交流传动控制系统

（2）从动部分，由铁磁材料制成，称为磁极。在磁极上装有励磁绕组3，绕组与磁极的组合称为感应子。 感应子与生产机械连接，驱动其以转速n2运行。
7.4 电磁转差离合器调速系统
34
7.4.1调速系统的组成及原理 2、转差离合器的结构原理 2）转差离合器的工作原理 设，电枢1的转速为n1；
磁极2的转速为n2；
2、变频器的基本结构
交－交变频器 1）工作原理图 由两组可控整流装置反向并联组 成。
2）变频器输出电压U0 U0的波形 若控制角为定值，U0为方波。 若按正弦波调制，U0为正弦波输出。
U0
正组通 反组通
T
7.3交流异步电机的变频调速系统
30
7.3.3 变频器的应用特点
1）交－ 直－交变频器
（1）技术原理可直接引用成熟的直流可逆调速技术和经验。 （2）变频器多一个中间直流环节，转换效率低，但输出交流电的频率可任意。 （3）功率因数高、谐波极低，对电网的不良影响小； （4）系统较复杂、占地面积大； （5）过载能力低。 适用范围：主要是中小功率、转速较高、负载较平稳的场合。
7.2交流异步电机的变压调速系统
11
7.2.1 交流调压电路
2、晶闸管交流调压电路
2）三相交流闸管调压电路
如图7-2 由5对反并联晶闸管构成的三相异步电动机可逆和制动调压 电路；
正转运行：由晶闸管l～6控制；
7.2交流异步电机的变压调速系统
12
7.2.1 交流调压电路
2、晶闸管交流调压电路
2）三相交流闸管调压电路
3）转差功率不变型调速系统 采用同步转速调速，s 不变，转差功率不变；如第1类中的变极和变频调速。系统效率最高。
7.1 概述
8
7.1.3 交流传动控制系统的类型 2、调速系统的类型
本章主要介绍三种交流调速系统： ① 定子调压调速； ② 变频调速； ③ 转差离合器调速；
7.2交流异步电机的变压调速系统
转速差为
n n1 n2
启动时，电枢以恒速n1逆时针旋转，n2=0；
因n 0， 电枢1 i1 F
磁极2的受反力矩
T n2 (使磁极2转动)
n2与n1方向相同，但n n1 n2 0
7.4 电磁转差离合器调速系统
35
7.4.1调速系统的组成及原理 2、转差离合器的结构原理 2）转差离合器的工作原理 小结
2）交流传动系统
可分：交流异步和交流同步传动系统；
特点：电机结构简单、可靠、造价低；但电磁作用关系复杂；
随着电力电子技术的发展，交流电动机控制理论的突破，目前交流传动已成为电力传动的主要发 展方向。
7.1 概述
3
7.1.2 交流传动控制系统的应用领域
1、一般性能的节能调速和按工艺要求调速
1）用于传统的“不变速交流拖动”； 如：风机、水泵等通用机械，通过电机调速实现节能控制；
7.3交流异步电机的变频调速系统
22
7.3.2 变频器的结构类型及原理
2、变频器的基本结构 交－直－交变频器 1）按中间直流电路分类 采用电容器作为无功功率缓冲环节，称为电压型变频器；
特点：直流侧电压恒定，极性固定，不能实现回馈制动。
7.3交流异步电机的变频调速系统
23
7.3.2 变频器的结构类型及原理
2、变频器的基本结构 交－直－交变频器 1）按中间直流电路分类 采用电抗器作为无功功率缓冲环节，称为电流型变频器；
特点：直流侧电流恒定，极性可变，能实现回馈制动。
7.3交流异步电机的变频调速系统
24
7.3.2 变频器的结构类型及原理 2、变频器的基本结构 交－直－交变频器 2）按电压频率控制方式分类 （1）用可控整流器调压、逆变器调频的交—直—交变频器
运行条件： n n1 n2 0，有转差
7.3交流异步电机的变频调速系统
25
7.3.2 变频器的结构类型及原理 2、变频器的基本结构 交－直－交变频器 2）按电压频率控制方式分类 （2）用斩波器调压的交—直—交变频器
7.3交流异步电机的变频调速系统
26
7.3.2 变频器的结构类型及原理 2、变频器的基本结构 交－直－交变频器 2）按电压频率控制方式分类 （3）用PWM逆变器同时调压调频的交—直—交变频器
7.3交流异步电机的变频调速系统
20
7.3.2 变频器的结构类型及原理
