1、第四章電氣調(diào)速系統(tǒng)第一節(jié) 電氣調(diào)速概述 一、調(diào)速與穩(wěn)速一、調(diào)速與穩(wěn)速 調(diào)速即速度調(diào)節(jié)，是指在電力系統(tǒng)中人為地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以滿足工作機(jī)械的機(jī)械的不同轉(zhuǎn)速要求。nMM1 M M2n1n2n3二、電動(dòng)機(jī)調(diào)速特性 恒功率調(diào)速恒功率調(diào)速 ：在調(diào)速過程中，電動(dòng)機(jī)始終輸出額定功率，而輸出轉(zhuǎn)距T與轉(zhuǎn)速n成反比。TTnn1n2PPO二、電動(dòng)機(jī)調(diào)速特性 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 ：在調(diào)速過程中，電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)距為額定轉(zhuǎn)矩，而輸出功率P隨轉(zhuǎn)速n成正比變化。TTnn1n2PPO三、調(diào)速的性能指標(biāo)1.調(diào)速范圍（調(diào)速范圍（D） 它等于在額定負(fù)載下，電動(dòng)機(jī)能提供的最高轉(zhuǎn)速Dmax和最低轉(zhuǎn)速Dmin之比。即 minmaxDD

2、D2.調(diào)速的平滑性調(diào)速的平滑性亦稱公比調(diào)速的平滑性亦稱公比，它是用某一個(gè)轉(zhuǎn)速ni與能夠調(diào)到的最臨近的轉(zhuǎn)速ni-1之比來評(píng)價(jià)的。以字母表示。即 1iinn3.靜差度（S）靜差度即速度的穩(wěn)定度。靜差度即速度的穩(wěn)定度。是衡量轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變動(dòng)的靜態(tài)指標(biāo)。靜差度S表示：電動(dòng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，機(jī)械負(fù)載由理想空載變到額定負(fù)載所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速降落ne，與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比，即式中ne額定負(fù)載下的實(shí)際轉(zhuǎn)速。 00nnne0nne4.調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，一般是根據(jù)設(shè)備費(fèi)用、能源損耗、運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用多少來綜合評(píng)價(jià)的。第二節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制一、直流電機(jī)的機(jī)械特性方程他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)有以下

3、方程：Ud=Ed+IdRdEd=CenT=CtIdUd電動(dòng)機(jī)的電樞電壓Ed電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)T電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)距Ce電動(dòng)機(jī)的電勢(shì)常數(shù)Ct電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距常數(shù) 主磁極的磁通Id電樞電流Rd電樞繞組電阻MUdEdIdUlIlRd一、直流電機(jī)的機(jī)械特性方程直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程n0理想空載轉(zhuǎn)速Kt機(jī)械特性斜率n轉(zhuǎn)速降落nnTKnTCCRCUntteded002二、直流電機(jī)調(diào)速方法1改變電樞電路外串電阻R二、直流電機(jī)調(diào)速方法 2改變電動(dòng)機(jī)電樞供電電壓U 二、直流電機(jī)調(diào)速方法3 改變電動(dòng)機(jī)主磁通 1改變電樞電路外串電阻R這種調(diào)連方法存在不少的缺點(diǎn)，如機(jī)械特性較軟。電阻愈大則特性愈軟，穩(wěn)定度愈低；在空載或輕載時(shí)，

4、調(diào)速范圍不大；實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速困難；在調(diào)速電阻上消耗大量電能等。正因?yàn)槿秉c(diǎn)不少，目前已很少采用，僅在有些起重機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)等低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不長的傳動(dòng)系統(tǒng)中采用。2改變電動(dòng)機(jī)電樞供電電壓U特點(diǎn)：（1）當(dāng)電源電壓連續(xù)變化時(shí)，轉(zhuǎn)速可以平滑無級(jí)調(diào)節(jié)，一般只能在額定轉(zhuǎn)速以下調(diào)節(jié)；（2）調(diào)速特性與固有特性互相平行，機(jī)械特性硬度不變，調(diào)速的穩(wěn)定度較高，調(diào)速范圍較大。（3）調(diào)速時(shí)，因電樞電流與電壓U無關(guān)，且TL常數(shù)，電動(dòng)機(jī)屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，適合于對(duì)恒轉(zhuǎn)矩型負(fù)載進(jìn)行調(diào)速；（4）可以靠調(diào)節(jié)電樞電壓來啟動(dòng)電機(jī)、而不用其他啟動(dòng)設(shè)備。 3 改變電動(dòng)機(jī)主磁通 特點(diǎn)：（1）可以平滑無級(jí)調(diào)速，但只能在額定轉(zhuǎn)速以上調(diào)節(jié)；（2）調(diào)速待性較軟，

