《交流传动控制系统》PPT课件.ppt

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1、第第12章章 交流传动控制系统交流传动控制系统n n掌握交流异步电动机调速的基本原理及掌握交流异步电动机调速的基本原理及主要方法主要方法;n n了解电磁转差离合器调速系统的原理和了解电磁转差离合器调速系统的原理和性能性能;n n掌握线绕式异步电动机串级调速的原理掌握线绕式异步电动机串级调速的原理,特性和应用领域特性和应用领域;n n了解变频调速系统的分类及其基本原理了解变频调速系统的分类及其基本原理,特性和应用范围特性和应用范围.交流异步电动机的调速方法交流异步电动机的调速方法交流异步电动机的调速方法交流异步电动机的调速方法n n交流电动机有同步电动机与异步电动机两大类。交流电动机有同步电动机

2、与异步电动机两大类。交流电动机有同步电动机与异步电动机两大类。交流电动机有同步电动机与异步电动机两大类。n n同同同同步步步步电电电电动动动动机机机机的的的的调调调调速速速速靠靠靠靠改改改改变变变变供供供供电电电电电电电电压压压压的的的的频频频频率率率率来来来来改改改改变变变变其其其其同同同同步转速；步转速；步转速；步转速；n n异异异异步步步步电电电电动动动动机机机机的的的的调调调调速速速速方方方方法法法法，从从从从利利利利用用用用晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管控控控控制制制制技技技技术术术术来来来来看看看看有有有有：控控控控制制制制加加加加于于于于电电电电机机机机定定定定子子子子绕绕绕绕组组组组

3、的的的的电电电电压压压压调调调调压压压压调调调调速速速速；控控控控制制制制附附附附加加加加在在在在转转转转子子子子回回回回路路路路的的的的电电电电势势势势串串串串级级级级调调调调速速速速；控控控控制制制制定定定定子子子子的的的的供供供供电电电电电电电电压压压压与与与与频频频频率率率率变变变变频频频频调调调调速速速速；无无无无换换换换向向向向器器器器电电电电机机机机调调调调速速速速系系系系统和电磁转差离合器调速系统等几种方法。统和电磁转差离合器调速系统等几种方法。统和电磁转差离合器调速系统等几种方法。统和电磁转差离合器调速系统等几种方法。n n由由由由于于于于交交交交流流流流调调调调速速速速技技

4、技技术术术术不不不不仅仅仅仅具具具具有有有有优优优优良良良良的的的的调调调调速速速速性性性性能能能能，而而而而且且且且还还还还带带带带来来来来节节节节约约约约能能能能源源源源、减减减减少少少少维维维维护护护护费费费费用用用用、节节节节约约约约占占占占地地地地面面面面积积积积等等等等优优优优点点点点，是调速技术发展的方向。是调速技术发展的方向。是调速技术发展的方向。是调速技术发展的方向。12.1 电磁转差离合器调速系统电磁转差离合器调速系统n n1 1电电电电磁磁磁磁转转转转差差差差离离离离合合合合器器器器的的的的调调调调速原理速原理速原理速原理n n电磁转差离合器调速系电磁转差离合器调速系电磁

5、转差离合器调速系电磁转差离合器调速系统统统统,就是在笼型转子异就是在笼型转子异就是在笼型转子异就是在笼型转子异步机轴上装上一个电磁步机轴上装上一个电磁步机轴上装上一个电磁步机轴上装上一个电磁转差离合器，并由晶闸转差离合器，并由晶闸转差离合器，并由晶闸转差离合器，并由晶闸管控制装置控制离合器管控制装置控制离合器管控制装置控制离合器管控制装置控制离合器绕组的电流，改变这一绕组的电流，改变这一绕组的电流，改变这一绕组的电流，改变这一电流，即可调速电流，即可调速电流，即可调速电流，即可调速.转差转差转差转差离合器主要由主动部分离合器主要由主动部分离合器主要由主动部分离合器主要由主动部分1 1电枢和从动

6、部分电枢和从动部分电枢和从动部分电枢和从动部分2 2磁极磁极磁极磁极组成，在磁极上装有励组成，在磁极上装有励组成，在磁极上装有励组成，在磁极上装有励磁绕组磁绕组磁绕组磁绕组3.3.调速系统主要由晶闸管整流电源、电磁转差离调速系统主要由晶闸管整流电源、电磁转差离调速系统主要由晶闸管整流电源、电磁转差离调速系统主要由晶闸管整流电源、电磁转差离合器和异步电动机三大部分组成。合器和异步电动机三大部分组成。合器和异步电动机三大部分组成。合器和异步电动机三大部分组成。应用于无磨床饮料灌装机应用于无磨床饮料灌装机,油泵油嘴试验台等的控制中油泵油嘴试验台等的控制中2.电磁转差离合器的调速特性电磁转差离合器的调