1、变频器的基本类型
间接变频——将工频交流整流器直流逆变器可控频率的交流，又称为交－直－交变频。
直接变频——将工频交流一次变换为可控频率交流，没有中间直流环节，即所谓的交－交变 频。
7.3交流异步电机的变频调速系统
21
7.3.2 变频器的结构类型及原理 2、变频器的基本结构 交－直－交变频器
一般要求：启动电流Ist ≤ (2~3) IN； 电网电压波动率一般在10%以内；
调速系统——采用变电压调速，实现传动系统的软启动控制。
7.2交流异步电机的变压调速系统
18
7.2.3 变压调速控制系统的典型应用 2．轻载降压节能运行 电动机的运行效率为
P2 P2
P1 P2 p
式中，P1 —定子输入功率；P2 —转轴输出功率； p——总损耗；
7.1 概述
7
7.1.3 交流传动控制系统的类型 2、调速系统的类型
1）转差功率消耗型调速系统 采用转差率调速，而且转差功率全部转变成热能消耗在转子回路中，如上述第2类中的①、②、 ④三种方法，系统效率最低。
2）转差功率馈送型调速系统 采用转差率调速，但大部分转差功率能回馈利用，如上述第2类中的③转子串级调速。系统的效 率较高。
28
7.3.2 变频器的结构类型及原理
2、变频器的基本结构
交－交变频器 1）工作原理图 由两组可控整流装置反向并联组 成。
2）变频器输出电压U0 U0的幅值——由各组整流器的控制角控制。
U0的频率——由正反两组整流器的切换频率 f 控制。
U0
正组通 反组通
T
7.3交流异步电机的变频调速系统
29
7.3.2 变频器的结构类型及原理
7.1 概述
6
7.1.3 交流传动控制系统的类型
1、交流传动的调速方法 1）改变定子旋转磁场的速度n1
n
n1 (1
s)
60 f1 p
(1
s)
① 变极调速（改变磁极对数p）； ② 变频调速（改变电源频率f1 ）；
2）改变转差率s
① 定子调压调速；（改变定子电压U1） ② 转子串电阻调速；（改变R2）； ③ 绕线电机串级调速；（转子回路引入外加电势Uk） ④ 转差离合器调速；
第7章 交流传动控制系统
1
本章内容 7.1 概述 7.2 交流异步电动机的变压调速系统 7.3 交流异步电动机的变频调速系统 7.4 交流异步电动机的串级调速系统 7.5 电磁转差离合器调速系统
7.1 概述
2
7.1.1 机电传动系统的基本类型
1、系统组成
2、基本类型 1）直流传动系统
优点：调速性能好、控制方式简单； 缺点：电机结构复杂、容量及高速受限；
7.3交流异步电机的变频调速系统
27
7.3.2 变频器的结构类型及原理
2、变频器的基本结构
交－交变频器 三相交—交变频器，由三组可逆整 流器组成。 如图7-12所示。
变频器中单相主电路：
与晶闸管直流可逆拖动的主电路相同，由两组反并联的 晶闸管相控变流器组成的。
图7-12
7.3交流异步电机的变频调速系统
7.3交流异步电机的变频调速系统
31
7.3.3 变频器的应用特点
2）交－交变频器
（1）技术原理可直接引用成熟的直流可逆调速技术和经验。 （2）每相对应一套正反可控硅桥，元器件数量较多； （3）输出电流近似于三相正弦，附加损耗小，转矩脉动小。 （4）输出电压基于电源波形的区段组成，其输出频率不能高于电网频率的1/3～1/2。当电源频率为50Hz时， 最大频率不超过20Hz。 （5）驱动电机属普通电机，价格便宜，但是转速低。 适用范围：大功率(500kw或1000kw以上)、低速(600r/min以下)的场合，如扎钢机、球磨机、水泥回转窑等。
7.4 电磁转差离合器调速系统
32
7.4.1调速系统的组成及原理
1、调速系统的组成
由三部分组成：如图7-22所示 1）笼型异步电动机 2）电磁转差离合器 3）可控硅整流电源
7.4 电磁转差离合器调速系统
33
7.4.1调速系统的组成及原理
2、转差离合器的结构原理
1）转差离合器的结构组成
（1）主动部分，由铁磁材料制成的圆筒， 称为电枢。由笼型转子异步电动机带动，以 恒速n1旋转。
正转运行：由晶闸管l～6控制； 反转运行：由1，4和7～10提供逆相序电源，同时也可用于反接制动。
