交流电动机及变频调速技术
交流电机变频调速原理与应用
异步电动机的“多功能控制器”。
3.风机、泵类的调速节能
风机、泵类的调速节能是调压调速系统应用得最多的领域之一。
3 异步电动机变频调速基础
变频调速时s变化很小,效率最高,性能也最好。
变频调速是异步电机交流调速系统的主流。
3.1 变频时的电压控制方式及控制特性
xK
1.变频的同时为什么要变压
r1
x1
②交交变频
电 动
鼠笼式转子
调压调速
机 感应电动机
交流调压
电压源型
常规意义 同步电动机
①变频调速,他控式
②变频调速,矢量控 制
①交直交变频 (整流+无源逆变) ②交交变频
①电流源型 ②电压源型
同 步
无换向器 电机
变频调速,自控式
电
动 机 无刷直流电动机 变频调速,自控式
开关磁阻电动机 变频调速,自控式
I1
定子每相电动势的有效值: E 14.44f1N 1kN 1 mU 1 U1
E1
x2
Im
xm
若f1↓,U1不变,则磁通Φm ↑ ,Im ↑ ↑ 。
rm
r2
I2 Er
若f1↑,U1不变,则磁通Φm↓,I不变时T ↓ 。
B m ,E1
结论:频率变化时,若不同时改变电压, 则会使电机的磁通 mN 大幅变化,这将使电机运行不正常甚至损坏电机,所以变频的
Ui
+
-
GT
U ct
+
TG
~ VVC
M 3~
Hale Waihona Puke 2.3 交流调压调速系统的制动
交调系统制动时,通常采用在定子绕组中通入直流电流(能耗制动)的方法。
交流电动机变频调速原理
交流电动机变频调速原理
交流电动机变频调速原理主要涉及到调整电源频率以改变电动机转速的技术。
它基于电动机的电压-频率特性,利用电力电
子器件对电源频率进行调节,从而控制电动机的转速。
在传统的交流电动机驱动系统中,电源频率是固定的,通常为50Hz或60Hz。
这种情况下,电动机的转速是由电源频率和电
动机的极数决定的。
而通过变频器对电源频率进行调节,可以使电源频率不再固定。
变频器一般由整流器、滤波器和逆变器三个部分组成。
整流器将交流电源转换为直流电源,滤波器用于平滑输出电流,逆变器将直流电源转换为可调的交流电源。
变频器能根据所需转速将直流电源转换为相应频率的交流电源供给电动机,并且能够根据实际负载情况实时调整输出频率。
通过改变电源频率,可以改变电动机的转速,实现调速功能。
变频调速具有以下优点:
1. 转速范围广:变频器可以实现广泛的转速调节,将电动机的转速从低速到高速进行连续调整。
2. 转速精度高:通过精确控制输出频率,可以实现对电动机转速的精准调控。
3. 节能高效:变频调速可以根据负载情况智能调整电源频率,减少能量损耗,提高能源利用效率。
4. 启停平稳:传统的交流电机启停频繁会对电机产生冲击,通过变频调速可以实现平稳启动和停止,减少冲击。
总之,交流电动机变频调速原理是通过变频器对电源频率进行调节,从而实现对电动机转速的精确控制。
它具有范围广、精度高、节能高效、启停平稳等优点,广泛应用于工业生产和能源节约领域。
单相交流电机 调速原理
单相交流电机调速原理
单相交流电机的调速原理主要包括以下几种方法:
1. 调节供电电压:通过调节电源的电压来改变电机的转速。
降低供电电压会使电机转速下降,增加供电电压则使转速增加。
但是这种方法只适用于感应电动机,对于复杂负载的单相电动机效果不佳。
2. 转子电阻调速:在单相感应电机的转子回路中加入一个可调节的电阻,通过改变电阻的大小来改变电机转速。
增加电阻会减小转矩,从而减小转速。
这种方法适用于无负载或轻负载的场景。
3. 相位移调速:通过改变电动机中的电流和电压的相位差来控制转速。
可以通过改变转子电阻、电容、电感等元件来实现相位差的调节,从而改变电机的转速。
这种方法主要适用于单相感应电动机。
4. 变频调速:使用变频器将电源频率变换为可调节的频率,并将其输入到电动机中,从而实现对转速的精确调节。
变频调速器能够提供稳定的输出电压和频率,适用范围广,可实现精确的转速控制。
通过以上不同的调速方法,可以根据实际需求选择合适的调速方案,实现单相交流电机的转速控制。
2-交流电机变频调速详解
以下情况要选用交流输出电抗器
变频器到电机线路超过100米(一般原则)
以下情况一般要选用制动单元和制动电阻 提升负载 频繁快速加减速 大惯量(自由停车需要1min以上,恒速运行电流小于加速电流的设备)
变频器选型—选型原则
使用通用变频器的行业和设备 使用矢量变频器的行业和设备
纺织绝大多数设备
冶金辅助风机水泵、辊道、高炉卷扬 石化用风机、泵、空压机 电梯门机、起重行走 供水 油田用风机、水泵、抽油机、空压机
多
0.4-315KW
EV1000 EV2000
TD3000 2.2-75KW TD3100 高 TD3300
高动态性能 动态性能好 总线设计 精确控制 网络化应用 行业专用
0.4-5.5KW
功 能
TD900
调速、通讯 操作简便
功能丰富 适用面广
高稳态性能
成 本
完整的功率段 行业专用
少
宽电压范围
元件化设计
R S T P1 (+) PB (-) U V
MOTOR
W
PE
POWER SUPPLY
制动电阻
工频电网输入 380V 3PH/220V 3PH
直流电抗器
三相交流电机
220V 1PH
变频器的构成—控制回路接口
接口类型 主要特点 主要功能
开关量输入
开关量输出 模拟量输入
无源输入,一般由变频 启/停变频器,接收编码器信号、多 器内部24V供电, 段速、外部故障等信号或指令
2.3 交流电机变频调速
•概 述
