02.04.2024生產計劃部交流傳動控制系統第7章交流傳動控制系統本章內容7.1概述7.2交流異步電動機的變壓調速系統7.3交流異步電動機的變頻調速系統7.4交流異步電動機的串級調速系統7.5電磁轉差離合器調速系統27.1概述37.1.1機電傳動系統的基本類型1）直流傳動系統2）交流傳動系統可分：交流異步和交流同步傳動系統；1、系統組成2、基本類型優點：調速性能好、控制方式簡單；缺點：電機結構復雜、容量及高速受限；特點：電機結構簡單、可靠、造價低；但電磁作用關系復雜；隨著電力電子技術的發展，交流電動機控制理論的突破，目前交流傳動已成為電力傳動的主要發展方向。7.1概述47.1.2交流傳動控制系統的應用領域2）代替一般生產機械的“直流調速”；可降低系統成本、提供運行可靠性；可滿足特殊工作環境（如防爆）下的調速控制；1、一般性能的節能調速和按工藝要求調速1）用于傳統的“不變速交流拖動”；如：風機、水泵等通用機械，通過電機調速實現節能控制；7.1概述57.1.2交流傳動控制系統的應用領域隨著電力電子技術的發展，交流電動機控制理論的突破，特別是大規模集成電路和計算機控制的出現，使高性能交流調速系統應運而生。主要應用：高精密數控加工設備、工業自動化及交通運輸、軍事裝備等領域。1、一般性能的節能調速和按工藝要求調速2、高性能的交流調速系統和伺服系統7.1概述67.1.2交流傳動控制系統的應用領域1、一般性能的節能調速和按工藝要求調速2、高性能的交流調速系統和伺服系統3、特大容量、極高轉速的交流調速直流電動機受換向能力限制，容量轉速積不超過交流電動機沒有換向問題，因此特大容量的電力拖動設備，一般都采用交流調速系統。如：厚板軋機、礦井卷揚機等大功率設備，以及高速磨頭、離心機等高速運轉設備。7.1概述77.1.3交流傳動控制系統的類型1、交流傳動的調速方法1）改變定子旋轉磁場的速度n1

