第十章 交流调速系统
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1、第十章 交流调速系统机电传动控制Page 2第十章 交流调速系统本章主要内容掌握交流调速系统的基本原理与类型；掌握交流调速系统的基本原理与类型；熟悉交流调速系统的基本组成熟悉交流调速系统的基本组成；了解了解交流调速系统的的交流调速系统的的特性、特点以及适用场合；特性、特点以及适用场合；Page 31、交流电动机和直流电动机相比的优势、交流电动机和直流电动机相比的优势2、交流调速的方法、交流调速的方法改变转差率、极对数改变转差率、极对数p和频率和频率f改变定子电压、转子电阻、转子电压可以改变转差率改变定子电压、转子电阻、转子电压可以改变转差率Smin/min/0min/0min/ )1 (60)
2、1 (rrHzrrnnpSfSnn交流调速方法10.1 变频调速系统Page 4 转子电路串接电阻电阻上消耗大量的能量，速度越低损耗越大 转子电路串接电势把电阻上的能量加以利用，从而获得比较经济的运行效果。为了利用这部分能量，在转子电路中增加了一套交流装置。这样，就构成了由异步电动机和交流装置共同组成的串级调速系统。线绕式异步电动机的串级调速方法10.1 变频调速系统Page 5串级调速原理 电动机的转子绕组端接进一个不可控的整流器，这样，为实现调速而串入的附加电势Ead就可以采用可调直流电源。当Ead=0时，电动机在接近于额定转速下运转，若改变Ead的大小就可以改变电动机转速。10.1 变频
3、调速系统Page 6串级调速时的机械特性 串级调速时异步电动机的机械特性与直流电动机的特性很相似。由特性可知，若引入的附加电势愈大，则n0愈小，即电动机的转速愈低。如果Ead用负值代入，则可以得到当附加电势与转子电势同相位时的机械特性。 2202222222222XSRSEXREI220222202XSRESEIadI2=0时S不等于0,所以其n0和定子同步转速不同。10.1 变频调速系统Page 7晶闸管串级调速系统结构 由于采用串级调速的电动机具有类似他励直流电动机的硬机械特性，因此，在调速精度要求不高的场合，可以直接采用开环控制。但是，如果想要得到高精度的调速，则应采用带速度负反馈的自动
4、调速系统。其典型结构与VS-M自动调速系统相似，也包括有电流调节器、速度调节器及电流和速度反馈环节。 10.1 变频调速系统Page 8晶闸管串级调速的基本原理 线绕转子异步电动机线绕转子异步电动机M的转子电压经不可控整流电路转换为直流电压，的转子电压经不可控整流电路转换为直流电压，经平波电抗器、再由晶闸管逆变器将该直流电压逆变为交流，有的经变压经平波电抗器、再由晶闸管逆变器将该直流电压逆变为交流，有的经变压器，有的直接反馈给交流电网。经逆变后的电压可视为加到电动机转子的器，有的直接反馈给交流电网。经逆变后的电压可视为加到电动机转子的电势。改变逆变器中晶闸管的逆变角电势。改变逆变器中晶闸管的逆
5、变角，就可以改变附加电势的大小，从就可以改变附加电势的大小，从而实现异步电动机的串级调速。而实现异步电动机的串级调速。 10.1 变频调速系统Page 9变频调速系统 通过改变电动机定子供电频率以改变同步转速来实现调速的。在调速过程中，从高速到低速都可以保持有限的转差功率，因而，具有高效率、宽范围和高精度的调速性能。可以认为，变频调速是异步电动机调速最有发展前途的一种方法也是现在使用的最多的调速方法。 10.1 变频调速系统Page 10节能轻巧灵活无磨损VVVF10.1 变频调速系统Page 11M3Drive converterRectifierMotorDC link (DC busba
6、r):Capacitors with the rectified line supply voltageapprox. 1.35 400V = 540VLine supply connection:e.g. 3-ph. 400V ACVariable voltage and frequency 0 V2 V1, 0 f2 fmax21Inverter2变频器基本结构-交直交10.1 变频调速系统Page 1210.1 变频调速系统新型变频器结构-交交矩阵变频Page 13n 现代变频器中， 逆变电路是变频器的核心。 因二极管整流的直流电压幅度不可调节， 逆变器的输出电压调节靠改变电压输出脉冲的
7、宽度来完成， 所以现代变频器产品的主导设计思想是在逆变器侧采用脉冲宽度调制（Pluse Width Modulation, PWM）技术以合成变频变压的交流输出波形。 10.1 变频调速系统PWM逆变Page 14w脉宽调制变频的设计思想源于通信系统中的载波调制技术， 1964年由德国科学家率先提出并付诸实施。 用这种技术构成的PWM变频器， 使近代交流电动机调速技术上升到了新的水平。w脉宽调制的方法从调制脉冲的极性上看有单极性和双极性之分。 变频器输出三相交流电U、 V、 W， 现以U相交流电的单极性脉宽调制波形合成为例进行说明。 10.1 变频调速系统PWM脉冲的生成-SPWM方法Page
8、 15n 参考信号为正弦波的脉冲宽度调制叫做正弦波脉冲宽度调制（SPWM）。 单极性脉宽调制方法的特征是控制信号与载波信号都是单极性弱电信号。 U相控制信号为单极性正弦波urU， 载波为高频三角波ut； 中间的倒向信号作区分正、 负半周的矩形波； uUo即为负载U相的交流输出信号。uturuturU02ttt倒向信号020uUouUo210.1 变频调速系统PWM脉冲的生成-SPWM方法Page 16n 实现了接近正弦规律的基本电压输出波形， 调节控制波可以控制它的调频与调压。 如果加大（或减小）控制波urU的幅值， 必然引起输出脉冲的宽度整体变宽， 从而使得输出电压uUo的有效值增大（或减小
9、）； 如果改变控制波urU的频率， 必然改变输出脉冲的正、 负半周交替周期， 从而改变U相输出电压uUo的频率， 使得输出的新交流电既可变压又可变频（VVVF）。 V、 W两相交流电的合成方法与U相原理相同。 uturuturU02ttt倒向信号020uUouUo210.1 变频调速系统PWM脉冲的生成-SPWM方法Page 17通用变频器的内部结构 逆 变 电 路M3变 压 变 频IGBT阻容保护过 流过 压单 片 机 控 制 系 统IGBT隔 离 驱 动 电 路SPW M专 用 集 成 电 路防 冲 击保 护频 率 给 定恒 压 恒 频交 流 电 源整 流 电 路滤 波 电 路10.1 变