异步电机的变压变频调速系统一 般简称为变频调速系统。由于在调速 时转差功率不随转速而变化,调速范 围宽,无论是高速还是低速时效率都 较高,在采取一定的技术措施后能实 现高动态性能,可与直流调速系统媲 美。因此现在应用面很广,是本篇的 重点。
交流与直流电机-调速方法-分类-原理-优缺点-应用
交流与直流电机调速方法分类原理优缺点应用三相交流电机调速有哪些方法1 变极调速。
2变频调速。
3变转差率调速.。
三相交流电机有很多种。
1。
普通三相鼠笼式。
这种电机只能通过变频器改变电源频率和电压调速(F/U)。
2.三相绕线式电机,可以通过改变串接在转子线圈上的电阻改变电机的机械特性达到调速的目的。
这种方式常用在吊车上。
长时间工作大功率的绕线式电机调速不用电阻串接,因为电阻会消耗大量的电能。
通常是串可控硅,通过控制可控硅的导通角控制电流。
相当于改变回路中的电阻达到同上效果。
转子的电能经可控硅组整流后,再逆变送回电网。
这种方式称为串级调速。
配上好的调速控制柜,据说可以和直流电机调速相比美。
3.多极电机.这种电机有一组或多组绕组.通过改变接在接线合中的绕组引线接法,改变电机极数调速.最常见的4/2极电机用(角/双Y)接。
4.三相整流子电机。
这是一种很老式的调速电机,现在很用了。
这种电机结构复杂,它的转子和直流电机转子差不多,也有换向器,和电刷.通过机械机构改变电刷相对位置,改变转子组绕组的电动势改变电流而调速。
这种电机用的是三相流电,但是,严格上来说,其实它是直流机.原理是有点象串砺直流机。
5.滑差调速器。
这种方式其实不是改变电机转速。
而是改变和是电机轴相连的滑差离合器的离合度,改变离合器输出轴的转速来调速的.还有如,硅油离合器,磁粉离合器,等等,一此离合机械装置和三相电机配套,用来调速的方式。
严格上来说不算是三相电机的调还方式.但是很多教材常常把它们算作调速方式和一种。
直流电机的调速方法一是调节电枢电压,二是调节励磁电流,而常见的微型直流电机,其磁场都是固定的,不可调的永磁体,所以只好调节电枢电压,要说有那几种调节电枢电压方法,常用的一是可控硅调压法,再就是脉宽调制法(PWM)。
PWM的H型属于调压调速。
PWM的H桥只能实现大功率调速。
国内的超大功率调速还要依靠可控硅实现可控整流来实现直流电机的调压调速。
交流电动机变频调速技术的优势与经济性浅析
6) 行 噪 音低 。运 行频 率 下 降 至4 z 运 0H 左右 时 ,电机 的 运行 噪 音 明显 下 降 ,低 于 8 B,而 低 速运 行时 基本 上听不 到噪音 ,达 0d 到 6 B 5 以下 ,大 大降 低 了现场 的 噪音 污染 。 d 7) 动部 件 发热小 。由于 电机降 低速 度运行 以及工作 在 高效 转 率 区 ,电机 的温 升和 轴 承温 升 下 降 明显 。 电机 的前 后 轴承 的 温度 都 有相应 的下 降 ,延 长 了风机 系统 的使 用 寿命 。 8 )机 械损 耗小 。由于低 负 荷 下转 速降 低 ,减 少 了机 械部 分 的 磨 损 和振 动 。 风机 大修 周 期 延 长 ,可 大 大节 约检 修 费 用 。采 用液 力偶合器每年的维护费用约在5 万元左右,而采用变频器后 ,这项 费 用可 下降 为数 千元 左右 。
5 变频调速 技术在发电站 中的经济优势
变 频 调速 技 术 在发 电站 中 主要 用 于各 种 风机 和 水 泵 ,下 面 以 ( 转第 9页 ) 下 3
变 换 方 法 ,将 输人 的 _频 交流 电变换 成 为 频 率 和幅 值都 可 调 节 的 厂 交 流 电输 出到交 流 电动机 ,实现 交流 电动 机 的变 速运行 。 2 变频 调速方式
将 交流 电由固定 的5H S 频变换 为可 变频率 主要有 两种方式 : 0z E 1 直 接变 换方 式 。它 是通 过 可控 整流 和 可控 逆变 相结 合 ,将 ) 输入 的_ 频 电 流直 接 强制 转 化 为所 需 频 率 的交 流 输 ,因 而又 称 _ I = 为 “ 一 变频 ”方式 。 交 交 2)另一 种 称 为 间 接 变 换方 式 ,又 称 为 “ 一 交 变 频 ”方 交 直一 式 。它 是先 将 :频 交流 电输 入通 过 全控 ( r : 或半 控/ 控 )整流 变 换 不
交流电动机变频调速技术的发展
交流电动机变频调速技术的发展随着电力电子技术和控制理论的不断发展,交流电动机变频调速技术得到了广泛应用。
本文将介绍交流电动机变频调速技术的发展背景、基本原理、应用场景、案例分析以及交流讨论,以期读者能深入了解该技术的应用和发展前景。
交流电动机变频调速技术是一种通过改变电源频率来调节交流电动机转速的技术。
其基本原理基于交流电动机的转速与电源频率成正比关系,通过改变电源频率,可以实现对电动机转速的平滑调节。
目前,常见的交流电动机变频调速方法有直接电源变换型和间接电源变换型两种。
直接电源变换型是通过改变电源的频率和幅值来直接驱动电动机,而间接电源变换型则是通过先转换成直流,再通过逆变器转换成交流来驱动电动机。
两种方法各有优缺点,直接电源变换型具有高效率和快速响应特点,但需要使用昂贵的电力电子设备;而间接电源变换型虽然需要两级转换,但其控制精度高且成本较低。
交流电动机变频调速技术被广泛应用于各种领域。
在工业生产中,该技术用于驱动各种泵、风机、压缩机等设备,实现生产过程的自动化和节能;在交通运输业中,交流电动机变频调速技术用于驱动地铁、轻轨、动车等城市轨道交通车辆,提高运行效率和乘坐舒适度;在电力系统中,该技术用于调节负荷和功率因数,提高电网运行效率和稳定性;在环保领域,交流电动机变频调速技术用于驱动环保设备,如污水泵、除尘器等,实现环保工程的自动化和节能。
