2019年第5章 交流调压调速系统_图文.ppt.ppt
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绪论 交流调速概述 交流调速系统课件
7
交流调速系统概述
交流电动机调速系统的技术应用：
（1）风机、水泵、压缩机耗能占工业用电的40%，进 行变频、串级调速，可以节能。
（2）对电梯等垂直升降装置调速实现无级调速，运 行平稳、档次提高。
（3）纺织、造纸、印刷、烟草等各种生产机械，采 用交流无级变速，提高产品的质量和效率。
（4）钢铁企业轧钢、输料、通风等多种电气传动 设备上使用交流变频传动。
宽范围无级变速
5
交流调速系统概述
3.交流电动机调速系统的现状和发展趋势
交流电动机调速系统的目前水平：
（1）从中小容量等级发展到大容量、特大容量等级， 填补了直流调速系统留下的特大容量电机调速空白。
（2）交流调速系统已具备高的可靠性和长期连续运 行能力，能满足实际工况对可靠性要求高、长期不停机 检修等特殊要求。
交流调速系统概述
交流电动机调速系统
————交流调速装置+交流电动机
1.交流电动机调速系统的特点 2.交流电动机调速系统分类 3.交流电动机调速系统的发展趋势
1
交流调速系统概述
交流调速系统概述
交流调速系统概述
（6）在交流电动机的专属领域----风机泵 类负载拖动领域，调速就意味着节能。
2.交流电动机调速系统分类 由交流电动机的速度表达式 ：
（1）新型开关元件和储能元件的研制。 （2）最新控制思想、控制算法、控制技术不断应用 于交流调速产品。 （3）控制装置设计可靠性越来越高性能，不断解决 瞬时停电后的装置安全及恢复正常问题。 （4）高运算速度、高控制性能的微型计算机产品在 现代交流调速装置中不断应用，充分显示了现代控制手 段的优越性。 （5）进行大容量、特大容量等级的新型交流调速 动机技术研究。同时也在进行结构精巧的高效能、高精 度交流控制电机技术研究。
交流调速系统概述
交流电动机调速系统的技术应用：
（1）风机、水泵、压缩机耗能占工业用电的40%，进 行变频、串级调速，可以节能。
（2）对电梯等垂直升降装置调速实现无级调速，运 行平稳、档次提高。
（3）纺织、造纸、印刷、烟草等各种生产机械，采 用交流无级变速，提高产品的质量和效率。
（4）钢铁企业轧钢、输料、通风等多种电气传动 设备上使用交流变频传动。
宽范围无级变速
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交流调速系统概述
3.交流电动机调速系统的现状和发展趋势
交流电动机调速系统的目前水平：
（1）从中小容量等级发展到大容量、特大容量等级， 填补了直流调速系统留下的特大容量电机调速空白。
（2）交流调速系统已具备高的可靠性和长期连续运 行能力，能满足实际工况对可靠性要求高、长期不停机 检修等特殊要求。
交流调速系统概述
交流电动机调速系统
————交流调速装置+交流电动机
1.交流电动机调速系统的特点 2.交流电动机调速系统分类 3.交流电动机调速系统的发展趋势
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交流调速系统概述
交流调速系统概述
交流调速系统概述
（6）在交流电动机的专属领域----风机泵 类负载拖动领域，调速就意味着节能。
2.交流电动机调速系统分类 由交流电动机的速度表达式 ：
（1）新型开关元件和储能元件的研制。 （2）最新控制思想、控制算法、控制技术不断应用 于交流调速产品。 （3）控制装置设计可靠性越来越高性能，不断解决 瞬时停电后的装置安全及恢复正常问题。 （4）高运算速度、高控制性能的微型计算机产品在 现代交流调速装置中不断应用，充分显示了现代控制手 段的优越性。 （5）进行大容量、特大容量等级的新型交流调速 动机技术研究。同时也在进行结构精巧的高效能、高精 度交流控制电机技术研究。
第五章-交流调压调速系统和串级调速系统
Te U
2 1
交直流调速系统
•最大转矩公式 将（5-1）对s求导，并令dTe/ds=0，可求出 对应于最大转矩时的静差率和最大转矩
sm
' R2 2 2 R1 1 ( Ll1 L'l 2 ) 2
2 3npU1
（5-2）
Te max
R R 2 2 ( L L' ) 2 21 1 1 1 l1 l2
