電氣傳動控制技術(shù)PPT課件

1、第一節(jié)第一節(jié) 直流調(diào)速的一般基礎(chǔ)直流調(diào)速的一般基礎(chǔ)1.4 對調(diào)速系統(tǒng)的控制要求及調(diào)速指標(biāo)1.1 直流電動機1.3 調(diào)速方式及機械特性1.2 可控直流電源第1頁/共77頁： 直流電機調(diào)速系統(tǒng)有著成熟的數(shù)學(xué)模型，調(diào)速精度 高、應(yīng)用范圍廣。 具有極好的運行性能和控制特性，良好的起、制動性 能，易于在廣范圍內(nèi)平滑調(diào)速。： 在軋鋼機、礦井卷揚機、挖掘機、海洋鉆機、金屬 切削機床、造紙機、高層電梯等需要高性能可控電 力拖動的領(lǐng)域中得到廣范應(yīng)用。 為什么分析直流電機調(diào)速系統(tǒng)？第2頁/共77頁1.1 直流電動機1.直流電動機的工作原理第3頁/共77頁他勵直流電動機他勵直流電動機自勵直流電動機自勵直流電動機串勵

2、電動機串勵電動機并勵電動機并勵電動機復(fù)勵電動機復(fù)勵電動機2.直流電動機的分類直流電動機直流電動機第4頁/共77頁3. 直流電動機的調(diào)速方式eddCRIUn0改變電樞回路電阻R減弱勵磁磁通調(diào)節(jié)電樞供電電壓U 第5頁/共77頁調(diào)壓調(diào)速 改變Ud0就得到一組相互平行的機械特性曲線 如果如果連續(xù)連續(xù)改變可控電源電壓，電動機轉(zhuǎn)速就可以平滑連續(xù)地改變可控電源電壓，電動機轉(zhuǎn)速就可以平滑連續(xù)地調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。第6頁/共77頁調(diào)壓調(diào)速的特點：機械特性較硬，負(fù)載不變時，轉(zhuǎn)速降n不變由于容許的輸出轉(zhuǎn)矩恒定，對于恒轉(zhuǎn)矩性負(fù)載的拖動調(diào)速，能充分利用電動機的容量由于電樞回路時間常數(shù)小，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)快，適合于要求快速起、制動

3、的設(shè)備的傳動系統(tǒng)中，如初軋機、龍門刨床等設(shè)備。調(diào)壓調(diào)速第7頁/共77頁改變電樞回路電阻調(diào)速 改變電樞回路電阻的調(diào)速方法就是在電樞回路中串接附加電阻R1、R2來改變電動機電樞端電壓，從而實現(xiàn)調(diào)速的目的。 abcn2n2n1第8頁/共77頁改變電樞回路電阻調(diào)速（1）系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單；）系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單；（2）調(diào)速不連續(xù)，不平穩(wěn)；）調(diào)速不連續(xù)，不平穩(wěn)；（3）機械特性軟，從而影響調(diào)速范圍；）機械特性軟，從而影響調(diào)速范圍；（4）電動機速度的改變是靠改變電樞回路串接）電動機速度的改變是靠改變電樞回路串接 電阻大小來實現(xiàn)的，調(diào)速范圍越大，串入電阻大小來實現(xiàn)的，調(diào)速范圍越大，串入 的電阻就越大，相應(yīng)地電阻上消耗的

4、能量的電阻就越大，相應(yīng)地電阻上消耗的能量 就越大，這是很不經(jīng)濟的。就越大，這是很不經(jīng)濟的。改變電樞回路電阻調(diào)速的改變電樞回路電阻調(diào)速的特點第9頁/共77頁改變電動機勵磁調(diào)速 當(dāng)負(fù)載電流不變時，改變可控電壓Uf，也就是說改變電動機勵磁磁通量時，電動機的理想空載轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速降都在變化，隨著磁通量的減少，轉(zhuǎn)速降就越來越大，機械特性也就越軟。 第10頁/共77頁改變電動機勵磁調(diào)速（1）機械特性軟，負(fù)載變化時轉(zhuǎn)速的波動較大；）機械特性軟，負(fù)載變化時轉(zhuǎn)速的波動較大；（2）可控電源容量小，一般為電動機容量的）可控電源容量小，一般為電動機容量的 10%以下，電源設(shè)備造價低；以下，電源設(shè)備造價低；（3）磁場的時間

