第12章 交流调速系统

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,*,12.1 概述,1. 交流电动机的调速方法,1),同步电动机,的调速通过改变供电电压的频率来改变其同步转速。,12 交流传动控制系统,2),异步电动机,的调速（利用晶闸管控制技术）,l,调压调速,控制加于电动机定子绕组的电压；,l,串级调速,控制附加在转子回路的电势；,l,变频调速,控制定子的供电电压与频率；,l,异步电动机矢量变换控制系统；,l,无换向器电机调速系统；,l,电磁转差离合器调速系统等。,2.交流调速技术的优点,（半导体变流技术）,1) 优良的调速性能；,2) 节约能源；,3) 减少维护费用；,4) 节约占地面积；,5) 用于大容量或恶劣环境场合。,由上式可知，异步电动机的调速方法分为三种：,l,改变转差率,S,调节定子电压、转子电阻、转子电压、定转子供电频率等。,l,改变极对数,l,改变频率,3.主要公式,4.电磁转差离合器调速系统,通过改变电磁离合器的励磁电流来实现调速,（异步电动机本身并不调速）,。,1)优点：,l,线路简单，价格便宜；,l,速度负反馈后调速相当精确,（平滑调速）,。,2)缺点：,l,低速运行时损耗较大,（增加了滑差离合器）,；,l,调速效率较低。,12.2 交流调压调速系统,改变异步电动机的定子电压，即改变电动机的转矩,（,T U,2,）,及机械特性，从而实现调速。,12.2.1 采用晶闸管的交流调速电路,1. 单相交流调压电路,应用最广的是,反并联电路,1)电阻性负载,l,电源电压正半周，,VS,1,导通；负半周，,VS,2,导通。,l,波形与 波形同相。,注：在,同一控制角,下，负载上得到,正负对称,的交流电压。,l,波形滞后于 波形（延迟角）；,l,延迟角与 （负载功率因数角）有关。,2)电感性负载,2)要求：,l,触发信号应与交流电源有,一致,的,相序,和,相位差,。,l,在,感性负载,或,小导通角,情况下，如,三相全控桥式电路,，采用 （脉宽 ）的,双脉冲,或,宽脉冲,触发电路。,2. 三相交流调压电路,常用,1),Y,形接法的,电阻性负载,A-B-C-A A-C-B-A,12.2.2 异步电动机的调压特性,1.,改变定子电压，,调速范围不大,（如,a,、,b,、,c,三点）。,2. 低速时运行稳定性不好,（如,d,点），转子电流相应增大。为了既,低速运行稳定,又,不致过热,，要求电动机转子绕组有,较高的电阻,。,3.,采用,转速负反馈闭环调速系统,（既保证低速时机械特性硬度，又保证一定负载能力）。,注： 电源电压； 控制电压； 可变电压（输出电压）； 给定信号； 反馈信号。,1) ， ， ， ， ， ，与 平衡。,注：机械特性基本上是一簇平行的特性。,2),特点：,l,平滑改变定子电压，就平滑调速；,l,低速的特性较硬；,l,调速范围较宽。,12.2.3 调压调速时的损耗及容量限制,1.,转差功率,为,（电磁功率）（机械功率）,低速时， ，损耗 。,2.,不适合于,长期工作在低速的工作机械。,3.,特别适合于,通风机及泵类等机械。,（,T,L,= Kn,2,）,12.3 线绕式异步电动机调速系统,由,异步电动机,和,交流装置,组成串级调速系统。,（转子电路,串接电阻,能耗大或,串接电势,）,12.3.1串级调速的一般原理,在异步电动机转子电路内引入附加电势 ，以调节异步电动机的转速。,1.附加电势的方向（或相位）,l,与转子电势,E,2,相同超,同步转速,调速,l,与转子电势,E,2,相反低于,同步转速,调速,2. 的频率,与,E,2,的频率相同,12.3.2 串级调速时的机械特性,1.与直流电动机的特性很相似。,2.转速,低于,（ ）,或超,（ ）,同步转速,（ 或 ）。,12.3.3,串级调速的优缺点,1.,调速范围宽；,2.,效率高（转差功率可反馈电网）；,3.,容量大；,4.,应用范围广（通风机或恒,T,型负载）；,5.,功率因素 较差（电容补偿， ）。,12.4 晶闸管变频调速系统,12.4.1 变频调速原理,1.变频调速,改变电动机,定子供电频率,以改变,同步转速,来实现调速。,l,具有,高效率,、,宽范围,和,高精度,的调速性能；,l,变频调速是异步电动机调速的主要发展方向。,1.变频调速原理,1)实质电压 与频率 成比例变化。,2),恒,T,变频调速,中， 定值，保证过载能力 不变，磁通 基本不变。,3),恒,P,变频调速,中，,l,定值， 不变， 变；,l,定值， 变， 基本不变。,12.4.2 变频调速系统的分类,1.,交直交变频调速,带直流环节的,间接变频调速,2.,交交变频调速,不带直流环节的,直接变频调速,12.4.3 交直交变频调速系统,l,电压型变频调速系统,1.主电路,整流器,、,逆变器,（逆变电路和换流电路）和,电容,（中间环节、滤波）。,2.逆变器的换流原理,工作方式,180,o,、,120,o,通电型。