《电机调速技术》项目二

电机调速技术绪论全课导航项目1认识直流调速系统项目2认识调压调速系统

和串级调速系统项目3认识变频调速系统项目4认识矢量控制调速系统项目5认识直接转矩控制调速系统项目6了解电机调速技术的应用项目二认识调压调速系统和串级调速系统随着电力电子技术的发展，电力半导体器件和微处理器的性能不断提高，使得交流调速技术得到了迅速发展，其设备容量和性能指标不断提高。在各工业部门中，交流调速系统逐步取代直流调速系统，以达到节能降耗、降低成本的目的。本项目主要介绍交流调速系统中调压调速系统和串级调速系统的相关知识。项目导读目标知识目标掌握调压调速系统的工作原理，以及带转速负反馈闭环控制的调压调速系统的静、动态特性。掌握串级调速系统的工作原理及特性。了解双闭环串级调速系统的组成及数学模型。了解双馈串级调速系统的工作原理及特点。目标技能目标能够连接三相异步电动机的调速电路。能够正确调试调压调速系统的电路。素质目标培育崇尚技艺、求实创新的职业品质。树立追求卓越、勇于拼搏的奋斗精神。养成恪尽职守、事必躬亲、开拓进取的工作作风。项目引入调压调速系统就像一个可以调节水流的水龙头，它通过调节电压的大小来控制电动机转速。调压调速系统不仅可以实现电动机的平滑调速，还能够节能减排。串级调速系统则像一个可以随时更换齿轮比的自行车变速器，它通过在电动机转子和定子之间增加一个额外的控制环节，来实现更加精细的速度控制。这样，无论是爬坡还是平地行驶，都可以轻松应对。调压调速系统和串级调速系统在电机调速领域都具有十分重要的作用，下面就让我们来一探究竟。项目引入知识与技能要求项目内容认识直流调速系统学习程度识记理解应用学习任务调压调速系统的工作原理

●

带转速负反馈闭环控制的调压调速系统

●

变极调压调速系统●

串级调速系统的工作原理和特性●

双闭环串级调速系统

●

双馈串级调速系统●实训任务调试直流电动机的调速电路

●自我勉励调压调速系统串级调速系统项目导航项目实施——调试调压调速系统的电路项目工单—认识调压调速系统和串级调速系统1．学生分组小组成员及分工情况班级

组号

指导教师

小组成员姓名学号小组分工组长

组员

以3～5人为一组，选出组长并进行分工，填入下表中。2．工作计划工作计划查阅相关资料并预习课本，了解调压调速系统和串级调速系统的相关知识，并填入下表中。序号工作内容负责人

项目工单—认识调压调速系统和串级调速系统3．工作准备实施过程中所需的工具和器材等信息将实施过程中所需的工具和器材等信息填入表中。序号名称规格与型号单位数量备注

项目工单—认识调压调速系统和串级调速系统4．工作实施工作实施过程记录表按照工作计划，将实施步骤、实施内容及遇到的问题、解决办法等记录于表中。序号实施步骤实施内容及遇到的问题解决办法