5、常數(shù)大，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)慢，）磁場的時間常數(shù)大，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)慢， 適合于起、制動快速性要求不高的設(shè)備的適合于起、制動快速性要求不高的設(shè)備的 傳動控制。傳動控制。改變勵磁調(diào)速的特點：改變勵磁調(diào)速的特點：第11頁/共77頁2021-11-1612三種調(diào)速方法的性能比較 對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好，無級調(diào)速，并且調(diào)速范圍大。 改變電阻只能實現(xiàn)有級調(diào)速； 減弱磁通也能夠?qū)崿F(xiàn)平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速。 第12頁/共77頁1.2 可控直流電源G-M系統(tǒng)系統(tǒng)V-M系統(tǒng)系統(tǒng)PWM系統(tǒng)系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)

6、直流調(diào)速系統(tǒng)第13頁/共77頁G-M系統(tǒng) 改變發(fā)電機勵磁電壓改變發(fā)電機勵磁電壓發(fā)電機輸出電壓直流電動機電樞電壓 改變電動機轉(zhuǎn)速即即旋轉(zhuǎn)變流機組旋轉(zhuǎn)變流機組，工作過程如下：，工作過程如下：第14頁/共77頁2021-11-1615旋轉(zhuǎn)變流機組用交流電動機和直流發(fā)電機旋轉(zhuǎn)變流機組用交流電動機和直流發(fā)電機 組成機組，組成機組，以獲得可調(diào)的直流電壓。上世紀(jì)以獲得可調(diào)的直流電壓。上世紀(jì)4060年代廣泛應(yīng)用。年代廣泛應(yīng)用。特點：適用于對調(diào)速性能要求不高的場合；且一套系統(tǒng)至少包括兩臺電機和一臺勵磁發(fā)電機，設(shè)備多、體積大、效率低、維護(hù)不方便。目前很少采用。第15頁/共77頁 PWM-M系統(tǒng)交交-直型電力機車直

7、型電力機車第16頁/共77頁PWM-M系統(tǒng)信號流動過程：系統(tǒng)信號流動過程：第17頁/共77頁2021-11-1618PWM調(diào)速系統(tǒng)特點電源采用不控整流源；系統(tǒng)頻帶寬，響應(yīng)速度快，動態(tài)抗擾能力強；低速性能好，穩(wěn)態(tài)精度高，調(diào)速范圍寬，電動 機損耗和發(fā)熱較?。浑娋W(wǎng)功率因數(shù)高，效率高；電路簡單，控制方便。受器件容量限制，只用于中、小功率的系統(tǒng)。第18頁/共77頁 V-M系統(tǒng)d0dedUEI RCn I R第19頁/共77頁20op0ed0dnnCRIUnCRInedopCAUCUne2e0d0cos機械特性表達(dá)式n 電動機轉(zhuǎn)速（電動機轉(zhuǎn)速（r/min）；）；Ud0 空載整流電壓（空載整流電壓（V）；）

8、；Id 電樞電流（電樞電流（A）；）；R 電樞回路總電阻（電樞回路總電阻（ ）；）； 勵磁磁通（勵磁磁通（Wb）；）；Ce 由電機結(jié)構(gòu)決定由電機結(jié)構(gòu)決定 的電動勢常數(shù)；的電動勢常數(shù)；no 理想空載轉(zhuǎn)速（理想空載轉(zhuǎn)速（r/min）；）；nop 開環(huán)轉(zhuǎn)速降（開環(huán)轉(zhuǎn)速降（r/min）；）；U2 整流變壓器副邊相電壓有整流變壓器副邊相電壓有 效值（效值（V） 。對三相零式整流電路，A=1.17；對三相全控橋式整流電路，A=2.34； 1.3 直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速方式及機械特性第20頁/共77頁2021-11-1621 V-M系統(tǒng)調(diào)速的三種方式 1）調(diào)壓調(diào)速工作條件： 保持勵磁 = N ； 保持電阻 R

9、= Ra調(diào)節(jié)過程： 改變電壓 UN U U n ， n0 調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速下降，機械特性曲線平行下移。nn0OIILUNU 1U 2U 3nNn1n2n3調(diào)壓調(diào)速特性曲線調(diào)壓調(diào)速特性曲線第21頁/共77頁2021-11-16222）調(diào)阻調(diào)速工作條件： 保持勵磁 = N ； 保持電壓 U =UN ；調(diào)節(jié)過程： 改變增加電阻 Ra R R n ，n0不變； 調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速下降，機械特性曲線變軟。nn0OIILR aR 1R 2R 3nNn1n2n3調(diào)阻調(diào)速特性曲線調(diào)阻調(diào)速特性曲線第22頁/共77頁2021-11-163）調(diào)磁調(diào)速工作條件： 保持電壓 U =UN ； 保持電阻 R = Ra ；調(diào)節(jié)

