6.3 交流传动控制系统
交流传动控制系统

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。
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
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
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
第十二章 交流传动控制系统

• 二、交一直一交变频器的基本电路 • 交一直一交变频器是指变频器的电源由交流整 流为直流再逆变为所需频率的交流的控制系统。 • 交-直一交变频器的基本电路包括整流电路和 逆变电路,整流电路将工频交流电整流成直流 电,逆变电路再将直流电逆变为频率可调的交 流电。 • 据变频电源性质可分为电压型变频器和电流型 变频器。
• 关于无刷直流机及控制系统的内容,可参 考 • 1、《直流无刷电动机原理及应用》 张琛编著 机械工业工出版社 • 2、《同步电动机调速系统》 李志民、张遇杰编著 机械工业工出版社
• *我们希望类似直流电机那样,通过改变励磁电 流控制电机的速度,改变电枢最大允许电流来控 制电机的输出力矩,这是矢量控制的基本思路。 从力学上我们知道,一个力可以分解成两个或多 个分力,它们对物体的作用是等效的。如果类似 力的合成与分解,把电机的定子磁场与转子磁势 通过某些数学处理,建立一个正交的数学模型, 它的性能与原异步电机等效,则可以类似直流电 机那样分别对转速和力矩进行控制。异步电机的 矢量控制就是基于这一数学特征而设计的。 • 事实上,只要把直角坐标建立在转子上,随转子 一起旋转,把异步电机转、定子各物理量向这一 旋转坐标分解就可以把异步电机的转速和力矩进 行解耦。
• *图中,直流电源并联有大容量滤波电容器Cd。 由于电容两端电压不能突变,使得直流输出 电压具有电压源特性,内阻很小。这使逆变 器的交流电压被钳位为矩形波(因为电容两 端电压不能突变),与负载性质无关。交流 输出电流的波形与相位由负载功率因数决定。 在异步电动机变频调速系统中,这个大电容 同时又是缓冲负载无功功率的贮能元件。直 流回路电感Ld起限流作用,电感很小。 • 改变六只功率开关的导通顺序,可改变电机 的转向。
八、交-交变频器的特点:
交流传动机车的控制系统

第三节交流传动机车的控制系统对于铁路牵引,要求传动系统按照一定的控制方式(如恒力矩和恒功率)运行,同时又要不断地进行加速或减速。
为了保证机车牵引系统有较高的静态控制精度和动态稳定性,机车上通常采用闭环控制系统在任何一个传动系统中,速度和转矩值通常被认为是两个重要的被调量。
控制转矩,有两种方法:一种是由相关联的其它物理量作为给定信号,并检测这些量的实际值作为反馈信号(如电压、定子电流和转差频率),来有效地控制电机的转矩;另一种是利用检测的或计算的转矩作为反馈信号,与给定的转矩作比较,产生转矩调节器的输入信号,来直接控制传动系统的转矩。
前者已广泛的应用在各种交流传动机车和动车组上;后者也称为直接力矩控制,它是迄今为止最佳的控制方法,已经在机车上采用。
交直交变频调速系统经过近十多年来的发展,出现了许多形式,例如,电压、频率协调控制的变频调速系统,转差频率控制的变频调速系统,谐振型变频调速系统,矢量控制的变频调速系统和直接转矩控制的变频调速系统等。
一、转差频率控制的交流传动系统目前,在铁路牵引的交流传动系统中,大都采用脉宽调制(PwM)逆变器,这种逆变器的特点在于:当控制系统给定电压***和频率***时,PWM信号生成单元控制逆变器的输出总能保证电动机气隙磁通******接近恒值,这就满足了关于恒磁通控制的要求。