项目工单—认识调压调速系统和串级调速系统2.1调压调速系统2.1调压调速系统调压调速是通过改变定子端电压使电动机在某一转速范围内实现调速的调速方法，其适用于三相异步电动机。调压调速系统通过增加转差功率的消耗来换取转速的降低，属于转差功率消耗型调速系统。调压调速系统交流调压器异步电动机控制单元其中，交流调压器一般是从额定电压向下调节，即降压调节。因为当电压超过额定电压后，会导致电动机磁通量过饱和，使电流剧增，甚至烧毁电动机。2.1调压调速系统课堂互动想一想，调压调速系统是怎样工作的？调压调速系统的工作原理2.1.1调压调速系统概述1．调压调速系统的工作原理2.1.1调压调速系统概述1．调压调速系统的工作原理2.1.1调压调速系统概述1．调压调速系统的工作原理调压调速系统的机械特性曲线2.1.1调压调速系统概述1．调压调速系统的工作原理调压调速系统的机械特性曲线2.1.1调压调速系统概述1．调压调速系统的工作原理调压调速系统的机械特性曲线2.1.1调压调速系统概述1．调压调速系统的工作原理调压调速系统的机械特性曲线2．不同负载转矩特性下调压调速系统的效果2.1.1调压调速系统概述调压调速系统的机械特性曲线课堂互动力矩电动机的机械特性有哪些？知识链接调压调速系统的机械特性曲线2．不同负载转矩特性下调压调速系统的效果2.1.1调压调速系统概述（3）对于恒功率负载，调压调速系统则不适用。调压调速系统的机械特性曲线2．不同负载转矩特性下调压调速系统的效果2.1.1调压调速系统概述高转差率三相异步电动机深槽式异步电动机双笼型异步电动机其转子由高电阻率的黄铜条制成启动转矩大电流小特性当异步电动机采用调压调速系统时，风机和泵类负载的调速范围大于恒转矩负载的原因是什么呢？头脑风暴2.1.2带转速负反馈闭环控制的调压调速系统带转速负反馈闭环控制的调压调速系统（a）原理图（b）静态特性曲线2.1.2带转速负反馈闭环控制的调压调速系统带转速负反馈闭环控制的调压调速系统（a）原理图（b）静态特性曲线2.1.2带转速负反馈闭环控制的调压调速系统带转速负反馈闭环控制的调压调速系统（a）原理图（b）静态特性曲线2.1.2带转速负反馈闭环控制的调压调速系统带转速负反馈闭环控制的调压调速系统（a）原理图（b）静态特性曲线2.1.2带转速负反馈闭环控制的调压调速系统带转速负反馈闭环控制的调压调速系统（a）原理图（b）静态特性曲线1．带转速负反馈闭环控制的调压调速系统的静态结构图2.1.2带转速负反馈闭环控制的调压调速系统带转速负反馈闭环控制的调压调速系统的静态结构图（a）原理图1．带转速负反馈闭环控制的调压调速系统的静态结构图2.1.2带转速负反馈闭环控制的调压调速系统带转速负反馈闭环控制的调压调速系统的静态结构图1．带转速负反馈闭环控制的调压调速系统的静态结构图2.1.2带转速负反馈闭环控制的调压调速系统带转速负反馈闭环控制的调压调速系统的静态结构图2．带转速负反馈闭环控制的调压调速系统的近似动态结构图2.1.2带转速负反馈闭环控制的调压调速系统在对系统进行动态分析和设计时，由静态结构图可以得到动态结构图。该动态结构图是在稳态工作点A处求得的，只适用于工作点附近的稳定性和动态性能分析，且该数学模型忽略了电动机的电磁惯性，因此是一个近似模型。如图中所示。GT-V—晶闸管交流调压器和触发器；MA—异步电动机；FBS—测速反馈环节带转速负反馈闭环控制的调压调速系统的近似动态结构图2．带转速负反馈闭环控制的调压调速系统的近似动态结构图2.1.2带转速负反馈闭环控制的调压调速系统（1）转速调节器采用比例积分调节器，可以消除静差并改善动态性能，其传递函数为：GT-V—晶闸管交流调压器和触发器；MA—异步电动机；FBS—测速反馈环节带转速负反馈闭环控制的调压调速系统的近似动态结构图2．带转速负反馈闭环控制的调压调速系统的近似动态结构图2.1.2带转速负反馈闭环控制的调压调速系统（2）晶闸管交流调压器和触发器的输入输出关系原则上是非线性的，但在一定范围内可假定为线性函数，它的传递函数可近似写为：GT-V—晶闸管交流调压器和触发器；MA—异步电动机；FBS—测速反馈环节带转速负反馈闭环控制的调压调速系统的近似动态结构图2．带转速负反馈闭环控制的调压调速系统的近似动态结构图2.1.2带转速负反馈闭环控制的调压调速系统GT-V—晶闸管交流调压器和触发器；MA—异步电动机；FBS—测速反馈环节带转速负反馈闭环控制的调压调速系统的近似动态结构图2．带转速负反馈闭环控制的调压调速系统的近似动态结构图2.1.2带转速负反馈闭环控制的调压调速系统带恒转矩负载时的电力拖动系统的运动方程为：GT-V—晶闸管交流调压器和触发器；MA—异步电动机；FBS—测速反馈环节带转速负反馈闭环控制的调压调速系统的近似动态结构图2．带转速负反馈闭环控制的调压调速系统的近似动态结构图2.1.2带转速负反馈闭环控制的调压调速系统则在稳态工作点A附近的微偏量运动方程为：