10、過程： 減小勵磁 N n ， n0 調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速上升，機械特性曲線變軟。調(diào)磁調(diào)速特性曲線調(diào)磁調(diào)速特性曲線nn0OTeTL N 1 2 3nNn1n2n3第23頁/共77頁2021-11-16241.4 生產(chǎn)機械對調(diào)速系統(tǒng)的控制要求及調(diào)速指標(biāo)調(diào)速系統(tǒng)速度控制主要要求1.調(diào)速系統(tǒng)控制要求調(diào) 速穩(wěn) 速加、減速在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分擋地或平滑地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速（靜）。以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運行(靜) ；在可能的干擾下，不允許有過大的轉(zhuǎn)速波動(動)。頻繁起、制動的設(shè)備要求加、減速盡量快，以提高生產(chǎn)率；不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機械則要求起、制動盡量平穩(wěn)(動) 。第24頁/共77頁2021-1

11、1-1625 調(diào)速范圍(靜態(tài)指標(biāo)) minmaxnnD 其中：nmin 和nmax 一般都指電動機額定負(fù)載時的轉(zhuǎn)速。 對于負(fù)載很輕的機械，可用實際負(fù)載時的轉(zhuǎn)速。 在不弱磁的調(diào)速系統(tǒng)中， nmaxnnom2.調(diào)速指標(biāo)第25頁/共77頁2021-11-1626 靜差率(靜態(tài)指標(biāo)) 當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運行時，負(fù)載由理想空載增加到額定值時所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落 nnom，與理想空載轉(zhuǎn)速 n0 之比，稱作靜差率 %)100(0nomnnSenomnomCIRnnn01 0IILUnU 1n2nnomn02 第26頁/共77頁2021-11-1627 靜差率與機械特性 靜差率是用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下轉(zhuǎn)速的

12、穩(wěn)定度的。如果電動機機械特性很軟，轉(zhuǎn)速降落大，則靜差率大，表示系統(tǒng)對轉(zhuǎn)矩變化敏感，即轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性差。靜差率和機械特性的硬度有關(guān)，特性越硬，靜差率越小，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度就越高。 然而，靜差率和機械特性硬度又是有區(qū)別的。第27頁/共77頁28 調(diào)速范圍與靜差率之間的關(guān)系（1）在同一理想空載轉(zhuǎn)速no下，S越小，nnom越 小，系統(tǒng)的機械特性越硬。（2）S越小，系統(tǒng)允許的D也變?。蝗粼龃驞，則S 也隨之變大。（3）在一定的S下，減小nnom，D才能擴大。(1)nomnomSnDnSnn00IILUnU 1n1nnomn0min第28頁/共77頁2021-11-1629 開環(huán)系統(tǒng)的特點（1） S 和 D 同

13、方向變化；（2）穩(wěn)態(tài)精度越高，即S越小，則D也越小； 指系統(tǒng)的輸出端和輸入端不存在反饋關(guān)系，系統(tǒng)的輸出量對控制作用不發(fā)生影響的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)既不需要對輸出量進(jìn)行測量，也不需要將輸出量反饋到輸入端與輸入量進(jìn)行比較，控制裝置與被控對象之間只有順向作用，沒有反向聯(lián)系。（3） S較大，D很小 （比較期望）。(1)nomnomSnDnS第29頁/共77頁30 生產(chǎn)機械生產(chǎn)機械調(diào)速范圍調(diào)速范圍靜差率靜差率熱連軋機熱連軋機 10 300.010.005 冷連軋機冷連軋機 15 0.02機床主傳動機床主傳動24 0.050.1造紙機造紙機 320 0.010.001 龍門刨床龍門刨床礦井提升機礦井提升機 20