5、且受電動(dòng)機(jī)換向條件等的限制、普通他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速不得超過額定轉(zhuǎn)速的1.2倍，所以，調(diào)速范圍不大，若使用特殊制造的“調(diào)速電動(dòng)機(jī)”，調(diào)速范圍可以增加，但這種調(diào)速電動(dòng)機(jī)的體積和所消耗的材料都比普通電動(dòng)機(jī)大得多；（3）調(diào)速時(shí)維持電樞電壓U和電樞電流Ia不變，即功率PU Ia不變，屬恒功率調(diào)速適合于對(duì)恒功率型負(fù)載進(jìn)行調(diào)速。 基于弱磁調(diào)速范圍不大、它往往是和調(diào)壓調(diào)速配合使用。即在額定轉(zhuǎn)速以下，用降壓調(diào)速，而在額定轉(zhuǎn)速以上，則用弱磁調(diào)速。第三節(jié) 交流調(diào)速控制一、異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理及調(diào)速方式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為： n=(1-s)n1=60f1(1 - s)/p式中 n1電機(jī)同步轉(zhuǎn)速 S轉(zhuǎn)差率 f1定子供電

6、頻率 p電機(jī)定子繞組及對(duì)數(shù)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式有三種變極調(diào)速1.變極調(diào)速2.變頻調(diào)速3.變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 第四節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速 異步電動(dòng)機(jī)定子繞組每項(xiàng)感應(yīng)電動(dòng)式 E1=4.44f11k1 式中k1定子繞組等值匝數(shù) 1定子繞組的實(shí)際匝數(shù) f1定子電源的頻率 氣隙中的磁通量如果略去定子阻抗電壓降，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)近似等于定子外加電壓U1 U1E1=4.44f11k1 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距 T=CtI2cos2 式中I2轉(zhuǎn)子電流 cos2轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù) Ct轉(zhuǎn)距常數(shù)。一、恒轉(zhuǎn)距調(diào)速U1/f14.441k1恒轉(zhuǎn)距調(diào)速在低頻時(shí)由于定子電阻上壓降所占的比重增加，最大轉(zhuǎn)距減小，起動(dòng)轉(zhuǎn)距亦小。為了能在低速時(shí)輸出大的轉(zhuǎn)

7、距，采用：E1/ f1=const在低頻時(shí)適當(dāng)?shù)卦黾覷1。二、恒功率調(diào)速當(dāng)要求電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速時(shí)，若維持U1/f1常數(shù)，加在定子上的電壓勢(shì)必會(huì)超過電機(jī)的額定電壓值，這是不允許的。所以使定子電壓保持不變。氣隙磁通小于額定磁通，導(dǎo)致轉(zhuǎn)距減小。三、變頻器的分類及特點(diǎn)變頻器 交交變頻器 交直交變頻器交直交變頻器 電壓型變頻器 電流型變頻器電壓型變頻器 脈寬調(diào)制型變頻器 矢量控制1主控一體化 1主控一體化 2小型化3低電磁噪音化4專用化5系統(tǒng)化1主控一體化 日本三菱公司將功率芯片和控制電路集成在一快芯片上的DIPIPM（即雙列直插式封裝）的研制已經(jīng)完成并推向市場(chǎng)。一種使逆變功率和控制電路達(dá)到一體化

8、，智能化和高性能化的HVIC（高耐壓IC）SOC（System on Chip）的概念已被用戶接受，首先滿足了家電市場(chǎng)低成本、小型化、高可靠性和易使用等的要求。因此可以展望，隨著功率做大，此產(chǎn)品在市場(chǎng)上極具競(jìng)爭(zhēng)力。2小型化 用日本富士（FUJI）電機(jī)的三添勝先生的話說，變頻器的小型化就是向發(fā)熱挑戰(zhàn)。這就是說變頻器的小型化除了出自支撐部件的實(shí)裝技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大規(guī)模集成化，功率器件發(fā)熱的改善和冷卻技術(shù)的發(fā)展已成為小型化的重要原因。ABB公司將小型變頻器定型為CompACTM他向全球發(fā)布的全新概念是，小功率變頻器應(yīng)當(dāng)象接觸器、軟起動(dòng)器等電器元件一樣使用簡(jiǎn)單，安裝方便，安全可靠。3低電磁噪音化 今后

9、的變頻器都要求在抗干擾和抑制高次諧波方面符合EMC國際標(biāo)準(zhǔn)，主要做法足在變頻器輸入側(cè)加交流電抗器或有源功率因數(shù)校正（Active Power Factor Correction APFC）電路，改善輸入電流波形降低電網(wǎng)諧波以及逆變橋采取電流過零的開關(guān)技術(shù)。而控制電源用的開關(guān)電源將推崇半諧振方式，這種開關(guān)控制方式在3050MHz時(shí)的噪聲可降低1520dB。4專用化通用變頻器中出現(xiàn)專用型家族是近年來的事。其目的是更好發(fā)揮變頻器的獨(dú)特功能并盡可能地方便用戶。如用于起重負(fù)載的 ARB ACC系列，用電梯的 Siemens MICO340系列和FUJI FRN5000G11UD系列，其他還有用于恒壓供水、工作機(jī)械主軸傳動(dòng)、電源再生、紡織、機(jī)車牽引等專用系列。5系統(tǒng)化作為發(fā)展趨勢(shì)，通用變頻