7、速特性n n机械特性机械特性机械特性机械特性:激磁电流愈小，特激磁电流愈小，特激磁电流愈小，特激磁电流愈小，特性愈软。性愈软。性愈软。性愈软。n n左左左左图图图图所所所所示示示示的的的的机机机机械械械械特特特特性性性性不不不不能能能能直直直直接接接接应应应应用用用用于于于于速速速速度度度度要要要要求求求求比比比比较较较较稳稳稳稳定定定定的的的的工工工工作作作作机机机机械械械械上上上上。一一一一般般般般都都都都要要要要接接接接入入入入转转转转速速速速负负负负反反反反馈馈馈馈。机机机机械械械械特特特特性性性性如如如如下图下图下图下图例例例例:JZT1:JZT1简易式转差离合器调速系统简易式转差离

8、合器调速系统简易式转差离合器调速系统简易式转差离合器调速系统12.2 交流调压调速系统交流调压调速系统n n1.1.双向晶闸管交流调压电路双向晶闸管交流调压电路双向晶闸管交流调压电路双向晶闸管交流调压电路n n将将将将三三三三个个个个双双双双向向向向晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管分分分分别别别别接接接接至至至至三三三三相相相相负负负负载载载载就就就就构构构构成成成成了了了了一一一一个个个个典典典典型型型型的的的的三三三三相相相相交交交交流流流流调调调调压压压压电电电电路路路路。负负负负载载载载可可可可以以以以是是是是Y Y形形形形连连连连接接接接，也也也也可可可可以以以以是是是是形形形形连连连连接接

9、接接，Y Y形形形形接接接接法法法法的的的的电电电电阻阻阻阻性负载如右图所示。性负载如右图所示。性负载如右图所示。性负载如右图所示。三三相相交交流流调调压压电电路路，为为保保证证输输出出电电压压对对称称并并有有相相应应的的控控制制范范围围，要要求求触触发发信信号号必必须须与与交交流流电电源源有有一一致致的的相相序序和和相相位位差差，要要求求采采用用控控制制角角大大于于60的的双双脉脉冲冲或或宽宽脉脉冲冲触触发发电路。电路。2.异步电动机的调压特性异步电动机的调压特性n n对于鼠笼型异步电动机，可对于鼠笼型异步电动机，可对于鼠笼型异步电动机，可对于鼠笼型异步电动机，可以将电动机转子的鼠笼条由以将

10、电动机转子的鼠笼条由以将电动机转子的鼠笼条由以将电动机转子的鼠笼条由铸铝材料改为电阻率较大的铸铝材料改为电阻率较大的铸铝材料改为电阻率较大的铸铝材料改为电阻率较大的黄铜条，使之具有如图黄铜条，使之具有如图黄铜条，使之具有如图黄铜条，使之具有如图(b)(b)所所所所示的机械特性。即使这样，示的机械特性。即使这样，示的机械特性。即使这样，示的机械特性。即使这样，调速范围仍不大，且低速时调速范围仍不大，且低速时调速范围仍不大，且低速时调速范围仍不大，且低速时运行稳定性不好，不能满足运行稳定性不好，不能满足运行稳定性不好，不能满足运行稳定性不好，不能满足生产机械的要求。为了既能生产机械的要求。为了既能

11、生产机械的要求。为了既能生产机械的要求。为了既能保证低速时的机械特性硬度，保证低速时的机械特性硬度，保证低速时的机械特性硬度，保证低速时的机械特性硬度，又能保证一定的负载能力，又能保证一定的负载能力，又能保证一定的负载能力，又能保证一定的负载能力，一般在调压调速系统里采用一般在调压调速系统里采用一般在调压调速系统里采用一般在调压调速系统里采用转速负反馈构成闭环系统转速负反馈构成闭环系统转速负反馈构成闭环系统转速负反馈构成闭环系统.12.3 线绕式异步电动机调速系统线绕式异步电动机调速系统-串级调速串级调速n n1 1串串串串级级级级调调调调速速速速的的的的一一一一般般般般原原原原理理理理n n

12、异异异异步步步步电电电电动动动动机机机机的的的的串串串串级级级级调调调调速速速速，就就就就是是是是在在在在异异异异步步步步电电电电动动动动机机机机转转转转子子子子电电电电路路路路内内内内引引引引入入入入附附附附加加加加电电电电势势势势EadEad，以以以以调调调调节节节节异异异异步步步步电电电电动动动动机机机机的的的的转转转转速速速速。引引引引入入入入电电电电势势势势的的的的方方方方向向向向，可可可可与与与与转转转转子子子子电电电电动动动动势势势势E E2 2方方方方向向向向相相相相同同同同或或或或相相相相反反反反，其其其其频率则与转子频率相同。频率则与转子频率相同。频率则与转子频率相同。频率