14、400.05第30頁/共77頁第二節(jié)第二節(jié) 交流調(diào)速的一般基礎(chǔ)交流調(diào)速的一般基礎(chǔ)恒磁通變頻調(diào)速2.1 交流電動機調(diào)速的基本類型 2.2 變頻調(diào)速的原則 2.3 變頻控制時的電動機運行狀態(tài) 2.4 變頻器的控制方式 恒功率變頻調(diào)速 180導(dǎo)電型六拍變頻器120導(dǎo)電型六拍變頻器脈寬調(diào)制型變頻器變頻時的起動狀態(tài)變頻時的再生發(fā)電制動狀態(tài) 變頻時的能耗制動狀態(tài)主講人：汪剛主講人：汪剛第31頁/共77頁 同步電動機的調(diào)速可以用改變供電頻率，從而改變同步轉(zhuǎn)速的方法來實現(xiàn)。這樣，交流電動機就有很多不同的調(diào)速方法，總結(jié)如下：第32頁/共77頁2.1交流電動機調(diào)速的基本類型 變極調(diào)速（對鼠籠式電機）調(diào)壓（定子調(diào)壓

15、）調(diào)阻（繞線式電機轉(zhuǎn)子串電阻）異步電動機 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速調(diào)轉(zhuǎn)差率（電磁離合器）串級調(diào)速（繞線式電機轉(zhuǎn)差電壓控制）交流電動機交-直-交變頻變頻調(diào)速交-交變頻自控式勵磁同步電動機它控式同步電動機正弦波式永磁同步電動機直流無刷式 第33頁/共77頁 為了使交流電動機供電頻為了使交流電動機供電頻率可變，需要一套變頻電率可變，需要一套變頻電源。于是就產(chǎn)生了變頻器。源。于是就產(chǎn)生了變頻器。 現(xiàn)在的變頻電源是采用可現(xiàn)在的變頻電源是采用可關(guān)斷功率器件和應(yīng)用先進(jìn)關(guān)斷功率器件和應(yīng)用先進(jìn)計算機的頻率可連續(xù)調(diào)節(jié)計算機的頻率可連續(xù)調(diào)節(jié)的變頻器。的變頻器。 第34頁/共77頁 晶閘管類(SCR、GTO、GCT、IGCT、S

16、GCT)主電路功率器件晶體管類(BJT、IGBT、IEGT)電壓型直流電源型式電流型不可控整流器整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 可控整流器PWM整流器兩電平逆變器逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 中點鉗位型三電平逆變器交-直-交變頻器串聯(lián)H橋型多電平逆變器六拍180 導(dǎo)電型控制法六拍120 導(dǎo)電型控制法正弦脈沖寬度調(diào)制法（SPWM）波形生成方法空間電壓矢量法（SVPWM）諧波消除法（SHEPWM）電流滯環(huán)跟蹤法（CHBPWM）壓頻比恒定控制控制系統(tǒng) 矢量控制直接轉(zhuǎn)矩控制第35頁/共77頁晶閘管型：SCR-普通晶閘管GTO-門極可關(guān)斷晶閘管GCT-門極換向晶閘管IGCT-集成門極換向晶閘管SGCT-對稱門極換流晶閘管第36頁/共

17、77頁晶體管型：GTR-普通電力晶體管BJT-雙極型晶體管IGBT-絕緣柵雙極型晶體管IPM-智能功率模塊IEGT-電子注入增強柵晶體管 第37頁/共77頁 有環(huán)流環(huán)流無環(huán)流循環(huán)變流器單相相數(shù)三相三相-三相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 三相-單相交-交變頻器單相-單相電壓控制法矩陣變頻器 控制方法電流控制法四步換流法兩步換流法換流方法死區(qū)換流法輔助諧振換流法第38頁/共77頁 三相異步電動機當(dāng)極對數(shù)一定時，其同步轉(zhuǎn)速與定子電源的頻率f1成正比，改變f1即可以改變同步轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)速的目的。 通常把異步電動機定子的額定頻率稱為基頻（特殊情況下，可以定義基頻為指定頻率）。 根據(jù)控制方式的不同，主要有兩種不同的變頻調(diào)速原

18、則： （1）恒磁通變頻調(diào)速通常在基頻以下采用 （2）恒功率變頻調(diào)速通常在基頻以上采用pfn1160第39頁/共77頁 依據(jù)電磁感應(yīng)定律以及三相異步電動機的特性，依據(jù)電磁感應(yīng)定律以及三相異步電動機的特性，則三相異步電動機的每相電勢有效值為：則三相異步電動機的每相電勢有效值為： 從上式可得電動機磁通為：從上式可得電動機磁通為： 其中，其中， 為常數(shù)。為常數(shù)。 如果忽略定子壓降，則如果忽略定子壓降，則 ，上式可寫成：，上式可寫成： 在變頻調(diào)速時，如果只降低定子頻率在變頻調(diào)速時，如果只降低定子頻率 而定子每而定子每相電壓保持額定值不變，則相電壓保持額定值不變，則 要增大要增大 。 111 14.44w

