电动机与电气传动（第一部分）

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,注册电气工程师（供配电）专业执业资格考试专业部分,17.,电动机与电气传动,北京建筑工程学院,17.,电动机与电气传动（考试大纲）,17,1,熟悉电气传动系统的组成及分类,17,2,了解电动机的选择,17,3,掌握交、直流电动机的起动方式及起动校验,17,4,掌握交、直流电动机调速技术,17,5,掌握交、直流电动机的电气制动方式及计算方法,17,6,掌握电动机保护配置及计算方法,17,7,熟悉低压电动机控制电器的选择,17,8,了解电动机调速系统性能指标,17,9,了解传动系统动态指标的运用,17,10,了解调节理论在电气传动工程中的运用,17,11,熟悉,PLC,的组成及工作原理,17.,电动机与电气传动,17,1,电气传动系统的组成及分类,17,1,1,电气传动系统的组成,电气传动控制系统通常由电动机、电源装置和信息、控制装置三部分组成,。,电源装置,（电力电子变流器）,电动机及设备,信息装置,指令、控制,装置,17,1,2,电气传动的分类与比较,（,1,）按是否调速来划分：,从节约电能、改善机械性能的角度，将有越来越多的调速传动取代不调速传动，如：风机、泵类负载，平均可节电,15,20,。,电气传动,不调速,调速,机械,机电,电气,开环,闭环,例、,（,2,）按照电动机的不同类型来划分,:,例,17,2,电动机的选择,17,2,1,选择电动机的原则,（,1,）要从供电电网的质量、起制动特性、调速性能、控制特性等几个方面综合考虑，选择适当类型的电动机及其控制方式。,（,2,）额定功率要满足负载需要，但不宜过大。过大会使投资增高，而且会造成轻载运行时损耗大、效率低、功率因数低、起动时冲击大等问题。,（,3,）根据温升和使用环境条件，选择合适的通风方式、结构型式和防护等级。,17,2,1,选择电动机的原则,（,4,）按照现场使用状况和被传动机械的要求，选择结构和安装方式，与传动机械的连接方式，传动机构有无振动和冲击以及安装基础的牢固程度等。,（,5,）尽量选用可靠性高、互换性好、维护方便，且有标准定额的电动机。,（,6,）考虑初期投资和运行费用，要从电动机及其控制设备的总投资、效率、功率因数和电费以及全部设备的年维修费用等因素加以选择。,17,2,电动机的选择,17,2,电动机的选择,17,2,2,选择电动机的步骤框图,17,2,2,选择电动机的步骤,1.,电动机类型的选择,（,1,）根据环境条件选择电动机的类型,不同的使用环境条件对电动机的结构、通风及类型均有不同的要求（详见表,23,-2-,1,）,。,其中：,爆炸和火灾危险场所的分级详见,爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范,IP,的分级及定义详见,GB4208,93,外壳防护等级（,IP,代码）,表,23-2-1,设计规范,IP,代码,17,2,电动机的选择,（,2,）,根据负载性质选择电动机的类型,17,2,电动机的选择,（,3,）直流与交流电动机的比较（自学）,（,4,）交流电动机的选择,1,）普通励磁同步电机,优点：,电机功率因数高，,用于变频传动时，电机功率因数等于“,1,”,，使变频装置容量最小，变频器输入功率因数改善；,效率比异步电机的高；,气隙比异步电机的大，大容量电机制造容易。,缺点：,需附加励磁装置；,变频调速控制系统比异步电动机的复杂；,应用场合：,大功率不调速传动；,600r,min,以下大功率交一交变频传动，例如轧机、卷扬、船舶驱动、水泥磨机等。,17,2,电动机的选择,2,）永磁同步电动机,永磁同步电动机与,PWM,变频装置配合使用，电流为正弦波。目前一般容量在几十千瓦以下但容量正在逐渐扩大，目前已能做到上百千瓦，速度精度较高，在伺服系统中采用按转子位置定向的矢量控制系统，性能优于其他电机（直流、异步或永磁无换向器电机），但成本略高，适用于高性能场合。