第四章电力拖动系统课件

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,*,*,*,直流电动机的调速原理：,直流电机的转速计算公式如下：,n=(U-IR)/K,，其中,U,为电枢端电压，,I,为电枢电流，,R,为电枢电路总电阻，,为每极磁通量，,K,为电动机结构参数。可以看出，转速和,U,、,I,有关，并且可控量只有这两个，我们可以通过调节这两个量来改变转,速。我们知道，,I,可以通过改变电压进行,改变，而我们常提到的,PWM,控制也就是用,来调节电压波形的常用方法，这里我们也,就是用,PWM,控制来进行电机转速调节的。,通过单片机输出一定频率的方波，方波的,占空比大小绝对平均电压的大小，也决定,了电机的转速大小。,从以上公式可知直流电动机调速方法,有三个,：（,P181,）,1.,改变供电电压达到调速目的；,2.,在转子电路中串入可调电阻达到调,速目的；,3.,改变定子磁通达到调速的目的。,直流电动机的调速原理：,1,直流电梯拖动系统调速方式有两种，可控硅供电系统和可控硅励磁系统。,一、可控硅供电系统,该供电系统一般用在无齿轮的高速电梯中，如图,43,所示。三相变压器,BO,对电网起电隔离作用，同时给,可控硅整流装置,SCR1,与,SCR2,供电。,SCR1,为正组可控整流装置，,SCR2,为反组可控,整流装置，两组可控硅反并联。电梯向,上运行时正向组工作，反向组处在逆变,状态。电梯向下运行时，反,向组工作，,正向组处在待逆变状态，,1L,、,2L,电抗器，,M,直流电动机转子。,图,43,主电路,直流电梯拖动系统调速方式有两种，可控硅供电系统和可控硅励磁系,2,二、可控硅励磁系统,在直流快速电梯调速中已得到广泛采用。主要是利用,SCR,整流桥调节直流发电机磁场电流的大小以改变发电机的转子输出电压,Ua,，控制直流电动机的转速，达到调速的目的。,1,三相可控硅励磁系统,主电路如图,44,所示，由,6,只,SCR,组,成三相半波零式整流线路。,电抗器,1L,与,2L,是均衡电抗器为限制,环流。,OFT,是发电机励磁磁场线圈，,G,发,电机转子、,M,电动机转子、,BO,是,Y,接,法的三相变压器。,图,44,三相励磁电路,二、可控硅励磁系统,3,图,45,是发电机电动机系统传动示意图。直流发电机,G,，由三相交流原动机,M,驱动。发电机磁场绕组,OFT,由三相或单相可控硅,SCR,整流装置励磁。测速发电机,TG,与直流电动机,M,同轴，测速发电机发出的电压与电动机,M,的转速成正比。电动机的它激磁场绕组,OM,由另一直流电源供电，电阻,R,用以调整励磁电流。,在方框图,46,中。给定部分由直流稳压,电源及由方向继电器,JSY,，,JXY,及快车继电器,JQF,，检修继电器,JLF,组成电压分配器。给一,次积分器输入一个可以反向的节跃电压。在,一次积分电路中为了加快积分时间，提高速,度曲线的线性度，还采用高压附加电源。为,了使速度曲线比较理想化在二次积分电路的,输入中附加了二极管转换电路及,100H,的电抗,图,45,直流传动示意图,器，以便得到起始抛物线，提高电梯启动舒适感。二次积分后得到一个完整的以时间为原则的电梯运行速度曲线。其输出给速度调节器，对电梯速度进行调节。速度调节器由比例放大器及比例积分环节组成,。,图45是发电机电动机系统传动示意图。直流发电机G，,4,图,46,三相励磁系统方框图,测速发电机由电动机带动发电，得到一个与电梯速度成正比的电压信号，其极性与给定电压相反。在调节器输入端给定电压与测速发电机电压串联比较得到一个速度差信号，加到比例积分调节器中进行放大，调节器的输出电压施加到两套触发器，使正向及反向脉冲触发器同时得到两个大小相等、符号相反的控制信号，使两组触发器产生的脉冲同时向两个相反的方向位移，用来控制可控硅整流器输出电压的大小和极性。