19、mEk N f11111()4.44mwEk Nf1114.44wk N11UE11111()4.44mwUk Nf1fm第40頁/共77頁 由于在由于在 時，電動機的主磁路就已接近飽和，時，電動機的主磁路就已接近飽和， 再增大，主磁路必然過飽和，這將使勵磁電流急劇增大，鐵損再增大，主磁路必然過飽和，這將使勵磁電流急劇增大，鐵損耗增加，耗增加， 下降。反之如果頻率往上升高，磁通減少，在一定下降。反之如果頻率往上升高，磁通減少，在一定的負(fù)載下有過電流的危險，這也是不允許的。為此通常要求磁的負(fù)載下有過電流的危險，這也是不允許的。為此通常要求磁通保持恒定，即通保持恒定，即 NNffUU11、mcos

20、恒定值m恒壓頻比控制特性1-無低頻補償 2-有低頻補償 在基頻以下變頻調(diào)速時，在基頻以下變頻調(diào)速時，采用恒磁通控制，也就采用恒磁通控制，也就是壓頻比恒定控制。是壓頻比恒定控制。 第41頁/共77頁基頻以下調(diào)速時，恒壓頻比控制的方法主要有以下兩種：基頻以下調(diào)速時，恒壓頻比控制的方法主要有以下兩種：（1）保持保持 等于常數(shù)等于常數(shù) 11/ fE電動機的電磁轉(zhuǎn)矩為：電動機的電磁轉(zhuǎn)矩為：22212222121122222121122222211122 21)()2()(23)()(23)(2323lMLsfrrsffEpsxrrsffEpsrxsrEfppfsrIPT 這說明保持這說明保持 =常數(shù)常數(shù)

21、進(jìn)行變頻調(diào)速時，不同進(jìn)行變頻調(diào)速時，不同頻率下電動機產(chǎn)生的最頻率下電動機產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩不變。大轉(zhuǎn)矩不變。11/ fE21max21213()8EpTLf第42頁/共77頁 保持 等于常數(shù)，即進(jìn)行恒磁通變頻調(diào)速時的機械特性如圖所示 ：11/ fE 這種調(diào)速方法與他勵直流電動機調(diào)壓調(diào)速相似，具有機械特性較硬、在一定靜差率要求下調(diào)速范圍寬、低速下運行時穩(wěn)定性好等優(yōu)點。由于頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，所以變頻(頻率)調(diào)速為無極調(diào)速，調(diào)速的平滑性好。此外，電動機拖動正常負(fù)載在不同轉(zhuǎn)速下運行時，轉(zhuǎn)差率較小，因此轉(zhuǎn)子銅耗小，效率高。第43頁/共77頁（2）保持保持 =常數(shù)常數(shù) 由于電動機電勢不能直接檢測，常用由于電動

22、機電勢不能直接檢測，常用 來近似計算，所以來近似計算，所以 等于常數(shù)的恒壓頻比控制是等于常數(shù)的恒壓頻比控制是一種近似恒磁通控制方式，也是異步電動機變頻調(diào)速常采用一種近似恒磁通控制方式，也是異步電動機變頻調(diào)速常采用的一種配合控制方式。的一種配合控制方式。電動機的電磁轉(zhuǎn)矩為：電動機的電磁轉(zhuǎn)矩為： 11/ fU11EU 11/ fU221212221212112212211221)()()2()()(23)(23llLLsfrsrrsffUpxxsrrfsrpUT第44頁/共77頁最大轉(zhuǎn)矩：最大轉(zhuǎn)矩：21max2211112211222111211314()31()4()(2 ) ()llpUTfr

23、rxxUpfrrLLff121()xxr1r21max1113()8UpTfrf21max21123()8()llUpTfLL112()rxx12()xx第45頁/共77頁低頻時有時會拖不動負(fù)載，所以要進(jìn)行補償。 為常數(shù)時的為常數(shù)時的變頻調(diào)速機械變頻調(diào)速機械特性特性 11/ fU第46頁/共77頁11constUf11constEf第47頁/共77頁 在基頻以上變頻調(diào)速時，若要保持在基頻以上變頻調(diào)速時，若要保持 恒定，則恒定，則 =常常數(shù)，定子電壓需要高于額定值，這是不允許的。因此，基數(shù)，定子電壓需要高于額定值，這是不允許的。因此，基頻以上變頻調(diào)速時，應(yīng)使頻以上變頻調(diào)速時，應(yīng)使 保持額定值不變