能耗制动：根据制动电路要求，选择几个晶闸管构成直流励磁电路。 如：可选1，2，6导通，其余关断，得半波直流电流；
7.2交流异步电机的变压调速系统
14
7.2.2 闭环控制的变压调速系统及其静特性 1、定子调压调速 基本原理：
T
K U12 f1
R22
sR2 (sX 20 )2
n1
60 f1 p
sm
2
R2 f1 LL 2
调频的基本方法
Tm
K
U12 f12
1
4 LL2
①
U1 f1
常数，f1
、U1
n1 、sm 、Tm 常数 称为恒转矩调速
② U1 U1N 常数、 f1 n1 、sm 、Tm 称为恒功率调速
控制原理
(U g U f ) Uc U1 (TLa , na ) 当U g一定， n na 一定
7.2交流异步电机的变压调速系统
17
7.2.3 变压调速控制系统的典型应用 1、软启动器
软启动概念： 可按规定的启动电流及加速度进行调速启动。
主要目的：降低启动电压，减小启动电流对电网的冲击；控制启动加速度，减小设备的 机械冲击，实现平滑启动；
2）代替一般生产机械的“直流调速”； ① 可降低系统成本、提供运行可靠性； ② 可满足特殊工作环境（如防爆）下的调速控制；
7.1 概述
4
7.1.2 交流传动控制系统的应用领域
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
随着电力电子技术的发展，交流电动机控制理论的突破，特别是大规模集成电路和计算机控制 的出现，使高性能交流调速系统应运而生。
主要应用：高精密数控加工设备、工业自动化及交通运输、军事装备等领域。
7.1 概述
5
7.1.2 交流传动控制系统的应用领域
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
直流电动机受换向能力限制，容量转速积不超过
106 kW r / min
交流电动机没有换向问题，因此特大容量的电力拖动设备，一般都采用交流调速系统。 如：厚板轧机、矿井卷扬机等大功率设备，以及高速磨头、离心机等高速运转设备。
如图7-2 由5对反并联晶闸管构成的三相异步电动机可逆和制动调压 电路；
正转运行：由晶闸管l～6控制； 反转运行：由1，4和7～10提供逆相序电源，同时也可用于反接制动。
7.2交流异步电机的变压调速系统
13
7.2.1 交流调压电路
2、晶闸管交流调压电路
2）三相交流闸管调压电路
如图7-2 由5对反并联晶闸管构成的三相异步电动机可逆和制动调压 电路；
T
K
U12 f1
R22
sR2 (sX 20 )2
当TL一定，U1 s n
定子调压调速——属于改变转差率 s 的调速
主要问题：调速范围小
sN s sm
普通异步电动机：
sm 0.15 ~ 0.2
7.2交流异步电机的变压调速系统
15
7.2.2 闭环控制的变压调速系统及其静特性
1、定子调压调速
9
7.2.1 交流调压电路
1、传统的定子调压方法
1）定子串带直流磁化绕组的饱和电抗器； 2）串自耦变压器调压；
7.2交流异步电机的变压调速系统
10
7.2.1 交流调压电路
2、晶闸管交流调压电路 1）单相交流晶闸管调压电路 如图7-1所示
a) 一对晶闸管反并联单相调压电路； b) 一个双向晶闸管单相调压电路；
提高调速范围的措施：
增大
sm
R2 X 20
1
① 采用高转差率的高阻笼形电动机
② 采用绕线电动机转子串电阻
主要缺点：速度稳定性差 提高稳定性的方法：采用速度反馈的闭环控制。
7.2交流异步电机的变压调速系统
16
7.2.2 闭环控制的变压调速系统及其静特性 2、带转速负反馈闭环控制的交流变压调速系统
晶闸管 调压电路
在额定工况下， P2大，p相对很小，效率较高N=0.75～0.95； 一般最大效率max发生在(0.7～1.Байду номын сангаас) P2N 的范围内；
轻载运行时， P2小，p相对较高， 很低； 采用轻载降压运行，可减小损耗p 达到节能运行；
7.3交流异步电机的变频调速系统
19
7.3.1 调频调速的基本方法
机械特性