交流調(diào)速控制系統(tǒng)

1、第第8章章 交流調(diào)速控制系統(tǒng)交流調(diào)速控制系統(tǒng)8.0 交流調(diào)速控制的概述交流調(diào)速控制的概述8.1 電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng) 8.2 線繞式異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)線繞式異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)8.3 鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)8.08.0交流調(diào)速系統(tǒng)的概述交流調(diào)速系統(tǒng)的概述1.1.感應(yīng)電機(jī)特點(diǎn)感應(yīng)電機(jī)特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用，價(jià)格低廉，易于高速化結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用，價(jià)格低廉，易于高速化和大容量化，但調(diào)速控制困難。和大容量化，但調(diào)速控制困難。2.2.感應(yīng)電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法感應(yīng)電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法 基本公式：基本公式：pfsnsnpfn/60)1 ()1 (/60

2、121ssssTTmmm2（機(jī)械特性簡(jiǎn)化表達(dá)式）（機(jī)械特性簡(jiǎn)化表達(dá)式）ememememsPPsTTPSRmITP)1 (1222221=電磁功率電磁功率 轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)差功率最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的臨界轉(zhuǎn)差率，與最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的臨界轉(zhuǎn)差率，與 成成正比，機(jī)械特性為非線性。正比，機(jī)械特性為非線性。2R221212)(XXRRSm 與與 無關(guān)無關(guān)1U)(23221211121XXRRpUTm與與 無關(guān)無關(guān)2R等值電路：等值電路： 耗能型耗能型（變轉(zhuǎn)差）（變轉(zhuǎn)差）斬波調(diào)速斬波調(diào)速轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速滑差離合器調(diào)速滑差離合器調(diào)速 高效型高效型（變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)調(diào)速）（變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)調(diào)速）變極調(diào)速變極調(diào)速變頻調(diào)速變頻調(diào)速串極

3、調(diào)速（雙饋調(diào)速）串極調(diào)速（雙饋調(diào)速）由以上的數(shù)學(xué)描述可看出：交流調(diào)速主要由以上的數(shù)學(xué)描述可看出：交流調(diào)速主要有有耗能型和高效型兩種耗能型和高效型兩種調(diào)速方法調(diào)速方法 。A A、滑差功率消耗型、滑差功率消耗型 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速（有級(jí)）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速（有級(jí)） 轉(zhuǎn)子斬波變阻調(diào)速（無級(jí)）轉(zhuǎn)子斬波變阻調(diào)速（無級(jí)） 調(diào)壓調(diào)速調(diào)壓調(diào)速 電磁滑差離合器調(diào)速電磁滑差離合器調(diào)速早期的實(shí)現(xiàn)方法：轉(zhuǎn)子整流，給直流電動(dòng)機(jī)供電，早期的實(shí)現(xiàn)方法：轉(zhuǎn)子整流，給直流電動(dòng)機(jī)供電，直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載；直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載；后來的實(shí)現(xiàn)方法：轉(zhuǎn)子整流，給直流電動(dòng)機(jī)供電，后來的實(shí)現(xiàn)方法：轉(zhuǎn)子整流，給直流電動(dòng)機(jī)供電，直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)交流發(fā)電機(jī)將

4、能量送電網(wǎng)；直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)交流發(fā)電機(jī)將能量送電網(wǎng)；現(xiàn)在的實(shí)現(xiàn)方法：轉(zhuǎn)子整流、逆變、送電網(wǎng)，現(xiàn)現(xiàn)在的實(shí)現(xiàn)方法：轉(zhuǎn)子整流、逆變、送電網(wǎng)，現(xiàn)在可實(shí)現(xiàn)超同步調(diào)速和改善系統(tǒng)功率因數(shù)（也稱在可實(shí)現(xiàn)超同步調(diào)速和改善系統(tǒng)功率因數(shù)（也稱雙饋調(diào)速）；雙饋調(diào)速）；未來的實(shí)現(xiàn)方法：無刷雙饋電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（降低未來的實(shí)現(xiàn)方法：無刷雙饋電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（降低成本，減少電網(wǎng)污染，節(jié)約能源，改善功率因成本，減少電網(wǎng)污染，節(jié)約能源，改善功率因數(shù)）。數(shù)）。B B、滑差功率回饋型、滑差功率回饋型 （轉(zhuǎn)子串級(jí)調(diào)速）（轉(zhuǎn)子串級(jí)調(diào)速） 這種方法主要是通過改變同步轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)調(diào)速，這種方法主要是通過改變同步轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)調(diào)速，滑差功率消耗水平保持不變，因

5、而是一種真正的滑差功率消耗水平保持不變，因而是一種真正的高效調(diào)速方式，主要包括：高效調(diào)速方式，主要包括：變極調(diào)速變極調(diào)速變頻調(diào)速變頻調(diào)速C C、滑差功率不變型、滑差功率不變型2.2.交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速傳動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速傳動(dòng)A.A.脈寬調(diào)制（脈寬調(diào)制（PWMPWM）和正弦脈寬調(diào)制技術(shù)）和正弦脈寬調(diào)制技術(shù)（SPWMSPWM） 由于電力電子器件的發(fā)展（可關(guān)斷器件由于電力電子器件的發(fā)展（可關(guān)斷器件研制成功），變頻器中采用了研制成功），變頻器中采用了PWMPWM和和SPWM SPWM 技術(shù)，降低了變頻器輸出電壓的諧波分量，技術(shù)，降低了變頻器輸出電壓的諧波分量，使電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)顯著減小，運(yùn)行比較平使電機(jī)的轉(zhuǎn)矩

6、脈動(dòng)顯著減小，運(yùn)行比較平穩(wěn)。穩(wěn)。而且該技術(shù)把調(diào)頻和調(diào)壓二者結(jié)合在一起，輸而且該技術(shù)把調(diào)頻和調(diào)壓二者結(jié)合在一起，輸入直流電壓不需要調(diào)節(jié)，于是電源側(cè)可用二極入直流電壓不需要調(diào)節(jié)，于是電源側(cè)可用二極管整流，管整流，可提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，減小對(duì)電網(wǎng)可提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，減小對(duì)電網(wǎng)的諧波干擾。的諧波干擾。后來在后來在PWM逆變器和逆變器和SPWM逆逆變器控制技術(shù)的基礎(chǔ)上又發(fā)展了電流跟蹤型變器控制技術(shù)的基礎(chǔ)上又發(fā)展了電流跟蹤型PWM逆變器和磁通跟蹤型逆變器和磁通跟蹤型PWM 逆變器的控制逆變器的控制技術(shù)。技術(shù)。B.B.電壓、頻率協(xié)調(diào)控制技術(shù)電壓、頻率協(xié)調(diào)控制技術(shù)C.C.轉(zhuǎn)差頻率控制技術(shù)轉(zhuǎn)差頻率控制技術(shù)D.