,17,2,电动机的选择,3,）无换向器电机,a.,特点：,输入电流为,120,方波，导致转矩脉动及低速性能差；,电路设计时需计及谐波电流带来的附加损耗；,要求变频器容量及励磁电流较大；电机过载能力差（,1,5,2,），电机短粗，,GD,2,大。,无转速和频率上限。,b.,应用场合：,大中功率用于负载平稳、过载不多的场合，例如风机、泵等，一般,600r,min,以上；,小功率常与,PWM,变频器配合，用于性能一般的伺服系统。,17,2,电动机的选择,4,）异步电动机,a.,特点：,笼型电动机结构简单，制造容易，价格便宜；,绕线转子电动机可以通过在转子回路中串电阻、频敏电阻或通过双馈改变电机特性，改善起动性能或实现调速；,功率因数及效率低。在采用变频调速时加大变频器容量；,气隙小，大功率电机制造困难，,调速控制系统比同步电动机的简单。,b.,应用场合,2000,3000kW,以下、不调速、操作不频繁场合，宜用笼型电动机；,2000,3000kw,以下、不调速，但要求起动力矩大或操作较频繁场合，宜用绕线转子电动机；,环境恶劣场合宜用笼型电动机；,2000,3000kW,以下的交流调速系统。,17,2,电动机的选择,5,）磁阻电机,是一种与小功率笼型电动机竞争的新型调速电机，转子为实心铁芯，,d,、,q,轴磁路不对称，定子有多相绕组，利用大功率晶体管轮流接通定子各绕组，靠反应力矩使电机旋转。,这种电机调速装置简单，不用逆变器，无逆变失败故障，可靠性高，它的结构比笼型电动机简单，而功率因数和效率两者差不多。目前容量范围在几千瓦以下，个别达几十千瓦，近些年用于小功率调速装置。,17,2,电动机的选择,（,5,）直流电动机的选择,1,）需要较大起动转矩和恒功率调速的机械，如电车、牵引机车等，用直流串励电动机。,2,）其他使用直流机场合一般均用他励直流电动机。注意要按生产机械的恒转矩和恒功率调速范围，合理地选择电动机的基速及弱磁倍数。,2.,电动机转速的选择,应从技术指标及经济指标全面考虑。,17,2,电动机的选择,3.,电动机功率、转矩的选择（电动机的容量校验）,（,1,）恒定负载连续工作制下电动机的容量校验,1,）计算电动机的额定功率,选择电动机的额定功率,P,N,略大于折算到电动机轴上的负载功率,P,L,式中,T,L,折算到电动机轴上的静负载转矩（,N,m,）；,n,N,电动机的额定转速（,r,min,）,当负载转矩恒定，需从基速向上调速时，其额定功率应按要求的最高工作转速,n,max,计算：,17,2,电动机的选择,2,）校验起动过程中的最小转矩及允许的最大飞轮力矩,对起动条件沉重（静负载转矩大或带有较大的飞轮力矩）而采用笼型异步电动机或同步电动机传动时，在选定,P,N,后还要按下面两式分别校验电动机的最小起动转矩,T,Mmin,和允许的最大飞轮矩,GD,xm,2,式中：,T,Lmax,起动过程中可能出现的最大负载转矩（,Nm,）；,K,S,保证起动时有足够加速转矩的系数,一般取,K,S,=1.15,1.25,；,K,u,电压波动系数，起动时电动机端电压与额定电压之比，全压起动时，取,K,u,=0.85,17,2,电动机的选择,允许的最大飞轮力矩,GD,xm,2,为（大型生产机械）,式中,GD,mec,2,折算到电动机轴上传动机械的最大飞轮力矩（,N,m,2,）,GD,0,2,包括电动机在内的整个传动系统允许的最 大飞轮力矩（,N,m,2,），由电机资料中查取；,GD,M,2,电动机转子的飞轮力矩（,N,m,2,）；,T,sav,电动机的平均起动转矩（,N,m,），见表,23-2-,4,。,17,2,电动机的选择,（,2,）短时工作制下电动机的容量校验,式中,P,Lmax,短时负载功率的最大值（,kW,）；,电动机允许的转矩过载倍数，见表,23-2-5,。