电线路并不太长（起动电流造成的瞬时电压降落低于10%15%），可以直接通电起动，操作也很简便。对于容量大一些