《交流传动控制系统》PPT课件

2 π α
π
2
当控制角α从0到π变化时，输出电压有效值U0从U变到0。
对于反并联的两个晶闸管VT1和VT2 ，通常采用脉冲变压器将 控制极触发电路隔离，脉冲变压器一次侧绝缘耐压应能承受电
源电压。
5
精选课件ppt
（2）电感性负载
具有RL负载的单相交流调压电路如图6.2所示。设输入电压
u 2U，siαn为tV，T1并的设控负制载角对，电θ为源V频T率1的的导功通串角因，数则角这三 t个g 1角RL
27
精选课件ppt
6.2.4调压调速系统的组成与特性分析
2．应用举例 成套产品—KJF系列双向晶闸管调压调速装置介绍。 2)工作原理 (1)主电路 (2)控制电路 (3)移相触发电路
28
精选课件ppt
29
精选课件ppt
6.3.1 系统的组成和工作原理 电磁转差离合器调速系统见图6.19，由笼
24
6.2.4调压调速系统的组成与特性分析
1.转速闭环调压调速系统的组成及静特性
由上式可得：
精选课件ppt
式中n1—一异步电动机的同步转速。
根据异步电动机机械特性的实用表达式 T
2T m
Sm S
S Sm
当电动机在额定负载下运行时，转差率s很小，则
式(6.6)可近似为
T 2Tm S
Sm
S ≪ S m ，则
精选课件ppt
SSR交流固体继电器按开关方式分为：
电压过零导通型(简称过零型)
随机导通型(简称随机型)；
按输出开关元件分为：
双向可控硅输出型(普通型)
单向可控硅反并联型(增强型)；
按安装方式分为：
印刷线路板上用的针插式(自然冷却，不必带散热器)
固定在金属底板上的装置式(靠散热器冷却)；
精选课件ppt
图6.9交流电动机正、反转控制
a)分相电动机b)三相交流电动机
16
精选课件ppt
6.2.2 固态继电器交流移相调压器
3.固态继电器交流移相调压器
17
a)SX—JKA、TB-3A和6只单向可控硅组成的三相交流移相调压器
精选课件ppt
3. 固态继电器交流移相调压器
b)SX—JKT、TB-3A和3只双向可控硅组成的三相交流移相调压器 18
11
精选课件ppt
6.2.2 固态继电器交流移相调压器
1.固态继电器 固态继电器英文名称为Solid State Relay，简称SSR。
它是用半导体器件代替传统电接点作为切换装置的具有 继电器特性的无触点开关器件，单相SSR为四端有源器 件，其中两个输入控制端，两个输出端，输入输出之间 为光隔离， 输入端加上直流或脉冲信号到一定电流值后，输出端就 能从断态转变成通态。
主要不足： (1)通态压降大(管耗大，需相应散热措施)； (2)有断态漏电流，需要限制最小负载； (3)交/直流不能通用，且；触点组数少； (4)过电流、过电压及电压上升率、电流上升率等指标差。 13
SSR固体继电器用途
SSR固体继电器目前已广泛应用于计算机外围接口装置，电炉加 热恒温系统，数控机械，遥控系统、工业自动化装置、信号灯、 闪烁器、照明舞台灯光控制系统、仪器仪表、医疗器械、复印 机、自动洗衣机、 自动消防保安系统以及作为电网功网因素补 偿的电力电容切换开关等等，另外在化工、煤矿等需防爆、防 潮、防腐蚀场合中都有大量使用。
12
精选课件ppt
6.2.2固态继电器交流移相调压器
1.固态继电器
相对晶闸管，SSR具有如下优点： (1)固体继电器工作可靠，寿命长； (2)无噪声、无火花、无电磁干扰、抗干扰能力强； (3)体积小、耐冲击、耐振荡、防爆、防潮、防腐蚀； (4)开关速度快，能与TTL、DTL、HTL等逻辑电路兼容， 以微小的控制信号达到直接驱动大电流负载。
度之间的关系为
sin()sin()etg
当 一定时，θ与α的关系如图6.3的曲线所示，由式(6.3)
和图6.3可见：对电感性负载的单相交流调压，其控制角移
相范围应为 ≤α <π ，若α< ，则控 制器不能调压，只 能作简单开关用，图6.2的波形即为α> 的情形 。
6
精选课件ppt
带RL负载的单相交流调压电路及θ、φ和α的关系
14
另外输入端又有宽范围输入(DC3—32V)的恒流源型和串电阻限流型等。
2. 固态继电器工作原理
固态继电器SSR工作原理与晶闸管SCR相似。
精选课件ppt