變極調速（改變磁極對數p）；變頻調速（改變電源頻率f1

）；2）改變轉差率s定子調壓調速；（改變定子電壓U1）轉子串電阻調速；（改變R2）；繞線電機串級調速；（轉子回路引入外加電勢Uk）轉差離合器調速；7.1概述87.1.3交流傳動控制系統的類型1）轉差功率消耗型調速系統采用轉差率調速，而且轉差功率全部轉變成熱能消耗在轉子回路中，如上述第2類中的①、②、④三種方法，系統效率最低。2）轉差功率饋送型調速系統3）轉差功率不變型調速系統采用轉差率調速，但大部分轉差功率能回饋利用，如上述第2類中的③轉子串級調速。系統的效率較高。2、調速系統的類型采用同步轉速調速，s不變，轉差功率不變；如第1類中的變極和變頻調速。系統效率最高。7.1概述97.1.3交流傳動控制系統的類型本章主要介紹三種交流調速系統：定子調壓調速；變頻調速；轉差離合器調速；2、調速系統的類型7.2交流異步電機的變壓調速系統107.2.1交流調壓電路1）定子串帶直流磁化繞組的飽和電抗器；2）串自耦變壓器調壓；1、傳統的定子調壓方法7.2交流異步電機的變壓調速系統117.2.1交流調壓電路1）單相交流晶閘管調壓電路如圖7-1所示2、晶閘管交流調壓電路一對晶閘管反并聯單相調壓電路；一個雙向晶閘管單相調壓電路；7.2交流異步電機的變壓調速系統127.2.1交流調壓電路2）三相交流閘管調壓電路如圖7-2由5對反并聯晶閘管構成的三相異步電動機可逆和制動調壓電路；正轉運行：由晶閘管l～6控制；2、晶閘管交流調壓電路7.2交流異步電機的變壓調速系統137.2.1交流調壓電路2）三相交流閘管調壓電路如圖7-2由5對反并聯晶閘管構成的三相異步電動機可逆和制動調壓電路；正轉運行：由晶閘管l～6控制；2、晶閘管交流調壓電路反轉運行：由1，4和7～10提供逆相序電源，同時也可用于反接制動。7.2交流異步電機的變壓調速系統147.2.1交流調壓電路2）三相交流閘管調壓電路如圖7-2由5對反并聯晶閘管構成的三相異步電動機可逆和制動調壓電路；正轉運行：由晶閘管l～6控制；2、晶閘管交流調壓電路反轉運行：由1，4和7～10提供逆相序電源，同時也可用于反接制動。能耗制動：根據制動電路要求，選擇幾個晶閘管構成直流勵磁電路。如：可選1，2，6導通，其余關斷，得半波直流電流；7.2交流異步電機的變壓調速系統157.2.2閉環控制的變壓調速系統及其靜特性基本原理：1、定子調壓調速定子調壓調速——屬于改變轉差率s的調速主要問題：調速范圍小普通異步電動機：7.2交流異步電機的變壓調速系統167.2.2閉環控制的變壓調速系統及其靜特性1、定子調壓調速提高調速范圍的措施：采用高轉差率的高阻籠形電動機采用繞線電動機轉子串電阻主要缺點：速度穩定性差提高穩定性的方法：采用速度反饋的閉環控制。7.2交流異步電機的變壓調速系統177.2.2閉環控制的變壓調速系統及其靜特性2、帶轉速負反饋閉環控制的交流變壓調速系統控制原理晶閘管調壓電路7.2交流異步電機的變壓調速系統187.2.3變壓調速控制系統的典型應用1、軟啟動器軟啟動概念：可按規定的啟動電流及加速度進行調速啟動。主要目的：降低啟動電壓，減小啟動電流對電網的沖擊；控制啟動加速度，減小設備的機械沖擊，實現平滑啟動；調速系統——采用變電壓調速，實現傳動系統的軟啟動控制。一般要求：啟動電流Ist≤(2~3)IN；電網電壓波動率一般在10%以內；7.2交流異步電機的變壓調速系統197.2.3變壓調速控制系統的典型應用2．輕載降壓節能運行電動機的運行效率為輕載運行時，

P2小，

p相對較高，

很低；采用輕載降壓運行，可減小損耗

p達到節能運行；在額定工況下，P2大，

p相對很小，效率較高

N=0.75～0.95；一般最大效率

max發生在(0.7～1.1)P2N

的范圍內；7.3交流異步電機的變頻調速系統207.3.1調頻調速的基本方法機械特性調頻的基本方法稱為恒轉矩調速稱為恒功率調速7.3交流異步電機的變頻調速系統217.3.2變頻器的結構類型及原理1、變頻器的基本類型直接變頻——將工頻交流一次變換為可控頻率交流，沒有中間直流環節，即所謂的交－交變頻。間接變頻——將工頻交流

整流器

直流

逆變器

可控頻率的交流，又稱為交－直－交變頻。7.3交流異步電機的變頻調速系統227.3.2變頻器的結構類型及原理2、變頻器的基本結構交－直－交變頻器7.3交流異步電機的變頻調速系統237.3.2變頻器的結構類型及原理2、變頻器的基本結構交－直－交變頻器1）按中間直流電路分類采用電容器作為無功功率緩沖環節，稱為電壓型變頻器；特點：直流側電壓恒定，極性固定，不能實現回饋制動。7.3交流異步電機的變頻調速系統247.3.2變頻器的結構類型及原理2、變頻器的基本結構交－直－交變頻器1）按中間直流電路分類采用電抗器作為無功功率緩沖環節，稱為電流型變頻器；特點：直流側電流恒定，極性可變，能實現回饋制動。7.3交流異步電機的變頻調速系統257.3.2變頻器的結構類型及原理2、變頻器的基本結構交－直－交變頻器2）按電壓頻率控制方式分類（1）用可控整流器調壓、逆變器調頻的交—直—交變頻器7.3交流異步電機的變頻調速系統267.3.2變頻器的結構類型及原理2、變頻器的基本結構交－直－交變頻器2）按電壓頻率控制方式分類（2）用斬波器調壓的交—直—交變頻器7.3交流異步電機的變頻調速系統277.3.2變頻器的結構類型及原理2、變頻器的基本結構交－直－交變頻器2）按電壓頻率控制方式分類（3）用PWM逆變器同時調壓調頻的交—直—交變頻器7.3交流異步電機的變頻調速系統287.3.2變頻器的結構類型及原理2、變頻器的基本結構交－交變頻器圖7-12三相交—交變頻器，由三組可逆整流器組成。如圖7-12所示。變頻器中單相主電路：與晶閘管直流可逆拖動的主電路相同，由兩組反并聯的晶閘管相控變流器組成的。7.3交流異步電機的變頻調速系統297.3.2變頻器的結構類型及原理2、變頻器的基本結構交－交變頻器1）工作原理圖由兩組可控整流裝置反向并聯組成。2）變頻器輸出電壓U0U0的幅值——由各組整流器的控制角控制。U0的頻率——由正反兩組整流器的切換頻率f