根据****,转矩T 只取决**的值,如果系统能合适的控制**以及**随**的变化规律,就能使电动机按照要求的运行方式控制力矩。
如图***所示的系统控制结构,是已经在一些机车和动车组上采用的实例。
从基本特征来看,它是一种由电压型逆变器供电并具有电流反馈的转差闭环的双闭环控制系统。
从司机室送出的给定转矩**信号,一路通过**函数发生器产生给定的转差频率**,它与反馈的转速信号**相加得********(牵引)或想减得******(再生制动),确定了逆变器输出电压频率。
考虑到恒转矩对磁通****的要求,系统中设置了一个电压函数发生器,其函数关系为,***是考虑零速度附近对定子绕组压降的补偿。
交流传动控制系统

交流传动控制系统的历史与发展
早期的交流传动控制系统主要采用模拟电路和控制技术,随 着计算机技术和数字信号处理技术的不断发展,现代的交流 传动控制系统已经逐步实现数字化和智能化。
目前,交流传动控制系统正朝着高效率、高精度、高可靠性 和网络化方向发展,未来还将进一步融合人工智能、物联网 和云计算等先进技术,实现更加智能化和自动化的控制。
其他领域
总结词
除了上述领域外,交流传动控制系统还广泛 应用于电梯、压缩机、泵等机械设备中,提 高设备的运行效率和节能效果。
详细描述
在电梯中,交流传动控制系统用于控制电梯 的运行速度和平衡状态,提高电梯的安全性 和舒适度。在压缩机和泵等机械设备中,交 流传动控制系统可以实现精确的速度和压力
控制,提高设备的运行效率和节能效果。
02 交流传动控制系统的基本原理
CHAPTER
交流电机的工作原理
交流电机的基本结构
交流电机的调速原理
交流电机主要由定子和转子组成,通 过磁场相互作用实现能量的转换。
通过改变交流电的频率或相位,可以 改变旋转磁场的转速,从而实现对交 流电机的调速。
交流电机的旋转原理
当交流电通过定子绕组时,产生旋转 磁场,该磁场与转子相互作用,使转 子旋转。
维护保养
交流传动控制系统的维护保养相对复杂,需要专业技术人员进行 故障排查和维修。
对未来的展望
技术发展
随着电力电子技术和控制理论的不断进步,交流传动控制系统的性 能将得到进一步提升,实现更加精确、快速和智能的控制。
应用领域拓展
随着环保和节能要求的提高,交流传动控制系统将在更多领域得到 应用,如电动汽车、可再生能源等领域。
交流传动控制系统

Te Us UsN
Tst
Us_st
t
图4-10 软起动器的开环电压控制模式
-25-
当负载略重或静摩擦转矩较大时,可在电压控制模式 上添加突跳起动,即在刚起动时给电动机施加很高的电 压脉冲以缩短起动时间。有些软起动器还可同时设定两 种电压爬坡速率以适应变化的负载。
Te
Te
斜坡 2
Tst2
斜坡 1
86
交直流调速控制系统
昆明学院自动控制与机械工程学院
32 64 92
-1-
第4章 交流传动控制系统
-2-
主要内容
4.1 异步电动机的变压控制系统 4.2 交流异步电动机变压变频控制系统 4.3 绕线转子异步电动机双馈控制系统 4.4 交流同步电动机控制系统
-3-
本章要求
• 掌握异步电动机的变压调速方法 • 熟练掌握异步电动机的变压变频调速方法 • 了解绕线式转子异步电动机的双馈调速方法 • 熟练掌握同步电动机的调速方法
矩及其对应的转差率
smax
Rr
Rs2
2 s
Lls Llr
2
(4-10)
Temax
2
s
Rs
3npUs2
Rs2
2 s
LlsLlr
(4-11)
2
-11-
由式(4-10)和(4-11)可见,异步电动机变压调速时,
其电磁转矩Te及最大转矩Temax随定子电压Us下降成平方
比的下降,而最大转差率smax则保持不变。
Un* + Un
kP
1
TI TI s
s
Uc
Ks
Us
1+Ts s
K MA 1+Tm s
交流传动控制系统_6.

