机电传动控制8交流电动机调速系统.ppt

目录 第8章,第8章 交流电动机调速系统 8-1 晶闸管交流调压调速系统 8-2 交流电动机变频调速系统 8-3 其他交流调速系统,8.1 电磁转差离合器调速系统 8.2 交流调压调速系统 8.3 线绕式异步电动机调速系统 8.4 晶闸管变频调速系统,第8章 交流电动机调速系统,掌握交流异步电动机调速的基本原理及主要方法；了解电磁转差离合器调速系统的原理和调速性能。掌握交流调压调速系统和线绕式异步电动机 调速系统的特性、原理及应用领域；了解变频调速系统的分类、脉宽调制型变频调速和交-交变频调速 的基本原理，调速特性及应用范围；,第8章 交流电动机调速系统,交流异步电动机调速系统的基本原理，各类调速系统的 基本原理与类型以及几种主要系统的基本组成；不同调速方法所获得的电动机调速的特性和特点，不同调速方法的应用场合。,不同调速系统的原理，变频调速系统的分类与系统原理；,第8章 交流电动机调速系统,根据交流异步电动机转速的关系式：n n0(1S)60 f(1S)/p n0n 可知，交流异步电动机的调速方法大致可分为三种：改变转差率S 改变频率f 改变磁极的极对数p 其中，改变转差率S的方法，又可以通过调定子电压、转子电阻、转子电压 以及定转子供电频率等方法来实现。从而派生出很多种调速方法。,交流异步电动机调速的基本方法,2-5三相异步电动机的调速方法,电磁转差离合器,第8章 交流电动机调速系统,通过改变电磁离合器的励磁电流 实现调速的异步电动机-电磁离合器调速系统，具有装置及控制电路简单、价格便宜等优点，但低速运行时，损耗较大，效率较低。,8.1 电磁转差离合器调速系统,结构图,原理图,第8章 交流电动机调速系统,当异步电动机定子 与转子的参数恒定时，在一定的转差率下，电动机的电磁转矩T 与加在定子绕组上的电压U的平方成正比。因此，通过改变异步电动机的定子电压，从而改变电动机 在一定输出转矩下的转速是一种简单而方便的调速方法。优点：控制电路简单、价格低、使用维修方便等，缺点：损耗大、效率低、调速特性软，低速时稳定性差、调速范围窄。若加入转速负反馈构成闭环系统，就可使低速特性变得较硬、稳定性变好，调速范围加宽。,8.2 交流调压调速系统,交流调压原理,第8章 交流电动机调速系统,单相交流调压,8.2 交流调压调速系统,电阻负载 阻感负载 单相交流 调压电路 及其波形,线路控制三角形联结,中点控制三角形联结,第8章 交流电动机调速系统,8.2 交流调压调速系统,三相交流调压,根据三相联结形式的不同，三相交流调压电路具有多种形式。,星形联结三相三线三相四线,支路控制三角形联结,第8章 交流电动机调速系统,三相交流调压电路星形联结三相三线,8.2 交流调压调速系统,三相交流调压,任一相导通 须和另一相构成回路。电流通路中 至少有两个晶闸管，应采用双脉冲或宽脉冲触发。触发脉冲顺序和 三相桥式全控整流电路一样，顺序为VT1VT6，依次相差 60。相电压过零点定为 的起点，角移相范围是 0150。,第8章 交流电动机调速系统,8.2 交流调压调速系统,三相交流调压,=30,=60,=120,不同角时a相负载相电压波形,第8章 交流电动机调速系统,8.2 交流调压调速系统,三相交流调压,不同角时a相负载相电压波形,0 a 60 60 a 90 90 a 150,第8章 交流电动机调速系统,8.2 交流调压调速系统,调压调速闭环控制系统,转速负反馈降压调速闭环控制系统,第8章 交流电动机调速系统,对于线绕式异步电动机，可采用转子回路中串接电阻或串接电势两种调速方法。转子回路串电阻调速时，在电阻上将消耗大量的能量，速度越低，指耗越大；转子回路串入一外加电势，就构成了串级调速系统，由于其能量损耗小，且机械特性也较硬，从而获得较广泛的应用。,8.3 线绕式异步电动机调速系统,第8章 交流电动机调速系统,变频调速的基本原理是 异步电动机的同步转速n0 与定子供电电源的频率 f 成正比，改变 f 就可改变n0，从而实现调速。具有效率高、调速范围宽，调速精度高等特点，是异步电动机比较理想的调速方法。变频调速系统主要有：交-直-交电压型变频调速系统 交-交变频调速系统 交-直-交电流型变频调速系统 脉宽型变频调速系统（交-直-交电压型）,8.4 交流变频调速系统,概述,第8章 交流电动机调速系统,交-直-交电压型交流变流电路,8.4 交流变频调速系统,不能再生反馈电力的电压型间接交流变流电路整流部分采用的是不可控整流，它只能由电源向直流电路输送功率，而不能反馈电力。