13、则与转子频率相同。2.2.串级调速时的机械特性的特征串级调速时的机械特性的特征串级调速时的机械特性的特征串级调速时的机械特性的特征n n右图给出了串级调速时异步右图给出了串级调速时异步右图给出了串级调速时异步右图给出了串级调速时异步电动机转速低于同步转速的电动机转速低于同步转速的电动机转速低于同步转速的电动机转速低于同步转速的一组机械特性曲线。由特性一组机械特性曲线。由特性一组机械特性曲线。由特性一组机械特性曲线。由特性可知，若引入的附加电势愈可知，若引入的附加电势愈可知，若引入的附加电势愈可知，若引入的附加电势愈大，则大，则大，则大，则n n0 0愈小，即电动机的愈小，即电动机的愈小，即电动

14、机的愈小，即电动机的转速愈低。转速愈低。转速愈低。转速愈低。n n在串调系统中在串调系统中,同步转速是恒同步转速是恒定的定的,但它的理想空载转速能但它的理想空载转速能连续平滑地调节连续平滑地调节,其值为其值为:3.3.线绕式异步电动机串级调速原理方框图线绕式异步电动机串级调速原理方框图线绕式异步电动机串级调速原理方框图线绕式异步电动机串级调速原理方框图线绕式异步电动机串级调速原理方框图分析线绕式异步电动机串级调速原理方框图分析线绕式异步电动机串级调速原理方框图分析线绕式异步电动机串级调速原理方框图分析n n上图中，线绕式异步电动机上图中，线绕式异步电动机MM的转子电压经的转子电压经不可控整流电

15、路转换为直流电压，经平波电不可控整流电路转换为直流电压，经平波电抗器、再由晶闸管有源逆变电路将该直流电抗器、再由晶闸管有源逆变电路将该直流电压逆变为交流，有的经变压器，有的直接反压逆变为交流，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电动机转子的电势EadEad。改变逆变器中晶闸管。改变逆变器中晶闸管的逆变角的逆变角,就可以改变附加电势就可以改变附加电势EadEad的大小，的大小，从而实现了异步电动机的串级调速。从而实现了异步电动机的串级调速。n n串串级级调调速速技技术术应应用用较较广广,如如湖湖北北葛葛洲洲坝坝-上上

16、海海奉奉贤贤的的正正负负500kV500kV高高压压直直流流输输电电.也也适适用用于通风机负载，其缺点是功率因数较差。于通风机负载，其缺点是功率因数较差。12.4 变频调速系统变频调速系统n n1变频调速的原理变频调速的原理n n由由由由n n可知可知可知可知:n n改变定子电源频率可以改变同步转速和电动改变定子电源频率可以改变同步转速和电动改变定子电源频率可以改变同步转速和电动改变定子电源频率可以改变同步转速和电动机的转速。又由异步电动机的电势公式可知机的转速。又由异步电动机的电势公式可知机的转速。又由异步电动机的电势公式可知机的转速。又由异步电动机的电势公式可知,外加电压近似与频率和磁通的

17、乘积成正比外加电压近似与频率和磁通的乘积成正比外加电压近似与频率和磁通的乘积成正比外加电压近似与频率和磁通的乘积成正比,若若若若外加电压不变，频率降低，磁通增加外加电压不变，频率降低，磁通增加外加电压不变，频率降低，磁通增加外加电压不变，频率降低，磁通增加,将将将将造成造成造成造成电动机的磁路过饱和，因此电动机的磁路过饱和，因此电动机的磁路过饱和，因此电动机的磁路过饱和，因此,要求频率要求频率要求频率要求频率,电压同电压同电压同电压同时变化时变化时变化时变化,即保持即保持即保持即保持U/f=U/f=定值定值定值定值.变频调速变频调速n n国家国家“电动机调速技术产业化途径与对策的研究电动机调速

18、技术产业化途径与对策的研究”报报告告:n n中国发电量的中国发电量的66%66%消耗在电动机上消耗在电动机上,全国电动机总装全国电动机总装机容量超过机容量超过4 4亿千瓦亿千瓦,有有70%70%拖动的是风机拖动的是风机,泵泵,压缩压缩机机,这其中一半即这其中一半即75007500万千瓦适合调速万千瓦适合调速.n n从目前变频器使用情况看从目前变频器使用情况看,平均节电平均节电30%.30%.n n20052005年国家年国家“节能中长期专项规划节能中长期专项规划”的十大重点节的十大重点节能工程中能工程中,第第5 5项就是电机系统节能工程项就是电机系统节能工程,“,“十一十一.五五”期间期间,将

19、形成将形成200200亿千瓦时的节电能力亿千瓦时的节电能力.2 2变频调速系统的分类变频调速系统的分类变频调速系统的分类变频调速系统的分类 n n1)1)交交交交-直直直直-交变频调速交变频调速交变频调速交变频调速 n n(1)(1)从从从从换换换换流流流流电电电电路路路路型型型型式式式式分分分分类类类类:串串串串级级级级电电电电感感感感式式式式;串串串串级级级级二二二二极极极极管管管管式式式式;带带带带辅辅辅辅助助助助晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管(180(180通通通通电电电电型型型型););带带带带辅辅辅辅助助助助晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管(120(120通电型通电型通电型通电型).).n n(