,（,3,）变动负载连续周期工作制下电动机的容量校验,1,）发热校验 变动负载连续周期工作制下电动机的功率计算，可先按,等效（方均根）转矩或等效电流法,，计算出一个周期,T,内的等效转矩,T,rms,或等效电流,I,rms,。选取额定转矩,T,N,T,rms,或额定电流,I,N,I,rms,。,17,2,电动机的选择,式中：,T,1,T,n,各分段时间内的转矩值（,Nm,）；,I,1,I,n,各分段时间内的电流值（,A,）；,T,一个周期的总时间（,s,），,当负载波形不是矩形，则应将每一个相应的时间间隔内的转矩或电流值换算成等效平均值后，同样可用上面两式计算,T,rms,或,I,rms,。,a,）矩形负载,b),梯形或三角形负载,17,2,电动机的选择,2,）校验最大过载转矩 按,T,rms,或,I,rms,选取电动机的额定功率以后，还要用最大负载转矩,T,Lmax,校验电动机的过载能力。,式中：,K,u,电网电压波动系数，,一般对于同步电动机，,K,u,=0.85,；对于异步电动机，,K,u,= 0.72,；对于直流电动机，,K,u,= 1.0,；,转矩过载倍数（见表,23,）,0.9,：考虑计算误差和参数波动而取的安全系数,17,2,电动机的选择,（,4,）断续周期工作制下电动机的容量校验,断续周期工作制下电动机的典型负载见图,17,2,电动机的选择,1,）按等效转矩（或等效电流）法校验发热,a,）选用断续定额电动机时，对于图,23-2-2,所示的负载图，电动机在一个工作周期内的等效（方均根）转矩,T,rms,或等效（方均根）电流,I,rms,为,17,2,电动机的选择,b,）选用连续定额电动机时,C,起制动过程中电动机散热恶化系数，,C,=,（,l,C,）,2,；,C,停止时电动机散热恶化系数。,t,0,一个周期中停歇时间的总和（,s,）；,17,2,电动机的选择,当选断续工作制电机，应计算实际负载持续率为,当实际负载持续率,FC,值（工作时间占周期时间的百分比）与所选的电动机的额定负载持续率,FC,N,值不相等（但相差不多）时，应将上式算出的,T,rms,或,I,rms,值折算到对应于电动机的,FC,N,值相等效的值，,当所选电动机的额定转矩,T,N,T,rms,或额定电流,I,N,I,rms,时，则表示电动机的发热校验通过。,17,2,电动机的选择,17,3,交、直流电动机的起动方式及起动校验,(,掌握,),17,3,1,交流电动机的起动,1.,全压起动（直接起动）,笼型异步电动机和同步电动机满足下列条件时，可以采用全压起动。,1,）起动时对电网造成的电压降不超过规定的数值。一般需要经常起动时，其电压降不得超过,10,，偶而起动时不超过,15,。在保证生产机械所要求的起动转矩而又不致影响其他用电设备的正常工作时，其电压降可允许为,20,或更大一些。,2,）起动功率不超过供电设备和电网的过载能力。笼型异步电动机允许全压起动的功率和电源容量之间的关系见表,23-3-1,。,2.,减压起动 （,1,）绕线转子异步电动机转子串电阻分级起动,17,3,交、直流电动机的起动方式及起动校验,（,2,）绕线转子异步电动机转子串频敏变阻器起动,起动时： 则,:,表现为阻抗大,相当于串电阻,当转速升高后,s,减小，其等效阻抗随转差率的减小而相应地减小，从而起到减小起动电流并得到起动转矩近似恒定的起动特性。,17,3,交、直流电动机的起动方式及起动校验,采用频敏变阻器起动，其优点是可省去庞大的起动电阻器，线路简单，维修简便。但因其功率因数低、起动转矩小，对要求在低速下运转和起动转矩大的场合，不宜采用。,（,3,）笼型异步电动机减压起动 （见表,23-3-2,）,鼠笼转子异步电动机转子电路在内部闭合，不能外串起动设备，只能在定子电路中采取措施。其减压起动方法主要有定子电路串电阻起动、,Y,起动、延边三角形起动和自耦变压器减压起动等。,（,4,）同步电动机减压起动 （见表,23-3-2,）,表,23-3-2,17,3,交、直流电动机的起动方式及起动校验,3.,变频起动,17,3,交、直流电动机的起动方式及起动校验,K2,K3,K1,17,3,2,直流电动机的起动,（,1,）直流他（并）励电动机的起动,直流他励电动机作为闭环调速系统的拖动电机时，通常采用晶闸管调压装置为电枢供电。