逆变部分的能量是可以双向流动的，若负载能量反馈到中间直流电路，将导致电容电压升高，称为泵升电压。,不能再生反馈的电压型间接交流变流电路,整流,逆变,第8章 交流电动机调速系统,交-直-交电压型交流变流电路,8.4 交流变频调速系统,当负载为电动机时，通常 要求间接交流变流电路具有再生反馈电力的能力。使电路具备再生反馈电力的能力 的方法：,带有泵升电压限制电路利用可控变流器实现再生反馈整流和逆变均为PWM控制,具有再生反馈电力的电压型间接交流变流电路,第8章 交流电动机调速系统,交-直-交电压型交流变流电路,8.4 交流变频调速系统,带有泵升电压限制电路 当泵升电压超过一定数值时，使V0导通，把从负载反馈的能量 消耗在R0上。,利用可控变流器实现再生反馈 当负载回馈能量时，可控变流器工作于 有源逆变状态，将电能反馈回电网。,第8章 交流电动机调速系统,交-直-交电压型交流变流电路,8.4 交流变频调速系统,整流和逆变均为PWM控制 整流和逆变电路 的构成完全相同，均采用PWM控制，能量可双向流动。输入输出电流均为正弦波，输入功率因数高，且可实现电动机四象限运行。,第8章 交流电动机调速系统,交-直-交电压型交流变流电路,8.4 交流变频调速系统,不能再生反馈的电压型间接交流变流电路,第8章 交流电动机调速系统,交-直-交电流型交流变流电路,8.4 交流变频调速系统,不能再生反馈电力的电流型间接交流变流电路,采用可控整流的电流型间接交流变流电路,整流电路为不可控的二极管整流时，电路不能将负载侧的能量反馈到电源侧。,使电路具备再生反馈电力的能力 的方法：整流电路采用 晶闸管可控整流电路。负载回馈能量时，可控变流器工作于有源逆变状态，使中间直流电压反极性。,整流,逆变,整流,逆变,第8章 交流电动机调速系统,交-直-交电流型交流变流电路,8.4 交流变频调速系统,电流型交-直-交PWM变频电路,电流型交-直-交PWM变频电路 负载为三相异步电动机，适用于较大容量的场合。,采用可控整流的电流型间接交流变流电路,整流,逆变,第8章 交流电动机调速系统,交-直-交电流型交流变流电路,8.4 交流变频调速系统,整流和逆变均为PWM控制的电流型间接交流变流电路 通过对整流电路的PWM控制 使输入电流为正弦并使输入功率因数为1。,整流和逆变均为PWM控制的电流型间接交流变流电路,采用可控整流的电流型间接交流变流电路,整流,逆变,第8章 交流电动机调速系统,交-直-交电流型交流变流电路,8.4 交流变频调速系统,电流型交-直-交PWM变频电路,具备再生反馈电力的电路,整流和逆变均为PWM控制的电路,不能再生反馈电力的电路,整流,逆变,整流,逆变,第8章 交流电动机调速系统,交-交变频调速系统,8.4 交流变频调速系统,把电网频率的交流电变成可调频率（低于交流电源频率）的交流电的变流电路，属于直接变频电路。,广泛用于 大功率交流电动机 调速传动系统，实际使用的主要是 三相输出交交变频电路。,第8章 交流电动机调速系统,交-交变频调速系统,由P组和N组反并联的 晶闸管变流电路构成，和直流电动机可逆调速用 的四象限变流电路完全相同。变流器P和N都是相控整流电路。,直流电动机可逆调速电路原理图,8.4 交流变频调速系统,第8章 交流电动机调速系统,交-交变频调速系统,8.4 交流变频调速系统,单相交交变频电路原理图和输出电压波形,P组工作时，负载电流i0为正，N组工作时，负载电流i0为负。两组变流器 按一定的频率交替工作，负载得到该频率的交流电。,改变两组变流器的切换频率，就可改变输出频率0。改变变流电路的控制角a 就可以改变 交流输出电压的幅值。,第8章 交流电动机调速系统,交-交变频调速系统,8.4 交流变频调速系统,单相交交变频电路原理图和输出电压波形,为使u0波形接近正弦波，可按正弦规律对a角进行调制。,在半个周期内 让P组a 角按正弦规律 从90减到0或某个值，再增到90。每个控制间隔内的 平均输出电压按正弦规律 从零增至最高，再减到零。,第8章 交流电动机调速系统,交-交变频调速系统,8.4 交流变频调速系统,单相交交变频电路原理图和输出电压波形,为使u0波形接近正弦波，可按正弦规律对a角进行调制。,另外半个周期 可对N组进行同样的控制。,uo由若干段 电源电压拼接而成。在uo的一个周期内，包含的电源电压段数越多，其波形就越接近正弦波。