20、2)(2)从直流电源分类从直流电源分类从直流电源分类从直流电源分类:型式电压型型式电压型型式电压型型式电压型;电流型电流型电流型电流型.n n(3)(3)从从从从调调调调压压压压方方方方式式式式分分分分类类类类:相相相相位位位位控控控控制制制制晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管整整整整流流流流;晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管直流开关直流开关直流开关直流开关;脉冲宽度调制型脉冲宽度调制型脉冲宽度调制型脉冲宽度调制型.n n2)2)交交交交-交变频调速交变频调速交变频调速交变频调速n n(1)(1)从相数分类从相数分类从相数分类从相数分类:单相单相单相单相-单相单相单相单相;三相三相三相三相-三相三相三相三相.n

21、 n(2)(2)从从从从连连连连接接接接方方方方式式式式分分分分类类类类:反反反反并并并并联联联联整整整整流流流流电电电电路路路路;交交交交叉叉叉叉连连连连接接接接整整整整流电路流电路流电路流电路.n n(3)(3)从有无环流分类从有无环流分类从有无环流分类从有无环流分类:有环流有环流有环流有环流;无环流无环流无环流无环流.3 3交交交交-直直直直-交变频调速系统交变频调速系统交变频调速系统交变频调速系统 1)1)电压型变频器电压型变频器电压型变频器电压型变频器 (1)(1)电压型变频调速系统原理框图电压型变频调速系统原理框图电压型变频调速系统原理框图电压型变频调速系统原理框图 (2)(2)(

22、2)(2)典型电压型变频器典型电压型变频器典型电压型变频器典型电压型变频器 n n典型电压型变频器主电路典型电压型变频器主电路:n n逆变器与整流器的中间环节采用电容滤波，逆变器与整流器的中间环节采用电容滤波，类似于电压源。二极管的作用是将电动机的类似于电压源。二极管的作用是将电动机的无功功率反馈给滤波电容，以提高逆变器换无功功率反馈给滤波电容，以提高逆变器换流工作的稳定性。流工作的稳定性。电压型变频器主电路工作原理电压型变频器主电路工作原理电压型变频器主电路工作原理电压型变频器主电路工作原理n n以以以以A A相为例来说明逆变相为例来说明逆变相为例来说明逆变相为例来说明逆变器的换流原理，其中

23、，器的换流原理，其中，器的换流原理，其中，器的换流原理，其中，VS1VS1和和和和VS2VS2为主晶闸管，为主晶闸管，为主晶闸管，为主晶闸管，VS1VS1和和和和VS2VS2为辅助为辅助为辅助为辅助换流晶闸管，作为换流晶闸管，作为换流晶闸管，作为换流晶闸管，作为LCLC振振振振荡电路的充放电开关。荡电路的充放电开关。荡电路的充放电开关。荡电路的充放电开关。换流时，主晶闸管的关换流时，主晶闸管的关换流时，主晶闸管的关换流时，主晶闸管的关断是靠触发辅助换流晶断是靠触发辅助换流晶断是靠触发辅助换流晶断是靠触发辅助换流晶闸管来实现的，而辅助闸管来实现的，而辅助闸管来实现的，而辅助闸管来实现的，而辅助晶

24、闸管本身的关断则是晶闸管本身的关断则是晶闸管本身的关断则是晶闸管本身的关断则是由由由由LCLC串联谐振电路中的串联谐振电路中的串联谐振电路中的串联谐振电路中的电流反向来实现的。电流反向来实现的。电流反向来实现的。电流反向来实现的。2)2)电流型变频器电流型变频器电流型变频器电流型变频器电流型变频器电流型变频器 电流型变频调速系统的特点是中间环节采用电流型变频调速系统的特点是中间环节采用电抗器滤波，类似于电流源。电流型变频器电抗器滤波，类似于电流源。电流型变频器的发展稍晚于电压型变频器。由于电流型变的发展稍晚于电压型变频器。由于电流型变频器的许多优点，从而在交频器的许多优点，从而在交-直直-交脉

25、冲强迫交脉冲强迫换流换流(或称强迫换相或称强迫换相)的变频器中，受到越来的变频器中，受到越来越多的重视。越多的重视。(1)(1)系统方框图系统方框图系统方框图系统方框图(2)(2)串联二极管式电流型变频器主电路分析串联二极管式电流型变频器主电路分析串联二极管式电流型变频器主电路分析串联二极管式电流型变频器主电路分析n n由由由由晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管整整整整流流流流器器器器、直直直直流流流流滤滤滤滤波波波波电电电电抗抗抗抗器器器器及及及及逆逆逆逆变变变变器器器器三三三三部部部部分分分分组组组组成成成成，由由由由于于于于中中中中间间间间环环环环节节节节采采采采用用用用电电电电抗抗抗抗器器器器滤