7、D.矢量控制技術(shù)矢量控制技術(shù) 由于交流電動(dòng)機(jī)是多變量、強(qiáng)耦合的非由于交流電動(dòng)機(jī)是多變量、強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)，與直流電機(jī)相比轉(zhuǎn)矩控制要困線性系統(tǒng)，與直流電機(jī)相比轉(zhuǎn)矩控制要困難得多。難得多。7070年代初由德國(guó)年代初由德國(guó)“西門子西門子”公司公司F.BlaschkeF.Blaschke提出的矢量控制理論解決了交提出的矢量控制理論解決了交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制問題。流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制問題。該控制技術(shù)應(yīng)用坐標(biāo)變換將三相系統(tǒng)變換該控制技術(shù)應(yīng)用坐標(biāo)變換將三相系統(tǒng)變換為兩相系統(tǒng)，再經(jīng)過按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的同步旋為兩相系統(tǒng)，再經(jīng)過按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的同步旋轉(zhuǎn)變換實(shí)現(xiàn)了定子勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量之間的轉(zhuǎn)變換實(shí)現(xiàn)了定子勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩

8、分量之間的解耦，從而達(dá)到對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的磁鏈和電流分解耦，從而達(dá)到對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的磁鏈和電流分別控制的目的。別控制的目的。將一臺(tái)交流電機(jī)等效為一臺(tái)直將一臺(tái)交流電機(jī)等效為一臺(tái)直流電機(jī)，像控制直流電機(jī)一樣來控制交流電機(jī)，流電機(jī)，像控制直流電機(jī)一樣來控制交流電機(jī)，因而獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)因而獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)性能，開創(chuàng)了與直流調(diào)速相競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)代。性能，開創(chuàng)了與直流調(diào)速相競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)代。 8080年代由德國(guó)年代由德國(guó)DependrockDependrock教授提出的直接教授提出的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，其思路是把電機(jī)與逆變器看轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，其思路是把電機(jī)與逆變器看作一個(gè)整體，采用空間

9、電壓矢量分析方法在作一個(gè)整體，采用空間電壓矢量分析方法在定子坐標(biāo)系進(jìn)行磁通、轉(zhuǎn)矩計(jì)算，通過磁通定子坐標(biāo)系進(jìn)行磁通、轉(zhuǎn)矩計(jì)算，通過磁通跟蹤型跟蹤型PWMPWM逆變器的開關(guān)狀態(tài)直接控制轉(zhuǎn)矩，逆變器的開關(guān)狀態(tài)直接控制轉(zhuǎn)矩，因而無需對(duì)定子電流進(jìn)行解耦，免去了矢量因而無需對(duì)定子電流進(jìn)行解耦，免去了矢量變換的復(fù)雜計(jì)算，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)變換的復(fù)雜計(jì)算，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，目前已經(jīng)開始使用。全數(shù)字化，目前已經(jīng)開始使用。E.E.直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)F.F.自適應(yīng)控制技術(shù)自適應(yīng)控制技術(shù) 為提高系統(tǒng)魯棒性，各種自適應(yīng)控制方法也為提高系統(tǒng)魯棒性，各種自適應(yīng)控制方法也已用在電機(jī)調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)

10、中，如基于參數(shù)和擾已用在電機(jī)調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)中，如基于參數(shù)和擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩估值的自校正調(diào)節(jié)、變結(jié)構(gòu)控制、模型動(dòng)轉(zhuǎn)矩估值的自校正調(diào)節(jié)、變結(jié)構(gòu)控制、模型參數(shù)自適應(yīng)控制等。參數(shù)自適應(yīng)控制等。G.G.數(shù)字化控制技術(shù)數(shù)字化控制技術(shù)從從80968096系列單片機(jī)到系列單片機(jī)到DSPDSP處理器再到專處理器再到專用用PWMPWM調(diào)制器、矢量變換器和全功能控制調(diào)制器、矢量變換器和全功能控制器將大大簡(jiǎn)化硬件，降低成本，提高控器將大大簡(jiǎn)化硬件，降低成本，提高控制精度和系統(tǒng)可靠性。制精度和系統(tǒng)可靠性。H.H.智能控制技術(shù)智能控制技術(shù) 人工智能技術(shù)，如專家系統(tǒng)、模糊邏輯和人人工智能技術(shù)，如專家系統(tǒng)、模糊邏輯和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，正在

11、顯示出其實(shí)現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)傳動(dòng)工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，正在顯示出其實(shí)現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)傳動(dòng)的智能化適應(yīng)控制（自組織或自學(xué)習(xí)控制）和的智能化適應(yīng)控制（自組織或自學(xué)習(xí)控制）和估值的巨大希望所在。已經(jīng)有許多學(xué)者把智能估值的巨大希望所在。已經(jīng)有許多學(xué)者把智能控制技術(shù)用在調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)中，如在線診斷和控制技術(shù)用在調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)中，如在線診斷和容錯(cuò)控制、參數(shù)辨識(shí)和補(bǔ)償估值誤差，磁通觀容錯(cuò)控制、參數(shù)辨識(shí)和補(bǔ)償估值誤差，磁通觀測(cè)和效率的最優(yōu)控制等。測(cè)和效率的最優(yōu)控制等。3. 3. 調(diào)速傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展調(diào)速傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展調(diào)速傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展歷史為：調(diào)速傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展歷史為： 直流調(diào)速直流調(diào)速交流調(diào)速交流調(diào)速智能化、模塊智能化、模塊化、集成化、信

12、息化、交流調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)?；⒓苫?、信息化、交流調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)。 現(xiàn)已有將變頻器模塊、控制、保護(hù)模塊和現(xiàn)已有將變頻器模塊、控制、保護(hù)模塊和通信模塊集成在電機(jī)外殼上的交流電機(jī)調(diào)速傳通信模塊集成在電機(jī)外殼上的交流電機(jī)調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)，也有公司將移動(dòng)電話引入電氣傳動(dòng)系動(dòng)系統(tǒng)，也有公司將移動(dòng)電話引入電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，智能家用電器等。統(tǒng)，智能家用電器等。4.4.調(diào)速傳動(dòng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域調(diào)速傳動(dòng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域 冶金機(jī)械冶金機(jī)械 電氣牽引：電氣機(jī)車、電動(dòng)汽車電氣牽引：電氣機(jī)車、電動(dòng)汽車 數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床 礦井提升機(jī)械礦井提升機(jī)械 起重、裝卸機(jī)械起重、裝卸機(jī)械 原子能及化工設(shè)備原子能及化工設(shè)備 建筑電氣設(shè)備建筑電氣設(shè)備