随着技术的不断发展,交流电动机变频调速技术的应用前景将更加广阔。
以地铁车辆为例,交流电动机变频调速技术被广泛应用于地铁电传动系统中。
通过使用该技术,地铁车辆能够根据运行需求自动调节速度和加速度,提高运行效率和乘坐舒适度。
同时,该技术还具有对电网的友好特性,能够实现能量的高效回馈,降低能源消耗。
在应用交流电动机变频调速技术时,有一些问题需要注意。
由于该技术的应用涉及到大量的电力电子设备,因此需要充分考虑其可靠性、稳定性和耐久性。
由于不同的应用场景对电动机的调速性能和节能效果有不同的要求,因此需要根据实际情况选择合适的变频器和控制系统。
交流电动机调速方法
交流电动机调速方法
交流电动机调速方法有多种,以下是常见的几种方法:
1. 变频调速:通过调节电动机供电频率,改变电动机转速来实现调速。
变频器可以根据负载情况和工艺要求,自动调整输出频率,从而控制电动机的转速。
2. 阻抗调速:通过改变电动机回路的阻抗,来改变电动机的转速。
常用的方法有电阻调速、自耦变压器调速和感性电压调速等。
3. 矢量控制:利用矢量控制技术,通过改变电动机的电流和电压矢量,来实现对电动机转速的控制。
矢量控制可以实现高精度、高动态性能的调速效果。
4. 直接转矩控制:通过测量电动机的转子位置和转子电流,直接计算出电机的转矩,从而实现对电机转速的控制。
直接转矩控制具有响应速度快、控制精度高的特点。
5. 恒定电压调速:在给电动机供电时保持恒定的电压,通过改变电动机的绕组电阻或连接不同的绕组,来改变电动机的转速。
选择适合的调速方法需要考虑到具体的应用场景、负载要求和经济效益等因素。
在实际应用中,可以根据需要采用单一的调速方法,也可以结合多种调速方法进行组合使用,以达到更好的调速效果。
交流异步电动机变频调速原理及特点
交流异步电动机变频调速原理及特点摘要:在交流异步电动机的各种调速方法中,变频调速因其调速性能好、效率高被公认为是异步电动机的一种比较理想调速方法,也是交流调速系统的主要发展方向。
下面就变频调速的基本原理与基本控制方式,分类与特点谈谈自己的理解.关键词:功率因数;恒转矩负载;恒功率负载;脉冲幅度调制方式;脉冲宽度调制方式一变频调速的基本原理与基本控制方式1.变频调速的基本原理根据异步电动机的转速表达式n=(1-s)60f/p可知,改变异步电动机的供电频率f,可以改变异步电动机的转速n,这就是变频调速的基本原理.由电机理论可知,三相异步电动机定子每相电动势E为:E=4.44fNQ.从该式可知,磁通Q是由E和f共同决定的.在电动机定子供电电压保持不变情况下,只改变频率f,将引起磁通Q的变化,可能出现励磁不足或励磁过强的现象.当频率f降低时,磁通将增加,这会引起磁路饱和,定子励磁电流上升,铁耗急剧增加,造成电动机功率因数和效率下降,这种情况是电机实际运行所不允许的;反之,当频率升高时,则磁通将减小,同样的转子电流下将使电机输出转矩下降,电动机的负载能力下降.因此,在变频调速时,应尽可能使电动机的磁通保持额定值不变,从而得到恒转矩的调速特性.而对于恒功率负载,因为P=Mn=定值,也就是说,对恒功率负载采用变频调速时,若满足电压与频率平方根的比值等定值,则电机的过载能力不变,但气隙磁通将发生变化;若满足电压与频率的比值等定值,则气隙磁通维持不变,但过载能力将发生变化.这说明变频调速特别适用恒转矩负载.2.变频调速的基本控制方式异步电动机的变频调速分为以下两种情况.即额定频率以下的恒磁通变频调速和额定频率以上的弱磁通变频调速.首先额定频率以下的恒磁通变频调速,这是从电机额定频率向下调速的情况.由于磁通与E/f成正比,故调节定子的供电频率f时,按比例调节定子的感应电动势E,即保持E/f=常数,可以实现恒磁通变频调速,这相当于直流电动机调压调速的情况,属于恒转矩调速方式.但是,由于定子感应电动势是无法直接测量和直接控制的,因此,只能直接调节的是外加的定子供电电压U.若忽略定子绕组阻抗压降,则U=E,因此可以采用U/f=常数的恒压比控制方式进行变频调速.在进行恒压比的变频调速时,当f较小时,由于U也较小,因而定子绕组阻抗压降相对较大,故不能保持磁通不变.因此,这种恒压比的变频调速只能保持磁通近似不变,实现近似的恒磁通变频调速,在这种情况下,可以采用专门电路,在低速时人为地适当提高定子电压,以补偿定子阻抗压降的影响,使磁通基本保持不变,实现恒磁通、恒转矩的变频调速。
交流电动机变频调速方法研究
交流电动机变频调速方法研究引言:随着现代工业的发展和对能源的节约要求,交流电动机的变频调速方法逐渐被广泛应用。
变频调速可以通过改变电动机的输入频率,调节转速和负载之间的匹配,实现低速大转矩或高速小转矩的工作要求。
本文将研究交流电动机变频调速的方法。
一、变频调速原理:1.原理概述:电动机电源频率=f,电源电压=V,电动机相数=φ输出转矩和转速之间的关系:T=k*M^n,其中k为系数,n为常数。
固定电源电压不变,改变电源频率f,可以调节转速M。
2.调速方案:a)正弦波PWM调制方案:根据输入的信号波形,生成与输入波形相同的输出波形,然后利用多级逆变器将输出电流波形进行滤波处理得到交流输出电压波形。
b)SPWM调制方案:通过多级逆变器将直流电压转换为交流电压,通过控制逆变器的开关管,实现输出电压的变化和频率的变化,从而改变电动机的转速。
c)SVPWM调制方案:通过控制多个开关管的占空比和触发时刻,可以产生更接近理想正弦波的输出波形,实现电动机的精确调节。
二、变频调速方法的优缺点:1.优点:a)可以实现宽范围内的调速,满足不同工况的要求。
b)调速精度高,可以实现恒定转矩和恒定功率控制,提高电动机的运行效率。