,第四章电力拖动系统课件,5,如果电梯控制电路定为上方向,JSY,，,JQF,给定为,(+),电压，与测速机比较后给调节器一个正输入，其有一个负输出，使正向脉冲前移，其对应的,135SCR,处在整流输出状态。与此同时反向组脉冲后移，其对应的,246SCR,处在待逆变状态。整流组给发电机定子绕组一个,I+,方向的励磁电流电梯向上运行，反之电梯向下运行。在系统中的电压软反馈环节由电感,L,及电阻,R,组成。取电阻,R,的电压作为反馈信号，电感,L,把发电机电压的高次谐波滤掉，电阻,R,的电压经,RC,微分后加到调节器的输入端，此电路在电梯开始启动和制动中起稳定作用。,2,单相可控硅励磁系统,三相可控硅励磁系统，电路复杂成本高，为此采用单相可控硅励磁系统也能满足快速电梯的要求。,在方框图,47,中可以看出，调节器是单向输出，用一个单结晶体管脉冲发生器可以同时触发两个可控硅。该系统是不可逆的。只有通过方向继电器,JSY,，,JXY,改变励磁电流方向控制电梯的上行与下行。积分器、转换电路与三相励磁系统相同。,图,47,单相励磁系统方框图,如果电梯控制电路定为上方向JSY，JQF给定为(,6,3,调节放大器的工作原理,因为电力拖动系统中对速度的调节都采用比例积分调节器，在电梯拖动系统中无论交流调速还是直流调速都采用速度调节器，在这里简述其工作原理和在系统中的作用。,图,48 PI,调节器,3调节放大器的工作原理,7,在电梯拖动系统中，电梯负载的变化，电动机励磁电压的波动，都可以维持电动机恒速。从而使系统具有机械特性硬，调速范围大，电梯舒适感好，平层精度高的优点。,4,可控硅励磁系统的速度曲线,三相励磁系统速度曲线：,图,49a,曲线,1,是一次积分电容,1C,的自然充电特性。曲线,2,是带有附加电源,VF,的充电特性。图,49b,是在二次积分电容,2C,充电电路中串有,100H,电感及电阻只的充电特性。,图,49c,当快车继电器,JQF,时，积分电路有一个节跃电压,VG,为高速给定电压。当,JQF,时有一低速给定电压,VD,。由于电容,1C,、,2C,、电感,L,的作用，在图,49d,的输出电压,Usc,的输出波形是图,49c,的速度曲线。电容器,1C,及,2C,的作用是形成圆角,2,和,4,，电感,L,的作用是形成圆角,1,和,3,。从曲线,K,点发停车信号由机械抱闸制动形成,K,斜线。,在电梯拖动系统中，电梯负载的变化，电动机励磁电压的波,8,图,49,给定积分电路,第四章电力拖动系统课件,9,电梯的启动是依时间为原则，当,JQF,在,F,点开始换速停车也是时间原则。以时间为原则减速的电梯控制系统，乘梯舒适感不易保证。低速爬行平层时间长，电梯效率低，平层精度差的缺点。,在单相励磁系统中，电梯在平层停车前，为了保证平层准确度，增加了平快给定，如图,410,所示。,图,410,真实的速度曲线,电梯的启动是依时间为原则，当JQF在F点开始换速停,10,第二节 交流电梯拖动系统,交流电拖动系统：,以交流电动机为原动机的电力拖动系统称为交流电力拖动系统。,电力拖动系统在电梯使用上的要求：,电梯的运作基本就是靠电力拖动控制系统。尤其是乘客电梯在垂直升降运行过程中，其运行区间较短，经常要频繁地进行启动和制动，处于过渡过程运行状态。因此，曳引电动机的工作方式属于断续周期性工作制。此外，乘客电梯的负载经常在空载与满载之间随机变化。考虑到乘坐乘客电梯的舒适性，需要限制最大运行加速度和加速度变化率。总之，乘客电梯的运行对电力拖动系统提出了特殊要求。电力拖动系统的发展：,自,19,世纪直流电动机拖动和交流电动机拖动问世，直至,20,世纪前半叶，凡是对调速性能要求较高的乘客电梯，都采用直流电动机拖动。仅在对调速性能要求不高的场合，才采用单速或双速交流电动机拖动,。直流电动机拖动系统具有调速范围宽、可连续平稳地调速以及控制方便、灵活、快捷、准确等优点。然而，早期的直流电动机拖动系统往往是直流发电机一电动机组调速系统，其体积、重量、能耗和噪声都很大。