26、滤滤滤波波波波，从从从从而而而而使使使使输输输输出出出出电电电电流流流流比比比比较较较较平平平平直直直直，为为为为矩矩矩矩形形形形波波波波。在在在在强强强强迫迫迫迫换换换换流流流流电电电电路路路路中中中中，C C为为为为换换换换向向向向电电电电容容容容，它它它它的的的的作作作作用用用用是是是是给给给给欲欲欲欲关关关关断断断断的的的的晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管施施施施以以以以反反反反向向向向电电电电压压压压，以以以以使使使使其其其其强强强强迫迫迫迫关关关关断断断断。V V为为为为隔隔隔隔离离离离二二二二极极极极管管管管，是是是是为为为为了了了了防防防防止止止止充充充充电电电电电电电电压压压压经经经

27、经负负负负载载载载放放放放掉掉掉掉，使使使使换换换换流流流流电电电电路路路路与与与与负负负负载载载载之之之之间间间间隔隔隔隔离离离离。由由由由于于于于隔隔隔隔离离离离二二二二极极极极管管管管与与与与主主主主晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管相相相相串串串串联联联联，因因因因此此此此，称称称称为为为为二极管式换流电路。二极管式换流电路。二极管式换流电路。二极管式换流电路。4.4.脉宽调制型变频调速系统脉宽调制型变频调速系统脉宽调制型变频调速系统脉宽调制型变频调速系统 1)1)工作原理工作原理工作原理工作原理n n脉冲宽度调制型脉冲宽度调制型(又称又称PWMPWM型型)变频器也是一种交变频器也是一种交-直直

28、-交交变频器。常采用电压型逆变变频器。常采用电压型逆变器，其基本原理是控制逆变器，其基本原理是控制逆变器开关元件的导通和关断时器开关元件的导通和关断时间比间比(即保持脉冲幅值不变调即保持脉冲幅值不变调节脉冲宽度节脉冲宽度)来控制交流电压来控制交流电压的大小和频率。恒幅脉宽调的大小和频率。恒幅脉宽调制型变频器如图所示制型变频器如图所示.调速系统由二极管整流桥和逆变器组成。通过调节逆变器输出电压的脉冲宽度和输出电压的频率，实现调频调压.2)2)准正弦波脉宽调制变频调速控制系统准正弦波脉宽调制变频调速控制系统准正弦波脉宽调制变频调速控制系统准正弦波脉宽调制变频调速控制系统(1)(1)控制系统图控制系

29、统图控制系统图控制系统图 (2)(2)各点波形各点波形各点波形各点波形(m(m调制系数调制系数调制系数调制系数 N N半周内的脉冲数半周内的脉冲数半周内的脉冲数半周内的脉冲数)3)3)速度闭环速度闭环速度闭环速度闭环SPWMSPWM型变频调速系统型变频调速系统型变频调速系统型变频调速系统n nPWMPWM型变频器的电路有多种，将一般型变频器的电路有多种，将一般型变频器的电路有多种，将一般型变频器的电路有多种，将一般PWMPWM系统或准正弦波脉系统或准正弦波脉系统或准正弦波脉系统或准正弦波脉宽调制型变频调速系统称为宽调制型变频调速系统称为宽调制型变频调速系统称为宽调制型变频调速系统称为SPWMS

30、PWM系统系统系统系统.SPWM.SPWM系统大都采用开系统大都采用开系统大都采用开系统大都采用开环控制，但在机械加工领域中，有时调速精度要求较高，这就环控制，但在机械加工领域中，有时调速精度要求较高，这就环控制，但在机械加工领域中，有时调速精度要求较高，这就环控制，但在机械加工领域中，有时调速精度要求较高，这就需要实行速度闭环调节。在需要实行速度闭环调节。在需要实行速度闭环调节。在需要实行速度闭环调节。在V/FV/F变换器前，增加速度给定环节变换器前，增加速度给定环节变换器前，增加速度给定环节变换器前，增加速度给定环节和速度负反馈元件即可。下图所示为其简单框图。和速度负反馈元件即可。下图所示

31、为其简单框图。和速度负反馈元件即可。下图所示为其简单框图。和速度负反馈元件即可。下图所示为其简单框图。5交交-交变频调速交变频调速n n优点优点优点优点:无换流环节无换流环节无换流环节无换流环节,提高提高提高提高了效率了效率了效率了效率;电动机谐波损电动机谐波损电动机谐波损电动机谐波损耗以及转矩脉动小耗以及转矩脉动小耗以及转矩脉动小耗以及转矩脉动小.n n缺点缺点缺点缺点:主电路元件多主电路元件多主电路元件多主电路元件多;最最最最高频率受电网频率的限高频率受电网频率的限高频率受电网频率的限高频率受电网频率的限制制制制.n n应用应用应用应用:球磨机球磨机球磨机球磨机,电力机车电力机车电力机车电

