機電傳動控制交流調(diào)速

機電傳動控制交流調(diào)速第一頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日晶閘管交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)

由異步電動機電磁轉矩和機械特性方程可知，異步電動機的輸出轉矩與定子電壓的平方成正比，因此，改變異步電動機的定子電壓也就是改變電動機的轉矩及機械特性，從而實現(xiàn)調(diào)速，這是一種比較簡單而方便的方法。

第二頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日采用晶閘管的交流調(diào)壓電路晶閘管交流調(diào)壓電路與晶閘管整流電路一樣，也有單相與三相之分。1.單相交流調(diào)壓電路單相晶閘管交流調(diào)壓電路的種類很多，但應用最廣的是反并聯(lián)電路。第三頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日

帶電感性負載的電路及波形圖

由于電感性負載中電流的波形滯后于電壓的波形，因此，當電壓過零變?yōu)樨撝岛箅娏鹘?jīng)過一個延遲角才能降到零，從而晶閘管也要經(jīng)過一個延遲角才能關斷。延遲角的大小與控制角、負載功率因數(shù)角都有關系，這一點和單相整流電路帶電感性負載相似。

第四頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日三相交流調(diào)壓電路

三相交流調(diào)壓電路的分析與單相電路的分析大同小異,但必須注意它的特殊性。1）

為保證輸出電壓對稱并有相應的控制范圍，首先要求觸發(fā)信號必須與交流電源有一致的相序和相位差。2）

其次是在感性負載或小導通角情況下，為了確保晶閘管可靠觸發(fā)，如同三相全控橋式整流電路一樣，要求采用控制角大于60度的雙脈沖或寬脈沖觸發(fā)電路。第五頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日異步電動機調(diào)壓調(diào)速特性

1）異步電動機在輕載時，即使外加電壓變化很大，轉速變化也很小。即電動機的轉速變化范圍不大；2）異步電動機在重載時，如果降低供電電壓，則轉速下降很快，甚至停轉，從而引起電動機過熱甚至燒壞；3）如果要使電動機能在低速段運行（如點d），一方面?zhèn)鲃酉到y(tǒng)運行不穩(wěn)定，另外，隨著電動機轉速的降低會引起轉子電流相應增大，可能引起過熱而損壞電動機。對于籠型異步電動機，可以將電動機轉子的鼠籠由鑄鋁材料改為電阻率較大的黃銅條，使之具有如圖(b)所示的機械特性。即使這樣，調(diào)速范圍仍不大，且低速時運行穩(wěn)定性不好，不能滿足生產(chǎn)機械的要求。第六頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日異步電動機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)–轉速負反饋第七頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日異步電動機調(diào)壓調(diào)速時的損耗及容量限制轉差功率：傳到轉子上的電磁功率與轉子軸上產(chǎn)生的機械功率之差叫損耗功率，也叫轉差功率。由于旋轉磁場和轉子具有不同的速度，因此，轉差功率為：

1)轉差功率的大小由轉差率S決定；2)這個轉差功率,它將通過轉子導體發(fā)熱而消耗掉；3)在調(diào)壓調(diào)速中，如果工作在低速狀態(tài)，S將較大，即轉差功率很大，所以，這種調(diào)壓調(diào)速方法不太適合于長期工作在低速的工作機械，如要用于這種機械，電動機容量就要適當選擇大一些。

4)如果負載具有轉矩隨轉速降低而減小的特性（如通風機類型的工作機械），則當向低速方向調(diào)速時轉矩減小，電磁功率及輸入功率也減小，從而使轉差功率較恒轉矩負載時小得多。因此，定子調(diào)壓調(diào)速的方法特別適合于通風機及泵類等機械。第八頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日線繞式異步電動機調(diào)速系統(tǒng)

轉子電路串接電阻——電阻上消耗大量的能量，速度越低損耗越大轉子電路串接電勢——把電阻上的能量加以利用，從而獲得比較經(jīng)濟的運行效果。為了利用這部分能量，在轉子電路中增加了一套交流裝置。這樣，就構成了由異步電動機和交流裝置共同組成的串級調(diào)速系統(tǒng)。第九頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日串級調(diào)速的一般原理

