交流传动控制系统

02.04.2024生产计划部交流传动控制系统第7章交流传动控制系统本章内容7.1概述7.2交流异步电动机的变压调速系统7.3交流异步电动机的变频调速系统7.4交流异步电动机的串级调速系统7.5电磁转差离合器调速系统27.1概述37.1.1机电传动系统的基本类型1）直流传动系统2）交流传动系统可分：交流异步和交流同步传动系统；1、系统组成2、基本类型优点：调速性能好、控制方式简单；缺点：电机结构复杂、容量及高速受限；特点：电机结构简单、可靠、造价低；但电磁作用关系复杂；随着电力电子技术的发展，交流电动机控制理论的突破，目前交流传动已成为电力传动的主要发展方向。7.1概述47.1.2交流传动控制系统的应用领域2）代替一般生产机械的“直流调速”；可降低系统成本、提供运行可靠性；可满足特殊工作环境（如防爆）下的调速控制；1、一般性能的节能调速和按工艺要求调速1）用于传统的“不变速交流拖动”；如：风机、水泵等通用机械，通过电机调速实现节能控制；7.1概述57.1.2交流传动控制系统的应用领域随着电力电子技术的发展，交流电动机控制理论的突破，特别是大规模集成电路和计算机控制的出现，使高性能交流调速系统应运而生。主要应用：高精密数控加工设备、工业自动化及交通运输、军事装备等领域。1、一般性能的节能调速和按工艺要求调速2、高性能的交流调速系统和伺服系统7.1概述67.1.2交流传动控制系统的应用领域1、一般性能的节能调速和按工艺要求调速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直流电动机受换向能力限制，容量转速积不超过交流电动机没有换向问题，因此特大容量的电力拖动设备，一般都采用交流调速系统。如：厚板轧机、矿井卷扬机等大功率设备，以及高速磨头、离心机等高速运转设备。7.1概述77.1.3交流传动控制系统的类型1、交流传动的调速方法1）改变定子旋转磁场的速度n1

变极调速（改变磁极对数p）；变频调速（改变电源频率f1

）；2）改变转差率s定子调压调速；（改变定子电压U1）转子串电阻调速；（改变R2）；绕线电机串级调速；（转子回路引入外加电势Uk）转差离合器调速；7.1概述87.1.3交流传动控制系统的类型1）转差功率消耗型调速系统采用转差率调速，而且转差功率全部转变成热能消耗在转子回路中，如上述第2类中的①、②、④三种方法，系统效率最低。2）转差功率馈送型调速系统3）转差功率不变型调速系统采用转差率调速，但大部分转差功率能回馈利用，如上述第2类中的③转子串级调速。系统的效率较高。2、调速系统的类型采用同步转速调速，s不变，转差功率不变；如第1类中的变极和变频调速。系统效率最高。7.1概述97.1.3交流传动控制系统的类型本章主要介绍三种交流调速系统：定子调压调速；变频调速；转差离合器调速；2、调速系统的类型7.2交流异步电机的变压调速系统107.2.1交流调压电路1）定子串带直流磁化绕组的饱和电抗器；2）串自耦变压器调压；1、传统的定子调压方法7.2交流异步电机的变压调速系统117.2.1交流调压电路1）单相交流晶闸管调压电路如图7-1所示2、晶闸管交流调压电路一对晶闸管反并联单相调压电路；一个双向晶闸管单相调压电路；7.2交流异步电机的变压调速系统127.2.1交流调压电路2）三相交流闸管调压电路如图7-2由5对反并联晶闸管构成的三相异步电动机可逆和制动调压电路；正转运行：由晶闸管l～6控制；2、晶闸管交流调压电路7.2交流异步电机的变压调速系统137.2.1交流调压电路2）三相交流闸管调压电路如图7-2由5对反并联晶闸管构成的三相异步电动机可逆和制动调压电路；正转运行：由晶闸管l～6控制；2、晶闸管交流调压电路反转运行：由1，4和7～10提供逆相序电源，同时也可用于反接制动。7.2交流异步电机的变压调速系统147.2.1交流调压电路2）三相交流闸管调压电路如图7-2由5对反并联晶闸管构成的三相异步电动机可逆和制动调压电路；正转运行：由晶闸管l～6控制；2、晶闸管交流调压电路反转运行：由1，4和7～10提供逆相序电源，同时也可用于反接制动。能耗制动：根据制动电路要求，选择几个晶闸管构成直流励磁电路。如：可选1，2，6导通，其余关断，得半波直流电流；7.2交流异步电机的变压调速系统157.2.2闭环控制的变压调速系统及其静特性基本原理：1、定子调压调速定子调压调速——属于改变转差率s的调速主要问题：调速范围小普通异步电动机：7.2交流异步电机的变压调速系统167.2.2闭环控制的变压调速系统及其静特性1、定子调压调速提高调速范围的措施：采用高转差率的高阻笼形电动机采用绕线电动机转子串电阻主要缺点：速度稳定性差提高稳定性的方法：采用速度反馈的闭环控制。7.2交流异步电机的变压调速系统177.2.2闭环控制的变压调速系统及其静特性2、带转速负反馈闭环控制的交流变压调速系统控制原理晶闸管调压电路7.2交流异步电机的变压调速系统187.2.3变压调速控制系统的典型应用1、软启动器软启动概念：可按规定的启动电流及加速度进行调速启动。主要目的：降低启动电压，减小启动电流对电网的冲击；控制启动加速度，减小设备的机械冲击，实现平滑启动；调速系统——采用变电压调速，实现传动系统的软启动控制。一般要求：启动电流Ist≤(2~3)IN；电网电压波动率一般在10%以内；7.2交流异步电机的变压调速系统197.2.3变压调速控制系统的典型应用2．轻载降压节能运行电动机的运行效率为轻载运行时，

