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第8章 交流调速系统PPT课件

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绪论 交流调速概述 交流调速系统课件

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交流调速系统概述
交流电动机调速系统的技术应用：
（1）风机、水泵、压缩机耗能占工业用电的40%，进 行变频、串级调速，可以节能。
（2）对电梯等垂直升降装置调速实现无级调速，运 行平稳、档次提高。
（3）纺织、造纸、印刷、烟草等各种生产机械，采 用交流无级变速，提高产品的质量和效率。
（4）钢铁企业轧钢、输料、通风等多种电气传动 设备上使用交流变频传动。
宽范围无级变速
5
交流调速系统概述
3.交流电动机调速系统的现状和发展趋势
交流电动机调速系统的目前水平：
（1）从中小容量等级发展到大容量、特大容量等级， 填补了直流调速系统留下的特大容量电机调速空白。
（2）交流调速系统已具备高的可靠性和长期连续运 行能力，能满足实际工况对可靠性要求高、长期不停机 检修等特殊要求。
交流调速系统概述
交流电动机调速系统
————交流调速装置+交流电动机
1.交流电动机调速系统的特点 2.交流电动机调速系统分类 3.交流电动机调速系统的发展趋势
1
交流调速系统概述
交流调速系统概述
交流调速系统概述
（6）在交流电动机的专属领域----风机泵 类负载拖动领域，调速就意味着节能。
2.交流电动机调速系统分类 由交流电动机的速度表达式 ：
（1）新型开关元件和储能元件的研制。 （2）最新控制思想、控制算法、控制技术不断应用 于交流调速产品。 （3）控制装置设计可靠性越来越高性能，不断解决 瞬时停电后的装置安全及恢复正常问题。 （4）高运算速度、高控制性能的微型计算机产品在 现代交流调速装置中不断应用，充分显示了现代控制手 段的优越性。 （5）进行大容量、特大容量等级的新型交流调速 动机技术研究。同时也在进行结构精巧的高效能、高精 度交流控制电机技术研究。
第8章 交流调压调速系统

第8章 交流调压调速系统


调压调速的功率损耗
转速负反馈闭环控制交流调压调速系统
1．异步电动机传递函数 • 在机械特性近似线性段上的稳态工作点A附近，可以证明：
2 3 pn U1A Td (2U1A sA U1 ) ' 1R2 1
J G d ( ) Td TL pn dt
转速负反馈闭环控制交流调压调速系统
调压调速和变极调压调速效率曲线及 机械特性曲线
•低速时，多速电动机效率比4极单速电动机提高很多，定子 电流也减小许多。 •机械特性最上面为 4极，最下面为 10 极。中间部为 6 极。端 电压各为U1＞U2＞U3＞U4，可见调速范围扩大了。
Δ-Y变换节电




采用由交流接触器和时间继电器等简单电器就可构成 ΔY切换降压装置。其显著的特点是：体积小、成本低、 寿命长、动作可靠。因此在工矿企业中某些轻载设备上 使用，可取得显著的节电效果。 当电动机定子绕组由 Δ 形联结改接成 Y 形联结后，电动 1 =3 机每相定子绕组电压降为原来的，即：UY/U 。 Δ 电动机线电流、电磁转矩均降为原来的 1/3 ，即： IY/IΔ =1/3，TY/TΔ =1/3。 由于 Y 接法与 Δ 接法虽然有电压变化，但是电动机的转 速变化不大，可近似的认为n近似为nN，所以Y接法时电 动机的功率降为原来的1/3，即： PY TY n 1 ＝ P T nN 3
第8章 交流调压调速系统
8.1概述 8.1.1交流调压调速的发展 8.1.2交流调速系统的分类 8.2异步电动机调压调速系统工作原理 8.2.1调压调速的工作原理 8.2.2交流调压器原理 8.3异步电动机调压调速系统 8.3.1调压调速系统的组成 8.3.2调压调速系统的特性 8.3.3调压调速的功率损耗
机电传动控制8交流电动机调速系统幻灯片PPT