13、紡織、食品機(jī)械紡織、食品機(jī)械 水泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等水泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等 船舶傳動(dòng)船舶傳動(dòng) 機(jī)器人機(jī)器人 計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備傳動(dòng)等計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備傳動(dòng)等 本章要求在了解自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的組成和調(diào)速本章要求在了解自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的組成和調(diào)速性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上，性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上，掌握掌握自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中各個(gè)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中各個(gè)基本環(huán)節(jié)，各種反饋環(huán)節(jié)的作用及特點(diǎn)；基本環(huán)節(jié)，各種反饋環(huán)節(jié)的作用及特點(diǎn)；掌握掌握常用的交流調(diào)速系統(tǒng)的原理、特點(diǎn)與適用場(chǎng)所常用的交流調(diào)速系統(tǒng)的原理、特點(diǎn)與適用場(chǎng)所，正確選擇和使用交流調(diào)速控制系統(tǒng)正確選擇和使用交流調(diào)速控制系統(tǒng)。8.1 電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)8.1.1 電磁離合器

14、調(diào)速系統(tǒng)的組成和工作原理電磁離合器調(diào)速系統(tǒng)的組成和工作原理8.1.2 電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性8.1.3 自動(dòng)換極電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)自動(dòng)換極電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)8.1.1 組成和工作原理組成和工作原理一、組成一、組成 由鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)、電磁轉(zhuǎn)差離合器和控由鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)、電磁轉(zhuǎn)差離合器和控制裝置三部分組成。制裝置三部分組成。 圖圖8.1為電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖為電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖 磁極與繞組磁極與繞組電樞：電樞：大多為整塊鑄鋼構(gòu)成，常呈爪極結(jié)構(gòu)。大多為整塊鑄鋼構(gòu)成，常呈爪極結(jié)構(gòu)。 磁極：磁極：磁極上裝有直流勵(lì)磁繞組，通過

15、集電環(huán)磁極上裝有直流勵(lì)磁繞組，通過集電環(huán)由單相半波或橋式可控整流電路提供大小可調(diào)由單相半波或橋式可控整流電路提供大小可調(diào)的勵(lì)磁電流。的勵(lì)磁電流。 二、電磁轉(zhuǎn)差離合器二、電磁轉(zhuǎn)差離合器 又稱電磁滑差離合器或電磁調(diào)速電機(jī)又稱電磁滑差離合器或電磁調(diào)速電機(jī)1.1.組成組成 由電樞和磁極兩部分組成，這兩部分沒有機(jī)由電樞和磁極兩部分組成，這兩部分沒有機(jī)械聯(lián)系，都能自由旋轉(zhuǎn)。械聯(lián)系，都能自由旋轉(zhuǎn)。 2.工作原理工作原理 當(dāng)電樞由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)以恒速當(dāng)電樞由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)以恒速n n旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞與磁旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞與磁極之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)在實(shí)心電樞中感應(yīng)出渦流極之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)在實(shí)心電樞中感應(yīng)出渦流電流，此電流與磁場(chǎng)作

16、用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，其過程電流，此電流與磁場(chǎng)作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，其過程與作用和實(shí)心轉(zhuǎn)子異步電機(jī)相同。改變勵(lì)磁電流與作用和實(shí)心轉(zhuǎn)子異步電機(jī)相同。改變勵(lì)磁電流的大小就可以調(diào)節(jié)電樞與機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間的轉(zhuǎn)的大小就可以調(diào)節(jié)電樞與機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間的轉(zhuǎn)差率；改變從動(dòng)軸的輸出速度差率；改變從動(dòng)軸的輸出速度n n。若不加勵(lì)磁電流，。若不加勵(lì)磁電流，磁極就會(huì)停轉(zhuǎn)，相當(dāng)于把從動(dòng)軸與主動(dòng)軸分離，磁極就會(huì)停轉(zhuǎn)，相當(dāng)于把從動(dòng)軸與主動(dòng)軸分離，起到了離合器的作用。起到了離合器的作用。 電磁滑差離合器是一種調(diào)速原理和性能與異步電磁滑差離合器是一種調(diào)速原理和性能與異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速十分相似的系統(tǒng)。電機(jī)調(diào)壓調(diào)速十分相似的系統(tǒng)。 它是通過調(diào)

17、節(jié)滑差離合器的勵(lì)磁電流，改變其它是通過調(diào)節(jié)滑差離合器的勵(lì)磁電流，改變其內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)調(diào)速的，也是屬于滑差功率內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)調(diào)速的，也是屬于滑差功率消耗型調(diào)速方式，消耗型調(diào)速方式，只是滑差功率不消耗在電機(jī)內(nèi)只是滑差功率不消耗在電機(jī)內(nèi)部而是在與電機(jī)同軸的電磁滑差離合器之中部而是在與電機(jī)同軸的電磁滑差離合器之中。3. VS或或HC電機(jī)電機(jī) 電磁轉(zhuǎn)差離合器常與鼠籠式異步電機(jī)在結(jié)構(gòu)電磁轉(zhuǎn)差離合器常與鼠籠式異步電機(jī)在結(jié)構(gòu)上做成一體，并配有同軸測(cè)速發(fā)電機(jī)和速度反上做成一體，并配有同軸測(cè)速發(fā)電機(jī)和速度反饋閉環(huán)控制裝置饋閉環(huán)控制裝置的的成套配置常稱為電磁調(diào)速電成套配置常稱為電磁調(diào)速電機(jī)。機(jī)。 8.1.2

18、 電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性1. 開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性圖圖8.2 電磁轉(zhuǎn)差離合器的機(jī)械特性電磁轉(zhuǎn)差離合器的機(jī)械特性 電磁轉(zhuǎn)差離合器機(jī)電磁轉(zhuǎn)差離合器機(jī)械特性較軟，穩(wěn)定性械特性較軟，穩(wěn)定性較差，因此在工程實(shí)較差，因此在工程實(shí)踐中，常常采用帶轉(zhuǎn)踐中，常常采用帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)提高機(jī)械特性的系統(tǒng)提高機(jī)械特性的硬度。硬度。 2.閉環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性閉環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性 采用速度負(fù)反饋采用速度負(fù)反饋以構(gòu)成閉環(huán)調(diào)速系以構(gòu)成閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)統(tǒng)，可獲可獲l l：1010的調(diào)的調(diào)速范圍速范圍。機(jī)械特性機(jī)械特性硬度大為提高，呈硬度大為提