GT-V—晶闸管交流调压器和触发器；MA—异步电动机；FBS—测速反馈环节带转速负反馈闭环控制的调压调速系统的近似动态结构图2．带转速负反馈闭环控制的调压调速系统的近似动态结构图2.1.2带转速负反馈闭环控制的调压调速系统异步电动机在忽略电磁惯性时的近似微偏等效框图课堂互动异步电动机的调压调速系统的缺点？点拨异步电动机的调压调速系统结构简单、控制方便、成本低廉，但有以下几个缺点：

系统为微偏线性模型，只能用于机械特性曲线上工作点附近的稳定性判别和动态校正，工作点范围受限。随着电压的降低，电动机的输出转矩成二次平方比减小，使系统的调速范围变小。由于完全忽略电磁惯性，因此分析与计算有很大的近似性。2.1.3变极调压调速系统普通笼型异步电动机调压调速系统在低速时功率损耗较大，为提高低速运转时的电磁转矩和效率，扩大调速范围并实现平滑调速，可以将调压调速系统与变极调速系统相结合，发挥它们各自的特长，使调压调速系统具有更大的适用性，该系统称为变极调压调速系统，其框图如中所示。变极调压调速系统框图2.1.3变极调压调速系统变极调压调速系统框图2.1.3变极调压调速系统变极调压调速系统框图例如：2.1.3变极调压调速系统（a）效率曲线（b）机械特性曲线2.1.3变极调压调速系统异步电动机的调压调速系统有哪些缺点？调压调速系统有哪几部分组成？课堂训练调压调速系统调压调速系统概述带转速负反馈闭环控制的调压调速系统变极调压调速系统课堂小结2.2串级调速系统串级调速是通过控制绕线转子异步电动机的转子电压，利用其转差功率调节转速的调速方法，这种调速方法具有良好的调速性能和效率。2.2串级调速系统串级调速系统属于转差功率回馈型调速系统，部分转差功率以热能的形式消耗，其他大部分转差功率则通过变流装置回馈给电网或者转变成机械能予以利用，转速越低，回收的功率越多。2.2串级调速系统2.2.1串级调速系统概述1．串级调速系统的工作原理2.2.1串级调速系统概述1．串级调速系统的工作原理串级调速的工作原理2.2.1串级调速系统概述1．串级调速系统的工作原理串级调速的工作原理2.2.1串级调速系统概述1．串级调速系统的工作原理串级调速的工作原理2.2.1串级调速系统概述1．串级调速系统的工作原理串级调速的工作原理2.2.1串级调速系统概述1．串级调速系统的工作原理串级调速的工作原理2.2.1串级调速系统概述1．串级调速系统的工作原理串级调速的工作原理2.2.1串级调速系统概述1．串级调速系统的工作原理串级调速的工作原理2.2.1串级调速系统概述1．串级调速系统的工作原理串级调速的工作原理2.2.1串级调速系统概述1．串级调速系统的工作原理串级调速的工作原理2.2.1串级调速系统概述2．串级调速系统的基本运行状态及功率关系2.2.1串级调速系统概述2．串级调速系统的基本运行状态及功率关系2.2.1串级调速系统概述2．串级调速系统的基本运行状态及功率关系串级调速系统的基本运行状态与功率传递关系2.2.1串级调速系统概述2．串级调速系统的基本运行状态及功率关系串级调速系统的基本运行状态与功率传递关系2.2.1串级调速系统概述2．串级调速系统的基本运行状态及功率关系串级调速系统的基本运行状态与功率传递关系2.2.1串级调速系统概述2．串级调速系统的基本运行状态及功率关系串级调速系统的基本运行状态与功率传递关系2.2.1串级调速系统概述2．串级调速系统的基本运行状态及功率关系串级调速系统的基本运行状态与功率传递关系2.2.1串级调速系统概述2．串级调速系统的基本运行状态及功率关系串级调速系统的基本运行状态与功率传递关系2.2.1串级调速系统概述3．串级调速系统的特性UR—不可控整流器；UI—逆变器；T—变压器异步电动机的串级调速系统电路2.2.1串级调速系统概述3．串级调速系统的特性UR—不可控整流器；UI—逆变器；T—变压器异步电动机的串级调速系统电路1）串级调速系统的机械特性2.2.1串级调速系统概述3．串级调速系统的特性UR—不可控整流器；UI—逆变器；T—变压器异步电动机的串级调速系统电路1）串级调速系统的机械特性2.2.1串级调速系统概述3．串级调速系统的特性UR—不可控整流器；UI—逆变器；T—变压器异步电动机的串级调速系统电路1）串级调速系统的机械特性2.2.1串级调速系统概述3．串级调速系统的特性1）串级调速系统的机械特性异步电动机串级调速系统的机械特性曲线2.2.1串级调速系统概述3．串级调速系统的特性1）串级调速系统的机械特性异步电动机串级调速系统的机械特性曲线课堂互动串级调速系统中转子整流器存在什么现象？串级调速系统中转子整流器存在换流重叠现象。换流重叠是指在转子整流器中，同一桥臂上的两个开关管在一定时间内同时导通的现象。换流重叠会对电动机的工作性能产生负面影响，因此需要采取相应的措施减小其影响。知识链接2.2.1串级调速系统概述3．串级调速系统的特性2）串级调速系统的总效率2.2.1串级调速系统概述3．串级调速系统的特性2）串级调速系统的总效率2.2.1串级调速系统概述3．串级调速系统的特性2）串级调速系统的总效率2.2.1串级调速系统概述3．串级调速系统的特性2）串级调速系统的总效率2.2.1串级调速系统概述3．串级调速系统的特性2）串级调速系统的总效率（4）由式、式、式