,直流并励电动机如果采用电枢串电阻分级起动，其计算方法与绕线转子异步电动机转子串电阻分级起动的分析计算方法完全一样。,17,3,交、直流电动机的起动方式及起动校验,（,2,）直流串励电动机串电阻起动对于直流串励电动机，由于其机械特性为非线性，采用解析法计算较困难，通常多采用图解法，方法同绕线转子异步机串电阻起动（见,358,页）。,17,3,3,起动的校验,对于直流电动机，因其起动转矩可以在规定范围内任意调节，因此不必做起动校验。,17,3,交、直流电动机的起动方式及起动校验,17,4,交、直流电动机调速技术,17,4,1,直流电动机调速技术,(,掌握,),1.,基本概念调速：,通过改变电动机的参数或外加电压等方法来改变电机的机械特性，使电动机的稳定运转速度发生变化。,开环控制系统：,电动机的转速只能跟随转速指令变化而不能自动纠正与给定转速的偏差的调速系统称为开环控制系统。,闭环控制系统：,能自动纠正电动机的转速与给定转速的偏差同时不受负载及电网电压波动等外界扰动的影响，使电动机的转速始终与给定转速持一致的调速系统称为闭环控制系统。,17,4,1,直流电动机调速技术,无级调速：,又称连续调速指电动机的转速可以平滑地调节。其特点是转速变化均匀适应性强，容易实现自动调速，因而在工业中被广泛应用。,有级调速,：,又称间断调速或分级调速，它的转速只有有限的几级，调速范围有限且不容易实现自动调速。,向上调速：,从基速提高转速的调速称为向上调速。例如直流电动机改变磁通进行调速，其调速极限受电动机的换向条件和机械强度的限制。,向下调速：,从基速降低转速的调速称为向下调速。例如，直流电动机改变电枢电压进行调速，调速的极限转速即最低转速受转速稳定性的限制。,17,4,交、直流电动机调速技术,恒转矩调速：,对于某些工作机械其负载性质属于恒转矩类型即在不同的稳定速度下要求电动机的转矩不变。如果所用的调速方法能使电动机的转矩与电动机的电枢电流之比为一常数则在恒转矩负载下电动机无论在高速或低速下运行其发热情况始终是一样的这将能充分利用电动机。这种调速办法称为恒转矩调速。例如保持电动机磁通不变改变电动机电枢电压或电枢回路电阻来调速的方法就属于恒转矩调速。,17,4,1,直流电动机调速技术,17,4,交、直流电动机调速技术,17,4,1,直流电动机调速技术,恒功率调速：,对于机床类负载：当切削量大时（即,T,大）要求切削速度（即,n,）低；当切削量小时（即,T,小）要求切削速度（即,n,）高；但每种工况下,T,n,的乘积近似不变，这类负载属于恒功率负载。为了配合这类负载，可以采用减弱磁通的方法调速。根据公式,当磁通,减小时，转速,n,将升高，而转矩,T,将减小。,这种保持电动机电枢电压不变、减弱电动机磁通的调速方式与上述恒功率负载的要求相一致，称为恒功率调速。,17,4,交、直流电动机调速技术,17,4,1,直流电动机调速技术,对于恒功率负载，应尽量采用恒功率调速方式；对于恒转矩负载应尽量采用恒转矩调速方式。只有这样电动机才能得到充分利用,。,图,17,4,11,调压与调磁时电动机的调速特性,调压,恒转矩 调磁,恒功率,17,4,交、直流电动机调速技术,17,4,1,直流电动机调速技术,2.,调速系统的性能指标（,1,）静态指标,a.,调速范围生产机械要求电动机能提供的最高转速,max,最低转速,min,之比叫做调速范围。常用,D,表示，即,式中 ,max,和,n,min,一般都指额定负载时的转速。,闭环调速系统的调速范围可达,100,：,1,或更大。,17,4,交、直流电动机调速技术,17,4,1,直流电动机调速技术,2.,调速系统的性能指标 （,1,）静态指标,b.,静差率电动机在某一转速下运行时，负载由理想空载变到额定负载时所产生的转速降落与额定负载时的转速之比称为静差率（又称转速变化率）,s,，常用百分数表示，即,式中,n,。