19、高，呈水平線水平線。8.1.3 自動(dòng)換極電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)自動(dòng)換極電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)1. 組成組成 異步電動(dòng)機(jī)為異步電動(dòng)機(jī)為4/8極雙速電動(dòng)機(jī)。當(dāng)極雙速電動(dòng)機(jī)。當(dāng)1KM線圈通電線圈通電時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子繞組為三角形連接，當(dāng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子繞組為三角形連接，當(dāng)2KM、3KM線圈通電時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子繞組雙星形連接。線圈通電時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子繞組雙星形連接。 當(dāng)電磁離合器從動(dòng)部分的轉(zhuǎn)速高于當(dāng)電磁離合器從動(dòng)部分的轉(zhuǎn)速高于600r/min時(shí)，時(shí)，則電動(dòng)機(jī)定子繞組采用雙星形接線；當(dāng)電磁離合器則電動(dòng)機(jī)定子繞組采用雙星形接線；當(dāng)電磁離合器從動(dòng)部分的轉(zhuǎn)速低于從動(dòng)部分的轉(zhuǎn)速低于600r/min時(shí)，則電動(dòng)機(jī)定子繞時(shí)，則

20、電動(dòng)機(jī)定子繞組采用三角形接線。組采用三角形接線。 為了使電動(dòng)機(jī)變極時(shí)，其轉(zhuǎn)向維持不變，在具體為了使電動(dòng)機(jī)變極時(shí)，其轉(zhuǎn)向維持不變，在具體接線，將接線，將2U、2V對(duì)調(diào)。對(duì)調(diào)。 圖圖8.3 自動(dòng)換極的電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)自動(dòng)換極的電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)2. 工作過程工作過程 合上自動(dòng)開關(guān)合上自動(dòng)開關(guān)QF，按下起動(dòng)按鈕，按下起動(dòng)按鈕2SB，1KM的主觸點(diǎn)閉合，將電動(dòng)機(jī)的定子繞組接成三角形，的主觸點(diǎn)閉合，將電動(dòng)機(jī)的定子繞組接成三角形，電動(dòng)機(jī)低速起動(dòng)運(yùn)行。通過調(diào)節(jié)電阻電動(dòng)機(jī)低速起動(dòng)運(yùn)行。通過調(diào)節(jié)電阻RP使從動(dòng)部使從動(dòng)部分所帶負(fù)載穩(wěn)定在所需要的轉(zhuǎn)速上。分所帶負(fù)載穩(wěn)定在所需要的轉(zhuǎn)速上。 若轉(zhuǎn)速升高到若轉(zhuǎn)速

21、升高到600r/min以上時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子以上時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子繞組由三角形連接轉(zhuǎn)為雙星形連接，同時(shí)繞組由三角形連接轉(zhuǎn)為雙星形連接，同時(shí)1KT線線圈斷電，為下次工作作準(zhǔn)備。圈斷電，為下次工作作準(zhǔn)備。 當(dāng)需要負(fù)載停止運(yùn)行時(shí)，首先將勵(lì)磁電流減當(dāng)需要負(fù)載停止運(yùn)行時(shí)，首先將勵(lì)磁電流減為零，然后按下停止按鈕為零，然后按下停止按鈕1SB，使，使1KM、2KM、3KM線圈都斷電，切斷電動(dòng)機(jī)定子電源。線圈都斷電，切斷電動(dòng)機(jī)定子電源。8.2 線繞式異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)線繞式異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)8.2.1 串級(jí)調(diào)速的基本原理串級(jí)調(diào)速的基本原理8.2.2 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的基本類型串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的基本類型8.2.3 雙閉環(huán)

22、控制的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)控制的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)1.1.轉(zhuǎn)子繞組串接電阻有級(jí)調(diào)速轉(zhuǎn)子繞組串接電阻有級(jí)調(diào)速2.2.斬波變阻實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速斬波變阻實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速8.2.1 串級(jí)調(diào)速的基本原理串級(jí)調(diào)速的基本原理一、繞線式異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法一、繞線式異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法3 3 雙饋調(diào)速（串級(jí)調(diào)速）雙饋調(diào)速（串級(jí)調(diào)速）圖圖8.4 串級(jí)調(diào)速原理圖串級(jí)調(diào)速原理圖 異步電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速，就是在電機(jī)轉(zhuǎn)子回路異步電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速，就是在電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串入與轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)中串入與轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)2同頻率的附加電勢(shì)同頻率的附加電勢(shì)add。通過改變通過改變add的幅值大小和相位來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。的幅值大小和相位來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)

23、子中的轉(zhuǎn)差功率只是電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子中的轉(zhuǎn)差功率只是小部分消耗在轉(zhuǎn)子電阻上，大部分被串入的附加小部分消耗在轉(zhuǎn)子電阻上，大部分被串入的附加電勢(shì)所吸收，再利用產(chǎn)生附加電勢(shì)的裝置，設(shè)法電勢(shì)所吸收，再利用產(chǎn)生附加電勢(shì)的裝置，設(shè)法把所吸收的這部分轉(zhuǎn)差功率回饋入電網(wǎng)（或再送把所吸收的這部分轉(zhuǎn)差功率回饋入電網(wǎng)（或再送回電動(dòng)機(jī)軸上輸出），這樣使電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)回電動(dòng)機(jī)軸上輸出），這樣使電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)仍具有較高的效率。時(shí)仍具有較高的效率。 二、繞線式異步電動(dòng)機(jī)串極調(diào)速的基本原理二、繞線式異步電動(dòng)機(jī)串極調(diào)速的基本原理三、雙饋調(diào)速與串級(jí)調(diào)速的基本概念三、雙饋調(diào)速與串級(jí)調(diào)速的基本概念所謂雙饋調(diào)速，就是將電能