c)调速过程平稳,无冲击,减少机械零件磨损。
d)节能效果显著,可以节约电能消耗。
2.缺点:a)变频调速系统的成本较高,包括逆变器、滤波器、控制器等设备的成本较高。
b)变频设备对电网的污染较大,需要采取补偿措施。
c)变频设备的维护和保养要求高,需要定期检查和维修。
三、变频调速在实际应用中的问题及解决方案:1.变频调速系统的电磁干扰问题:变频调速设备会产生一定的高次谐波,对电网和其他设备产生干扰。
解决方案可以采用滤波器等装置来减少干扰。
2.变频调速系统的稳定性问题:变频调速系统存在潜在的震荡和共振问题,需要采取措施来保持系统的稳定。
3.变频调速系统的故障检测和维修问题:变频调速系统是复杂的电力系统,如果出现故障需要及时检测和维修。
交流电机调速方法【技巧】
大家知道交流电机如何调速吗?下面小编为大家简单介绍一下。
一、变极对数调速方法:改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速。
二、变频调速方法:使用变频器改变电动机定子电源的频率,从而改变其同步转速的调速方法。
三、串级调速方法:串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差,达到调速的目的。
大部分转差功率被串入的附加电势所吸收,再利用产生附加的装置,把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。
根据转差功率吸收利用方式,串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式,多采用晶闸管串级调速。
四、绕线式电动机转子串电阻调速方法:线式异步电动机转子串入附加电阻,使电动机的转差率加大,电动机在较低的转速下运行。
串入的电阻越大,电动机的转速越低。
此方法设备简单,控制方便,但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。
属有级调速,机械特性较软。
五、定子调压调速方法:改变电动机的定子电压时,从而获得不同转速。
由于电动机的转矩与电压平方成正比,因此最大转矩下降很多,其调速范围较小,使一般笼型电动机难以应用。
为了扩大调速范围,调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机,如专供调压调速用的力矩电动机,或者在绕线式电动机上串联频敏电阻。
扩展资料:额定转速n=60f/p(1-s)=同步转速N1(1-S)f电源频率p电机极对数s转差率1.利用变频器改变电源频率调速,调速范围大,稳定性平滑性较好,机械特性较硬。
就是加上额定负载转速下降得少。
属于无级调速。
适用于大部分三相鼠笼异步电动机。
2.改变磁极对数调速,属于有级调速,调速平滑度差,一般用于金属切削机床。
3.改变转差率调速。
(1)转子回路串电阻:用于交流绕线式异步电动机。
调速范围小,电阻要消耗功率,电机效率低。
一般用于起重机。
(2)改变电源电压调速,调速范围小,转矩随电压降大幅度下降,三相电机一般不用。
用于单相电机调速,如风扇。
(3)串级调速,实质就是就是转子引入附加电动势,改变它大小来调速。
变频调速技术及应用复习提纲
复习提纲1、根据公式,说明交流异步电动机和同步电动机调速的方法各有哪些?交流电机同步转速交流感应电机转速交流异步电动机调速的方法:(1)变频调速(2)变极调速(3)变转差率调速第一:改变感应电机的极对数p ,从而改变电动机的转速。
这种方法只能一级一级地调速,不能平滑调节,而且电机体积较大,接线复杂,电机运行性能较差; 第二:改变感应电机转差率s 。
绕线式感应电动机通过在转子中外加调速电阻,实现改变转差率,使得转速改变。
缺点是调速电阻需要消耗一定能量,绕线式电动机结构较复杂,适用于中小容量电动机;第三:改变电源频率f1。
通过改变电源频率来改变交流电动机转速。
是当前应用最广泛的交流调速技术。
既适用于同步电机,也适用于感应电机。
交流同步电机转速 只有变频调速根据交流异步电机的转速公式n=n1(1-s)=60f1/p(1-s)可知:交流异步电动机有以下三种基本调速方法:(1)改变定子极对数p 调速。
(2)改变电源频率f1调速。
(3)改变转差率s 调速。
()()116011=-=-f n n s s p1160=f n p 1160=f n p2、按电动机能量类型可将异步电机调速分为几种类型?(1)转差功率消耗型调速系统(2)转差功率馈送型调速系统(3)转差功率不变型调速系统3、现代交流调速系统由哪些部分组成?现代交流调速系统的组成4、目前应用最多、最广泛的交流调速方法是哪种?主要应用于哪些场合?变频调速:改变电源频率f1。
通过改变电源频率来改变交流电动机转速。
是当前应用最广泛的交流调速技术。
既适用于同步电机,也适用于感应电机。
5、叙述异步电动机工作原理、铭牌的意义、旋转方向等工作原理:三相交流异步电动机工作原理:(1)当三相异步电机接入三相交流电源时,三相定子绕组流过三相对称电流产生的三相磁动势(定子旋转磁动势)并产生旋转磁场。
(2)该旋转磁场与转子导体有相对切割运动,根据电磁感应原理,转子导体产生感应电动势并产生感应电流。
单片机控制的交流异步电机变频调速
单片机控制的交流异步电机变频调速摘要:单片机控制的变频调速系统设计思想是用转差频率进行控制。
通过改变程序来达到控制转速的目的。
本文用MCS-51系列的8051单片微型计算机和SA4828三相SPWM 产生器及少量的扩展外围芯片构成,充分发挥其控制电路简单、控制方式灵活、输出波形优点多的特点,实现三相异步电机变频调速的目的。