机电传动控制8交流电动机调速系统幻灯片PPT

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第8章 交流电动机调速系统
机 电 传
8.4 交流变频调速系统
三相交交变频器
动 控
制
㈣ 交-交变频调速系统
输出星形 联结方式
三相交交 变频电路
简图
详图
由三组输出电压相位各差120°的单相交交变频电路组成。 因为三组的输出联接在一起，
电流型交-直-交PWM变频电路 负载为三相异步电动机，适用于较大容量的场合。
整流
逆变
电流型交-直-交 PWM变频电路
21
采用可控整流的 电流型间接交流变流电路
第8章 交流电动机调速系统
机 电 传
8.4 交流变频调速系统
动 控
制
㈢ 交-直-交电流型交流变流电路
整流和逆变均为PWM控制的电流型间接交流变流电路 通过对整流电路的PWM控制 使输入电流为正弦并使输入功率因数为1。
a ＝60° a ＝120°
不同α角时
a相负载相电压波形
11
第8章 交流电动机调速系统
机 电 传
8.2 交流调压调速系统
动 控
制
㈣ 调压调速闭环控制系统控制设备
主电源
转速 调节器
控制方式
晶闸管 调压装置
测速 发电机
转速负反馈 降压调速 闭环控制系统
12
第8章 交流电动机调速系统
机 电 传
8.3 线绕式异步电动机调速系统
机 电 传
动
基本要求
控 制
① 掌握交流异步电动机调速的基本原理及主要方法； ②了解电磁转差离合器调速系统的原理和调速性能。 ③掌握交流调压调速系统和线绕式异步电动机
调速系统的特性、原理及应用领域； ④了解变频调速系统的分类、
《交流调速系统概述》课件

《交流调速系统概述》课件


交流调速系统的作用和优势
1 提高生产效率
2 节能环保
交流调速系统能根据生产工艺的需要精确调节电 机的转速，提高生产线的效率和生产质量。
通过控制电机的运行速度，交流调速系统能够实 现能源的节约和环境保护。
3 减少维护成本4 提源自自动化水平交流调速系统的运行稳定可靠，能够延长电机的 使用寿命，并减少维护和维修的成本。
对交流调速系统进行负载试 验，确认其运行稳定性和负 载能力。
交流调速系统的运行维护
1
定期检查
定期检查交流调速系统的各个组成部分，确保其正常运行。
2
润滑维护
对传动装置等关键部件进行润滑维护，延长使用寿命。
3
故障处理
及时排除交流调速系统的故障，保证生产线的正常运行。
交流调速系统的故障排除
1 检查电源
交流调速系统的基本组成部分
电机
交流调速系统中的核心组件，负责转动机械装置。
传感器
用于监测电机和机械装置的运行状态，并反馈给调 速器。
调速器
控制电机的转速，实现精确的调速功能。
控制电路
通过控制电压和频率，调节电机的运行速度。
交流调速系统的工作原理
交流调速系统基于电机的磁通变化原理，通过改变电压和频率以及电机的转 子电流，控制电机的转速。
交流调速系统与自动化控制系统的结合，实现了 工业生产的高度自动化和智能化。
交流调速系统的应用场景
工业生产线
交流调速系统广泛应用于各类工业 生产线，提高生产效率和质量。
输送带
交流调速系统可以实现输送带的平 稳运行，节约能源。
电梯
交流调速系统可控制电梯运行速度， 提高安全性和舒适度。
风电场
交流调速系统在风电场中用于调节 风力发电机组的转速，提高发电效 率。
交流调速系统..课件

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VS
详细描述
模糊控制策略通过将专家的知识和经验转 化为模糊规则，对系统的输入和输出进行 模糊化处理，并根据模糊逻辑进行决策。 这种控制策略能够处理不确定性和非线性 问题，但可能存在计算量大和鲁棒性不足 的问题。
控制策略的比较与选择
总结词
根据系统特性和应用需求，选择合适的控制 策略。
详细描述
在交流调速系统的实际应用中，需要根据电 机的类型、系统的性能要求、控制精度和动 态响应等要求，选择合适的控制策略。同时 ，需要对各种控制策略的优缺点进行比较， 以实现最佳的控制效果。
系统维护保养与故障排除
故障诊断
根据故障现象，分析可能的原因。
故障排除
根据诊断结果，采取相应措施排除故障。
预防措施
对故障进行分析，采取预防措施，避免类似故障再次发生。
系统性能测试与评估
要点一
转速控制精度
测试系统转速控制的准确性。
要点二
调速范围
测试系统调速范围是否满足要求。
系统性能测试与评估
• 稳定性：测试系统在各种工况下的稳定性。
02
交流调速系统的种类与特点
变频器调速系统
01
02
03
种类
交-直-交变频器、交-交变 频器
特点
调速范围宽、动态响应快 、运行效率高、节能效果 好、易于实现自动控制和 过程控制
应用领域
广泛应用于各行业的风机 、水泵、压缩机等通用机 械的调速和节能运行
串级调速系统
工作原理
通过改变电机转子回路电 阻来调节电机转子电流， 进而改变电机转速
行。
系统软件设计
控制算法选择
选择适合的控制系统算法，如PID控制、模 糊控制等。
软件架构设计
讲交流调速系统概述PPT课件