尽管后来用晶闸管可控整流器取代了直流发电机，可是直,第四章电力拖动系统课件,11,流电动机结构较复杂、价格较贵、可靠性差、维护较为困难。到了,80,年代，由于电力电子技术及电力电子器件的不断发展和完善，相继出现了交流调压调速系统和交流变压变频调速系统，使交流调速系统的性能得到明显改善,;,而交流感应电动机的结构简单、运行可靠、价格便宜。因此，高性能的交流调速系统得到越来越广泛的应,用，而且显示出了用可调速的交流电动机拖动取代直流电动机拖动的趋势。目前，除了少数大容量乘客电梯仍然采用直流电动机拖动系统以外，几乎都采用交流电动机拖动系统。,交流感应电动机具有结构简单便于维护的优点。供电电源可以直接取之电网。,因此被广泛用于在各个领域。,（,P189,）,电梯在运行中，速度变化很大，高、低速度与电动机的转速有直接的关系。,从电机学可知交流电动机的转速公式：,式中，,n,电动机的转数，,s,转差率，,f,电网频率，,p,磁极对效。,当,s,1,时可以得到电动机的同步转速。从公式分析，改变交流电动机的转速有两个方法，改变极对数,P,和电动机供电电源的频率，在电机发热允许的条件下，在附加绕组中加直流电压产生能耗制动调速。,),1,(,60,s,p,f,n,=,流电动机结构较复杂、价格较贵、可靠性差、维护较为困难。,12,一、改变磁极对数,以,6,极,24,极为例，,1000,250r,min,，本质上是两台电动机的定子线圈共用同一个转子。由图,315,可知该电动机是单绕组，每一个极相组的线圈都有一个抽头即,D4,，,D5,，,D6,。在,24,极运行时,D1,，,D2,，,D3,端子接电源。在,6,极运行时把端子,D1,，,D2,，,D3,用接触器,CKF,短接在一起，,D4,、,D5,、,D6,端子接电源，形成双星形接线。,1,电梯启动运行,(,图,316,，,317),设电梯向上运行,CS,，,CK,，电机以转矩,Ma,启动运行，转速上升，,JQS,延时，转速升到,b,点,JQS,释放，如图,411,所示，,CKF,短路电阻,RQ,，电机从自然特性曲线,1,过渡到特性曲线,2,的,C,点，因为电动机的转速不能跃变，转矩,McMH,，这时从自然特性曲线,2,的,C,点转速继续上升到,d,点，电梯在,M11,负载转矩曲线,2,的,d,点高速稳定运行。电磁力矩等于负载力矩,Mc,MH,。,图,411,启制动过程曲线,一、改变磁极对数,13,当电梯运行到欲往层站发出换速信号时，电机从快速绕组切换成慢速绕组，接触器,CKCKYCM,。因为电梯系统转动惯性的存在，电机的转数不可能迅速下降。这时慢速绕组产生的是负转矩，从,24,极绕组的自然特性曲线,3,的,e,点开始降速到,f,点，延时继电器,JXS,，,ICMY,切掉，电阻,Rz,的一段。从曲线,3,到曲线,4,的,g,点。电机从曲线,4,的,g,点开始，由于负转矩的存在，电机转速延曲线,4,下降到,A,点。当,JCS,延时释放时,2CMY,又切掉一段电阻,Rz,，电机从曲线,4,到曲线,5,的,i,点。当延时继电器,JYS,延时释放时，电机从曲线,5,的,j,点到曲线,6,的,K,点。这时电机,24,极绕组中串联的电阻,Rz,全部切除。电机转速曲线,6,继续下降到,24,极,L,点稳定运行，直到控制系统发出平层停车信号,CM,，,CS,电梯停止运行。,2,交流双速电梯拖动系统的速度曲线,电梯在启动时，一级切电阻,RQ,。在制动时首先是切换绕组，由,6,极改为,24,极，切换时间间隔是三个接触器的动作时间，这时电梯靠惯性行驶，电机转速接近同步转速，当慢速绕组接入后,24,极绕组希望转子的转数立即变为,250r,min,，由于系统的转动惯性非常大，冲击电流大，是作不到的。总之慢速绕组对快速转子产生一个电磁制动力矩。采用在慢速绕组中串入电阻并逐级切除电阻获得电梯逐步减速最后停车。,在电梯启动和制动停车过程中都是有级的，完全依靠系统的惯性使台阶变的稍加平滑，这种电梯舒适感差。速度曲线如图,412,所示。,当