关键词:单片机;三相异步电机;变频调速1、交流三相异步电动机和变频调速技术介绍1.1 三相异步电动机 交流电动机,尤其是感应异步电动机,具有结构简单、价格低廉、坚固耐用、维护方便,可工作在恶劣的环境中等优点,在伺服驱动系统中越来越受到人们的关注。
1.2 变频调速技术 三相异步电动机的调速方法有三种:变极调速、改变转差率调速、变频调速。
其中变频调速具有很大优势,效率最高、性能最好、应用最广泛的是变频调速,它可以构成高动态性能的交流调速系统来取代直流调速系统,并且是交流调速的主要发展方向。
它的调速性能与可靠性不断完善,价格不断降低,特别是变频调速节能效果明显,而且易于实现自动化控制,所以交流电动机的变频调速刚反应用于工业行业。
目前变频器不但在传统的电力拖动系统中得到了广泛的应用,而且已扩展到了工业生产的所有领域,以及空调器、洗衣机、电冰箱等家电中。
2、三相异步电机的变频调速原理异步电动机的转速是取决于同步转速的:)1(0s n n -=式中: n ——电动机的转速,m/min0n ——电动机的同步转速,r/mins ——电动机的转差率 s=(n 1-n/)=△n/ n 1而同步转速则主要取决于频率p fn 60=式中:f——输入频率,Hzp——电动机的磁极对数由以上两式可知变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系:p sf n) 1(60-=由上式可知,在电动机磁极对数不变的情况下,通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。
当改变电动机定子电源的频率时,电动机的同步转速将随频率正比变化,于是转子转速将随之而变化,这种通过改变电源频率实现的速度调节称为变频调速。
变频技术的发展趋势及其应用
变频技术的发展趋势及其应用0 引言在工业生产及国计民生中电机的使用十分广泛,电机的传动方式通常分为直流电机传动及交流电机传动。
过去由于交流电机实现调速较困难或者某些调速方式低效不够理想,因而长期以来在调速领域大多使用直流电机,而交流电动机的优点在调速领域中未能得到发挥。
交流电动机的调速方式通常有下列三种。
1)变极调速是通过改变电动机定子绕组的接线方式以改变电机极数实现调速,这种调速方法是有级调速,不能平滑调速,而且只适用于鼠笼电动机。
2)改变电机转差率调速其中有通过改变电机转子回路的电阻进行调速,此种调速方式效率不高,且不经济。
其次是使用滑差调速电机进行调速,调速范围宽且能平滑调速,但这种调速装置结构复杂(通常由异步电机、滑差离合器与操纵装置三部分构成),滑差调速电机是在主电机转速恒定不变的情况下调节励磁实现调速的,即便输出转速很低,而主电机仍运行在额定转速,因此耗电较多,另外励磁与滑差部分也有效率问题与消耗问题。
较好的转差率调速方式是串级调速。
3)变频调速通过改变电机定子的供电频率,以改变电机的同步转速达到调速的目的,其调速性能优越,调速范围宽,能实现无级调速。
目前我国生产现场所使用的交流电动机大多为非调速型,其耗能十分惊人。
如使用变频调速,则可节约大量能源。
这对提高经济效益具有十分重要的意义。
1 变频调速技术的进展上世纪50年代末,由于晶闸管(SCR)的研究成功,电力电子器件开始运用于工业生产,可控整流直流调速便成了调速系统中的主力军。
但由于直流电机结构复杂,造价比交流电机高,直流电动机在运行中,炭刷接触产生炭粉而易引起环火,须经常保护,而且直流调速系统线路复杂,维修十分不便。
因而便促进了世界各国对交流调速技术的开发与研制。
20世纪80年代中期,随着第三代电力电子器件,如门极可关断晶闸管(GTO)、大功率晶体管(GTR)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等全控型电力电子器件的研制成功,与电力电子器件从电流驱动型到电压驱动型全控器件等的进展,日本等国已先后研制开发出了功率等级不一致的把操纵、驱动、检测、保护及功率输出集于一体的变频调速产品,如图1所示。
第五章 交流异步电动机调速及变频原理(第三版)
磁极对数 p 的改变,取决于电动机定子绕组的结
构和接线。通过改变定子绕组的接线,就可以改变电动
哪 里
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机的磁极对数。
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电动机的同步转速取决于磁场的极对数
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交直流调速系统
一、变极调速
电动机的同步转速取决于磁场的极对数
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磁极对数
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【知识目标】
1.了解交流电动机调速的3种基本方法。
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有
2.掌握通用变频器的基本结构及变频原理。充分理解和把握
逻 辑
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基频(额定频率)以下和基频以上两种情况下调频与调压协调
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控制特性。