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1）调速优良，易于控制
静态性能 性能
动态性能
静差度 精度误差 调速范围（深度） 动态响应快
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易于控制：电枢和励磁线圈可以独立调节
天然解耦：DC MOTOR
Φm
Ia与Φm线性无关 是解耦的 T=Cm×Ia×Φm
Ia
数学模型简单：线性2阶＋1阶，经典控制论足 以应对
1阶：SCR整流器的数学模型
G(s) Kses K s
7
课程的性质、目的、任务
通过本课程的学习，使大家了解现代交流调速系统的技 术概况与发展趋势以及主要应用领域； 掌握现代交流调速系统工作原理与控制策略； 掌握变频器与感应电动机、变频器与同步电动机组成变频 调速系统等电力拖动系统的组成、工作原理、运行特性； 为今后工作和进一步深入应用和研究运动控制系统和电气 节能技术奠定坚实的理论基础。
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历史回眸
由于这类机械均采用恒速交流电动机驱动， 应生产工艺流量的调节要求。
采用的主要调节措施有：
1）闸阀 2）挡板
3）放空 4）回流
大量电能无 谓的损耗
如果采用改变电机转速的办法来实现流量的调节，
则由于轴功率是与流量的三次方成正比的，因此，可收到
十分明显的节电效果。
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2 直流调速系统的特点
因此，有效地利用电动机，改进其运行性能， 根据需要控制电动机的转速，降低运行中的消耗，是 节省电能的一个重要手段。
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实例分析
以大型轧机的传动系统为例，一套2050mm的热连 轧板机，精轧部分采用交流传动，比直流传动可节电1150 万kWh／年，节水30％，转动惯量减少77％，响应时间缩短 30％，设备投资节省很多，停机维修时间缩短75％。
交流机若达到直流机的调速水平，对调速器提出了极 高的要求：功率器件？微处理器？控制理论与方法？
模块八交流调速系统

模块八交流调速系统


工业生产中的应用
电机驱动
交流调速系统广泛应用于电机驱动领域，如传送带、包装机械、印 刷机械等，以提高生产效率和产品质量。
风机和水泵控制
在工业生产中，风机和水泵是常见的耗能设备，交流调速系统能够 实现精确控制，降低能耗和节约能源。
自动化生产线
交流调速系统在自动化生产线中发挥着关键作用，如机器人、数控机 床等，能够实现高精度和高效率的生产加工。
静差率
静差率
指在一定转速下，电动机的输出转矩 与负载转矩之差与电动机额定转矩之 比。静差率越小，系统的稳态精度越 高。
总结词
静差率是衡量交流调速系统稳态性能 的重要指标之一，它反映了系统在稳 态工作时输出与输入之间的误差大小 。
详细描述
在实际应用中，电动机的输出转矩往 往受到负载转矩的影响，导致输出转 速与输入指令之间存在一定的误差。 静差率越小，说明系统的稳态精度越 高，输出转速与输入指令之间的误差 越小。因此，在选择交流调速系统时 ，需要根据实际需求考虑静差率的大 小，以保证系统的稳定性和精度。
总结词
调速范围是衡量交流调速系统性能的重要指标之一，它决定了系统能够满足不同应用场景 的需求程度。
详细描述
在交流调速系统中，电动机的转速可以通过调节电源的频率、电压或电流等参数来实现。 调速范围的宽窄直接影响到系统的调节精度、稳定性和响应速度。在实际应用中，需要根 据具体需求选择合适的调速范围，以保证系统的性能和稳定性。
03
交流调速系统的实现方 式
变压调速
总结词
通过改变电动机输入电压来调节其转速，实现调速。
详细描述
通过改变电动机输入电压，可以改变其磁通量，进一步影响转矩和转速，实现 调速。这种调速方式简单易行，但调速范围有限，且调速过程中转矩会发生变 化。
《交流调速系统》PPT课件