24、分別饋入繞線轉(zhuǎn)子異步所謂雙饋調(diào)速，就是將電能分別饋入繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組。改變轉(zhuǎn)子外接電源電動(dòng)機(jī)的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組。改變轉(zhuǎn)子外接電源的幅值和相位，就可以調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)的幅值和相位，就可以調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)機(jī)定子側(cè)的無功功率，這種雙饋調(diào)速的異矩和電動(dòng)機(jī)定子側(cè)的無功功率，這種雙饋調(diào)速的異步電動(dòng)機(jī)不但可以在亞同步轉(zhuǎn)速區(qū)運(yùn)行，而且可以步電動(dòng)機(jī)不但可以在亞同步轉(zhuǎn)速區(qū)運(yùn)行，而且可以在超同步轉(zhuǎn)速區(qū)運(yùn)行，因此雙饋調(diào)速也叫超同步串在超同步轉(zhuǎn)速區(qū)運(yùn)行，因此雙饋調(diào)速也叫超同步串級(jí)調(diào)速。級(jí)調(diào)速。雙饋調(diào)速中的轉(zhuǎn)差頻率難以檢測(cè)和控制。雙饋調(diào)速中的轉(zhuǎn)差頻率難以檢測(cè)和控制。在工程實(shí)

25、際中常對(duì)轉(zhuǎn)子繞組的電流進(jìn)行整流，并以在工程實(shí)際中常對(duì)轉(zhuǎn)子繞組的電流進(jìn)行整流，并以直流形式在轉(zhuǎn)子中串入外加電動(dòng)勢(shì)，稱之為串級(jí)調(diào)直流形式在轉(zhuǎn)子中串入外加電動(dòng)勢(shì)，稱之為串級(jí)調(diào)速。也叫低同步串級(jí)調(diào)速，這是由于轉(zhuǎn)差功率只能速。也叫低同步串級(jí)調(diào)速，這是由于轉(zhuǎn)差功率只能單方向由整流器送出的緣故。單方向由整流器送出的緣故。串級(jí)調(diào)速是雙饋調(diào)速的一種特例。串級(jí)調(diào)速是雙饋調(diào)速的一種特例。8.2.2 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的基本類型串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的基本類型 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)是產(chǎn)生交流附加電勢(shì)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)是產(chǎn)生交流附加電勢(shì)add的裝置。的裝置。 由于異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電勢(shì)由于異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電勢(shì)2的頻率是隨轉(zhuǎn)速而的頻率是

26、隨轉(zhuǎn)速而變化的，要求變化的，要求add也需隨轉(zhuǎn)速而變，即也需隨轉(zhuǎn)速而變，即add裝置應(yīng)裝置應(yīng)是頻率和幅值可調(diào)的三相變頻器，并且這種變頻器是頻率和幅值可調(diào)的三相變頻器，并且這種變頻器還要對(duì)功率的傳遞實(shí)現(xiàn)可逆。還要對(duì)功率的傳遞實(shí)現(xiàn)可逆。 轉(zhuǎn)子回路中串入直流附加電勢(shì)轉(zhuǎn)子回路中串入直流附加電勢(shì)Eadd，以避免隨著，以避免隨著轉(zhuǎn)速的不同而改變轉(zhuǎn)速的不同而改變add的頻率。的頻率。 在轉(zhuǎn)子繞組端接入一個(gè)不可控的整流器，將轉(zhuǎn)在轉(zhuǎn)子繞組端接入一個(gè)不可控的整流器，將轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)子感應(yīng)電勢(shì)sE20整流為直流電壓，串級(jí)調(diào)速用的附整流為直流電壓，串級(jí)調(diào)速用的附加電勢(shì)加電勢(shì)add也為直流電壓，兩者疊加來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。也為直

27、流電壓，兩者疊加來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 由于轉(zhuǎn)子電路采用了不可控整流電路，所以轉(zhuǎn)由于轉(zhuǎn)子電路采用了不可控整流電路，所以轉(zhuǎn)差功率只能從轉(zhuǎn)子流向產(chǎn)生差功率只能從轉(zhuǎn)子流向產(chǎn)生add的裝置，再回饋電的裝置，再回饋電網(wǎng)。此系統(tǒng)稱之為網(wǎng)。此系統(tǒng)稱之為亞同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)亞同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。圖圖8.5 采用直流附加電勢(shì)采用直流附加電勢(shì)Eadd的串級(jí)調(diào)速框圖的串級(jí)調(diào)速框圖 根據(jù)轉(zhuǎn)子回路中直流附加電勢(shì)根據(jù)轉(zhuǎn)子回路中直流附加電勢(shì)Eadd獲得的方法不獲得的方法不同，可將串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)分為以下三種基本類型：同，可將串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)分為以下三種基本類型：1電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速調(diào)速（電氣串級(jí)）電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速調(diào)速（電氣串級(jí)）2晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)晶

28、閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)3機(jī)械串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)1電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速調(diào)速（電氣串級(jí)）電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速調(diào)速（電氣串級(jí)）圖圖8.6 電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)2晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)圖圖8.7 晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)3機(jī)械串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)圖圖8.8 機(jī)械串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)8.2.3 雙閉環(huán)控制的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)控制的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng) 雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的原理電路圖如圖雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的原理電路圖如圖8.9所所示，其結(jié)構(gòu)與雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)相似。示，其結(jié)構(gòu)與雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)相似。 改變轉(zhuǎn)速給定值改變轉(zhuǎn)速給定值Un的值，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。電的值，即

29、可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。電流調(diào)節(jié)器流調(diào)節(jié)器ACR輸出電壓為零時(shí)，應(yīng)整定觸發(fā)脈輸出電壓為零時(shí)，應(yīng)整定觸發(fā)脈沖使沖使為最小值。為防止逆變器逆變失敗，一般為最小值。為防止逆變器逆變失敗，一般取取min=30。隨著。隨著ACR輸出電壓的增加，輸出電壓的增加，角角向向90方向變化。當(dāng)方向變化。當(dāng)ACR輸出電壓為上限幅值輸出電壓為上限幅值時(shí)，應(yīng)整定逆變角最大值時(shí)，應(yīng)整定逆變角最大值max=90。機(jī)械特性與機(jī)械特性與直流電機(jī)頗直流電機(jī)頗為相似，但為相似，但較軟，一般較軟，一般需要采用帶需要采用帶速度反饋和速度反饋和電流反饋的電流反饋的雙閉環(huán)調(diào)速雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)。圖圖8.9 雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)組成圖雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)

30、組成圖串級(jí)調(diào)速的特點(diǎn)串級(jí)調(diào)速的特點(diǎn) 低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)是雙饋調(diào)速的一種特例低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)是雙饋調(diào)速的一種特例 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，價(jià)格較便宜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，價(jià)格較便宜 逆變裝置容量小，逆變裝置容量小，30%30%或或15%15%電機(jī)容量電機(jī)容量 不允許用來起動(dòng)電機(jī)不允許用來起動(dòng)電機(jī) 功率因數(shù)低功率因數(shù)低繞線型異步電動(dòng)機(jī)的雙饋調(diào)速系統(tǒng)繞線型異步電動(dòng)機(jī)的雙饋調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)現(xiàn)將轉(zhuǎn)起動(dòng)時(shí)現(xiàn)將轉(zhuǎn)子繞組接到起子繞組接到起動(dòng)電阻上，以動(dòng)電阻上，以減少起動(dòng)電流，減少起動(dòng)電流，增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；待電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)待電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速上升到設(shè)計(jì)速上升到設(shè)計(jì)知識(shí)，再將交知識(shí)，再將交交變頻器投交變頻器投入運(yùn)行。入運(yùn)行。