P2小，

p相对较高，

很低；采用轻载降压运行，可减小损耗

p达到节能运行；在额定工况下，P2大，

p相对很小，效率较高

N=0.75～0.95；一般最大效率

max发生在(0.7～1.1)P2N

的范围内；7.3交流异步电机的变频调速系统207.3.1调频调速的基本方法机械特性调频的基本方法称为恒转矩调速称为恒功率调速7.3交流异步电机的变频调速系统217.3.2变频器的结构类型及原理1、变频器的基本类型直接变频——将工频交流一次变换为可控频率交流，没有中间直流环节，即所谓的交－交变频。间接变频——将工频交流

整流器

直流

逆变器

可控频率的交流，又称为交－直－交变频。7.3交流异步电机的变频调速系统227.3.2变频器的结构类型及原理2、变频器的基本结构交－直－交变频器7.3交流异步电机的变频调速系统237.3.2变频器的结构类型及原理2、变频器的基本结构交－直－交变频器1）按中间直流电路分类采用电容器作为无功功率缓冲环节，称为电压型变频器；特点：直流侧电压恒定，极性固定，不能实现回馈制动。7.3交流异步电机的变频调速系统247.3.2变频器的结构类型及原理2、变频器的基本结构交－直－交变频器1）按中间直流电路分类采用电抗器作为无功功率缓冲环节，称为电流型变频器；特点：直流侧电流恒定，极性可变，能实现回馈制动。7.3交流异步电机的变频调速系统257.3.2变频器的结构类型及原理2、变频器的基本结构交－直－交变频器2）按电压频率控制方式分类（1）用可控整流器调压、逆变器调频的交—直—交变频器7.3交流异步电机的变频调速系统267.3.2变频器的结构类型及原理2、变频器的基本结构交－直－交变频器2）按电压频率控制方式分类（2）用斩波器调压的交—直—交变频器7.3交流异步电机的变频调速系统277.3.2变频器的结构类型及原理2、变频器的基本结构交－直－交变频器2）按电压频率控制方式分类（3）用PWM逆变器同时调压调频的交—直—交变频器7.3交流异步电机的变频调速系统287.3.2变频器的结构类型及原理2、变频器的基本结构交－交变频器图7-12三相交—交变频器，由三组可逆整流器组成。如图7-12所示。变频器中单相主电路：与晶闸管直流可逆拖动的主电路相同，由两组反并联的晶闸管相控变流器组成的。7.3交流异步电机的变频调速系统297.3.2变频器的结构类型及原理2、变频器的基本结构交－交变频器1）工作原理图由两组可控整流装置反向并联组成。2）变频器输出电压U0U0的幅值——由各组整流器的控制角控制。U0的频率——由正反两组整流器的切换频率f

控制。正组通反组通7.3交流异步电机的变频调速系统307.3.2变频器的结构类型及原理2、变频器的基本结构交－交变频器1）工作原理图由两组可控整流装置反向并联组成。2）变频器输出电压U0U0的波形正组通反组通若控制角为定值，U0为方波。若

按正弦波调制，U0为正弦波输出。7.3交流异步电机的变频调速系统317.3.3变频器的应用特点1）交－直－交变频器（1）技术原理可直接引用成熟的直流可逆调速技术和经验。（2）变频器多一个中间直流环节，转换效率低，但输出交流电的频率可任意。（3）功率因数高、谐波极低，对电网的不良影响小；（4）系统较复杂、占地面积大；（5）过载能力低。适用范围：主要是中小功率、转速较高、负载较平稳的场合。7.3交流异步电机的变频调速系统327.3.3变频器的应用特点2）交－交变频器（1）技术原理可直接引用成熟的直流可逆调速技术和经验。（2）每相对应一套正反可控硅桥，元器件数量较多；（3）输出电流近似于三相正弦，附加损耗小，转矩脉动小。（4）输出电压基于电源波形的区段组成，其输出频率不能高于电网频率的1/3～1/2。当电源频率为50Hz时，最大频率不超过20Hz。（5）驱动电机属普通电机，价格便宜，但是转速低。适用范围：大功率(500kw或1000kw以上)、低速(600r/min以下)的场合，如扎钢机、球磨机、水泥回转窑等。7.4电磁转差离合器调速系统337.4.1调速系统的组成及原理1、调速系统的组成由三部分组成：如图7-22所示1）笼型异步电动机2）电磁转差离合器3）可控硅整流电源7.4电磁转差离合器调速系统347.4.1调速系统的组成及原理2、转差离合器的结构原理1）转差离合器的结构组成（1）主动部分，由铁磁材料制成的圆筒，称为电枢。由笼型转子异步电动机带动，以恒速n1旋转。（2）从动部分，由铁磁材料制成，称为磁极。在磁极上装有励磁绕组3，绕组与磁极的组合称为感应子。感应子与生产机械连接，驱动其以转速n2运行。7.4电磁转差离合器调速系统357.4.1调速系统的组成及原理2、转差离合器的结构原理2）转差离合器的工作原理设，电枢1的转速为n1；

磁极2的转速为n2；转速差为启动时，电枢以恒速n1逆时针旋转，n2=0；磁极2的受反力矩7.4电磁转差离合器调速系统367.4.1调速系统的组成及原理2、转差离合器的结构原理2）转差离合器的工作原理作用原理：电磁感应和电磁力定律运行条件：小结7.4电磁转差离合器调速系统377.4.2电磁转差离合器的调速性能1、调速原理通过改变电磁离合器的励磁绕组3的励磁电流If来实现调速。离合器电磁力矩磁极的磁通量；系统运动学方程调速原理：当TL一定，式中，i1