可知，为：2.2.1串级调速系统概述3．串级调速系统的特性2）串级调速系统的总效率2.2.1串级调速系统概述3．串级调速系统的特性3）串级调速系统的功率因数2.2.1串级调速系统概述3．串级调速系统的特性3）串级调速系统的功率因数2.2.1串级调速系统概述3．串级调速系统的特性3）串级调速系统的功率因数（2）在串级调速系统中，转子整流器的接入造成转子电流的换流重叠和波形畸变，使得异步电动机自身的功率因数变低，从而造成串级调速系统的功率因数降低。2.2.1串级调速系统概述3．串级调速系统的特性3）串级调速系统的功率因数改善串级调速系统功率因数的方法有以下几种：接入电容器进行功率补偿。采用补偿电容，能够使串级调速系统的功率因数达到要求的数值采用斩波控制的串级调速系统。在电动机转子直流回路的整流器与逆变器之间加入斩波器CH，形成斩波控制串级调速系统，它可将逆变器的逆变角

固定在最小值，从而提高功率因数2.2.1串级调速系统概述3．串级调速系统的特性3）串级调速系统的功率因数改善串级调速系统功率因数的方法有以下几种：

采用具有超前功率因数的强迫换流逆变器。在逆变器工作时，使晶闸管在自然换相点之后换相，产生容性无功功率，以补偿感性无功功率采用两组逆变器相串联。两组逆变器分别采用△和Y连接，这种方法适用于大功率串级调速系统2.2.2双闭环串级调速系统由于串级调速系统机械特性的静差率较大，因此采用开环控制只适用于对调速精度要求不高的场合。在实际生产中，为提高静态调速精度，并获得良好的动态特性，往往需要采用双闭环控制的串级调速系统。2.2.2双闭环串级调速系统1．双闭环串级调速系统的组成如图所示。其中，转速反馈信号来自异步电动机轴上连接的测速发电机，电流反馈信号来自逆变器交流侧的电流互感器。双闭环串级调速系统和双闭环直流调速系统的组成类似，其转速调节器和电流调节器同样采用比例积分调节器，不同的是，双闭环串级调速系统通过调节逆变器的逆变角来调节异步电动机的转速。双闭环串级调速系统2.2.2双闭环串级调速系统2．双闭环串级调速系统的动态数学模型双闭环串级调速系统2.2.2双闭环串级调速系统1）双闭环串级调速系统转子直流回路的电压控制环节2．双闭环串级调速系统的动态数学模型双闭环串级调速系统2.2.2双闭环串级调速系统2）双闭环串级调速系统转子直流回路的传递函数2．双闭环串级调速系统的动态数学模型双闭环串级调速系统2.2.2双闭环串级调速系统2）双闭环串级调速系统转子直流回路的传递函数2．双闭环串级调速系统的动态数学模型双闭环串级调速系统课堂互动、、、、、各代表什么？点拨2.2.2双闭环串级调速系统2）双闭环串级调速系统转子直流回路的传递函数2．双闭环串级调速系统的动态数学模型双闭环串级调速系统2.2.2双闭环串级调速系统2）双闭环串级调速系统转子直流回路的传递函数2．双闭环串级调速系统的动态数学模型双闭环串级调速系统2.2.2双闭环串级调速系统3）双闭环串级调速系统的动态结构2．双闭环串级调速系统的动态数学模型双闭环串级调速系统的动态结构图2.2.2双闭环串级调速系统3）双闭环串级调速系统的动态结构2．双闭环串级调速系统的动态数学模型双闭环串级调速系统的动态结构图2.2.2双闭环串级调速系统3）双闭环串级调速系统的动态结构2．