5
Zhengzhou University of Light Industry
2018/12/11
把上述等效关系用结构图的形式画出来,便
得到下图。从整体上看,输入为A,B,C三相电
压,输出为转速 ,是一台异步电机。从内部看,
经过3/2变换和同步旋转变换,变成一台由 im 和 it 输入,由 输出的直流电机。
np Jp
Te
图3-54 异步电动机矢量变换与电流解耦数学模型
22
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2018/12/11
按照图3-53的矢量控制系统原理结构图模仿 直流调速系统进行控制时,可设置磁链调节器 AR和转速调节器ASR分别控制r 和 ,如图 3-55所示。
2018/12/11
d r 1 Lm r ism dt Tr Tr Lm 0 (1 ) r ist Tr
2 dism Rs L2 R L usm Lm r r m r ism 1ist 2 dt Ls LrTr Ls Lr Ls
13
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2018/12/11
按转子磁链定向
现在 d 轴是沿着转子总磁链矢量的方向,并 称之为 M(Magnetization)轴,而 q 轴再逆时 针转90°,即垂直于转子总磁链矢量,称之为 T (Torque)轴。
这样的两相同步旋转坐标系就具体规定为 M, T 坐标系,即按转子磁链定向(Field Orientation)的坐标系。
8
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交流传动控制系统(变频器专题)

负载1 n0
T:电机力矩 负载2
同步机机械特性
n:电机转速
f:给电机供电的交流电频率 p:电机极对数
负载1
T:电机力矩 负载2
Page:10
Zhengzhou University of Light Industry
2020/7/24
变频器基础知识 —交流电气传动系统的发展历程
调速方式名称
控制对象
电力传动系统运动方程式
M
TT电 电机 机力 转矩 矩- -TT负 负载 载阻 转力 矩=J
dn dt
P电机功率=T电机转矩×N电机速度×K常数
T电机转矩
终端机械
T负载转矩
T电机转矩>T负载转矩---加速运行 T电机转矩<T负载转矩---减速运行 T电机转矩=T负载转矩---恒速运行
电机转矩控制性能是影响电气传动系统性能高低的最重要因素 加减速时间和电机转矩、负载转矩以及系统惯量有关
早 特点
变极调速
有级调速,系统简单,最多4段速
发
调压调速
交流异步电动机 无级调速,调速范围窄
电机最大出力能力下降,效率低
展
转子串电阻调速
系宽
间
变频调速
交流异步电动机 电机最大出力能力不变,效率高
交流同步电动机 系统复杂,性能好
可以和直流调速系统相媲美
晚
在变频器出现前同步电机无法实现调速功能,因此只能在定速传动领域使用 三相交流鼠笼电机尽管调速性能不佳,但其结构坚固、经久耐用且价格低廉
3
改善工作环境
有代表意义的行业或设备 风机、水泵、注塑机
机床、印刷、包装等生产线 电梯、中央空调
注:并不是所有的设备使用电气传动装置后都可以节能
交流传动及其控制系统— 第一章

特点: 1、恒转矩负 载下调速范围 增大,但静差 率太大; 2、在堵转转 矩下工作也不 会烧坏电机; 3、机械特性 软;
1.1 异步机调压调速的原理
四﹑调压调速方法
常用的调压调速方法主要有三种:自耦变压 器,饱和电抗器,晶闸管调压。
WWW
饱和电抗器
M
饱和电抗器是利用直流磁化 电流控制铁心的饱和程度,来改 变串接在定子回路中的交流电抗, 从而调节电机绕组上的电压。铁 心饱和时,交流电抗小,加在电机 定子上的电压高;不饱和时,交 流电抗大,因此加在定子上的电 压低,通过改变直流磁化电流,实 现调压调速。
根据调压调速闭环系统的原理,可画出 异步电机调压调速静态结构图
Un*
ASR uct
-TL KS u1 n=f(u1,Te) n
a
图中,Ks=u1/uct为晶闸转管速交负流反调馈压闭环器控和制触系发统装静置态结构图 的放大系数; a=un/n为转速反馈系数; ASR为采用PI调节器的转速调节器;
2.静特性
U1N时开环机械特性
如果系统所带负载TL在A点运 行,当负载增大引起转速下降时,
sn
Un1*时闭环机械特性
反馈控制作用能提高定子电压, 从而运行到一条新的机械特性,
0 n0
相应工作点为A’;同理当负载降低
时,反馈使得定子电压降低,对
n1*
应工作点为A”。将A,A’,A’’连接起 来,就得到闭环系统的静特性。
1.2 晶闸管三相交流调压电路
一、晶闸管调压调速原理
a.相位控制