有
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3.了解通用变频器的各种分类方法和控制方式。
动 化
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交直流调速系统
,
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交流与直流电机 调速方法 分类 原理 优缺点
交流与直流电机调速方法分类原理优缺点应用2010-02-24 17:46三相交流电机调速有哪些方法1 变极调速.2变频调速.3变转差率调速...三相交流电机有很多种。
1.普通三相鼠笼式。
这种电机只能通过变频器改变电源频率和电压调速(F/U)。
2.三相绕线式电机,可以通过改变串接在转子线圈上的电阻改变电机的机械特性达到调速的目的。
这种方式常用在吊车上。
长时间工作大功率的绕线式电机调速不用电阻串接,因为电阻会消耗大量的电能。
通常是串可控硅,通过控制可控硅的导通角控制电流。
相当于改变回路中的电阻达到同上效果。
转子的电能经可控硅组整流后,再逆变送回电网。
这种方式称为串级调速。
配上好的调速控制柜,据说可以和直流电机调速相比美。
3.多极电机。
这种电机有一组或多组绕组。
通过改变接在接线合中的绕组引线接法,改变电机极数调速。
最常见的4/2极电机用(角/双Y)接。
4.三相整流子电机。
这是一种很老式的调速电机,现在很用了。
这种电机结构复杂,它的转子和直流电机转子差不多,也有换向器,和电刷。
通过机械机构改变电刷相对位置,改变转子组绕组的电动势改变电流而调速。
这种电机用的是三相流电,但是,严格上来说,其实它是直流机。
原理是有点象串砺直流机。
5.滑差调速器。
这种方式其实不是改变电机转速。
而是改变和是电机轴相连的滑差离合器的离合度,改变离合器输出轴的转速来调速的。
还有如,硅油离合器,磁粉离合器,等等,一此离合机械装置和三相电机配套,用来调速的方式。
严格上来说不算是三相电机的调还方式。
但是很多教材常常把它们算作调速方式和一种。
直流电机的调速方法一是调节电枢电压,二是调节励磁电流,而常见的微型直流电机,其磁场都是固定的,不可调的永磁体,所以只好调节电枢电压,要说有那几种调节电枢电压方法,常用的一是可控硅调压法,再就是脉宽调制法(PWM)。
PWM的H型属于调压调速。
PWM的H桥只能实现大功率调速。
国内的超大功率调速还要依靠可控硅实现可控整流来实现直流电机的调压调速。
变频技术原理-交流电动机的调速
谢谢大家!
交流调速系统认识-异步电动机的调速
• (3)调压调速
• 如图所示,当定子电压降低时(U2 <U1 <UN), 电动机的同步转速和临界转差率均不变,而最大电磁 转矩和启动转矩随电压平方关系减小。 对于通风机类负载,电动机在全段机械特性上都能稳定运
行。如图,在不同电压下的稳定工作点分别为C、D、E,所 以,改变定子电压可以获得较低的稳定运行速度。
总评:无极调速,调速范围广、速度调节连续性、平滑性好,调速机械特性无改变,调 速性能优良,应用方法。
交流调速系统认识-异步电动机的调速
• 变极调速
• 由电机学原理可知,只有定子和转子具有相同的极数 时,电动机才具有恒定的电磁转矩。由于鼠笼式异步电 动机的转子极数能自动地跟随定子极数的变化,所以变 极对数调速只能用于鼠笼式电动机。 • 电动机的同步转速反比于于磁场的极对数。而磁极对 数 p 的改变,取决于电动机定子绕组的结构和接线。通 过改变定子绕组的接线,就可以改变电动机的磁极对数。
知识目标
能力目标
思政目标
交流调速系统认识-异步电动机的调速
• 交流电动机的工作原理:交流异步电动机、交流同步电动机 视频解读
• 了解被控对象是我们实现控制它的关键第一步
• 交流电动机调速原理
• 根据电机学原理可知:
n 60 f1 (1 s) p
n1
60 f1 p
• 交流异步电动机的转速n与供电电流调速系统认识-异步电动机的调速
变极调速
当将两个半相绕组的连接方式改变,如图3-34左图, 进行反向串联或反向并联时,使其中的一个半相绕组a2、 x2中电流反向,此时定子绕组便产生2极磁场,如图3-34 右图所示。
交流电动机及变频调速技术
fs 交流电动机及变频调速技术周国兴教授DIN ISO 0001交流电动机及变频调速技术周国兴教授第一章交流电动机与电力拖动基础知识第一节交流电机的工作原理--- 异步电动机和同步电动机•三相异步电动机U a①三相交流电U bU c=>三相对称绕组;:i c图1异步电动机旋转速度为:当f 50 Hz60 fn iPp 1 n iP 2 n iP 3n i3000转/分1500转/分1000转/分旋转方向由A,B,C相序而变。
②表示为鼠笼,感应出电势e2=BLv,方向右手定则判断。
f i2 f F BLi2(左手),产生力矩使转子跟随旋转磁场方向,旋转速度为n2 n1,所以叫异步电机。
若n2 n i,e 0,i2 0,就没有力矩了。
所以n2 n1,n= n1 n2转差率: n j n2sn i100%,如1000 96010004%.三相同步电机定子与异步电机一样为三相对称绕组。
i a山f旋转磁场①山图2 转子为直流励磁的电磁铁。
如图示:因此,转子就跟随定子旋转磁场,以同样的速度n1旋转,所以叫同步电动机。
这种转子励磁的同步电机,目前主要用于发电机,及大功率的同步电动机。
目前有一种转子为永■A⑷怏哀而衆磁同步电机图3这种电动机定子与异步电动机一样,只是将转子表面贴有(或嵌有)永磁铁(铷铁硼)。
