第8章 交流电动机调速系统

机电传动控制1目录·第8章第8章交流电动机调速系统8-1晶闸管交流调压调速系统8-2交流电动机变频调速系统8-3其他交流调速系统8.1电磁转差离合器调速系统8.2交流调压调速系统8.3线绕式异步电动机调速系统8.4晶闸管变频调速系统机电传动控制2第8章交流电动机调速系统①掌握交流异步电动机调速的基本原理及主要方法；②了解电磁转差离合器调速系统的原理和调速性能。③掌握交流调压调速系统和线绕式异步电动机调速系统的特性、原理及应用领域；④了解变频调速系统的分类、脉宽调制型变频调速和交-交变频调速的基本原理，调速特性及应用范围；基本要求机电传动控制3第8章交流电动机调速系统①交流异步电动机调速系统的基本原理，各类调速系统的基本原理与类型以及几种主要系统的基本组成；②不同调速方法所获得的电动机调速的特性和特点，不同调速方法的应用场合。不同调速系统的原理，变频调速系统的分类与系统原理；重点难点机电传动控制4第8章交流电动机调速系统根据交流异步电动机转速的关系式：n＝n0(1－S)＝60f(1－S)/p＝n0－△n可知，交流异步电动机的调速方法大致可分为三种：①改变转差率S②改变频率f③改变磁极的极对数p其中，改变转差率S的方法，又可以通过调定子电压、转子电阻、转子电压以及定转子供电频率等方法来实现。从而派生出很多种调速方法。交流异步电动机调速的基本方法2-5三相异步电动机的调速方法机电传动控制5电磁转差离合器第8章交流电动机调速系统通过改变电磁离合器的励磁电流实现调速的异步电动机-电磁离合器调速系统，具有装置及控制电路简单、价格便宜等优点，但低速运行时，损耗较大，效率较低。8.1电磁转差离合器调速系统结构图原理图机电传动控制6第8章交流电动机调速系统当异步电动机定子与转子的参数恒定时，在一定的转差率下，电动机的电磁转矩T与加在定子绕组上的电压U的平方成正比。因此，通过改变异步电动机的定子电压，从而改变电动机在一定输出转矩下的转速是一种简单而方便的调速方法。优点：控制电路简单、价格低、使用维修方便等，缺点：损耗大、效率低、调速特性软，低速时稳定性差、调速范围窄。若加入转速负反馈构成闭环系统，就可使低速特性变得较硬、稳定性变好，调速范围加宽。8.2交流调压调速系统2202222SXRUSRKT㈠交流调压原理机电传动控制7第8章交流电动机调速系统㈡单相交流调压8.2交流调压调速系统电阻负载阻感负载单相交流调压电路及其波形机电传动控制8线路控制三角形联结中点控制三角形联结第8章交流电动机调速系统8.2交流调压调速系统㈢三相交流调压根据三相联结形式的不同，三相交流调压电路具有多种形式。星形联结三相三线三相四线支路控制三角形联结机电传动控制9第8章交流电动机调速系统三相交流调压电路星形联结三相三线8.2交流调压调速系统㈢三相交流调压任一相导通须和另一相构成回路。电流通路中至少有两个晶闸管，应采用双脉冲或宽脉冲触发。触发脉冲顺序和三相桥式全控整流电路一样，顺序为VT1～VT6，依次相差60°。相电压过零点定为α的起点，α角移相范围是0°～150°。机电传动控制10第8章交流电动机调速系统8.2交流调压调速系统㈢三相交流调压α=30°α=60°α=120°不同α角时a相负载相电压波形机电传动控制11第8章交流电动机调速系统8.2交流调压调速系统㈢三相交流调压不同α角时a相负载相电压波形0°≤a＜60°60°≤a＜90°90°≤a＜150°a＝0°a＝30°a＝60°a＝120°机电传动控制12第8章交流电动机调速系统8.2交流调压调速系统㈣调压调速闭环控制系统转速调节器晶闸管调压装置测速发电机主电源控制方式转速负反馈降压调速闭环控制系统控制设备机电传动控制13第8章交流电动机调速系统对于线绕式异步电动机，可采用转子回路中串接电阻或串接电势两种调速方法。①转子回路串电阻调速时，在电阻上将消耗大量的能量，速度越低，指耗越大；②转子回路串入一外加电势，就构成了串级调速系统，由于其能量损耗小，且机械特性也较硬，从而获得较广泛的应用。