24、。這樣，隨著保持額定值不變。這樣，隨著 升高，氣隙磁通將減小，相當(dāng)于弱磁調(diào)速方法。升高，氣隙磁通將減小，相當(dāng)于弱磁調(diào)速方法。m11/ fU1U1f 不同頻率下各機不同頻率下各機械特性曲線的械特性曲線的穩(wěn)定運行區(qū)段穩(wěn)定運行區(qū)段近似平行近似平行 第48頁/共77頁1mf11114.44wmUf Nk22coseT mTCI19550eMT nP constMP 屬恒功率變頻調(diào)速屬恒功率變頻調(diào)速1fT1constTf第49頁/共77頁19550eMT nP 如何得出：第50頁/共77頁2、 恒功率調(diào)速原則211max221114(kpmUTfrrx1211211112121N2121Nmax2121

25、max fUfUfTfTfUTfUTTTfUTNN所以有因為恒功率變頻后則有而高頻時：恒功率變頻調(diào)速原則1111UUff恒功率變頻調(diào)速適用于負(fù)載隨轉(zhuǎn)速升高而減輕的情況，如車床刀具等。通常為恒功率變頻調(diào)速適用于負(fù)載隨轉(zhuǎn)速升高而減輕的情況，如車床刀具等。通常為擴大調(diào)速范圍，在基頻以上采用恒功率調(diào)速；在基頻以下采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。擴大調(diào)速范圍，在基頻以上采用恒功率調(diào)速；在基頻以下采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。第51頁/共77頁異步電機變壓變頻控制特性第52頁/共77頁第53頁/共77頁 圖所示為變頻器控制電機時在整個調(diào)速范圍的一族機械特性曲線。Z 在額定轉(zhuǎn)速以下采用恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速，而在額定轉(zhuǎn)速以上采用恒功率變頻調(diào)速，

26、因此調(diào)速范圍明顯擴大。Z 異步電動機變頻調(diào)速可以實現(xiàn)象限運行。如果按照一定規(guī)律控制，異步電動機的起動、制動、反轉(zhuǎn)和調(diào)速過程時間都可以縮至很短，因此在變頻調(diào)速時，異步電動機可具有良好的動態(tài)特性。異步電動機變頻調(diào)速時 的機械特性第54頁/共77頁 當(dāng)頻率由當(dāng)頻率由f1f2f3時，時，電動機電動機 將沿著圖示虛線將沿著圖示虛線由點由點123加速，轉(zhuǎn)速加速，轉(zhuǎn)速由由n1n2n3，達(dá)到新，達(dá)到新的穩(wěn)定運行點。為了縮的穩(wěn)定運行點。為了縮短加速時間，應(yīng)當(dāng)使電短加速時間，應(yīng)當(dāng)使電動機在加速過程中始終動機在加速過程中始終保持有最大轉(zhuǎn)矩，即應(yīng)保持有最大轉(zhuǎn)矩，即應(yīng)當(dāng)使電機沿著最大轉(zhuǎn)矩當(dāng)使電機沿著最大轉(zhuǎn)矩的包絡(luò)線進(jìn)行

27、加速。的包絡(luò)線進(jìn)行加速。 異步電動機變頻調(diào)速的加速過程第55頁/共77頁f 在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電動機轉(zhuǎn)速的在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電動機轉(zhuǎn)速的下降是通過降低頻率來實現(xiàn)的。下降是通過降低頻率來實現(xiàn)的。f 當(dāng)異步電動機在某一頻率下運轉(zhuǎn)時，當(dāng)異步電動機在某一頻率下運轉(zhuǎn)時，如果將頻率迅速降低，使轉(zhuǎn)差率變負(fù)，如果將頻率迅速降低，使轉(zhuǎn)差率變負(fù)，則可以使電動機處于再生發(fā)電制動狀則可以使電動機處于再生發(fā)電制動狀態(tài)，此時電動機運行于態(tài)，此時電動機運行于第二第二象限，如象限，如圖所示。圖所示。P 此時，電能通過逆變器回饋到變此時，電能通過逆變器回饋到變頻器直流側(cè)。在減速過程中若始終保頻器直流側(cè)。在減速過程中若始終保持頻