因此,转子就没有滑环和电刷了。
见图3。
因为同步电动机的特性好,再加上永磁的磁场可以设计得较高,因此同步电动机的功率密度可以做得较大。
也就是同容量的永磁同步电动机比异步电动机小很多。
另外,可以做成多极,扁形,适宜制成低速大力矩的无齿轮系统,目前已广泛用于电梯。
如通力电梯中16极,P=8 , m n2 lOOr.p.m.所以f罟警13.03Hz(变频器输出)这样的电梯曳引机就没有齿轮箱了。
第二节交流异步电机的参数和机械特性图4等效电路图所以,异步电机有定子,转子和励磁共6个参数。
这些参数难以检测,而且是非线性的,又可能随时而变化,这就是异步电动机难以控制的原因。
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交流电动机及变频调速技术周国兴教授交流电动机及变频调速技术周国兴教授第一章 交流电动机与电力拖动基础知识第一节 交流电机的工作原理 -----异步电动机和同步电动机一.三相异步电动机旋转速度为:pfn 601=图1 异步电动机旋转方向由A,B,C 相序而变。
②表示为鼠笼,感应出电势 e 2=BL v,方向右手定则判断。
2i 2BLi F =(左手),产生力矩使转子跟随旋转磁场方向,旋转速度为12n n <,所以叫异步电机。
①三相交流电U aU b U c三相对称绕组a ib i ci 旋转磁场Φm当Hz f 50= 321===p p p分转分转分转/1000/1500/3000111===n n n若12n n =,02=e ,02=i ,就没有力矩了。
所以12n n <, = 21n n - 转差率:%100121⨯-=n n n s ,如%410009601000=-二.三相同步电机这种电动机定子与异步电动机一样,只是将转子表面贴有(或嵌有)永磁铁(铷铁硼)。
因此,转子就没有滑环和电刷了。
见图3。
因为同步电动机的特性好,再加上永磁的磁场可以设计得较高,因此同步电动机的功率密度可以做得较大。
也就是同容量的永磁同步电动机比异步电动机小很多。
另外,可以做成多极,扁形,适宜制成低速大力矩的无齿轮系统,目前已广泛用于电梯。
如 通力电梯中 16极,P=8 ,m p r n n ..10021==.n 定子与异步电机一样为三相对称绕组。
ai b i c i 旋转磁场Φm 转子为直流励磁的电磁铁。
如图示: 因此,转子就跟随定子旋转磁场,以同样的速度n1旋转,所以叫同步电动机。
这种转子励磁的同步电机,目前主要用于发电机,及大功率的同步电动机。
目前有一种转子为永磁的同步电动机,称为永磁同步电动机,在中小功率和伺服电机方面发展很有前途。
图3 图2所以 Hz n p f 03.1360100860.1=⨯==(变频器输出) 这样的电梯曳引机就没有齿轮箱了。
第二节 交流异步电机的参数和机械特性一.等值电路图4 等效电路图所以,异步电机有定子,转子和励磁共6个参数。
这些参数难以检测,而且是非线性的,又可能随时而变化,这就是异步电动机难以控制的原因。
几个公式:111111111Z I E x I j r I E U +-=++-= m m m m w f Z I jx r I E φ1100144.4)(==+=12sf f =(转子频率) '201I I I += 所以,当负载增加时,2n ↓,→s ↑→↑2E →↑2I →↑1I 产生足够力矩满足负载需要。
二.异步电动机的功率关系1.输入功率 1111cos 3ϕI U P =2.去掉:定子损耗 121·3r I 励磁损耗 m m r I ·32剩下电磁功率e P 通过感应传递到转子。
3.机械输出功率e P P =2 —— 减掉转子损耗。
一个电动机名牌上标明10KW ,即是轴上能输出额定功率10KW 。
其效率 η=12P P4.几个力学公式:① 功率:)(9550)(55.9602··kw Tnw Tn n T T P ====πω式中:T ……Nm ,n=转/分 或 )()()(975)(·)()(·9550kgm rpm n kw P Nm rpm n kw P T ==② 力矩平衡:dt dnGD T T f d ·3752=-,d T 电动机力矩,当 f d T T > 加速 fd T T = 恒速fd T T < 减速∴2)(375GDT T dtdnf d -=)(375)()(3751222f d f d T T n n GD T T nGD t --=-∆=∆ 根据上式,可以计算电动机的起、制动时间和加速、减速时间。
注意: 负载力矩f T 的⊕或与负载性质和工作状态有关。
三、异步电动机的机械特性()(T f n =的关系曲线)1.机械特性曲线上4个点的说明:点①同步转速点(即理想空载转速点);点②额定工作点或工作点; 点③最大力矩工作点(极限); 点④起动点,这时的力矩即为起动力矩;2. 21U T ∝,因此定子电压下降会造成力矩以平方 关系的下降3.起动点,电流很大,但Q T 并不大。
GD 2= GD 2d + GD 2f负载折算到电动机轴上的GD 2 f 一般情况下不知道,可以认为GD 2 f ≤GD 2d四.异步电动机调速方法:)1(60)1(11111S pf S n sn n n n n -=-=-=∆-=调速方法图5:异步机机械特性 4.m ax T 为最大力矩点,超过这一力矩电机就堵转 调极对数p ——双速,多速电动机调频率1f 平滑调速调转差率S (包括定子调压,转子调电阻),很少用了图6 变频调速五、电气制动方法① 电源反接制动(起重机上有用,制动电流很大,必须采取技术措施)② 回馈制动:1n n >,减速过程,车辆下坡,重物下放 。