,电动机理想空载转速；,n ,电动机额定负载时的转速。闭环调速系统的静差率一般为,10,-2,10,-3,。,17,4,交、直流电动机调速技术,17,4,1,直流电动机调速技术,2.,调速系统的性能指标 （,1,）静态指标,c.,稳速精度 在稳速系统中常用稳速精度的概念，即在规定的电网质量和负载扰动的条件下，在规定的运行时间（如,1h,或,8h,）内，在某一指定的转速下，,t,时间（通常,t,取,1s,）内平均转速最大值,n,max,和另一个,t,时间内平均转速最小值,n,min,的相对误差的百分值，来表明稳速系统的性能,数字稳速系统的稳速精度可达,10,- 4,10,-5,。,17,4,交、直流电动机调速技术,17,4,1,直流电动机调速技术,2.,调速系统的性能指标 （,2,）动态指标,直流传动系统的动态指标是指在控制,2),斜坡平顶信号信号或扰动信号的作用下，系统输出在动态响应中的各项指标。（,1,）控制信号作用下的动态指标电气传动系统中常用的控制信号通常有以下两种：,1),单位阶跃信号,17,4,交、直流电动机调速技术,17,4,1,直流电动机调速技术,2.,调速系统的性能指标 （,2,）动态指标,a.,跟随性,在阶跃信号,C,（,t,）,的作用下，输出量,Y,（,t,）,的动态响应如图,1,）起调时间,ta,，又称响应时间，是指输出量,Y,（,t,）,第一次达到稳态值的时间。,2,）调节时间,tr,，是指,Y,（,t,）,进入稳态值的,（,2,5,）区域内，而不再逸出的时间又称为过渡过程时间。,17,4,交、直流电动机调速技术,17,4,1,直流电动机调速技术,2.,调速系统的性能指标 （,2,）动态指标,3,）超调量,%,，是指,Y,（,t,）,超过其稳态值的最大数值与稳态值之比，用百分数表示,4,）振荡次数,N,，是指,Y,（,t,）,在整个调节过程中围绕稳态值摆动的次数。,17,4,交、直流电动机调速技术,17,4,1,直流电动机调速技术,2.,调速系统的性能指标 （,2,）动态指标,b.,扰动性,系统的扰动特性是指在扰动信号,F,（,t,）,的作用下，系统输出量,Y,（,t,）,的动态性能。在直流调速系统中，常遇到的也是最严重的扰动为单位阶跃扰动。阶跃扰动通常表示为,17,4,交、直流电动机调速技术,17,4,1,直流电动机调速技术,2.,调速系统的性能指标 （,2,）动态指标,1),动态波动量（动态偏差）,m,，是指输出量偏离原来稳态值的最大偏差与原来稳态值之比。,2,）回升时间,t,t,，是指输出量第一次回到扰动信号作用前输出值时对应的时间。,3,）恢复时间,t,S,，是指输出量进入原稳态值,Y,（,0,）,的,95,98,范围内，并不再超出的时间。,以上三个指标是衡量系统对扰动响应的主要指标。,17,4,交、直流电动机调速技术,17,4,1,直流电动机调速技术,3.,直流电动机的调速方案,1),直流电动机的调速原理直流电动机的机械特性方程式为,式中,n,0,理想空载转速，,n,0,= U,C,e,;,U,加在电枢回路上的电压；,C,e,电动势常数；,电动机磁通；,C,T,转矩常数；,R,0,电动机电枢回路的电阻；,T,电动机转矩。,R ,电动机电枢回路的外串电阻；,可见，改变,R,、,U,及,中的任何一个参数，都可以改变电动机的机械特性，从而对电动机进行调速。,17,4,交、直流电动机调速技术,17,4,1,直流电动机调速技术,3.,直流电动机的调速方案,2),改变电枢回路电阻调速 当电枢回路串联附加电阻,R,时，其特性方程式变为,式中,17,4,交、直流电动机调速技术,17,4,1,直流电动机调速技术,3.,直流电动机的调速方案,2),改变电枢回路电阻调速 当电枢回路串联附加电阻,R,时，其特性曲线如下,串联电阻调速的机械特性、,调速特性,17,4,交、直流电动机调速技术,17,4,1,直流电动机调速技术,3.,直流电动机的调速方案,2),改变电枢回路电阻调速 当电枢回路串、并联附加电阻时，其电路图与机械特性图如右,式中,K,系数，,K=R,B,（,R,B,R,）；,R,B,并联的电阻；,R,串联的电阻。