控制。正組通反組通7.3交流異步電機的變頻調速系統307.3.2變頻器的結構類型及原理2、變頻器的基本結構交－交變頻器1）工作原理圖由兩組可控整流裝置反向并聯組成。2）變頻器輸出電壓U0U0的波形正組通反組通若控制角為定值，U0為方波。若

按正弦波調制，U0為正弦波輸出。7.3交流異步電機的變頻調速系統317.3.3變頻器的應用特點1）交－直－交變頻器（1）技術原理可直接引用成熟的直流可逆調速技術和經驗。（2）變頻器多一個中間直流環節，轉換效率低，但輸出交流電的頻率可任意。（3）功率因數高、諧波極低，對電網的不良影響小；（4）系統較復雜、占地面積大；（5）過載能力低。適用范圍：主要是中小功率、轉速較高、負載較平穩的場合。7.3交流異步電機的變頻調速系統327.3.3變頻器的應用特點2）交－交變頻器（1）技術原理可直接引用成熟的直流可逆調速技術和經驗。（2）每相對應一套正反可控硅橋，元器件數量較多；（3）輸出電流近似于三相正弦，附加損耗小，轉矩脈動小。（4）輸出電壓基于電源波形的區段組成，其輸出頻率不能高于電網頻率的1/3～1/2。當電源頻率為50Hz時，最大頻率不超過20Hz。（5）驅動電機屬普通電機，價格便宜，但是轉速低。適用范圍：大功率(500kw或1000kw以上)、低速(600r/min以下)的場合，如扎鋼機、球磨機、水泥回轉窯等。7.4電磁轉差離合器調速系統337.4.1調速系統的組成及原理1、調速系統的組成由三部分組成：如圖7-22所示1）籠型異步電動機2）電磁轉差離合器3）可控硅整流電源7.4電磁轉差離合器調速系統347.4.1調速系統的組成及原理2、轉差離合器的結構原理1）轉差離合器的結構組成（1）主動部分，由鐵磁材料制成的圓筒，稱為電樞。由籠型轉子異步電動機帶動，以恒速n1旋轉。（2）從動部分，由鐵磁材料制成，稱為磁極。在磁極上裝有勵磁繞組3，繞組與磁極的組合稱為感應子。感應子與生產機械連接，驅動其以轉速n2運行。7.4電磁轉差離合器調速系統357.4.1調速系統的組成及原理2、轉差離合器的結構原理2）轉差離合器的工作原理設，電樞1的轉速為n1；

磁極2的轉速為n2；轉速差為啟動時，電樞以恒速n1逆時針旋轉，n2=0；磁極2的受反力矩7.4電磁轉差離合器調速系統367.4.1調速系統的組成及原理2、轉差離合器的結構原理2）轉差離合器的工作原理作用原理：電磁感應和電磁力定律運行條件：小結7.4電磁轉差離合器調速系統377.4.2電磁轉差離合器的調速性能1、調速原理通過改變電磁離合器的勵磁繞組3的勵磁電流If來實現調速。離合器電磁力矩磁極的磁通量；系統運動學方程調速原理：當TL一定，式中，i1