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交流调速系统
第15讲
5.1 引言
1、交直流调速系统的格局
20世纪60年代以前 80% —— 交流定速运行 18% —— 直流可调速运行 2% —— 交流可调速运行
70年代以前直流占统治地位。
70年代开始电力电子技术的应用开创了交流可调速传的新纪元 。
▪ 目前，交流调速是调速领域的主要发展方向。
VT1
U
R
VT4
VT3
R
V
VT6
VT5 R
W
VT2
图5-6 三 三相相全全波波 星形星联形结的联调结压的电路调压电路
电路正常工作的条件： （1） 要求采用宽脉冲或双窄脉冲触发电路，与电源电压同步。 （2）要求U、V、W三相电路中正向晶闸管的触发信号相位互差120°，三相 电路中反向晶闸管的触发信号相位也互差120°。 （3）同一相中反并联的两个正、反向晶闸管的触发脉冲相位应互差 180°。 根据上面的结论，可得出三相调压电路中各晶闸管触发的次序为VT1 、VT2、 VT3、VT4、VT5、VT6、VT1……，相邻两个晶闸管的触发信号相位差为60°。
特点：系统的效率低，结构简单。调压调速、绕线式异步电动机转子串电阻调 速、电磁转差离合器调速系统属于此类。 （2）转差功率回馈型调速系统——转差功率的少部分被消耗掉，大部分通过变 流装置回馈给电网或者转化为机械能予以利用。
特点：效率高。串级调速属该类系统。 （3）转差功率不变型调速系统——调速过程中，转差功率基本不变。
2、交流调速的特点
直流调速系统特点： 控制对象：直流电动机 控制原理简单，一种调速方式 性能优良，对硬件要求不高 电机有换向电刷（换向火化） 电机设计功率受限 电机易损坏，不适应恶劣现场 需定期维护
交流调速系统特点： 控制对象：交流电动机 控制原理复杂，有多种调速方式 电机无电刷，无换向火化问题 转速高、耐压高 容量大（交流电机本身容量大） 电机不易损坏，适应恶劣现场 体积小、重量轻，基本免维护 节能显著
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E 1 1 2 e 1 m 1 2 K 1 N 1m 2 2 K 1 N 1 f1 m 4 .4 4 K 1 N 1 f1 m (8-2)
由定子绕组的电压方程(相量式)有 ：
.
. ..
U1 EI Z
在一般情况下，I1Z1<<U1，所以有E1≈U1，代 入式(8-2)有
U 1E 14 .4 4 K 1f1N 1 m
异步电动机的调速方案有： 改变极对数p， 改变转速率s(即改变电动机机械特性的硬度) 改变电源频率f1。
➢ 变压变频调速的基本控制方式
1、基频（额定频率）以下，（恒磁）恒压频比
的控制方式
异步电动机转速
n
n1
60 f1 p
调节频率f1时，会改变电动机的磁通。异步电动
机e 1 每 K 相1 N 定1 d d 子 绕K t1 组N 1 的d 感m d s 应电i t t 动 n K 势1 N 为1 em 1：co t s e1的有效值为：
图8-7 双极性SPWM a)信号波与载波的比较 b) 双极性SPWM波形
3.正弦脉宽调制的实现
改变信号电压的频率，即可改变逆变器输出基波 的频率(频率可调范围一般为0～400Hz)；改变信 号电压的幅值，便可改变输出基波的幅值。载波 信号的频率比较高(可达15kHz以上)，在负载电感( 如电动机绕组的电感)的滤波作用下，可以获得与 正弦基波基本相同的正弦电流。
8. 7 通用变频器
8.1 绝缘栅双极晶体管(IGBT) — 正弦脉 宽调 制(SPWM )型交流变频电路
➢ 绝缘栅双极晶体管(IGBT)及其驱动、保护电路 IGBT管的特点 绝缘栅双极晶体管(IGBT)(Insulated Gate
Bipolar Transistor)将双极型晶体管和MOS场效 应晶体管两者结合起来，它的前面部分类似 NMOS场效应管晶体管，它的后面部分则类似双 极型晶体管。 其特性兼有MOSFET和BJT两者的优点。