如电梯上从6极绕组切换到24极绕组时, 回馈制动。
③ 能耗制动:定子绕组某两相突然送入直流电,形成电磁铁,转子的惯性使转子绕组中产生电流,产生制动力矩。
转子转速141n >(24极),发电状态 图7:回馈制动过程右手判定电势方向,左手判定力矩方向。
说明:转子感应电流产生的力矩是阻止转子的惯性速度的,所以很快制动减速,直到转子转速141n ≤。
(24极) 见图:用右手判断转子感应电势(电流)方向。
左手判断力矩为阻止电机转子原有的惯性运行方向,所以很快制动,能量消耗在转子电阻中。
rmp 1000rmp960rmp 240p 6p24nT 也叫直流制动准确停车第三节 同步电动机转子直流励磁式和转子永磁式两类一.励磁式同步电动机(为图2)定子为三相对称绕组,送入三相电流后产生旋转磁场,其转速为pfn 601=;转子因为是电磁铁,所以就跟随着定子旋转磁场转动,且12n n =,所以称同步电动机。
从矢量图上的几何关系,可知定子电流 s I 及其分量 s s sm I i θcos ·= s s st s i i θin ·= 转子励磁电流 f f fm i I θcos ·= f f ft i I θsin ·= 定子电流s i 与A 轴夹角 s f θθθλ++=, t ωθ= st ft i i -=s U 与s i 的夹角即为功率因数角ϕ,且s θϕ-=90。
因此我们可以在控制系统中,可以设定s i 的励磁分量sm i ,以调节ϕ角,即调节图8:能耗制动图9s sms I i 1cos -=θfsmR f I i i -=-1cos θ防止倒溜功率因数。
如希望sm i =0,即1cos =ϕ。
这就是励磁同步电动机至今在大型电力拖动系统中,还是有市场的原因之一,它一方面可以作功,同时也能调节功率因数。
同步电动机力矩st R m i C T ·φ=。
这就是同步电动机可用矢量变换的办法进行力矩控制的原理。
二.永磁式同步电动机(图3)目前常用的为铷铁硼(Nd.Fe.B )永磁材料,1983年制成这种材料。
全球85%的储量在中国,因此我国有发展永磁同步电机的有利条件。
我们要设法检测转子的位置⎰=dt ωθ。
然后希望s I 与d 轴,即与M 轴的夹角 90≈s θ,这样:0cos ·≈===s s m d sm I I I I θ,即定子电流没有励磁分量。
s s s Q st I I I I ≈==θsin ·,即定子电流完全为力矩分量。
∴s R m st R m I C I C T ··ψψ== 所以永磁同步电动机,必须有转子位置检测器。
随时检测到转子的位置⎰=dt ωθ。
然后控制定子电流矢量:θθsin )90cos(·s s a I I i -=+= 图10)120sin( --=θs b I i )240sin( --=θs c I i以这样的三相电流作为指令,组成一个电流跟踪型变频调速系统,如图11:从图11可见:这种自控式电流跟踪型正弦波永磁同步电机调速系统,有以下优点:1)、控制系统组成很简单,不用普通的PWM 形成器,而用电流跟踪的办法通过二位式调节器实现PWM 控制。
而且不需矢量控制这么复杂的坐标变换。
2)、电机轴上装转子位置检测器,检测转子永磁极的位置,然后指令变频器工作,使定子电流矢量s I 与转子位置夹角 9070→=s θ既不容易失步,又能产生较大的力矩,使动态性能大大提高。
3)、由于电机本身的特点,功率密度高,体积比同容量异步电机小30%左右,转子没有发热损耗,效率高10%,无滑环、可靠性也好。
图11:电流跟踪型正弦波永磁同步电机调速系直流控制PI 调节器4)、便于制成扁型多级结构,低速性能好,过载倍数大,宜于无齿轮直接转动。
5)、对电梯、起重类负荷,出现停电或超速时,只要把定子三相绕组自行短接,就能实现低速“溜车”,不会产生重大事故。
第二章 变频调速基本知识第一节 变频调速原理一、什么叫变频调速? )1(60s pfn -=,改变电源频率就能使电动机平滑调速,如6P 电机 50Hz n 1=1000rpm 25Hz n 1=500 rpm 5Hz n 1=100 rpm 1Hz n 1=20 rpm所以平滑调节电动机的供电频率,就能平滑调节其速度。
二、为什么变频调速能节能? 从图12可见,异步电动机的变频调速机械特性平行下移。
都工作在转差率S 很小的条件下,如6p 电机,频率从50Hz 调节到5Hz 转速从960rpm 下降到96rpm (恒转矩),他们的转差率%41009610010009601000=-=-=S ,n ∆都不大。
如果采用其它调速方法改变S ,如定子调压,从960rpm 调到96rpm 时%909.010009601000==-=S ,这时的rpm n 900961000=-=∆,因此转子感应很大的电压,形成很大的电流而发热。
图12:变频调速5Hz 运行在转差率s 很小的条件下三、怎样实现变频?工业用电频率一般为50Hz ,要得到一个频率可以连续调节的变频电源,过去曾使用变频发电机组。
随着技术的进步,现在都用大功率半导体开关器件来实现电子式变频,常用的是AC 1→DC →AC 2 模式,即交——直——交模式。
如单相变频电路,见图13开关管1、2和3、4,两组轮流导通,就把直流变成交变的方波。
这也就是交流了。
如果控制工作周期,也即可以改变输出频率。
图14为典型的三相桥式180°变频器(常用)图14 三相桥式180度变频器图13:单相变频原理图RtRUab图15 180°导通型变频器工作原理说明:① 180°导通型变频器,每管工作180°,6个管子互差60°依次触发导通。