31、雙饋調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)雙饋調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)在保證調(diào)速要求的同時(shí)還可以獨(dú)立地調(diào)節(jié)電動(dòng)在保證調(diào)速要求的同時(shí)還可以獨(dú)立地調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)定子側(cè)的無功功率，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的無機(jī)定子側(cè)的無功功率，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的無功功率。整個(gè)系統(tǒng)的功率因數(shù)可到功功率。整個(gè)系統(tǒng)的功率因數(shù)可到0.90.9以上。以上。從理論上講，雙饋調(diào)速的異步電動(dòng)機(jī)即是電動(dòng)從理論上講，雙饋調(diào)速的異步電動(dòng)機(jī)即是電動(dòng)機(jī)又是無功功率補(bǔ)償器。機(jī)又是無功功率補(bǔ)償器?？蔁o級(jí)調(diào)速?？蔁o級(jí)調(diào)速?？捎米髯兯俸泐l恒壓發(fā)電?？捎米髯兯俸泐l恒壓發(fā)電。變頻器的容量小。變頻器的容量小。繞線式異步電機(jī)的矢量控制繞線式異步電機(jī)的矢量控制u速度開環(huán)或速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，調(diào)速特性都不速度開環(huán)或

32、速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，調(diào)速特性都不如直流調(diào)速系統(tǒng)如直流調(diào)速系統(tǒng)u即使采用了速度閉環(huán)，也無法控制功率因數(shù)，即使采用了速度閉環(huán)，也無法控制功率因數(shù)，使之不隨負(fù)載和轉(zhuǎn)速的變化而變化。使之不隨負(fù)載和轉(zhuǎn)速的變化而變化。u采用磁場(chǎng)定向矢量控制，可達(dá)到與直流電機(jī)調(diào)采用磁場(chǎng)定向矢量控制，可達(dá)到與直流電機(jī)調(diào)速相媲美的特性。速相媲美的特性。繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)矢量控制雙饋調(diào)速系統(tǒng)框圖矢量控制雙饋調(diào)速系統(tǒng)框圖8.3鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)8.3.1 交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速基本原理交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速基本原理8.3.2 變頻與變壓的實(shí)現(xiàn)變頻與變壓的實(shí)現(xiàn)SPWM調(diào)制波調(diào)制波

33、8.3.3 SPWMSPWM脈沖的生成方法及專用集成芯片脈沖的生成方法及專用集成芯片8.3.4 單片機(jī)控制交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速單片機(jī)控制交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速8.3.5 矢量控制簡(jiǎn)介矢量控制簡(jiǎn)介8.3.6 PLC控制交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速8.3.1 交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速基本原理交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速基本原理一、變頻調(diào)速的基本控制方式一、變頻調(diào)速的基本控制方式m1111kwf44. 4E 1111ZIEU )1 (60spfn 定子供電頻率；定子供電頻率； 定子每相串聯(lián)匝數(shù)；定子每相串聯(lián)匝數(shù)； 基波繞組系數(shù)；基波繞組系數(shù)； 每極氣隙磁通每極氣隙磁通當(dāng)電機(jī)一旦選定，結(jié)

34、構(gòu)參數(shù)確定，則有：當(dāng)電機(jī)一旦選定，結(jié)構(gòu)參數(shù)確定，則有： 說明只要協(xié)調(diào)地控制說明只要協(xié)調(diào)地控制 ，即可到達(dá)控制，即可到達(dá)控制氣隙磁通氣隙磁通 的目的，但控制方式隨運(yùn)行頻率的目的，但控制方式隨運(yùn)行頻率在基頻以下以及基頻以上而不同。在基頻以下以及基頻以上而不同。 1f1W1WKmm11fEm11, fEA.A.基頻以下的控制：恒磁通控制基頻以下的控制：恒磁通控制 ；電壓；電壓頻率比頻率比 時(shí)定子電阻降壓補(bǔ)償。時(shí)定子電阻降壓補(bǔ)償。B.B.基頻以上基頻以上, ,近似恒功率控制近似恒功率控制 不變，不變， 升高，氣隙磁通升高，氣隙磁通 減小減小 UUN11 f1m)(11cfU)/(11cfE二、變頻調(diào)速

35、對(duì)應(yīng)的機(jī)械曲線二、變頻調(diào)速對(duì)應(yīng)的機(jī)械曲線1.1.恒壓頻比恒壓頻比 控制的機(jī)械特性控制的機(jī)械特性)(11cfU不同頻率時(shí)不同頻率時(shí)n n 相同相同mT最大轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩 隨頻率降低而減小隨頻率降低而減小)()()(222121111211LLRRumpTm21121)(umpTRs而而同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速 隨運(yùn)行頻率隨運(yùn)行頻率 變化；變化；不同頻率下機(jī)械特性為一組硬度相同的直線；不同頻率下機(jī)械特性為一組硬度相同的直線；最大轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩 隨頻率的降低而減小。隨頻率的降低而減小。恒壓頻比恒壓頻比 控制的特點(diǎn)控制的特點(diǎn))(11cfUsnsmT2.2.恒氣隙電勢(shì)恒氣隙電勢(shì)/ /頻率比頻率比 控制控制)/(11

36、cfE2212212)()(LSREI221221211122 21)()(/LsRRsEmppsRmIpPTeml機(jī)械特性線性段的范圍比恒壓頻比控制機(jī)械特性線性段的范圍比恒壓頻比控制更寬。更寬。即調(diào)速范圍更廣即調(diào)速范圍更廣。低頻下起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比額定頻率下的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大低頻下起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比額定頻率下的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大, ,而起動(dòng)電流并不大而起動(dòng)電流并不大, ,轉(zhuǎn)子功率因數(shù)高，這是變轉(zhuǎn)子功率因數(shù)高，這是變頻調(diào)速的重要優(yōu)點(diǎn)。頻調(diào)速的重要優(yōu)點(diǎn)。212LRsm22111)(2LEmpTm即在任何運(yùn)行頻即在任何運(yùn)行頻率下的最大轉(zhuǎn)矩率下的最大轉(zhuǎn)矩恒定不變。恒定不變。實(shí)現(xiàn)途徑實(shí)現(xiàn)途徑: : 是電機(jī)內(nèi)部量是電機(jī)內(nèi)部量, ,無