双闭环串级调速系统的动态数学模型双闭环串级调速系统的动态结构图点拨双闭环串联调速系统的动态校正的特点？点拨双闭环串级调速系统的动态校正与双闭环直流调速系统类似，主要考虑系统的抗干扰性能，即应使系统在负载扰动时有良好的动态响应能力。2.2.3双馈串级调速系统3）双闭环串级调速系统的动态结构2．双闭环串级调速系统的动态数学模型2.2.3双馈串级调速系统3）双闭环串级调速系统的动态结构2．双闭环串级调速系统的动态数学模型2.2.3双馈串级调速系统3）双闭环串级调速系统的动态结构2．双闭环串级调速系统的动态数学模型2.2.3双馈串级调速系统双馈串级调速系统2.2.3双馈串级调速系统双馈串级调速系统2.2.3双馈串级调速系统双馈串级调速系统2.2.3双馈串级调速系统双馈串级调速系统与次同步串级调速系统相比具有以下几个优点：（1）双馈串级调速系统具有较高的功率因数（2）在相同的额定功率和调速范围下，双馈串级调速系统可以在同步转速上下进行调速，因此，附加的串级调速装置比只采用次同步串级调速系统时的装置容量小一半（3）由于转差功率的传递是双向的，因此双馈串级调速系统具有良好的动态性能2.2.3双馈串级调速系统但是异步电动机的双馈串级调速系统较复杂，其转子直流回路经常采用交-交变频器实现串级调速。交-交变频器是一种功率可双向传输的静止变频器，只有一次功率转换，只适用于大功率、有限调速范围的场合。过去，负载冲击大、变化频繁且无规律的电动机拖动设备的工况能耗问题是电动机控制研究的难点。针对电动机节能控制领域存在的主要问题和工业领域对电动机节能技术的迫切需求，多年来从事电动机高效节能技术研发工作的赵明，带领团队开始了电动机节能控制领域相关关键技术及应用基础的研究。拓展阅读“节”尽所能给电动机安装“智慧大脑”从技术的0走到产品的1，赵明和他的团队遭遇了种种困境和挫折。赵明锚定技术缺口，翻阅了上百万字的中英文相关资料，并翻译了十万字以上的英文技术资料，为电动机节能技术的研发在理论总结、框架整理、逻辑关系推理等方面提供了大量的思路和有价值的观点。拓展阅读“节”尽所能给电动机安装“智慧大脑”以此为依托，赵明的科研团队历经十余载，研发出“基于三相采样与快速响应的电动机节能技术”，填补了我国在塑料粉碎机、矿山破碎机、冲压机等电动机变化类负载设备上电动机节能控制产品的空白。“电智尚智能电动机控制系统”便是以此为基础进行研发的。拓展阅读“节”尽所能给电动机安装“智慧大脑”“电智尚智能电动机控制系统”是一款完全自主创新的、以节省电动机功率为目的而研发的绿色低压三相异步电动机节电产品。“比如，一台电动机设计能耗为100kW，但在低负载运行中可能只需要30kW，那么有70kW就被浪费了。该技术就是让电动机通过智能控制，实时处于最佳工作状态，做到所供即所需，从而达到节能效果。”赵明解释说。拓展阅读“节”尽所能给电动机安装“智慧大脑”赵明说，让自己的节能技术更广泛地应用在制造领域，为制造业的绿色高质量发展提供科技支撑是他的心愿。拓展阅读“节”尽所能给电动机安装“智慧大脑”课堂互动“电智尚智能电动机控制系统”的节能技术能达到怎样的效果？串联调速系统的总效率？双馈串级调速系统与次