28、率比電動機轉(zhuǎn)速下降得快，那么持頻率比電動機轉(zhuǎn)速下降得快，那么電動機就一直維持在電動機就一直維持在再生發(fā)電制動狀再生發(fā)電制動狀態(tài)態(tài)。 異步電動機再生發(fā)電制動狀態(tài)的機械特性第56頁/共77頁 交流異步電動機在定子繞組中通入直流電流，交流異步電動機在定子繞組中通入直流電流，就會產(chǎn)生就會產(chǎn)生能耗制動能耗制動。 變頻控制時，為了加快制動過程，縮短制動變頻控制時，為了加快制動過程，縮短制動時間，防止傳動系統(tǒng)在停機后繼續(xù)爬行，在再生時間，防止傳動系統(tǒng)在停機后繼續(xù)爬行，在再生制動方式下先將轉(zhuǎn)速下降到一定程度，然后通過制動方式下先將轉(zhuǎn)速下降到一定程度，然后通過逆變器向電動機的兩相繞組中通入直流，使電動逆變器向電

29、動機的兩相繞組中通入直流，使電動機進(jìn)行機進(jìn)行直流能耗制動直流能耗制動，如圖所示。，如圖所示。第57頁/共77頁異步電動機能耗制動狀態(tài)的機械特性第58頁/共77頁變頻器頻率、電壓可調(diào)頻率、電壓恒定交-交變頻器交-直-交變頻器直接變流器間接變流器第59頁/共77頁 目前，實際應(yīng)用目前，實際應(yīng)用最多最多的是的是交交-直直-交交變頻器。交變頻器。交-直直-交變交變頻器的基本構(gòu)成如圖所示，由頻器的基本構(gòu)成如圖所示，由整流器整流器、逆變器逆變器、濾波濾波器器和和控制電路控制電路組成。組成。變頻器的基本組成第60頁/共77頁 三相三相180導(dǎo)電型六拍變頻器一般為電壓型變頻器。導(dǎo)電型六拍變頻器一般為電壓型變頻

30、器。整流器為可控整流器，如圖所示。整流器為可控整流器，如圖所示。 圖中，電容圖中，電容C很大，起濾波作很大，起濾波作用。直流側(cè)電壓為一恒定值，用。直流側(cè)電壓為一恒定值，相當(dāng)于電壓源。在三相逆變器相當(dāng)于電壓源。在三相逆變器中，電動機正轉(zhuǎn)時功率管的導(dǎo)中，電動機正轉(zhuǎn)時功率管的導(dǎo)通順序是通順序是VT1、VT22、VT3、VT4、VT5、VT6，各功率管驅(qū)，各功率管驅(qū)動信號間相隔動信號間相隔60電角度。電角度。180導(dǎo)電型的特點是每只功導(dǎo)電型的特點是每只功率管的導(dǎo)通時間為率管的導(dǎo)通時間為180，在，在任意瞬間有三個功率管同時導(dǎo)任意瞬間有三個功率管同時導(dǎo)通（每條橋臂上有一只功率管通（每條橋臂上有一只功率管

31、導(dǎo)通），它們的換流是在同一導(dǎo)通），它們的換流是在同一條橋臂內(nèi)進(jìn)行，即在條橋臂內(nèi)進(jìn)行，即在VT1-VT4，VT3-VT6，VT5-VT2之間進(jìn)行之間進(jìn)行相互換流。相互換流。 三相180導(dǎo)電型六拍變頻器主電路圖第61頁/共77頁設(shè)負(fù)載為星形連接，逆變器的換流是瞬間完成的，若以電 動機定子繞組中性點O點電位為參考點，在不同導(dǎo)通區(qū)間的相電壓可通過圖中的等值電路求得，三相180導(dǎo)電型六拍逆變器供電的等值電路在區(qū)間中，561導(dǎo)通，則:13AOCOduuU23BOduU ABAOBOduuuUBCBOCOduuuU 0CACOAOuuu區(qū)間 ? 第62頁/共77頁 功率管順次導(dǎo)通時的電壓波形如圖所示。 18

32、0導(dǎo)電型六拍逆變器電壓波形問題：問題： 結(jié)合右側(cè)波形，說明電機如何結(jié)合右側(cè)波形，說明電機如何是調(diào)速的？是調(diào)速的？第63頁/共77頁相電壓和線電壓的有效值，為 ：222002211()2125(0)() ()23320.8163TABABABddddUudtudtTUUUU 222002211()22142()()2333320.4713TAOAOAOddddUudtudtTUUUU第64頁/共77頁對線電壓和相電壓進(jìn)行諧波分析，可將其分解成傅氏級數(shù) ，為 ：2 3111(sinsin5sin7sin11)5711ABduUtttt2111(sinsin5sin7sin11)5711AOduUt