32、力机车,矿井提升机的传动矿井提升机的传动矿井提升机的传动矿井提升机的传动.n n交交交交-交变频是直接将固交变频是直接将固交变频是直接将固交变频是直接将固定频率的交流电能变成定频率的交流电能变成定频率的交流电能变成定频率的交流电能变成所需频率的电能，而不所需频率的电能，而不所需频率的电能，而不所需频率的电能，而不经过中间直流环节，故经过中间直流环节，故经过中间直流环节，故经过中间直流环节，故也称为直接变频。也称为直接变频。也称为直接变频。也称为直接变频。n n直接变频器能将单相交直接变频器能将单相交直接变频器能将单相交直接变频器能将单相交流电变换为两相或三相流电变换为两相或三相流电变换为两相或

33、三相流电变换为两相或三相交流电交流电交流电交流电;能将高频电源能将高频电源能将高频电源能将高频电源变换为低频电源变换为低频电源变换为低频电源变换为低频电源.1)1)单相单相-单相直接变频电路单相直接变频电路n n(a)(a)(a)(a)共阴极接法主电路共阴极接法主电路共阴极接法主电路共阴极接法主电路n n输出电压波形输出电压波形输出电压波形输出电压波形n n(b)(b)(b)(b)共阳极接法主电路共阳极接法主电路共阳极接法主电路共阳极接法主电路n n输出电压波形输出电压波形输出电压波形输出电压波形n n(c)(c)(c)(c)反并联接法主电路反并联接法主电路反并联接法主电路反并联接法主电路n

34、n输出电压波形输出电压波形输出电压波形输出电压波形2)2)三相方波型交三相方波型交三相方波型交三相方波型交-交变频器分析交变频器分析交变频器分析交变频器分析(1)(1)主电路分析主电路分析主电路分析主电路分析 三三三三相相相相方方方方波波波波型型型型交交交交-交交交交变变变变频频频频器器器器主主主主电电电电路路路路的的的的每每每每一一一一相相相相由由由由两两两两组组组组反反反反并并并并联联联联的的的的三三三三相相相相零零零零式式式式整整整整流流流流电电电电路路路路组组组组成成成成，1,3,51,3,5为为为为正正正正组组组组，4,6,24,6,2为为为为反反反反组组组组。各各各各组组组组导导导

35、导通通通通时时时时间间间间为为为为T/3(TT/3(T为为为为输输输输出出出出电电电电压压压压的的的的周周周周期期期期)，每每每每组组组组依依依依次次次次相相相相隔隔隔隔T T6 6导导导导通通通通，同同同同一一一一时时时时刻刻刻刻有有有有一一一一个正组和一个反组导通。个正组和一个反组导通。个正组和一个反组导通。个正组和一个反组导通。n n(2)(2)控制电路分析控制电路分析控制电路分析控制电路分析n n给给给给定定定定信信信信号号号号经经经经电电电电压压压压频频频频率率率率变变变变换换换换转转转转换换换换为为为为脉脉脉脉冲冲冲冲信信信信号号号号，然然然然后后后后经经经经环环环环形形形形分分分

36、分配配配配器器器器分分分分频频频频，依依依依次次次次形形形形成成成成相相相相差差差差T T6 6、持持持持续续续续时时时时间间间间为为为为T T3 3的的的的选选选选组组组组脉脉脉脉冲冲冲冲,同同同同时时时时，给给给给定定定定信信信信号号号号被被被被变变变变换换换换成成成成与与与与之之之之相相相相应应应应的的的的移移移移相相相相脉脉脉脉冲冲冲冲，决决决决定定定定每每每每组组组组晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管导导导导通通通通的的的的次次次次序序序序及及及及控控控控制制制制角角角角 的的的的大大大大小小小小。移移移移相相相相脉脉脉脉冲冲冲冲与与与与选选选选组组组组脉脉脉脉冲冲冲冲经经经经逻逻逻逻辑辑辑辑

37、电电电电路路路路确确确确定定定定了了了了每每每每个个个个晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管导导导导通通通通时时时时刻刻刻刻,低低低低速速速速时时时时为为为为了了了了补补补补偿偿偿偿定定定定子子子子的的的的压压压压降降降降，引引引引入入入入了了了了函函函函数数数数发发发发生生生生器器器器以以以以适适适适当当当当提提提提高电压。高电压。高电压。高电压。12.5 异步电动机矢量变换控制异步电动机矢量变换控制n n1矢量变换控制的基本原理矢量变换控制的基本原理n n矢矢矢矢量量量量变变变变换换换换控控控控制制制制的的的的基基基基本本本本思思思思路路路路，是是是是以以以以产产产产生生生生同同同同样样样样的的的的旋

38、旋旋旋转转转转磁磁磁磁场场场场为为为为准准准准则则则则，建建建建立立立立三三三三相相相相交交交交流流流流绕绕绕绕组组组组电电电电流流流流、两两两两组组组组交交交交流流流流绕绕绕绕组组组组电电电电流流流流和在旋转坐标上的正交绕组直流电流之间的等效关系。和在旋转坐标上的正交绕组直流电流之间的等效关系。和在旋转坐标上的正交绕组直流电流之间的等效关系。和在旋转坐标上的正交绕组直流电流之间的等效关系。n n产生旋转磁场不一定非要三相不可，二相、四相产生旋转磁场不一定非要三相不可，二相、四相产生旋转磁场不一定非要三相不可，二相、四相产生旋转磁场不一定非要三相不可，二相、四相等任意的多相对称绕组，通以多相平