,17,4,交、直流电动机调速技术,17,4,1,直流电动机调速技术,3.,直流电动机的调速方案,3,）改变电枢电压调速当改变电枢电压时，理想空载转速,n,0,也将改变，但机械特性的斜率不变，这时机械特性如下,式中,U,改变后的电枢电压；,n,0,改变电压后的理想空载转速,；,K,m,特性曲线的斜率,。,17,4,交、直流电动机调速技术,17,4,1,直流电动机调速技术,3.,直流电动机的调速方案比较,表,23,4,1,直流电动机改变电压调速的方法,变压方法,原理电路,装置组成,性能及适用场合,电动机,发电机组（旋转变流机组）,原动机可用同步电动机、绕线转子异步电动机（包括带飞轮和转差调节的机组）、笼型异步电动机、柴油机等。励磁方式有励磁机、电机扩大机、磁放大器和晶闸管励磁装置等。控制方式有继电器一接触器、磁放大器和半导体控制装置等,输出电流无脉动，带飞轮的机组对冲击负载有缓冲作用，采用同步电动机的机组能提供无功功率，改善功率因数。,因有旋转机组，效率较低，噪声、振动大。控制功率大，构成闭环系统一般动态指标较差，用晶闸管励磁可提高动态指标。此种方法已很少采用,晶闸管变流器,包括变流变压器、晶闸管变流装置、平波电抗器和半导体控制装置等,效率高，噪声、振动小，控制功率小，构成闭环系统动态指标好。但输出电流有脉动，深控时功率因数低，对电网的冲击和高次谐波影响大,17,4,交、直流电动机调速技术,17,4,1,直流电动机调速技术,3.,直流电动机的调速方案比较,表,23,4,1,直流电动机改变电压调速的方法,变压方法,原理电路,装置组成,性能及适用场合,直流斩波器,包括晶闸管（或其他电力电子器件）、换相电感电容、输入滤波电感电容及半导体控制装置等,柴油交流发电机一硅整流器,柴油交流发电机、硅整流装置及相应的控制装置等,改变交流发电机电压，经硅整流装置整流得到可变直流电压，用于电动轮车等独立电源场合,适用于由公共直流电源或蓄电池及恒定电压直流电源供电的场合，如电机车、蓄电池车等电动车辆,17,4,交、直流电动机调速技术,17,4,1,直流电动机调速技术,3.,直流电动机的调速方案比较,表,17,4,1,直流电动机改变电压调速的方法,变压方法,原理电路,装置组成,性能及适用场合,交流调压器、硅整流器,调压变压器、硅整流装置等,升压机组,与公共直流电源串联的直流发电机或晶闸管变流装置及相应的控制装置,适用于公共直流电源供电场合，设备较经济，但调速范围不大,效率高，噪声、振动小，输出电流脉动较小，比晶闸管供电功率因数有改善，但实现自动调速较困难。适用于不经常调速的小功率（,15kw,）手动开环控制场合,17,4,交、直流电动机调速技术,17,4,1,直流电动机调速技术,3.,直流电动机的调速方案,4,）改变磁通调速在电动机励磁回路中，改变其串联电阻,R,f,的大小或采用专门的励磁调节器来控制励磁电压，都可以改变励磁电流和磁通。,17,4,交、直流电动机调速技术,17,4,1,直流电动机调速技术,3.,直流电动机的调速方案,4,）改变磁通调速机械特性曲线和速度曲线如图,以上三种调速方式的性能比较见表,23-4,2,表,23-4,2,17,4,交、直流电动机调速技术,17,4,1,直流电动机调速技术,4.,常见的直流电动机调速系统（,1,）斩波器调速系统,T,斩波周期，,T,t,ON,t,OFF,；,工作率，, = t,ON,T,。,a.,恒频系统。,T,保持不变（即频率不变），只改变,t,ON,，即脉宽调制（,PWM,）方式。,b.,变频系统。改变,T,（即改变频率），但同时保持,t,ON,不变或者保持,t,OFF,不变，即频率调制（,FM,）方式。,斩波器是一种电力电子开关，它能从恒定的直流电源产生出经过斩波的可变直流电压，从而达到调速的目的。