晶闸管在每个电源电压
波形周期的选定时刻将
电机电源接通.不同的
控制角就可以得到不同 u
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闭环控制的变压调速系统
异步电动机调压调速时的损耗及容量限制
转差功率:传到转子上的电磁功率与转子轴上产生的机械功率之差 叫损耗功率,也叫转差功率。 由于旋转磁场和转子具有不同的速度,因此,转差功率为:
~380
50HZ
N
图3-7 变频器主电路结构图
1)可控整流调压,逆变变频 可控整流调压, 整流调压
整流
逆变
变压
变频
3) )
PWM
整
脉 宽
流
图 脉宽调制
交-交变频系统控制电路的框图
图中给定信号经电压/频率变换转换成与给定信号成 比例的脉冲信号,然后经环行分配器分频,依次形成相差 T/6、持续时间为T/3的选组脉冲。选组脉冲规定了什么时 间允许哪组晶闸管工作。与此同时,给定信号被变换成与 之相应的移相脉冲,从而决定每组晶闸管导通的次序及控 制角α的大小。移相脉冲与选组脉冲经逻辑电路确定了每 个晶闸管的导通时刻,低速时为了补偿定子的压降,引入 了函数发生器以适当提高电压。
Φ 1 1 1 1
故要保持Φ恒定, 故要保持 恒定,需要变频又变压 恒定
恒功率调速与恒转矩调速
交-直-交变频调速系统
在交-直-交变频调速系统,首先将电 网中的交流电整流成直流电,再通过逆 变器将直流电逆变为频率可调的交流电。
系统构成
• 系统中,晶闸管整流、移相触发电路、脉冲放大器、电压及 速度负反馈环节的电路和原理与直流调速系统相同。 • 脉冲发生器电路:将给定信号和反馈信号的差值变换为频率 与电压大小成正比的脉冲信号; • 环行计数器:实质是一个脉冲分配器,它把来自频率发生器 的脉冲6个(或12个)一组依次分配,经脉冲放大器后,顺序 触发逆变器的6只晶闸管来实现逆变。触发脉冲的频率(即逆 变电路输出电压的频率)与频率发生器的输出频率成正比。 • 频率/电压(F/V)变换器:是为了实现电压与频率的协调控 制。因为变频的同时需调压。频率/电压(F/V)变换器把脉 冲信号变换成与频率成正比的电压信号。 • 晶闸管整流电路和逆变电路:逆变器的输入电压是整流电路 的输出电压整流电路的输出电压发生变化时,逆变器输出交 流电压的正负峰值将随之发生变化。
6.3.3 异步电动机变频调速系统
N:转速
N=60F/P
F:频率 P:极对数
通过改变电动机定子供电频率以改变同步转 速来实现调速的。在调速过程中,从高速到低速都 可以保持有限的转差功率,因而,具有高效率、宽 范围和高精度的调速性能。可以认为,变频调速是 异步电动机调速最有发展前途的一种方法也是现在 使用的最多的调速方法。
6.3 交流电动机控制系统
由异步电动机电磁转矩和 机械特性方程可知,异步 电动机的输出转矩与定子 电压的平方成正比,因此, 改变异步电动机的定子电 压也就是改变电动机的转 矩及机械特性,从而实现 调速,这是一种比较简单 而方便的方法。
SR2U T =K 2 2 R2 + SX20) (
2
{nN }r / min
交流调压电路
(a)所示为共阴极全波整流电路,改变VS1和VS2 的控制角,即可在负载上获得可调的上正下负的 直流输出电压如右图所示。 (b)所示是将两个晶闸管改接成共阳极的接法,则 可获得下正上负的直流输出电压如右图所示。。
交流调压调频电路
• 如果将共阴极和共阳极两种整流线路综合起来,采用两组反并联 的可控整流电路,就构成了交流调压调频电路如图左图所示。 • 改变四个晶闸管的导通顺序和控制角的大小可得到不同频率和电 压的交流输出电压如右图所示。
正弦脉宽调制( 正弦脉宽调制(SPWM) )
单极性SPWM 单极性
单极性调制
双极性SPWM 双极性
双极性调制
双极性调制的死区及影响
双极性调制的死区及影响
交-交变频调速系统
交-交变频是直接将固定频率和电压的交流电变成 频率和电压均可调的交流电,而不经过中间直 流环节,故也称为直接变频。 交-交直接变频除了用于交流电动机调速外,也可 用于变频交流电源。如用直接变频器可以将单 相交流电变换为两相及三相交流电,亦可以将 高频电源变为低频电源等。
1. 交—直—交变频器基本结构 直 交变频器基本结构
整 流 器
滤 波 器
逆 变 器
图 交—直—交变频器主回路图 直 交变频器主回路图
2. 变频器主电路图
整流电路 滤波电路 KS 制动电路 P VD1 VD3 VD5 RS C1 D1 C2 RB V4 VD4 VD6 VD2 RC1、2 、 VB IB D4 D6 D2 V6 V2 D3 D5 V1 V3 V5 逆变电路
交--交变频特点