,以,单相,为例，,C,预充电 稳态导通阶段 ,开始换流阶段 振荡换流阶段 振荡衰减阶段 反馈阶段 换流结束阶段,。,1),VS,1,、,VS,2,主晶闸管,，,VS,1,、,VS,2, ,辅助换流晶闸管,，,作为,LC,振荡电路的,充放电开关,。,2),通过触发,VS,1,、,VS,2,，,反向关断,VS,1,、,VS,2,。,3),通过,LC,串联谐振电路,中的电流反向，关断,VS,1,、,VS,2,。,l,电流型变频调速系统,1.主电路,整流器,、,逆变器,和直流滤波,电抗器,（中间环节）。,l,常用串联二极管式逆变电路。,l,电抗器滤波，输出电流较平直，为矩形波。,2.强迫换向电路,1),C,为换向电容，,V,为隔离二极管，与主晶闸管串联。,2)换流电路为,120,o,导电型，同一相两只,SCR,同时导通，脉冲间隔（相位差）为,180,o,。,3),两只相邻,SCR,，,脉冲间隔为,60,o,（,正转时触发,VS1、2、3、4、5、6、1,，,反转时触发,VS6、5、4、3、2、1、6,）。,4),两相轮流导通，脉冲间隔为,120,o,（,1-3-5,或,2-4-6,）。,注：,l,电压型,变频调速系统，采用,电容,滤波，电源,阻抗很小,，类似,电压源,。,l,电流型,变频调速系统，采用,电抗器,滤波，电源,阻抗很大,，类似,电流源,。,l,差别：,1.电流型,直流侧,采用,大电感,L,滤波,（而形成直流源）。,2.三相整流桥、逆变器的,交流侧,输入电流都为,120,o,方波,交流电流。,3.,L,有,保护性能,，抑制故障电流上升。,4. 逆变桥内无电感，,简化主回路,。,5. 整流桥和逆变桥,方向不变,（反馈二极管桥不与逆变桥反并联）。,6. 整流桥和逆变桥的直流电压,同时反号,，能量返送交流电网，,系统可再生,。,7. 适用于,频繁加减速,和,变动负载,的场合。,12.4.4 脉宽调制型变频调速系统,（,PWM）,一般采用,电压型,逆变器。,1.种类,1),变幅,PWM,型变频器,（直流电压可变）,l,整流器晶闸管整流器，用来调压；,l,逆变器用来调频（输出频率）。,2),恒幅,PWM,型变频器,（直流电压恒定）,l,整流器二极管整流桥；,l,逆变器输入恒定的直流电压，调节输出电压的,脉冲宽度和频率,（实现调压和调频）,。,3)特点：,l,电路简单；,l,调节速度快；,l,动态响应好。,注：,a),改变调制周期改变输出频率。,b),调制方法：,单极性调制,和,双极性调制,。,c),按载波信号 和参考信号 频率之间的关系分为：,同步式调制,和,非同步式调制。,2.单极性正弦波脉宽调制法,1)正弦波 与三角波 相交，得到一组幅值 、宽度按正弦规律变化的,矩形脉冲,。,2)矩形脉冲作为逆变器各开关元件的,控制信号,。这一组矩形脉冲可用正弦波（虚线）等效。,3)输出电压的大小和频率由 （正弦参考电压）控制。改变 幅值，就改变脉宽，从而改变,输出电压大小,；改变 频率，就改变,输出电压频率,。,4)正弦波,最大幅值必须小于,三角波幅值。 基本恒定。,5)三角波和正弦波的频率成,正比例,地改变，称为,同步式调制,。,注：图12.20所示的是,单相,脉宽调制波。,对于,三相逆变器,，载频三角波可共用，必须有一个三相可变频变幅的正弦波发生器，两者相比较，产生,三相,脉冲调制波,。,3.准正弦波脉宽调制变频调速控制系统,（,SPWM）,输入脉冲列, 载波信号, 阶梯波, 脉宽调制波形, 监相波形, 最后调制波形, 逆变器输出波形,4.适用场合,（特点）,1)实现平滑启动、停车；,2)高效率、宽范围调速；,3)作为异步电动机变频调速的供电电源。,注：采用高速开关元件，逆变器输出脉冲增多，,在输出低频时，输出波形较好。,12.4.5 交交变频调速,1.用途,l,交流电动机调速；,l,变频交流电源。,注：单相交流电,三相（或两相）交流电；,高频电源,低频电源。,2. 单相单相,（直接变频电路）,的交交变频原理,1),共阴极法,主电路（,VS,1,、VS,3,），,则得到,上正下负,的输出电压。,2),共阳极法,主电路（,VS,2,、VS,4,），,则得到,上负下正,的输出电压。,3)两组反并联的可控整流电路，则得到如图,12.24,所示的,交变电压,，其值由,SCR,控制角来控制。,3.输出电压波形,方波型、正弦波型,1),三相方波型交交变频器,（主电路）,l,每相由两组反并联的三相零式整流电 路组成。,（、为正组） （、为反组）,l,各组导通角为,T/3,（,T,为周期），每组依次相隔,T/6,导通。,l,同一时刻有一个正组和一个反组同时导通。,2),正弦型交交变频器,用于异步电动机调速,l,由两组反并联的可控整流器组成。,l,不断调制 角，使输出平均电压为正弦波,（与直流可逆系统不同之处）,。,4.与交直交变频调速相比,1)优点：,l,节省中间换流环节，效率高；,l,低频波形较好，谐波损耗和转矩脉动大大减小。,2)缺点：,l,主回路元件较多；,l,最高频率受电网频率限制。,3)适用场合,低速、大容量的场合。如球磨机、矿井提升机等。,