37、法直接控制無法直接控制. .必須隨必須隨著頻率的降低著頻率的降低, ,適當(dāng)提高定子電壓適當(dāng)提高定子電壓 , ,以補(bǔ)償定子漏以補(bǔ)償定子漏阻抗壓降阻抗壓降( (主要是定子電阻壓降主要是定子電阻壓降) )對(duì)氣隙電勢(shì)的影響對(duì)氣隙電勢(shì)的影響. .補(bǔ)償量補(bǔ)償量: :1E1U2221111)1(12QQUUnNNff11111211)(RLNQN式中式中定子電阻越大定子電阻越大, ,即即Q Q值越小值越小, ,定子定子電壓所需補(bǔ)償?shù)某潭纫簿驮酱箅妷核柩a(bǔ)償?shù)某潭纫簿驮酱? (直線斜率變小直線斜率變小) )注意注意: :采取電流反饋控制使輕載時(shí)電壓降低，克采取電流反饋控制使輕載時(shí)電壓降低，克服服“過補(bǔ)償過補(bǔ)償

38、”( (只考慮最大轉(zhuǎn)矩恒定只考慮最大轉(zhuǎn)矩恒定) )。風(fēng)機(jī)、水泵等負(fù)載反而常常采用減小電壓風(fēng)機(jī)、水泵等負(fù)載反而常常采用減小電壓/ /頻率比的運(yùn)行方式，降低輕載時(shí)的電機(jī)損耗頻率比的運(yùn)行方式，降低輕載時(shí)的電機(jī)損耗( (低速時(shí)不要求滿載低速時(shí)不要求滿載) )。3.3.恒轉(zhuǎn)子電勢(shì)恒轉(zhuǎn)子電勢(shì)/ /頻率比頻率比 控制控制)/(1cfEr)/(22SREIr2121)(RsEmpTrem特點(diǎn)特點(diǎn): :與他勵(lì)直流電機(jī)一樣為直線型機(jī)械特性與他勵(lì)直流電機(jī)一樣為直線型機(jī)械特性與與 控制、控制、 控制相比控制相比, ,穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)特性最好。特性最好。 cfU11cfE11實(shí)現(xiàn)途徑實(shí)現(xiàn)途徑: :將電壓頻率協(xié)調(diào)控制中低頻段將電

39、壓頻率協(xié)調(diào)控制中低頻段 值再提值再提高一點(diǎn)，且隨時(shí)補(bǔ)償轉(zhuǎn)子上的漏抗壓降。高一點(diǎn)，且隨時(shí)補(bǔ)償轉(zhuǎn)子上的漏抗壓降。這是高性能交流電機(jī)變頻調(diào)速最終追求的目這是高性能交流電機(jī)變頻調(diào)速最終追求的目標(biāo)；標(biāo)； ( (轉(zhuǎn)子全磁通幅值轉(zhuǎn)子全磁通幅值 為常為常數(shù)數(shù)) )的控制是矢量控制要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)之一。的控制是矢量控制要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)之一。 1UcfEr1/mr以上以上3 3種控制方式適合于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。種控制方式適合于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。4.4.恒功率運(yùn)行恒功率運(yùn)行實(shí)現(xiàn)途徑實(shí)現(xiàn)途徑:NNffUU1111注意注意: : 因?yàn)橐驗(yàn)?所以，電機(jī)氣隙磁通將隨所以，電機(jī)氣隙磁通將隨功率的減小而增大，在設(shè)功率的減小而增大，在設(shè)計(jì)恒功率負(fù)載

40、的電機(jī)時(shí)，計(jì)恒功率負(fù)載的電機(jī)時(shí)，應(yīng)按運(yùn)行中最低頻率來考應(yīng)按運(yùn)行中最低頻率來考慮它的磁路狀態(tài)。慮它的磁路狀態(tài)。111ffNmNm三、變頻器的類型三、變頻器的類型1.交交直直交變頻器交變頻器2.交交交變頻器交變頻器8.3.2 SPWM調(diào)制波調(diào)制波 一、一、SPWM的產(chǎn)生原理的產(chǎn)生原理 圖圖8.13 SPWM波生成方法波生成方法用一組等腰三用一組等腰三角形波與一個(gè)角形波與一個(gè)正弦波進(jìn)行比正弦波進(jìn)行比較，其相交的較，其相交的時(shí)刻（即交點(diǎn)）時(shí)刻（即交點(diǎn)）作為開關(guān)管作為開關(guān)管“開開”或或“關(guān)關(guān)”的時(shí)刻。的時(shí)刻。 圖圖8.14 SPWM變頻器電路原理圖變頻器電路原理圖 1VD6VD為用于處理無功功率反饋的二

41、極管，其為用于處理無功功率反饋的二極管，其功能是：功能是：為電動(dòng)機(jī)繞組的無功電流返回直流電路時(shí)為電動(dòng)機(jī)繞組的無功電流返回直流電路時(shí)提供通路；提供通路；在降速過程中，為電動(dòng)機(jī)的再生電能反在降速過程中，為電動(dòng)機(jī)的再生電能反饋至直流電路提供通路；饋至直流電路提供通路；為電路的寄生電感在逆變?yōu)殡娐返募纳姼性谀孀冞^程中釋放能量提供通路。過程中釋放能量提供通路。 1.1.單極性控制單極性控制圖圖8.15三相橋式三相橋式PWM逆變電路輸出雙極性波形逆變電路輸出雙極性波形 2.2.雙極性控制雙極性控制二、二、SPWM波的調(diào)制方式波的調(diào)制方式 在在SPWM逆變器中，三角波電壓頻率逆變器中，三角波電壓頻率ft與

42、參考波與參考波電壓頻率（即逆變器的輸出頻率）電壓頻率（即逆變器的輸出頻率）fr之比之比N=ft / fr稱稱為載波比，也稱調(diào)制比。根據(jù)載波比的變化與否，為載波比，也稱調(diào)制比。根據(jù)載波比的變化與否，分為分為同步式、異步式和分段同步式同步式、異步式和分段同步式。 1.同步調(diào)制方式同步調(diào)制方式 每個(gè)周期內(nèi)所采用的三角波電壓數(shù)目是固定的。每個(gè)周期內(nèi)所采用的三角波電壓數(shù)目是固定的。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是保持輸出波形的正、負(fù)半波完全對(duì)稱，只是保持輸出波形的正、負(fù)半波完全對(duì)稱，只有奇次諧波存在，能嚴(yán)格保證逆變器輸出三相波形之有奇次諧波存在，能嚴(yán)格保證逆變器輸出三相波形之間具有間具有120相位移的對(duì)稱關(guān)系。相位移的對(duì)稱