图6.8是过零型/随机型SSR的输出波形图
a)电平控制
b)脉冲控制
15
固态继电器SSR在分相电动机与三相交流电动机正、反 转控制的应用实例
型异步电动机、电磁转差离合器和晶闸管励 磁电源及其控制部分组成。晶闸管直流励磁 电源功串较小，常用单相半波或全波晶闸管 电路控制转差离合器的励磁电流。
6.3 电磁转差离合器调速系统
30
精选课件ppt
6.3.1系统的组成和工作原理
电磁转差离合器由电枢和磁积极两部分组成，两者无机械联系，都可自由旋转。 电枢由电动机带动，称主动部分，磁极用联轴节与负载相联，称从动部分。当励 磁绕组通以直流电，电枢为电动机所拖动以恒速定向旋转时，在电枢中感应产生 涡流，涡流与磁极的磁场作用产生电磁力，形成的电磁转矩使磁极跟着电枢同方 向旋转。如负载恒定，则励磁电流大，磁场与电枢只有较小的转差率，就能产生 足够大的转矩带动负载，转速较高。反之，速度低。同样，如励磁电流恒定，负 载大则转违低。所以，改变励磁电流的大小即可实现对负载的调速。
6.4 晶闸管串级调速系统
35
精选课件ppt
6.4.1 串级调速的基本工作原理
绕线转子异步电动机，在转子回路中串入不同 数值的电阻RS，可以获得不同斜率的机械特性， 从而实现速度的调节。属于变转差率调速方法。 这种调速方法简单、方便。但存在如下缺点：
(1)调速是有级的，不平滑； (2)在深调速时机械特性很软，转速稳定性差； (3)转差功率PS转变为热能，消耗在电阻RS上， 效率低。且随着调速范围加大，转速愈低，转差 功率也愈大，当转差率S=0.5时，效率η<0.5。
1 分工的格局终于被打破。
目前，需要速度调节的应用，工程师一般 采用交流拖动控制系统。
精选课件ppt
目前，交流拖动控制系统的应用领域主要 有下述三个方面： 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 。
6.1 交流拖动控制系统的应用领域
n1——离合器主动部分转速； n2——离合器从动部分转速； T——离合器转矩； If——励磁电流； K——与离合器类型有关的系数。
32
精选课件ppt
电磁调速电动机机械特性
33
精选课件ppt
6.3.3 电磁调速电动机的优缺点及适用范围
主要优点是线路简单，运行可靠，价格低廉，对 电网，电机均无谐波影响。闭环控制时调速范围 达10：1，转速变化率在2%左右。
2
精选课件ppt
交流调压器是输出与输入频率相同而电压 不同的交流电压控制器，交流调压器的调节控 制方式可分为：
1）移相控制的交流调压器(单称交流移相调压 器)
2）通断比控制的交流调压器(简称交流通断控 制调压器)。
交流调压，晶闸管可以藉负载电流过零自
6然.关2 断调，压不需调另速加系换统流电路，所以电路结构简
Sm
S
在忽略定子电阻R1的条件下，可得到电动机的临界转矩为
3 pU 2
Tm
1
21 XK
25
式中Xk一一异步电动机的短路电抗。
6.2.4调压调速系统的组成与特性分析
将式(6.5)和式(6.8)代入式(6.7)得
精选课件ppt
式中
K=
3
pK
K2 2
SV
1XKSm
由式(6.9)可知，转速负反馈的加入使系统的静特性硬度大大 增加，而影响调速精度的主要因素是Kn、Kv、Ks，它们的选 择和直流系统是类似的。
缺点是转差损耗大，效率低，负载端速度损失较 大，额定转速仅为电动机同步转速的80％一85 ％，用低电阻端环的转差离合器时，其额定转速 可达95%。负载小时有一个失控区。
34
精选课件ppt
晶闸管串级调速系统是在绕线转子异步电动机转 子侧用大功率二极管或晶闸管，将转子的转差频率交 流电变为直流电，再用晶闸管逆变器将转子电流返回 电电源以改变电动机转速的一种调速方式。
单，调整方便。但其输出含有较严重的谐波分 3 量，对于加热炉、电光源、以及交流电动机、
电焊机等惯性较大的负载，谐波对工作的影响 较小，故交流调压多用于热或机械惯性较大的 负载功率调整。
精选课件ppt
6.2.1晶闸管交流移相调压器
1．单相相控调压
4
6.2.1晶闸管交流移相调压器
1．单相相控调压
(1)电阻性负载
精选课件ppt
c)SX—3JK TB-3 3
3.固态继电器交流移相调压器