IGBT的驱动与保护
采用EXB841模块驱动IGBT的接线图，其中⑥脚 用来采集集电极电压(电流大、电压Uc升高)，若电 流过大，Uc升高，则VD1截止，模块内部电路使 ⑤脚呈现低电平，这样，将使VL导通，发出过电 流保护信号；
EXB841内部电路会使IGBT的栅极呈现 -5V低电 平，使IGBT获得可靠截止保护。
结论：
异步电动机的变压变频调速是进行分段控制 的；基频以下，采取（恒磁）恒压频比控制 方式；基频以上，采取恒压（弱磁升速）控 制方式。
8. 3模拟式IGBT-SPWM-VVVF 交流调速系统
➢ 对IGBT—SPWM—VVVF交流调速系统的分析过程 大致为： 预设给定值(转向、转速)→起动信号→给定积分器 →U/f函数发生器→SPWM控制电路→驱动电路→主电 路(IGBT管三相逆变电路)→三相异步电动机。此外还有 过电压、过电流、过热等保护环节和其他辅助环节等。
2、基频以上，恒压(弱磁升速)的控制方式 其特点： 升频时，定子电压保持恒定，即பைடு நூலகம்U1 U1N ；
而磁通 m 随着频率升高（转速升高）而下 降（mU1N/ f1）。此时控制特性如图8-8中
f f1N 范围的曲线所示。
a) 基频以下(U1/f1=恒量) b)基频以上(U1=恒量) 图8-9 三相异步电动机变频调速时的机械特性
输入信号线要求采用屏蔽双绞线。
图8-1 采用EXB841模块驱动IGBT的接线图
➢ 二极管整流器—IGBT逆变器构成的交—直—交变 压变频电路
电路的组成
由二极管整流器和IGBT逆变器构成。
其工作原理是先将380V/220V、50Hz的三相交流 电，经三相二极管桥式整流器变换成直流电，使 直流电再经过由IGBT构成的三相逆变器，通过正 弦脉宽调制（SPWM）（Sinusoidal Pulse Width Modulation）控制，变换成电压和频率都 可调的三相交流电，去供给三相异步（或同步） 电动机。
在由四个IGBT开关管组成的电路中，以V1与V4为 一组，V2与V3为另一组，使之交替通、断，便能 在负载上形成交流电。
图8-4 单相IGBT—SPWM(电压型)交流变压变频电路原理图
2.正弦脉宽调制(SPWM)的波形分析
图8-5 SPWM a) 正弦波 b) SPWM波
图8-6 单极性SPWM波形分析
由上式有：
m4.414K1N1U f11 KU f11
结论：当电压频率变化时，磁极下的磁通也将 发生变化。
图8-8 异步电动机变压变频调速控制特性
（恒磁）恒压频比调速方案： 设法保持U1/f1为恒量，即保持 m 为恒量（并 保持在额定值左右，以充分利用铁心） 。
（恒磁）恒压频比控制方式的特点： 调速时使U1/f1保持恒量，即供电电压U1随频 率f1的变化而变化，见图8-8中f<f1N段的 虚斜直线。这时磁通保持在额定值，即 m mN 。
图8-2 交—直—交变压变频电路的原理图
图8-3 电流型变频器和电压型变频器 a)电流型变频器 b) 电压型变频器
IGBT—SPWM(电压源型)交流变压变频电路的 工作原理
1.逆变器的工作原理 逆变器是将直流电变换成交流电的装置。
图8-4中直流电是50Hz的交流电经过二极管桥式整 流后，变换成电压为Ud的直流电源，属电压型。
第8章 交流调速系统
8.1 绝缘栅双极晶体管(IGBT) — 正弦脉宽调 制(SPWM )型交流变频电路
8.2 交流调速的基本方案与变压变频的基本控 制方式
8. 3 模拟式IGBT-SPWM-VVVF交流调速系统
8. 4 微机控制IGBT-SPWM-VVVF 交流调速系统简介
8. 5 矢量控制的交流变频调速系统简介
采用SPWM控制，逆变器相当一个可控的功率放 大器，既能实现调压，又能实现调频。
8.2 交流调速的基本方案与变压变频 的基本控制方式
➢ 交流调速的基本方案
转差率为转子与定子旋转磁场的转速差Δn对同步
转速n1之比，即
s n n1 n
n1
n1
由上式及n1=60f1/p有
nn1s1nn11s6pf0 11s