第5章(电力拖动控制系统)

华科,电气,电力拖动

实验及第三、四、五章作业

实验联系人： 马超：13163387806;韦忠朝课堂 陈昕：15072486089 夏胜芬课堂 第三章作业：3-5,3-6,3-8,3-9 第四章作业：4-5,4-6,4-8,4-9 第五章作业：5-6,5-8,5-9,5-10,5-13

华科,电气,电力拖动

第5章 异步电动机调压调速系统5.1 交流调速系统概述5.1.1 交流调速的发展概况交流调速系统：由交流电动机拖动、电机转速为控制目标的电力拖动自动控制系 统 直流电动机优点：调速性能好 直流电动机缺点：体积大、容量小、制造成本高、有机械换向装置，维护困难 交流电动机优点 ：结构简单可靠，维护少，无机械换向火花，制造成本低 20世纪70年代，研究开发高性能的交流调速系统，期望用它来节约能源。 同期，电力电子技术、大规模集成电路、各种控制理论、计算机控制技术的 飞速发展，为交流调速电力拖动的发展创造了有利条件。 20世纪80年代，原有的交直流调速拖动系统的分工格局被逐渐打破。 20世纪90年代，交流调速系统已经占到了调速系统的主导地位。 目前的许多交流调速系统在装置容量上、动静态性能上、可四象限运 行的要求上，以至在系统制造成本上都可以与直流调速系统相媲美。

华科,电气,电力拖动

5.1.2交流调速系统的分类异步电动机

交流电动机同步电动机

励磁同步电动机

永磁同步电动机特种同步电动机

定子绕组通入交流 电(或周期脉冲电 流)的电机，其定 子磁动势是一个旋 转(或步进旋转)的 磁动势。

无刷直流电动机 开关磁阻电动机 直流无换向器电动机 交流无换向器电动机

当电机转子的转速与 定子电流的频率有严格 比例关系的电动机称同 步电动机，无严格比例 关系的电动机称异步电 动机。

无刷直流电动机及 开关磁阻电动机都满足 “定子电流的频率与转 速有严格比例关系”的 条件，所以也把它归入 同步电动机。

华科,电气,电力拖动

交流调速系统的分类电动机类别 绕线式转子 感应电动机 调速原理 电力电子变换器 形式 ①交直交变频 (整流+有源逆变) ②交交变频 变换器的 电源特性 电流源型

异 步 电 动 机

串级调速(变转差)

鼠笼式转子 感应电动机 常规意义 同步电动机

调压调速①变频调速，他控式 ②变频调速，矢量控 制

交流调压①交直交变频 (整流+无源逆变) ②交交变频 ①交直交变频(可控 整流+有源逆变) ②交交变频 交直交变频 交直交， (单极性脉动电流)

电压源型

①电流源型 ②电压源型

同 步 电 动 机

无换向器 电机 无刷直流电动机 开关磁阻电动机

变频调速，自控式

电流源型

变频调速，自控式 变频调速，自控式

电压源型

华科,电气,电力拖动

5.1.3 异步电动机调速系统的分类 1.

异步电动机功率(能量)图输入功率 电磁功率 总机械功率 输出功率

P1定子 铜耗

PempCu1 pFe铁耗

PmecpCu 2

P2 p pmec

P1 Pem

Pmec P2

a)

附加 风摩 转子铜耗 损耗 损耗定义：转差功率

Psb)

Pem Pm ec p cu 2从定子传入转 子的电磁功率 总机械功率

Ps= s Pm

Pe m

Pm cc 1 s Pemp cu 2 sPem Ps

转子铜耗 (转差功率)

华科,电气,电力拖动

2.常见的异步电动机调速类别(按主要特征分类)

①调压调速； ②电磁转差离合器调速； ③绕线转子转子回路串电阻调速； ④串级调速； ⑤变极调速； ⑥变频调速； ⑦定子回路串电抗调速。3 调速系统按所改变的物理量分类

n

60 f 1 p

(1)变频调速

1

s

(2)变极调速 (3)变转差率调速

4. 按转差功率Ps 去向分类(1)转差功率消耗型(系统效率较低) (2)转差功率回馈型(把部份转差功率送回电网) (系统效率稍高) (3)转差功率不变型(系统效率最高)

华科,电气,电力拖动

5.2 异步电动机调压调速系统(交调系统)该系统使用的电动机一般是鼠笼型异步电动机。

5.2.1 异步电动机调压时的开环机械特性异步电动机的固有机械特性方程恒转矩负载 风机泵类负载 Tl 2

T

3 pU 1 R2 / s2

1 R 1 R 2 / s x 1 x 2 2

2

S 0

Sm

T U ,为减小损耗，电动机在额 定点的转差率一般在0.02~0.06之间，最大 转矩时的转差率也较小，在0.15左右2

0 . 5U 1 NA B 0 . 707 U 1 N

1

Tl1

1 . 0U 1 N

Tm

T

当电动机拖动恒转矩负载时，尽管电 压改变很大，但速度的变化并不大。系统 能调速的最大区域只在转差率s 0 ~ s m 之间 当电动机拖动风机、泵类负载时不再受 Sm的限制，

低转差率电动机调压调速时的 开环机械特性

华科,电气,电力拖动

为了能在恒转矩负载下扩大调压调速的范围，这就要求电动机有较大的Sm 可以使用高转差率电动机或者交流力矩电动机，这两类电机通过增大转子电阻使电机的机械特性变软，Sm增大，拓宽了低速运行区 。S0 SN

S0

Sm

1

T

Sm 1

T

Tla)

Tm

Tlb)

Tm

异步电动机调压调速时的开环机械特性高转差率电动机 交流力矩电动机

交流力矩电动机允许电动机长期堵转及低速运行， Sm等于1,电动机的主要技 术参数就是堵转转矩，额定点就是堵转点。 高转差率电动机兼顾了高速及低速的性能，额定转差率一般在0.07~0.13之间， Sm一般在0.5左右，堵转转矩也较大，堵转转矩等于最大转矩。

华科,电气,电力拖动

~

~

~

~

~

5.2.2 调压调速主电路+

Ls

早期的 方法有： 缺点：需体积庞大且笨重的 设备，自电力电子技术发展 起来已很少采用。

-

M3~a)

M~b)

M3~c)

串联饱 和电抗器 降

压降压 调速原理

自耦变压器 调压A BY

串联分段 电抗器降压

串联飽和 电抗器降压

C 2C 2C

VVCV T1

1C

1C

1C

现在调压调速设备一般采用由晶闸管构成 的负载Y接法的晶闸管相控交流调压器VR

V T4

V T3

V T6

V T5

V T2

Id

VVC为相控交流调压器，由三只双向 晶闸管或三对反并联晶闸管构成，电动 机定子绕组接成Y接法 V VC工作原理

i1

M 3~

VR为可控整流桥，制动时用

华科,电气,电力拖动

5.2.3

调压调速系统的系统原理图~

异步电动机速度单闭环调压调速系统原理图 系统控制的对象：电动机的端电压速度调节器ASR的输出： 电压指令信号VVC

Un

*

A SR

U ct

UnTG

M3~n

交流调压器的输出电压 U1与移 相控制角α之间有确定的对应关系， U1 与α是一一对应且是唯一的，因 此速度调节器的输出可直接作为α角 的指令值而不必再加电压闭环+U i* 电流限定 U im

带电流限流环节的单闭环调压调速系统 限流环节检测异步 电动机的定子电流，与给 定的限流值进行比较+U

~

GB

U i imGT

-

Ui

+ +* n

U n

ASR

VVC

U ct

…… 此处隐藏：2469字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……