39、衡电流，都能产等任意的多相对称绕组，通以多相平衡电流，都能产等任意的多相对称绕组，通以多相平衡电流，都能产等任意的多相对称绕组，通以多相平衡电流，都能产生旋转磁场。生旋转磁场。生旋转磁场。生旋转磁场。n n将将将将异异异异步步步步电电电电动动动动机机机机模模模模拟拟拟拟成成成成直直直直流流流流电电电电动动动动机机机机相相相相似似似似进进进进行行行行控控控控制制制制，就就就就是是是是将将将将A A、B B、C C三三三三相相相相异异异异步步步步电电电电动动动动机机机机矢矢矢矢量量量量变变变变换换换换到到到到按按按按转转转转子子子子磁磁磁磁通通通通方方方方向向向向为为为为磁磁磁磁场场场场定定定定向

40、向向向并并并并以以以以同同同同步步步步速速速速度度度度旋旋旋旋转转转转的的的的M-TM-T直直直直角角角角坐坐坐坐标标标标系系系系上上上上，即即即即进进进进行行行行矢矢矢矢量量量量的的的的坐坐坐坐标标标标变变变变换换换换。可可可可以以以以像像像像控控控控制制制制直直直直流流流流电电电电动动动动机机机机一一一一样样样样去控制异步电动机，以获得优越的调速性能。去控制异步电动机，以获得优越的调速性能。去控制异步电动机，以获得优越的调速性能。去控制异步电动机，以获得优越的调速性能。2坐标变换与矢量变换坐标变换与矢量变换n n任何在空间按正弦形式分布的物理量都可以用空间向任何在空间按正弦形式分布的物理量

41、都可以用空间向量表示。经过数学推导量表示。经过数学推导,可以得到可以得到三相二相变换方三相二相变换方程式。同样经过数学变换，亦可得到二相三相反变程式。同样经过数学变换，亦可得到二相三相反变换式。换式。n n经经过过矢矢量量旋旋转转变变换换，可可以以将将二二相相、绕绕组组和和直直流流MM、T T绕绕组组之之间间进进行行变变换换，这这是是一一种种静静止止的的直直角角坐坐标标系系统统与旋转的直角坐标系统之间的变换。与旋转的直角坐标系统之间的变换。n n实实际际的的异异步步电电动动机机矢矢量量变变换换控控制制系系统统结结构构形形式式很很多多，并并且且在在不不断断地地发发展展。将将交交流流电电动动机机模

42、模拟拟成成直直流流电电动动机机加加以以控控制制，其其控控制制系系统统也也可可以以完完全全模模拟拟直直流流电电动动机机的的双双闭闭环环调调速速系系统统，所所不不同同的的是是其其控控制制信信号号要要从从直直流流量量变变换换到到交交流流量量，而而反反馈馈信信号号则则必必须须从从交交流流量量变变换换成成直直流量。流量。12.6 无换向器电动机及其调速系统无换向器电动机及其调速系统n n无换向器电动机或称无无换向器电动机或称无无换向器电动机或称无无换向器电动机或称无整流子电动机，是由一整流子电动机，是由一整流子电动机，是由一整流子电动机，是由一台同步电动机和一套简台同步电动机和一套简台同步电动机和一套简

43、台同步电动机和一套简单的逆变器组成单的逆变器组成单的逆变器组成单的逆变器组成.1 1.无换向器电动机的原理无换向器电动机的原理无换向器电动机的原理无换向器电动机的原理和构造和构造和构造和构造 n n(1)(1)结构结构结构结构:右图为直流电右图为直流电右图为直流电右图为直流电动机的磁极和电枢的结动机的磁极和电枢的结动机的磁极和电枢的结动机的磁极和电枢的结构构构构;无换向器电动机三相定子绕组示意图无换向器电动机三相定子绕组示意图无换向器电动机三相定子绕组示意图无换向器电动机三相定子绕组示意图(2)(2)无换向器电动机的工作原理无换向器电动机的工作原理无换向器电动机的工作原理无换向器电动机的工作原

44、理n n从直流电动机电枢绕组和定子磁场之间的相互作用看，它们实从直流电动机电枢绕组和定子磁场之间的相互作用看，它们实从直流电动机电枢绕组和定子磁场之间的相互作用看，它们实从直流电动机电枢绕组和定子磁场之间的相互作用看，它们实际上是一台同步电动机。这个同步电动机和直流电源之间是通际上是一台同步电动机。这个同步电动机和直流电源之间是通际上是一台同步电动机。这个同步电动机和直流电源之间是通际上是一台同步电动机。这个同步电动机和直流电源之间是通过换向器和电刷把它们联系起来的过换向器和电刷把它们联系起来的过换向器和电刷把它们联系起来的过换向器和电刷把它们联系起来的.在直流电动机中，电刷不仅在直流电动机中