图示为一个简单的斩波器调速系统和斩波后的电压波形。,17,4,1,直流电动机调速技术,4.,常见的直流电动机调速系统（,1,）斩波器调速系统,图,17,4,9,多象限运行的斩波器调速系统,a,）二象限运行,b,）四象限运行,c,）采用,IGBT,的四象限运行系统,17,4,1,直流电动机调速技术,4.,常见的直流电动机调速系统（,1,）斩波器调速系统,图,17,4,9 c,）,采用,IGBT,的四象限运行系统,c),17,4,1,直流电动机调速技术,4.,常见的直流电动机调速系统,（,2,）晶闸管变流器调压调速系统,晶闸管变流器供电的直流调速系统，已广泛地用于要求控制性能好的调速系统中。它和使用电动机一发电机组供电的系统相比，控制性能好，效率高，而且是静止装置，因而调试和维修方便。下图是一个典型的晶闸管变流器控制的直流电动机不可逆调速,系统。,17,4,1,直流电动机调速技术,4.,常见的直流电动机调速系统,（,3,）调压调磁控制系统,在很多应用场合，为了进一步扩大调速范围，除采用调压调速外，同时还采用弱磁调速。为此，需要将调压与调磁两者结合起来，并能在两种调速方式的分界线上（基速）实行自动切换。图为同时采用两种调速方法时在整个调速范围内的电动机的调速特性。,17,4,1,直流电动机调速技术,4.,常见的直流电动机调速系统,（,3,）调压调磁控制系统,图为调压调磁非独立控制系统结构图,a,）用比较器的系统,b,）用电动势调节器的系统,17,4,1,直流电动机调速技术,4.,常见的直流电动机调速系统,正向回馈制动,（正转、逆变）,反向回馈制动,（反转、逆变）,正向电动,（正转、整流）,III,反向电动,（反转、整流）,（,4,）晶闸管可逆调速系统,很多生产机械要求其传动电动机能在两个方向旋转，并能产生两个方向的转矩。因此，要求电动机的电枢电压（或励磁电流）、电枢电流必须能在两个方向工作。但晶闸管只能单方向流过电流，因此，要满足上述要求，就要正反向各设一套整流器组成双变流器联结，或通过开关切换电动机与整流器的连接来实现。这时电动机就能在四个象限内工作，如图所示。,17,4,1,直流电动机调速技术,4.,常见的直流电动机调速系统,（,4,）晶闸管可逆调速系统,1,）,电枢用一套晶闸管整流装置供电，用有触点开关切换的可逆系统,（,4,）晶闸管可逆调速系统,2,）,电枢用一套晶闸管整流器供电的磁场反向可逆系统,（,4,）晶闸管可逆调速系统,3,）,电枢用两套晶闸管整流装置供电的可逆系统 反并联可逆线路,（,4,）晶闸管可逆调速系统,3,）,电枢用两套晶闸管整流装置供电的可逆系统 交叉联结可逆线路,（,4,）晶闸管可逆调速系统,3,）,电枢用两套晶闸管整流装置供电的可逆系统 直接反并联可逆线路,表,23-4,3,直流电动机可逆方式的比较,比较项目,电枢用一套变流装置开关切换,电枢用一套变流装置磁场反向,电枢用两套变流装置电枢反向,设备,1,电枢变流装置一套,2,电枢回路切换开关,3,切换逻辑,1,电枢变流装置一套,2,励磁变流装置两套,3,切换逻辑,1,电枢变流装置两套,2,无环流切换辑或环流电抗器,性能,有触点开关快速性差，正反转开关切换死时为,0.2,0.5s,，减速时开关要切换两次 采用晶闸管开关可将切换死时减少到,0.1s,快速性差，正反转磁通反向时间为几百毫秒到,1s,，减速时磁通要切换两次,快速性好，切换死时零到几十毫秒,可靠性,主回路不产生环流，有触点开关，维护工作量大，寿命低,主回路不产生环流，无触点切换，要求有可靠的可逆励磁回路,要求触发器、逻辑切换可靠及抗干扰能力强,投资,系统简单，投资少,系统复杂，但投资较少,系统较简单，但投资大,适用场合,正反转调速不频繁，受开关容量限制，一般在几十千瓦以下，如起重机等,正反转调速不频繁，对调速精度要求不高，容量为几十到几千千瓦，如卷扬机等,正反转调速频繁，容量从几到几千千瓦，如轧机主、辅传动，可逆运转机床等,谢 谢,