異步電動機的串級調(diào)速，就是在異步電動機轉子電路內(nèi)引入附加電勢Ead，以調(diào)節(jié)異步電動機的轉速。引入電動勢的方向，可與轉子電動勢E2方向相同或相反，其頻率則與轉子頻率相同。

第十頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日系統(tǒng)框圖

電動機的轉子繞組端接進一個不可控的整流器，這樣，為實現(xiàn)調(diào)速而串入的附加電勢Ead就可以采用可調(diào)直流電源。當Ead=0時，電動機在接近于額定轉速下運轉，若改變Ead的大小就可以改變電動機轉速。第十一頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日串級調(diào)速時的機械特性

串級調(diào)速時異步電動機的機械特性與直流電動機的特性很相似。由特性可知，若引入的附加電勢愈大，則n0愈小，即電動機的轉速愈低。如果Ead用負值代入，則可以得到當附加電勢與轉子電勢同相位時的機械特性。

I2=0時S不等于0,所以其n0和定子同步轉速不同。第十二頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日晶閘管串級調(diào)速的基本原理

由于采用串級調(diào)速的電動機具有類似他勵直流電動機的硬機械特性，因此，在調(diào)速精度要求不高的場合，可以直接采用開環(huán)控制。但是，如果想要得到高精度的調(diào)速，則應采用帶速度負反饋的自動調(diào)速系統(tǒng)。其典型結構與VS-M自動調(diào)速系統(tǒng)相似，也包括有電流調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器及電流和速度反饋環(huán)節(jié)。

線繞轉子異步電動機M的轉子電壓經(jīng)不可控整流電路轉換為直流電壓，經(jīng)平波電抗器、再由晶閘管逆變器將該直流電壓逆變?yōu)榻涣?，有的?jīng)變壓器，有的直接反饋給交流電網(wǎng)。經(jīng)逆變后的電壓可視為加到電動機轉子的電勢。改變逆變器中晶閘管的逆變角β，就可以改變附加電勢的大小，從而實現(xiàn)異步電動機的串級調(diào)速。

第十三頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日晶閘管串級調(diào)速與直流電動機晶閘管整流調(diào)速相比

異步電動機的晶閘管串級調(diào)速與直流電動機晶閘管整流調(diào)速相比，無論從機械特性上或者從動態(tài)特性上以及調(diào)速系統(tǒng)組成上都有很多相似之處。對于直流電動機，改變晶閘管的控制角以改變整流電壓，可改變電動機的轉速（例如增加控制角，降低電壓，降低轉速），而串級調(diào)速是通過改變晶閘管的逆變角即逆變電壓，從而改變轉差率來調(diào)速的（例如逆變角增加，轉差率下降，轉速上升）。因此，異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法，也可以參考直流晶閘管調(diào)速系統(tǒng)的方法。第十四頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日特點晶閘管串級調(diào)速具有調(diào)速范圍寬、效率高（因轉差功率可反饋電網(wǎng)）、便于向大容量發(fā)展等優(yōu)點，是很有發(fā)展前途的繞線轉子異步電動機的調(diào)速方法。它的應用范圍很廣，適用于通風機負載，也適用于恒轉矩負載。其缺點是功率因素較差?，F(xiàn)采用電容補償?shù)却胧?，使功率因素有所提高（可以參照同步電動機的原理理解）。第十五頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日晶閘管變頻調(diào)速系統(tǒng)

通過改變電動機定子供電頻率以改變同步轉速來實現(xiàn)調(diào)速的。在調(diào)速過程中，從高速到低速都可以保持有限的轉差功率，因而，具有高效率、寬范圍和高精度的調(diào)速性能?？梢哉J為，變頻調(diào)速是異步電動機調(diào)速最有發(fā)展前途的一種方法也是現(xiàn)在使用的最多的調(diào)速方法。

第十六頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日變頻調(diào)速的原理

第十七頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日恒功率調(diào)速與恒恒轉矩調(diào)速第十八頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日交-直-交變頻調(diào)速系統(tǒng)

