上海交通大学机械与动力工程学院

SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速控制理论基础(II)交通大学精品课程系列2007课程负责人：杨汝清教授曹其新教授顾问：王显正教授SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速4.1异步电动机的调速方法4.2电气调速概述4.3电动机的调速类型4.4调速的性能指标4.5交流调速4.6晶闸管逆变电路4.7交流电动机的变频调速一异步电动机的调速SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速二控制电路的设计4.8电力拖动方案确定原则和电动机的选择4.9控制线路的设计及元件的选择4.10控制线路设计举例SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速4.1异步电动机的调速方法•常用的调速方法：•1机械有级或无级调速•2机械与电气结合的有级或无级调速•3电气无级调速一异步电动机的调速SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速4.2电气调速概述1调速与稳速A1-A2-A3时，n1-n2-n3SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速开环调速系统结构SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速闭环调速系统结构SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速4.3电动机的调速类型•1）直流•2）交流•电机转速公式•n=(1-s)60f/p•调速方法：•A)变极对数：（有级调速）•B）变转差率：若为绕线式电动机，可通过•调节定子绕组电压实现，组成串级调速系统•C）变电源频率SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速从调速的特性分类•恒功率调速•恒转矩调速•P=KmTN•P功率•T转矩•N转速•Km与电机结构和特性有关的常数SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速4.4调速的性能指标1）调速的性能指标DD=Nmax/Nmin2)调速的平滑性相邻两个转速之比越接近1越好1iinn3）静差度s衡量，转速随负载变动程度的指标s越小越好相同的空载转速，硬度高，s小4）调速的经济性，综合考虑4个指标00nnnSeSchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速4.5交流调速（一）交流调速的类型n＝（1－s）60f/p变极调速：鼠笼式异步电动机改变定子绕组的极对数P改变定子绕组的联接另设绕组有级SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速（2）变转差率调速•绕线式异步电动机转子串电阻•转子电路引入附加电势的串级调速•电磁离合器滑差调速•无级调速SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速（3）变频调速•交－交变频器•交－直－交电压源型变频器•交－直－交电流源型变频器•脉宽调制型逆变器•矢量控制SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速按晶闸管分类•调节定子电压•串级调速系统•用晶闸管组成静止变频器SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速4.6晶闸管逆变电路•逆变：直流→交流•无源逆变：不反馈给交流电网而是供给交流负载SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速1逆变器工作原理逆变器工作原理a)原理线路b)波形c)晶闸管组成的逆变器SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速2逆变器的换流强迫换流原理图SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速要求：任一瞬时，每个桥臂上只能有一个SCR导通，另一个必须截止，晶闸管一般加反相电压关断。强迫换流过程：令SCR1通，SCR2断，uc充电（左负右正）。令SCR1断，SCR2通。SCR1关断时间tg。uc加反压至SCR1，强迫换流，加反压时间为t，要求ttg，反之一样。实际应用上述电路还要改进.GTO：控制极上加负向电流SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速4.7交流电动机的变频调速主要应用对象：鼠笼式异步电动机交－直－交1电压型（电容滤波）2电流型（电感滤波）交－交SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速交－直－交变频调速系统•1电压型变频器•组成：可控整流器、滤波器、逆变器•缺点：功率因数低，动态响应慢电压型变频器基本结构SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速控制逆变器换流触发脉冲的相位，就能改变交流电的频率三相桥式逆变电路SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速2脉冲宽度调制型变频器脉冲宽度调制型变频系统SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速交流-(整流)-直流-正弦波PWM（改变正弦波的频率和幅值）正弦波脉冲调制SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速二控制电路的设计•一设计的基本原则、内容和步骤•自学SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速4.8电力拖动方案确定原则和电动机的选择（一）电力拖动方案确定原则1首选笼型异步电动机其次才考虑直流或交流无级调速系统2拖动方案的选择：（1）调速范围D=2~3,调速级数小于2～4选择可变极数的双速或多速笼型异步电动机（2）调速范围D=3~10，采用带滑差电磁离合器的笼型～（3）调速范围D=10~100，采用晶闸管直流或交流调速拖动系统SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速3调速性质应与负载特性相适应•例如：车床•主运动要恒功率•进给运动要恒转矩•双速笼型异步电动机，定子绕组•1）三角形变为YY恒功率•2)Y-YY恒转矩SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速(2)电动机的选择•1电动机结构形式的确定•普通电动机•一般防护电动机•封闭式电动机•防爆式电动机SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速2电动机容量的选择电动机的功率＝机械传动功率/效率效率（0.6~0.85）SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速3笼型异步电动机转速的选择•一般情况下选同步转速为1500RMP的电动机•原因：适应性较强，功率因数和效率较高SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速4笼型异步电动机的系列和技术参数•Y系列•几种表示：•380V,接法写△：表示定子绕组的额定线电压为380V，接法为△•380V/220V，Y/△:表示电源线电压为380V时，接法为Y；电源线电压为220V时，接法为△SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速4.9控制线路的设计及元件的选择SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速避免“临界竞争和冒险现象”的产生KT延时时间到－KT常闭触点断－KT线圈失电－KT常开触点失控原因：KT线圈断电后，磁场不能突变为零，衔铁复位需要时间解决方法：KM2的常闭触点代替KT的常闭触点图2－40典型的临界竞争电路图2－41改进后的电路SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速其它注意点：•1尽量减少元件触点数目•2合理安排电器元件的触点位置•3尽量减少电器线路的电源种类•4尽可能选用同一型号规格的元件•5尽可能减少通电电器的数量SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速电器元件选择注意:•1根据功能选择类型•例子见P36•2承载能力及使用寿命•3工作环境（防水？防爆？）•4可靠性SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速1组合开关、按钮及行程开关的选择•1)组合开关•额定电压为500V的适用于交流380V•额定电压为250V的适用于交流220V•电流为设备的工作电流的1.5~3倍•2)按钮•选择结构和颜色•3)行程开关SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础(II)第四章异步电动机的调速2接触器的选择1根据所控制电机和电源种类，选交流或直流接触器。2主要考虑的因素：主触头的额定电压、电流，辅助触头的数量和种类；吸引线圈的电压等级；操作频率等。3注意：吸引线圈的电压等级应等于控制电路的电压。4计算主触头的额定电流的经验公式：5Ic=Pe*1000/KUe=Iec6K经验常数7Pe被控电动机额定功率8Ue被控电动机额定线电压9Iec应选定的接触器额定电流10注意：主触头的额定电压应大于等于被控制线路的额定电压SchoolofMechanical&PowerEngineering上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基