交直流调速系统
5、1
交流调速系统的分类
变极 有级调速 变频
1、异步电动机交流调速方式
调压
60 f1 n (1 S )n1 (1 S ) p
串电阻
电磁转差离合器
串级 根据转速公式可归纳出三类调速方法（原始的分类方法）：
变极对数p的调速、变电源频率f1调速及变转差率s调速。
交直流调速系统
科学分类方法（根据对转差功率的处理方法分类）分为三类： （1）转差功率消耗型调速系统：转差功率全部转化成热能 而被消耗掉。 特点：系统的效率低，结构简单。调压调速、绕线式异步 电动机转子串电阻调速、电磁转差离合器调速系统属于此类。 （2）转差功率回馈型调速系统——转差功率的少部分被消 耗掉，大部分通过变流装臵回馈给电网或者转化为机械能予 以利用。 特点：效率高。串级调速属该类系统。
交直流调速系统
5.3 绕线式异步电动机串级调速系统
引言
转差功率的利用 众所周知，作为异步电动机，必然有转差 功率，要提高调速系统的效率，除了尽量减小转 差功率外，还可以考虑如何去利用它。 但要利用转差功率，就必须使异步电动机的 转子绕组有与外界实现电气联接的条件，显然笼 型电动机难以胜任，只有绕线转子电动机才能做 到。
《交流调速系统概述》课件
交流调速系统的作用和优势
1 提高生产效率
2 节能环保
交流调速系统能根据生产工艺的需要精确调节电 机的转速，提高生产线的效率和生产质量。
通过控制电机的运行速度，交流调速系统能够实 现能源的节约和环境保护。
3 减少维护成本4 提源自自动化水平交流调速系统的运行稳定可靠，能够延长电机的 使用寿命，并减少维护和维修的成本。
对交流调速系统进行负载试 验，确认其运行稳定性和负 载能力。
交流调速系统的运行维护
1
定期检查
定期检查交流调速系统的各个组成部分，确保其正常运行。
2
润滑维护
对传动装置等关键部件进行润滑维护，延长使用寿命。
3
故障处理
及时排除交流调速系统的故障，保证生产线的正常运行。
交流调速系统的故障排除
1 检查电源
交流调速系统的基本组成部分
电机
交流调速系统中的核心组件，负责转动机械装置。
传感器
用于监测电机和机械装置的运行状态，并反馈给调 速器。
调速器
控制电机的转速，实现精确的调速功能。
控制电路
通过控制电压和频率，调节电机的运行速度。
交流调速系统的工作原理
交流调速系统基于电机的磁通变化原理，通过改变电压和频率以及电机的转 子电流，控制电机的转速。
交流调速系统与自动化控制系统的结合，实现了 工业生产的高度自动化和智能化。
交流调速系统的应用场景
工业生产线
交流调速系统广泛应用于各类工业 生产线，提高生产效率和质量。
输送带
交流调速系统可以实现输送带的平 稳运行，节约能源。
电梯
交流调速系统可控制电梯运行速度， 提高安全性和舒适度。
风电场
交流调速系统在风电场中用于调节 风力发电机组的转速，提高发电效 率。
交流调速系统..课件
VS
详细描述
模糊控制策略通过将专家的知识和经验转 化为模糊规则，对系统的输入和输出进行 模糊化处理，并根据模糊逻辑进行决策。 这种控制策略能够处理不确定性和非线性 问题，但可能存在计算量大和鲁棒性不足 的问题。
控制策略的比较与选择
总结词
根据系统特性和应用需求，选择合适的控制 策略。
详细描述
在交流调速系统的实际应用中，需要根据电 机的类型、系统的性能要求、控制精度和动 态响应等要求，选择合适的控制策略。同时 ，需要对各种控制策略的优缺点进行比较， 以实现最佳的控制效果。
系统维护保养与故障排除
故障诊断
根据故障现象，分析可能的原因。
故障排除
根据诊断结果，采取相应措施排除故障。
预防措施
对故障进行分析，采取预防措施，避免类似故障再次发生。
系统性能测试与评估
要点一
转速控制精度
测试系统转速控制的准确性。
要点二
调速范围
测试系统调速范围是否满足要求。
系统性能测试与评估
• 稳定性：测试系统在各种工况下的稳定性。
02
交流调速系统的种类与特点
变频器调速系统
01
02
03
种类
交-直-交变频器、交-交变 频器
特点
调速范围宽、动态响应快 、运行效率高、节能效果 好、易于实现自动控制和 过程控制
应用领域
广泛应用于各行业的风机 、水泵、压缩机等通用机 械的调速和节能运行
串级调速系统
工作原理
通过改变电机转子回路电 阻来调节电机转子电流， 进而改变电机转速