,第8章 交流电动机调速系统,交-交变频调速系统,8.4 交流变频调速系统,单相交交变频电路输出电压和电流波形,考虑无环流工作方式下io过零的死区时间，一周期可分为6段。,第1段 i00，u00，反组逆变,第2段 电流过零，为无环流死区,第3段 i00，u00，正组整流,第4段 i00，u00，正组逆变,第5段 又是无环流死区,第6段 i00，u00，为反组整流,第8章 交流电动机调速系统,交-交变频调速系统,8.4 交流变频调速系统,由三组输出电压相位各差120的单相交交变频电路组成。,输出星形联结方式三相交交变频电路,三相交交变频器,简图,因为三组的输出联接在一起，其电源进线必须隔离，因此分别用三个变压器供电。,第8章 交流电动机调速系统,交-交变频调速系统,8.4 交流变频调速系统,由三组输出电压相位各差120的单相交交变频电路组成。,输出星形联结方式三相交交变频电路,三相交交变频器,简图,详图,因为三组的输出联接在一起，其电源进线必须隔离，因此分别用三个变压器供电。,第8章 交流电动机调速系统,交-交变频调速系统,8.4 交流变频调速系统,输出星形联结方式三相交交变频电路,三相交交变频器,简图,详图,由于输出端中点不和负载中点相联接，所以在构成三相变频电路的六组桥式电路中，至少要有不同输出相的两组桥中的 四个晶闸管同时导通才能构成回路，形成电流。,第8章 交流电动机调速系统,交-交变频调速系统,8.4 交流变频调速系统,输出星形联结方式三相交交变频电路,三相交交变频器,简图,详图,和整流电路一样，同一组桥内的两个晶闸管靠双触发脉冲保证同时导通。两组桥之间则是靠各自的触发脉冲有足够的宽度，以保证同时导通。,第8章 交流电动机调速系统,异步电动机变频调速系统,8.4 交流变频调速系统,笼型异步电动机的定子频率控制方式，有：恒压频比（U/f）控制 矢量控制 转差频率控制 直接转矩控制,恒压频比控制是比较简单，被广泛采用的控制方式。该方式被用于转速开环的交流调速系统，适用于 生产机械对调速系统的静、动态性能要求不高的场合。,对变频器的电压和频率的比率进行控制，使该比率保持恒定，即恒压频比控制，以维持电动机气隙磁通为额定值，避免因频率变化导致磁饱和而造成励磁电流增大，引起功率因数和效率的降低。,第8章 交流电动机调速系统,异步电动机变频调速系统,8.4 交流变频调速系统,采用恒压频比控制的变频调速系统框图,整流,逆变,转速给定既作为调节加减速的频率 f 指令值，同时经过适当分压，作为定子电压U1的指令值。该比例决定了U/f 比值，可以保证压频比为恒定。,第8章 交流电动机调速系统,异步电动机变频调速系统,8.4 交流变频调速系统,采用恒压频比控制的变频调速系统框图,整流,逆变,在给定信号之后设置的给定积分器，将阶跃给定信号转换为按设定斜率逐渐变化的斜坡信号ugt，使电动机的电压和转速都平缓地升高或降低，避免产生冲击。,第8章 交流电动机调速系统,异步电动机变频调速系统,8.4 交流变频调速系统,采用恒压频比控制的变频调速系统框图,整流,逆变,给定积分器输出幅值和极性代表输出电压、频率和电机转向。绝对值变换器输出ugt的绝对值uabs，电压频率控制环节根据uabs及ugt极性得出电压及频率指令信号。,第8章 交流电动机调速系统,异步电动机变频调速系统,8.4 交流变频调速系统,采用恒压频比控制的变频调速系统框图,整流,逆变,经PWM生成环节形成控制逆变器的PWM信号，再经驱动电路控制变频器中IGBT的通断，使变频器输出所需频率、相序和大小的交流电压，从而控制交流电机的转速和转向。,第8章 交流电动机调速系统,8.4 交流变频调速系统,交-交变频器交-直-交变频器比较,第8章 交流电动机调速系统,变频器举例,通用变频器基本电路,第8章 交流电动机调速系统,变频器举例,操作面板,松下VFO超小型变频器,第8章 交流电动机调速系统,变频器举例,松下VFO超小型变频器,常用控制信号接线端子,第8章 交流电动机调速系统,变频器举例,松下VFO超小型变频器,第8章 交流电动机调速系统,PLC,变频器,远传压力表,水位计,接触器组,控制系统举例,水泵,380V工频电源,第8章 交流电动机调速系统,PLC,变频器,自耦变压器,远传压力表,水位计,接触器组,水泵,380V工频电源,控制系统举例,第8章 交流电动机调速系统,变频器,自耦变压器,接触器,1泵,380V工频电源,2泵,3泵,4泵,5泵,控制系统举例,第8章 交流电动机调速系统,控制系统举例,