器 组 成 的 三、 相 交 流和 移只 相固 调态 压继
19
器电精选课件ppt源自6.2.3 三相交流调压电源
图6.11为采用8031单片机作移相控制的三相交流调压电源接口电路 原理图。图中，过零检测器检测交流电源电压正过零信号，使从单 片机8031的P1.0、P1.1、P1.2输出的脉冲信号与品闸管主电路电源 同步。
36
精选课件ppt
6.4.1串级调速的基本工作原理
为了利用转差功率，可以采用 控制转子变量的调速方法，即 在电动机转子回路中串入与转 子电动势E2同频率的附加电动 势，通过改变幅值和相位来实 现调速。这样电动机在低速运 转时，转子中的转差功率PS仅 有小部分消耗在转子相电阻R2
上，而大部分（3 I 2 E f ）被串
精选课件ppt
直流传动系统，因其具有的高精度性，在 很长时间内占据了需要速度调节的大部分应 用领域。
但是，直流电动机因为具有电刷和换向器 因而必须经常检查维修，换向火花使它的应 用环境受到限制，换向能力也限制了直流电 动机的容量和速度等。
随着变流技术和计算机控制技术的发展，
第使调得速6章采 系交用统流新应传型运电而动力生控电，制子交系变直统换流器拖的动高按性调能速交性流能
31
6.3.2 电磁调速电动机的工作特性
一般情况下，电磁调速电动机的机械特性就是转差离合
器的机械特性。空载转速n0不变，随负载转矩增加，转速 下降较多，是软特性。励磁电流越小，特性越软，且在
TL<10%TN时，有一个失控区。这种机械特性可用如下的
经验公式表示：
T2
n2 n1 K
I
4 f
精选课件ppt
20
精选课件ppt
21
精选课件ppt
6.2.4 调压调速系统的组成与特性分析
三相交流异步电动机调压机械特性如图6.14
图6.14三相交流异步电动机 图6.15高阻值绕组线圈调压机械特性
22
精选课件ppt
6.2.4调压调速系统的组成与特性分析
1.转速闭环调压调速系统的组成及静特性
23
6.2.4调压调速系统的组成与特性分析
精选课件ppt
图6.1a)中,设输入电压为
u U m sin t2 U sin t
在电源正半周触发VT1，控制角为α1，在电源负半周触发VT2，
控制角为α2，若令α1=α2，则输出电压有效值为
U 0 [2π (2 U s int)2 d (t)]1 2 U [1 (π α s in 2 α )]1 2
三相交流移相调压器1负载星形连接双向开关三角形连接的电路及不同时刻各管导通状态见表10该电路线电流的有效值不遵守一般三相线性系统的关系而有11负载三角形连接三相交流调压电路图66中图a所用开关元件电流容量比图b小但如以每时刻均为两个元件导通时图a是负载各相单独接入到线电压的一相中去而图b是三相负载每时都接入列线电压上所以图b负载相电流的谐波成份小一些
1.转速闭环调压调速系统的组成及静特性
精选课件ppt
根据图2.17所示的结构框图可写出各环节的辅出量与输入量的关系
UC
K S (U
n
Un)
Ks——速度调节器静态放大倍数；
U 1 KVUC U n Knn
Kv——调压器放大倍数；
U1——调压器输出电压(电动机定子电压)； Kn——转速负反馈系数。
26
精选课件ppt
6.2.4调压调速系统的组成与特性分析
2．应用举例 成套产品—KJF系列双向晶闸管调压调速装置介绍。
1)主要技术指标 (1)控制对象：三相交流异步电动机(380V／ 50Hz)； (2)辅出功率：小于40kW； (3)调速范围：5：1，对力矩电机可达l0：11 (4)稳态精度：静态误差不大于2．5％～5％； (5)控制电压(0～8)V。
7
精选课件ppt
2．三相交流移相调压器
(1)负载星形连接
8
精选课件ppt
双向开关三角形连接的电路及不同时刻各管导通状态 见表
9
精选课件ppt
(2)负载三角形连接
该电路线电流的有效值不遵守一般三相线性系统的关系，而有
II 3Ip
10
精选课件ppt
负载三角形连接三相交流调压电路
图6.6中，图a)所用开关元件电流容量比图b)小，但如以每时 刻均为两个元件导通时图a)是负载各相单独接入到线电压的一 相中去，而图b)是三相负载每时都接入列线电压上，所以图b) 负载相电流的谐波成份小一些。