行。
系统软件设计
控制算法选择
选择适合的控制系统算法，如PID控制、模 糊控制等。
软件架构设计
第5章交流调压调速和串级调速汇总
3． 变频调速 通过改变异步机的定子频率即可改变同步转 速，从而达到调速的目的。 特点：效率高、调速性能好，可实现无级调速， 但调速装置成本较高，调速原理较复杂。 对于同步机采用变频调速尤为重要，因为同步机 没有转差，只有变频。
按照交流异步电动机的原理，从定子传入转子 的电磁功率Pm可分为两部分： ① Pmech=(1-s)Pm是拖动负载的有效功率，称 为机械功率； ② Ps=sPm是传输给转子电路的转差功率，与 转差率成正比。 从能量转换的角度看，转差功率是否增大，是 消耗掉还是得到回收，是评价调速系统效率高 低的标志。
（4）电磁转差离合器调速 调速系统有异步电机、电磁离合器和晶闸管整 流电源组成。用晶闸管整流电源为电磁离合器 提供直流励磁。用电磁离合器作为电动机和机 械负载的联轴节，以电动机原动机，恒速运行， 当改变电磁离合器的励磁电流时，机械负载的 转速便发生了变化。通常将电磁离合器与电动 机做在一起，称为滑差电机。 特点：控制简单、运行可高，可实现无级调速， 但低速损耗大，效率低，系统响应慢。
5.1.2 交流调速技术的应用
交流调速系统在工业上的应用： （1）以节能为目的，改恒速为调速的交流系统 如由交流电动机拖动的水泵、风机、压缩机等 类负载，其用电量占工业总用电量的50%以上。 通过调速来改变风量或流量，节能效果将是非 常可观的。且风机、水泵对调速性能的要求并 不高，容易实现。
（2）高性能交流调速系统 80年代中后期，随着矢量控制技术的实用 化，使交流调速产品的性能达到了直流调 速的水平。从此，交流调速便步入了高性 能传动领域，如用于数控机床、机器人及 轧钢机等。
（2） 转子串电阻调速 在定子电压一定时，改变绕线式异步机转子的 外接电阻大小，从而达到转速调节的目的。 特点：简单方便，但效率低、调速性能差，且 为有级调速。
交流调速系统之调压调速_课件
异步电动机调压调速系统
设VT1的导通角为 ，则有约束条件：
将此约束条件代入电流表达式，得到由阻抗角和触发角计算 角的
方程式：
该方程为超越方程，难于求解，结果已被作成曲线，实用中可以
查曲线求 。
22
异步电动机调压调速系统
f (,)
对该曲线说明如下：
23
异步电动机调压调速系统
24
2）带零线的三相全波星形联接 调压电路
9
异步电动机调压调速系统
3）三相半控星形联接的调压电路
5）晶闸管三角形联接的调压电路
4）晶闸管与负载接成内三角形的 调压电路
10
异步电动机调压调速系统
二. 三相交流调压电路的工作原理
原理分析使用下图的三相全波星形连接调压电路：
* 触发脉冲要求：双脉冲或宽脉冲，与电源电压同步。
交流调速系统之调压调速_课件
交流调速系统之调压调速_课件
异步电动机调压调速系统
第一节 调压调速的原理与方法
一. 异步电动机调压调速原理 二. 异步电动机调压调速方法
3
异步电动机调压调速系统
一. 异步电动机调压调速原理
调压调速即通过调节通入异步电动机的三相交流电压大 小来调节转子转速的方法。
理论依据来自异步电动机的机械特性方程式：
因异步电动机的拖动转矩与供电电压的平方成正比，因 此降低供电电压，拖动转矩就减小，电机就会降到较低的运 行速度。
不同供电电压对应的机械特性曲线如图所示。图中垂直 虚线为恒转矩负载线，可以看出调压调速对于恒转矩负载， 调速范围很小（A-B-C），而对于风机类负载调速范围则较大 （F-E-D）。
4
异步电动机调压调速系统
16
异步电动机调压调速系统
第5章交流调压调速和串级调速
2．相位控制 通过控制晶闸管的导通角α，得到不同的电压 波形，如图5.2.7所示，从而起到调节电压的 作用。相位控制时输出电压较为准确，调速精 度较高，快速性好，低速时转速脉动较小，但 这种控制方式，会产生成分复杂的谐波，对电 网造成谐波污染，常用于中小功率、调速精度 与稳定性要求较高的场合。
5.2.3 调压调速系统的组成及特性 1．系统组成 采用普通异步电动机调压调速时，调速范围佷 窄，采用高转子电阻的力矩电动机时调速范围 是增大了，但机械特性却很软，当负载稍有波 动，就会引起很大的转速变化，难以实际使用， 因此对于恒转矩负载时，为提高机械特性硬度， 扩大调速范围，减少静差率，采用闭环控制。 带转速负反馈的闭环调压调速系统原理图如