在交-直-交變頻調(diào)速系統(tǒng)，首先將電網(wǎng)中的交流電整流成直流電，再通過逆變器將直流電逆變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電。

第十九頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日系統(tǒng)構成系統(tǒng)中，晶閘管整流、移相觸發(fā)電路、脈沖放大器、電壓及速度負反饋環(huán)節(jié)的電路和原理與直流調(diào)速系統(tǒng)相同。脈沖發(fā)生器電路：將給定信號和反饋信號的差值變換為頻率與電壓大小成正比的脈沖信號；環(huán)行計數(shù)器：實質是一個脈沖分配器，它把來自頻率發(fā)生器的脈沖6個（或12個）一組依次分配，經(jīng)脈沖放大器后，順序觸發(fā)逆變器的6只晶閘管來實現(xiàn)逆變。觸發(fā)脈沖的頻率（即逆變電路輸出電壓的頻率）與頻率發(fā)生器的輸出頻率成正比。頻率/電壓（F/V）變換器：是為了實現(xiàn)電壓與頻率的協(xié)調(diào)控制。因為變頻的同時需調(diào)壓。頻率/電壓（F/V）變換器把脈沖信號變換成與頻率成正比的電壓信號。晶閘管整流電路和逆變電路：逆變器的輸入電壓是整流電路的輸出電壓整流電路的輸出電壓發(fā)生變化時，逆變器輸出交流電壓的正負峰值將隨之發(fā)生變化。第二十頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)的主回路

第二十一頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)

交-交變頻是直接將固定頻率和電壓的交流電變成頻率和電壓均可調(diào)的交流電，而不經(jīng)過中間直流環(huán)節(jié)，故也稱為直接變頻。交-交直接變頻除了用于交流電動機調(diào)速外，也可用于變頻交流電源。如用直接變頻器可以將單相交流電變換為兩相及三相交流電，亦可以將高頻電源變?yōu)榈皖l電源等。第二十二頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日交流調(diào)壓電路

（a）所示為共陰極全波整流電路，改變VS1和VS2的控制角，即可在負載上獲得可調(diào)的上正下負的直流輸出電壓如右圖所示。（b）所示是將兩個晶閘管改接成共陽極的接法，則可獲得下正上負的直流輸出電壓如右圖所示。。第二十三頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日交流調(diào)壓調(diào)頻電路

如果將共陰極和共陽極兩種整流線路綜合起來，采用兩組反并聯(lián)的可控整流電路，就構成了交流調(diào)壓調(diào)頻電路如圖左圖所示。改變四個晶閘管的導通順序和控制角的大小可得到不同頻率和電壓的交流輸出電壓如右圖所示。第二十四頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日三相方波型交-交變頻器的主電路

根據(jù)交-交變頻器其輸出電壓的波形，可以分為方波型及正弦波型兩種。它的每一相由兩組反并聯(lián)的三相零式整流電路組成，圖中Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ為正組，Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ為反組。各組導通時間為T/3（T為輸出電壓的周期），每組依次相隔T/6導通，同一時刻有一個正組和一個反組導通。第二十五頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日交-交變頻系統(tǒng)控制電路的框圖

圖中給定信號經(jīng)電壓/頻率變換轉換成與給定信號成比例的脈沖信號，然后經(jīng)環(huán)行分配器分頻，依次形成相差T/6、持續(xù)時間為T/3的選組脈沖。選組脈沖規(guī)定了什么時間允許哪組晶閘管工作。與此同時，給定信號被變換成與之相應的移相脈沖，從而決定每組晶閘管導通的次序及控制角α的大小。移相脈沖與選組脈沖經(jīng)邏輯電路確定了每個晶閘管的導通時刻，低速時為了補償定子的壓降，引入了函數(shù)發(fā)生器以適當提高電壓。第二十六頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日三相正弦型交-交變頻器原理在異步電動機調(diào)速系統(tǒng)中，常用的是正弦型交-交變頻器。其目的是使每組整流器的輸出平均電壓隨時間按正弦規(guī)律變化。電路的型式實質上是由兩組反并聯(lián)的可控整流器所組