8.3线绕式异步电动机调速系统机电传动控制14第8章交流电动机调速系统变频调速的基本原理是异步电动机的同步转速n0与定子供电电源的频率f成正比，改变f就可改变n0，从而实现调速。具有效率高、调速范围宽，调速精度高等特点，是异步电动机比较理想的调速方法。变频调速系统主要有：①交-直-交电压型变频调速系统④交-交变频调速系统②交-直-交电流型变频调速系统③脉宽型变频调速系统（交-直-交电压型）8.4交流变频调速系统㈠概述机电传动控制15第8章交流电动机调速系统㈡交-直-交电压型交流变流电路8.4交流变频调速系统不能再生反馈电力的电压型间接交流变流电路整流部分采用的是不可控整流，它只能由电源向直流电路输送功率，而不能反馈电力。逆变部分的能量是可以双向流动的，若负载能量反馈到中间直流电路，将导致电容电压升高，称为泵升电压。不能再生反馈的电压型间接交流变流电路整流逆变机电传动控制16第8章交流电动机调速系统㈡交-直-交电压型交流变流电路8.4交流变频调速系统②①当负载为电动机时，通常要求间接交流变流电路具有再生反馈电力的能力。使电路具备再生反馈电力的能力的方法：①带有泵升电压限制电路②利用可控变流器实现再生反馈③整流和逆变均为PWM控制③具有再生反馈电力的电压型间接交流变流电路机电传动控制17第8章交流电动机调速系统㈡交-直-交电压型交流变流电路8.4交流变频调速系统①带有泵升电压限制电路当泵升电压超过一定数值时，使V0导通，把从负载反馈的能量消耗在R0上。②利用可控变流器实现再生反馈当负载回馈能量时，可控变流器工作于有源逆变状态，将电能反馈回电网。②利用可控变流器实现再生反馈的电压型间接交流变流电路①带有泵升电压限制电路的电压型间接交流变流电路机电传动控制18第8章交流电动机调速系统㈡交-直-交电压型交流变流电路8.4交流变频调速系统整流和逆变均为PWM控制的电压型间接交流变流电路③③整流和逆变均为PWM控制整流和逆变电路的构成完全相同，均采用PWM控制，能量可双向流动。输入输出电流均为正弦波，输入功率因数高，且可实现电动机四象限运行。机电传动控制19第8章交流电动机调速系统㈡交-直-交电压型交流变流电路8.4交流变频调速系统整流和逆变均为PWM控制的电压型间接交流变流电路③不能再生反馈的电压型间接交流变流电路②利用可控变流器实现再生反馈的电压型间接交流变流电路①带有泵升电压限制电路的电压型间接交流变流电路机电传动控制20第8章交流电动机调速系统㈢交-直-交电流型交流变流电路8.4交流变频调速系统不能再生反馈电力的电流型间接交流变流电路采用可控整流的电流型间接交流变流电路整流电路为不可控的二极管整流时，电路不能将负载侧的能量反馈到电源侧。使电路具备再生反馈电力的能力的方法：整流电路采用晶闸管可控整流电路。负载回馈能量时，可控变流器工作于有源逆变状态，使中间直流电压反极性。整流逆变整流逆变机电传动控制21第8章交流电动机调速系统㈢交-直-交电流型交流变流电路8.4交流变频调速系统电流型交-直-交PWM变频电路电流型交-直-交PWM变频电路负载为三相异步电动机，适用于较大容量的场合。采用可控整流的电流型间接交流变流电路整流逆变机电传动控制22第8章交流电动机调速系统㈢交-直-交电流型交流变流电路8.4交流变频调速系统整流和逆变均为PWM控制的电流型间接交流变流电路通过对整流电路的PWM控制使输入电流为正弦并使输入功率因数为1。整流和逆变均为PWM控制的电流型间接交流变流电路采用可控整流的电流型间接交流变流电路整流逆变机电传动控制23第8章交流电动机调速系统㈢交-直-交电流型交流变流电路8.4交流变频调速系统电流型交-直-交PWM变频电路具备再生反馈电力的电路整流和逆变均为PWM控制的电路不能再生反馈电力的电路整流逆变整流逆变机电传动控制24第8章交流电动机调速系统㈣交-交变频调速系统8.4交流变频调速系统把电网频率的交流电变成可调频率（低于交流电源频率）的交流电的变流电路，属于直接变频电路。