5.1.1交流电机的调速方法及其分类 交流异步电动机的转速公式为：
60 f1 1 s n0 1 s n p
式中，f1为定子电压频率；p为极对数； s为转差率；n0为同步转速。
可见，交流异步电动机调速方法分为： 变频调速 变极对数调速 变转差率调速 其中变转差率的方法又可以通过调定子电 压、转子电阻、转差电压等方法实现。
（3）特大容量、极高转速的交流调速系统 直流电动机受换向器的限制，其容量转速积 不超过106KW· r/min。而交流电动机不受此限 制，其转速可达每分钟几万转。交流调速在高 速电梯上也有很好的应用实例。
（4） 取代热机、液力、气动控制的交流系统 世界石油资源的衰竭，环境污染促使交流电 动机车辆、电力机车牵引的发展。
系统组成： 转速调节器ASR、晶闸管调压装置、测速反 馈装置和异步电动机等组成。 改变给定 U * 的大小，就可改变电动机的转 n 速n。当由于某种因素使电动机的转速发生 变化，系统可自动进行调节以维持速度稳定。 理论上，只要有偏差存在，反馈闭环控制系 统就会自动地纠正偏差，使电动机的转速跟 随给定的变化。
交流调速系统
效率最高。 变极对数只能有极调速，应用场合有限。 变频调速最有发展前途
§6.2 闭环控制的交流变压调 速系统
异步电机模型
r1 I1 x1σ r2’ Im=-I2’
(1-s)r2’
x 2 σ’
rm
U1
xm
Im
s
异步电机模型
σ1r1
I1 r1 x 1σ rm xm
σ1x1σ
-I2’’ =I2’ / σ1
五.研究自动控制系统的方法
定性分析 建立数学模型 定量分析 对系统校正 工程实践
定性分析 建立数学模型
定性分析
对系统校正 满意？ Y 工程实践 N
六.本课程与其它课程的关系
先修课程 电机学、自控原理、电子技术 后续课程 计算机控制系统
六.本课程与其它课程的关系
主要内容 直流电机自动控制系统 交流电机自动控制系统
σ12r2’
σ12x2 σ’
σ12(1-s)r2’ s
U1
Im
σ 1=1+ x1σ /x2σ
异步电机机械特性
I
'' 2
U1
' r ( 1r1 12 2 ) 2 ( 1 x1 12 x2 ) 2 s
' r m1 pU12 2 s Tem r2' 2 ' 2 2f1[(r1 ) ( x1 1 x2 ) ] 1 s
降电压调整 电磁转差离合交调速 绕线转子异步电机转子串电阻调速
§6.1交流调速系统的基本类 型
2.转差功率回馈型 Ps一部分被消耗掉，大部分通过变流装置回 馈电网 或转化为机械能予以利用。
绕线转子异步电动机串级调速
§6.1交流调速系统的基本类 型
§6.2 闭环控制的交流变压调 速系统
异步电机模型
r1 I1 x1σ r2’ Im=-I2’
(1-s)r2’
x 2 σ’
rm
U1
xm
Im
s
异步电机模型
σ1r1
I1 r1 x 1σ rm xm
σ1x1σ
-I2’’ =I2’ / σ1
五.研究自动控制系统的方法
定性分析 建立数学模型 定量分析 对系统校正 工程实践
定性分析 建立数学模型
定性分析
对系统校正 满意？ Y 工程实践 N
六.本课程与其它课程的关系
先修课程 电机学、自控原理、电子技术 后续课程 计算机控制系统
六.本课程与其它课程的关系
主要内容 直流电机自动控制系统 交流电机自动控制系统
σ12r2’
σ12x2 σ’
σ12(1-s)r2’ s
U1
Im
σ 1=1+ x1σ /x2σ
异步电机机械特性
I
'' 2
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' r ( 1r1 12 2 ) 2 ( 1 x1 12 x2 ) 2 s
' r m1 pU12 2 s Tem r2' 2 ' 2 2f1[(r1 ) ( x1 1 x2 ) ] 1 s
降电压调整 电磁转差离合交调速 绕线转子异步电机转子串电阻调速
§6.1交流调速系统的基本类 型
2.转差功率回馈型 Ps一部分被消耗掉，大部分通过变流装置回 馈电网 或转化为机械能予以利用。
绕线转子异步电动机串级调速
§6.1交流调速系统的基本类 型
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