交-交变频调速与交-直-交变频调速 相比,其优点是:节省了换流环节,提 高了效率;在低频时波形较好,电动机 谐波损耗及转矩的脉动大大减小。其缺 点是:最高频率受电网频率的限制,且 主回路元件数量多。故一般适用于低速、 大容量的场合,如球磨机、矿井提升机、 电力机车及轧机的传动。
6.3.3.3 正弦脉宽调制(SPWM) 正弦脉宽调制( )
特点
晶闸管串级调速具有调速范围宽、效率高 (因转差功率可反馈电网)、便于向大 容量发展等优点,是很有发展前途的绕 线转子异步电动机的调速方法。它的应 用范围很广,适用于通风机负载,也适 用于恒转矩负载。其缺点是功率因素较 差。现采用电容补偿等措施,使功率因 素有所提高 ( 可以参照同步电动机的原 理理解) 理理解) 。
I2 =
SE 20 − E ad
2 2 R 2 + S 2 X 20
I2=0时S不等于0,所以其n0和 定子同步转速不同。
晶闸管串级调速与直流电动机 晶闸管整流调速相比
异步电动机的晶闸管串级调速与直流电动机晶闸管整流 调速相比,无论从机械特性上或者从动态特性上以及 调速系统组成上都有很多相似之处。 对于直流电动机,改变晶闸管的控制角以改变整流电压, 可改变电动机的转速(例如增加控制角,降低电压, 降低转速),而串级调速是通过改变晶闸管的逆变角 即逆变电压,从而改变转差率来调速的(例如逆变角 增加,转差率下降,转速上升)。因此,异步电动机 串级调速系统调节器参数的整定方法,也可以参考直 流晶闸管调速系统的方法。
2.三相交流 调压电路
三相交流调压电路的分析与单相电路的分析大同小异,但必须 注意它的特殊性。 1) 为保证输出电压对称并有相应的控制范围,首先要求触 发信号必须与交流电源有一致的相序和相位差。 2) 其次是在感性负载或小导通角情况下,为了确保晶闸管 可靠触发,如同三相全控桥式整流电路一样,要求采用控 制角大于60度的双脉冲或宽脉冲触发电路。
线绕式异步电动 机调速系统
转子电路串接电阻——电阻上消耗大量的能量, 速度越低损耗越大 转子电路串接电势——把电阻上的能量加以 利用,从而获得比较经济的运行效果。为了利用 这部分能量,在转子电路中增加了一套交流装置。 这样,就构成了由异步电动机和交流装置共同组 成的串级调速系统。
串级调速的一般原理
1.变频调速原理
~ 380V 50HZ
f = 0~ 500HZ
图 变频调速
• 变频调速 f • • 变极对数调速 P 变转差率电机软起动器功能。 ●智能电机保护器功能。 ●可编程继电输出功能。 ●其它附属功能: ○数字电流表、电压表、功率计功能。 ○故障信息存储(掉电不丢失)功能。 ( ) ○起动时间记忆、起动次数统计功能。 ○运行状态记忆,失电且再来电后自 动恢复功能。 ○0~20mA 实时电流(不受 CPU干预)输 出功能。 ○内置 RS232及 RS485通讯接口。 ○起动延时(0~999秒)、起动间隔延时 (0~999秒)、可编程输出延时(0~999秒)。
串级调速时的机械特性
串级调速时异步电动机的机械特 性与直流电动机的特性很相似。由特 性可知,若引入的附加电势愈大,则 n0愈小,即电动机的转速愈低。如果 Ead用负值代入,则可以得到当附加电 势与转子电势同相位时的机械特性。
I2 = E2
2 2 R2 + X 2
=
SE 2
2 2 R2 + S 2 X 20
• 理想空载转速和频率成正比,所以可以通过改变定子电 源频率改变速度,可以实现精确的无极调速,是交流调 速的发展方向。
f>f1>f2
变频调速的原理
变频须变压:
定子绕组电动势:E = 4.44 K N f Φ
1 1 1 1
U1 ≈E1 故 U1=KM f1 Φ
Φ = K U / f = 常数 故 U / f = 常数
Tn0 Tn0 n0 − n Tn Ps = P − Pm = − = = Pψ S ψ 9550 9550 9550 n0
1)转差功率的大小由转差率S决定; 2)这个转差功率,它将通过转子导体发热而消耗掉; 3)在调压调速中,如果工作在低速状态, S 将较大,即转差功率 很大,所以,这种调压调速方法不太适合于长期工作在低速的工 作机械,如要用于这种机械,电动机容量就要适当选择大一些。 4)如果负载具有转矩随转速降低而减小的特性(如通风机类型的 工作机械),则当向低速方向调速时转矩减小,电磁功率及输入 功率也减小,从而使转差功率较恒转矩负载时小得多。因此,定 子调压调速的方法特别适合于通风机及泵类等机械。
异步电动机的串级调速,就是在异步电动机转子电路内引 入附加电势Ead,以调节异步电动机的转速。引入电动势的方向, 可与转子电动势E2方向相同或相反,其频率则与转子频率相同。
系统框图
电动机的转子绕组端 接进一个不可控的整 流器,这样,为实现 调速而串入的附加电 势Ead 就可以采用可调 直流电源。当Ead=0时, 电动机在接近于额定 转速下运转,若改变 Ead 的大小就可以改变 电动机转速。