正组变流器反组变流器单相交交变频电路原理图广泛用于大功率交流电动机调速传动系统，实际使用的主要是三相输出交交变频电路。机电传动控制25第8章交流电动机调速系统㈣交-交变频调速系统正组变流器反组变流器单相交交变频电路原理图由P组和N组反并联的晶闸管变流电路构成，和直流电动机可逆调速用的四象限变流电路完全相同。变流器P和N都是相控整流电路。直流电动机可逆调速电路原理图u0正组变流器i0反组变流器PN8.4交流变频调速系统机电传动控制26第8章交流电动机调速系统㈣交-交变频调速系统u0正组变流器i0反组变流器PN8.4交流变频调速系统ωtu0π/2Pa0Pa0输出电压π/2Pa平均输出电压单相交交变频电路原理图和输出电压波形P组工作时，负载电流i0为正，N组工作时，负载电流i0为负。两组变流器按一定的频率交替工作，负载得到该频率的交流电。改变两组变流器的切换频率，就可改变输出频率ω0。改变变流电路的控制角a就可以改变交流输出电压的幅值。机电传动控制27第8章交流电动机调速系统㈣交-交变频调速系统u0正组变流器i0反组变流器PN8.4交流变频调速系统ωtu0π/2Pa0Pa0输出电压π/2Pa平均输出电压单相交交变频电路原理图和输出电压波形为使u0波形接近正弦波，可按正弦规律对a角进行调制。在半个周期内让P组a角按正弦规律从90°减到0°或某个值，再增到90°。每个控制间隔内的平均输出电压按正弦规律从零增至最高，再减到零。机电传动控制28第8章交流电动机调速系统㈣交-交变频调速系统u0正组变流器i0反组变流器PN8.4交流变频调速系统ωtu0π/2Pa0Pa0输出电压π/2Pa平均输出电压单相交交变频电路原理图和输出电压波形为使u0波形接近正弦波，可按正弦规律对a角进行调制。另外半个周期可对N组进行同样的控制。uo由若干段电源电压拼接而成。在uo的一个周期内，包含的电源电压段数越多，其波形就越接近正弦波。机电传动控制29第8章交流电动机调速系统㈣交-交变频调速系统8.4交流变频调速系统Oωtu0ωtOi0①②③④⑥⑤单相交交变频电路输出电压和电流波形考虑无环流工作方式下io过零的死区时间，一周期可分为6段。第1段i0＜0，u0＞0，反组逆变第2段电流过零，为无环流死区第3段i0＞0，u0＞0，正组整流第4段i0＞0，u0＜0，正组逆变第5段又是无环流死区第6段i0＜0，u0＜0，为反组整流机电传动控制30第8章交流电动机调速系统㈣交-交变频调速系统8.4交流变频调速系统由三组输出电压相位各差120°的单相交交变频电路组成。输出星形联结方式三相交交变频电路三相交交变频器简图因为三组的输出联接在一起，其电源进线必须隔离，因此分别用三个变压器供电。正组变流器反组变流器单相交交变频电路原理图机电传动控制31第8章交流电动机调速系统㈣交-交变频调速系统8.4交流变频调速系统由三组输出电压相位各差120°的单相交交变频电路组成。输出星形联结方式三相交交变频电路三相交交变频器简图详图因为三组的输出联接在一起，其电源进线必须隔离，因此分别用三个变压器供电。机电传动控制32第8章交流电动机调速系统㈣交-交变频调速系统8.4交流变频调速系统输出星形联结方式三相交交变频电路三相交交变频器简图详图由于输出端中点不和负载中点相联接，所以在构成三相变频电路的六组桥式电路中，至少要有不同输出相的两组桥中的四个晶闸管同时导通才能构成回路，形成电流。机电传动控制33第8章交流电动机调速系统㈣交-交变频调速系统8.4交流变频调速系统输出星形联结方式三相交交变频电路三相交交变频器简图详图和整流电路一样，同一组桥内的两个晶闸管靠双触发脉冲保证同时导通。两组桥之间则是靠各自的触发脉冲有足够的宽度，以保证同时导通。机电传动控制34第8章交流电动机调速系统㈤异步电动机变