43、關(guān)系。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)是當(dāng)逆變器輸出頻率很低時(shí)，相鄰脈沖間的是當(dāng)逆變器輸出頻率很低時(shí)，相鄰脈沖間的間距擴(kuò)大，造成低頻諧波分量較大，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)間距擴(kuò)大，造成低頻諧波分量較大，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲。矩脈動(dòng)和噪聲。 2.異步調(diào)制方式異步調(diào)制方式 在改變參考頻率在改變參考頻率fr時(shí)保持三角波頻率時(shí)保持三角波頻率ft 不變。不變。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是提高了低頻時(shí)的載波比，逆變器輸出電壓是提高了低頻時(shí)的載波比，逆變器輸出電壓每個(gè)周期內(nèi)每個(gè)周期內(nèi)PWMPWM脈沖數(shù)隨輸出頻率的降低而增加。脈沖數(shù)隨輸出頻率的降低而增加。缺點(diǎn)缺點(diǎn)是當(dāng)載波比隨著輸出頻率的降低而連續(xù)變化是當(dāng)載波比隨著輸出頻率的降低而連續(xù)變化時(shí)，它不可能總

44、是時(shí)，它不可能總是3的倍數(shù)，難以保持三相輸出的的倍數(shù)，難以保持三相輸出的對(duì)稱性，因而引起電動(dòng)機(jī)工作不平穩(wěn)。對(duì)稱性，因而引起電動(dòng)機(jī)工作不平穩(wěn)。3.分段同步調(diào)制方式分段同步調(diào)制方式 采用分段同步調(diào)制方式，需要增加調(diào)制脈沖采用分段同步調(diào)制方式，需要增加調(diào)制脈沖切換電路，從而增加控制電路的復(fù)雜性。切換電路，從而增加控制電路的復(fù)雜性。8.3.3 SPWMSPWM脈沖的生成方法及專用集成芯片脈沖的生成方法及專用集成芯片一、一、SPWMSPWM脈沖的生成方法脈沖的生成方法1.采用模擬電路生成采用模擬電路生成：原理簡(jiǎn)單，速度快。缺點(diǎn)是：原理簡(jiǎn)單，速度快。缺點(diǎn)是所需硬件較多，且有溫漂現(xiàn)象，會(huì)影響精度，不夠所需硬

45、件較多，且有溫漂現(xiàn)象，會(huì)影響精度，不夠靈活，改變參數(shù)和調(diào)試比較復(fù)雜。靈活，改變參數(shù)和調(diào)試比較復(fù)雜。2.采用數(shù)字電路生成采用數(shù)字電路生成：按照不同的數(shù)字模型用計(jì)算：按照不同的數(shù)字模型用計(jì)算機(jī)算出各切換點(diǎn)，通過查表等生成機(jī)算出各切換點(diǎn)，通過查表等生成PWMPWM波，數(shù)字方波，數(shù)字方法受內(nèi)存影響較大，與系統(tǒng)精度之間存在著矛盾。法受內(nèi)存影響較大，與系統(tǒng)精度之間存在著矛盾。3.模擬和數(shù)字電路結(jié)合生成模擬和數(shù)字電路結(jié)合生成。二二、生成的生成的SPWMSPWM脈沖的專用集成芯脈沖的專用集成芯片片HEF4752HEF4752SLE4520SLE4520MB63H110MB63H110SA4828SA4828S

46、A8282 SA8282 8.3.4 單片機(jī)控制交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速單片機(jī)控制交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速1系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 圖圖8.18 微機(jī)控制微機(jī)控制SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)功能方框圖變頻調(diào)速系統(tǒng)功能方框圖 2SA8282與單片機(jī)的接口電路與單片機(jī)的接口電路圖圖8.19 SA8282與單片機(jī)的接口電路與單片機(jī)的接口電路 3變頻器應(yīng)用實(shí)例變頻器應(yīng)用實(shí)例TD2100變頻器M1級(jí)M2M3M4M5常規(guī)泵常規(guī)泵休眠泵常規(guī)泵壓力傳感器至用戶壓力反饋信號(hào)變頻循環(huán)泵 網(wǎng)絡(luò)通信變頻控制輸出主電路水池水位檢測(cè)信號(hào)輸入火警信號(hào)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)總體方案圖變頻恒壓供水控制系統(tǒng)總體方案圖 機(jī)械連鎖機(jī)械連鎖機(jī)械連鎖KM2

47、火警/水池缺水告警管網(wǎng)超/欠壓告警變頻故障控制允許選擇開關(guān)污水位下限輸入污水位上限輸入進(jìn)水位下限輸入進(jìn)水位上限輸入網(wǎng)管過壓信號(hào)輸入消防信號(hào)輸入頻率降低信號(hào)輸入頻率增加信號(hào)輸入直流電壓表壓力/頻率顯示電源壓力反饋020mA壓力給定運(yùn)行停止手動(dòng)軟啟動(dòng)/自動(dòng)選擇手動(dòng)軟啟動(dòng)1輸入手動(dòng)軟啟動(dòng)2輸入手動(dòng)軟啟動(dòng)3輸入手動(dòng)軟啟動(dòng)4輸入5變頻器控制電路圖變頻器控制電路圖 8.3.5 8.3.5 異步電機(jī)矢量變換控制簡(jiǎn)介異步電機(jī)矢量變換控制簡(jiǎn)介 起源：始于起源：始于7070年代，模擬直流電機(jī)的磁通年代，模擬直流電機(jī)的磁通和轉(zhuǎn)矩分別控制優(yōu)勢(shì)，獲得如同直流電機(jī)一樣和轉(zhuǎn)矩分別控制優(yōu)勢(shì)，獲得如同直流電機(jī)一樣良好的動(dòng)態(tài)調(diào)速特性良好的動(dòng)態(tài)調(diào)速特性。一、矢量變換控制的基本概念一、矢量變換控制的基本概念控制目的控制目的：對(duì)磁通和轉(zhuǎn)矩分別進(jìn)行瞬時(shí)：對(duì)磁通和轉(zhuǎn)矩分別進(jìn)行瞬時(shí)控制以達(dá)到良好的控制性能?？?/p>