33、ttt第65頁/共77頁 三相三相120導(dǎo)電型六拍變頻器一般為電流型變頻器，整流器導(dǎo)電型六拍變頻器一般為電流型變頻器，整流器為可控整流器，如圖所示。為可控整流器，如圖所示。 圖中，電感圖中，電感L很大，起濾波很大，起濾波作用。直流側(cè)電流為一恒定作用。直流側(cè)電流為一恒定值，相當(dāng)于電流源。在三相值，相當(dāng)于電流源。在三相逆變器中，電動機正轉(zhuǎn)時功逆變器中，電動機正轉(zhuǎn)時功率管的導(dǎo)通順序是率管的導(dǎo)通順序是VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6，各功率管驅(qū)動信號間，各功率管驅(qū)動信號間相隔相隔60電角度。電角度。120導(dǎo)導(dǎo)電型的特點是每只功率管的電型的特點是每只功率管的導(dǎo)通時間為導(dǎo)通時間為120，任意

34、瞬，任意瞬間有兩只功率管同時導(dǎo)通，間有兩只功率管同時導(dǎo)通，它們的換流在相鄰橋臂中進(jìn)它們的換流在相鄰橋臂中進(jìn)行。行。 三相120導(dǎo)電型六拍變頻器主電路圖第66頁/共77頁設(shè)負(fù)載為星形連接，120導(dǎo)電型三相逆變器供電時各區(qū)間的等值電路如圖所示 ： 三相120導(dǎo)電型六拍逆變器供電的等值電路在區(qū)間中，61導(dǎo)通，則:AdiIBdiI 0Ci 區(qū)間 ? 第67頁/共77頁 其各功率管導(dǎo)通區(qū)其各功率管導(dǎo)通區(qū)間、相電流波形如間、相電流波形如圖圖120導(dǎo)電型六拍逆變器電流波形第68頁/共77頁逆變器輸出電流的有效值，為 ：22200112()0.81623TAAAddIi dti dtIIT對逆變器輸出電流進(jìn)行

35、諧波分析，可將其分解成傅氏級數(shù) ，為 ：2 3111(sinsin5sin7sin11)5711AdiItttt2111(sinsin5sin7sin11)5711ABdiItttt當(dāng)電動機繞組為三角形連接時，電動機相電流分解成傅氏級數(shù)為 :第69頁/共77頁脈寬調(diào)制型變頻器簡稱PWM（Pulse Width Modulation）變頻器。 概念整流器為不可控整流器，逆變器多為電壓型逆變器，如圖所示 三相PWM變頻器主電路圖 第70頁/共77頁 電壓型電壓型SPWM逆變逆變器的脈沖控制波形器的脈沖控制波形 第71頁/共77頁PWM變頻器與六拍變頻器相比，具有以下優(yōu)點：變頻器與六拍變頻器相比，具

36、有以下優(yōu)點：（1）PWM變頻器自身同時完成變頻和變壓的功能，與變頻器自身同時完成變頻和變壓的功能，與六拍變頻器相比，節(jié)省了一個調(diào)壓控制級，從而使控六拍變頻器相比，節(jié)省了一個調(diào)壓控制級，從而使控制電路得到了簡化。制電路得到了簡化。（2）PWM變頻器比六拍變頻器輸出電壓諧波小。驅(qū)動變頻器比六拍變頻器輸出電壓諧波小。驅(qū)動電動機時，其輸出電流諧波更是明顯改善，從而減小電動機時，其輸出電流諧波更是明顯改善，從而減小了電動機轉(zhuǎn)矩脈動和損耗。了電動機轉(zhuǎn)矩脈動和損耗。（3）PWM變頻器由于應(yīng)用變頻器由于應(yīng)用IGBT等電壓型控制器件，并等電壓型控制器件，并且開關(guān)頻率很高，所以比六拍變頻器體積小很多。且開關(guān)頻率很高，所以比六拍變頻器體積小很多。（4）PWM變頻器控制精度高，系統(tǒng)功能全，適于高性變頻器控制精度高，系統(tǒng)功能全，適于高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)，而六拍變頻器的性能要差一些，能的交流調(diào)速系統(tǒng)，而六拍變頻器的性能要差一些