45、，电刷不仅在直流电动机中，电刷不仅在直流电动机中，电刷不仅起着引导电流的作用，而且由于电枢导体在经过电刷所在位置起着引导电流的作用，而且由于电枢导体在经过电刷所在位置起着引导电流的作用，而且由于电枢导体在经过电刷所在位置起着引导电流的作用，而且由于电枢导体在经过电刷所在位置时，其中的电流要改变方向，所以，电刷的位置决定着电动机时，其中的电流要改变方向，所以，电刷的位置决定着电动机时，其中的电流要改变方向，所以，电刷的位置决定着电动机时，其中的电流要改变方向，所以，电刷的位置决定着电动机中电流换向的地点。也就是说，直流电动机的电刷起着电枢电中电流换向的地点。也就是说，直流电动机的电刷起着电枢电中

46、电流换向的地点。也就是说，直流电动机的电刷起着电枢电中电流换向的地点。也就是说，直流电动机的电刷起着电枢电流换向位置的检测作用。流换向位置的检测作用。流换向位置的检测作用。流换向位置的检测作用。n n无换向器电动机也是一台同步电动机。只是普通直流电动机中无换向器电动机也是一台同步电动机。只是普通直流电动机中无换向器电动机也是一台同步电动机。只是普通直流电动机中无换向器电动机也是一台同步电动机。只是普通直流电动机中用的是一个机械接触的逆变器用的是一个机械接触的逆变器用的是一个机械接触的逆变器用的是一个机械接触的逆变器换向器，而无换向器电动机换向器，而无换向器电动机换向器，而无换向器电动机换向器，

47、而无换向器电动机中是用晶闸管中是用晶闸管中是用晶闸管中是用晶闸管(或晶体管或晶体管或晶体管或晶体管)组成的逆变器来代替。所以，习惯上组成的逆变器来代替。所以，习惯上组成的逆变器来代替。所以，习惯上组成的逆变器来代替。所以，习惯上往往把这个半导体逆变器称为晶闸管换向器，尽管两者构造不往往把这个半导体逆变器称为晶闸管换向器，尽管两者构造不往往把这个半导体逆变器称为晶闸管换向器，尽管两者构造不往往把这个半导体逆变器称为晶闸管换向器，尽管两者构造不同，但它们起的作用却是完全相同的。同，但它们起的作用却是完全相同的。同，但它们起的作用却是完全相同的。同，但它们起的作用却是完全相同的。2 2无换向器电动机

48、的机械特性无换向器电动机的机械特性无换向器电动机的机械特性无换向器电动机的机械特性 n n当励磁磁通当励磁磁通当励磁磁通当励磁磁通和换流超前角和换流超前角和换流超前角和换流超前角0 0保持不变时，无换向器电动机的机保持不变时，无换向器电动机的机保持不变时，无换向器电动机的机保持不变时，无换向器电动机的机械特性公式为一直线方程式。调节直流电压，即改变控制角械特性公式为一直线方程式。调节直流电压，即改变控制角械特性公式为一直线方程式。调节直流电压，即改变控制角械特性公式为一直线方程式。调节直流电压，即改变控制角值，值，值，值，可以得到一组互相平行的机械特性曲线，其特性曲线与直流电动可以得到一组互相

49、平行的机械特性曲线，其特性曲线与直流电动可以得到一组互相平行的机械特性曲线，其特性曲线与直流电动可以得到一组互相平行的机械特性曲线，其特性曲线与直流电动机的机械特性十分相似。一般，无换向器电动机的机械特性都比机的机械特性十分相似。一般，无换向器电动机的机械特性都比机的机械特性十分相似。一般，无换向器电动机的机械特性都比机的机械特性十分相似。一般，无换向器电动机的机械特性都比较硬，且有较宽的调速范围，在开环控制时可以达到较硬，且有较宽的调速范围，在开环控制时可以达到较硬，且有较宽的调速范围，在开环控制时可以达到较硬，且有较宽的调速范围，在开环控制时可以达到D=10D=102020的调速范围。的调

50、速范围。的调速范围。的调速范围。主电路及波形图3 无换向器电动机的调速无换向器电动机的调速系统系统n n下图所示为典型的无换向器下图所示为典型的无换向器下图所示为典型的无换向器下图所示为典型的无换向器(交交交交-直直直直-交系统交系统交系统交系统)调速系统调速系统调速系统调速系统的框图。的框图。的框图。的框图。n n假如电动机原来作正向电动机运行，在某一时刻触发假如电动机原来作正向电动机运行，在某一时刻触发假如电动机原来作正向电动机运行，在某一时刻触发假如电动机原来作正向电动机运行，在某一时刻触发信号使信号使信号使信号使A A A A、Y Y Y Y导通。电动机中的电流从导通。电动机中的电流从