1、任課教師：杜明星,2008年3月,電力拖動自動控制系統(tǒng),運動控制系統(tǒng),第二篇,交流拖動控制系統(tǒng),交流拖動控制系統(tǒng)的應用領域：,交流調速系統(tǒng)的主要類型：,交流電機主要分為異步電機（即感應電機）和同步電機兩大類，每類電機又有不同類型的調速系統(tǒng)。,按電動機的調速方法分類:,常見的交流調速方法有：,降電壓調速；,轉差離合器調速；,轉子串電阻調速；,變極對數調速；,變壓變頻調速等等。,繞線電機串級調速或雙饋電機調速；,按電動機的能量轉換類型分類:,按照交流異步電機的原理，從定子傳入轉子的電磁功率可分成兩部分：,一部分是拖動負載的有效功率，稱作機械功率；,另一部分是傳輸給轉子電路的轉差功率，與轉差率 s

2、成正比。,即 Pm = Pmech + Ps Pmech = (1 s) Pm Ps = sPm,1.轉差功率消耗型調速系統(tǒng),2.轉差功率饋送型調速系統(tǒng),3.轉差功率不變型調速系統(tǒng),從能量轉換的角度上看，轉差功率是否增大，是消耗掉還是得到回收，是評價調速系統(tǒng)效率高低的標志。從這點出發(fā)，可以把異步電機的調速系統(tǒng)分成三類:,按電動機的能量轉換類型分類:,同步電機的調速:,在同步電機的變壓變頻調速方法中，從頻率控制的方式來看，可分為他控變頻調速和自控變頻調速兩類。,自控變頻調速利用轉子磁極位置的檢測信號來控制變壓變頻裝置換相，類似于直流電機中電刷和換向器的作用，因此有時又稱作無換向器電機調速，或無刷

3、直流電機調速。,開關磁阻電機是一種特殊型式的同步電機，有其獨特的比較簡單的調速方法，在小容量交流電機調速系統(tǒng)中很有發(fā)展前途。,第五章,閉環(huán)控制的異步電動機變壓調速系統(tǒng),一種轉差功率消耗型調速系統(tǒng),5.1 異步電動機變壓調速電路,交流變壓調速系統(tǒng)可控電源,5.1 異步電動機變壓調速電路,控制方式,5.1 異步電動機變壓調速電路,可逆和制動控制,5.2 異步電動機改變電壓時的機械特性,根據電機學原理，在下述三個假定條件下：,忽略空間和時間諧波；,忽略磁飽和；,忽略鐵損。,異步電機的穩(wěn)態(tài)等效電路示于下圖：,5.2 異步電動機改變電壓時的機械特性,由圖可以導出：,其中：,在一般情況下，LmLls，則，

4、C1 1 這相當于將上述假定條件的第條改為忽略鐵損和勵磁電流。這樣，電流公式可簡化成,5.2 異步電動機改變電壓時的機械特性,電磁功率：,m1 = 1 / np,式中 np 極對數。,同步機械角轉速：,令,則異步電機的電磁轉矩為：,上式就是異步電機的機械特性方程式。它表明，當轉速或轉差率一定時，電磁轉矩與定子電壓的平方成正比。,5.2 異步電動機改變電壓時的機械特性,異步電動機不同電壓下的機械特性：,5.2 異步電動機改變電壓時的機械特性,顯然，帶恒轉矩負載時的變壓調速范圍增大了，堵轉工作也不致燒壞電機，這種電機又稱作交流力矩電機。,交流力矩電機的機械特性,為了能在恒轉矩負載下擴大調速范圍，并

5、使電機能在較低轉速下運行而不致過熱，就要求電機轉子有較高的電阻值，這樣的電機在變電壓時的機械特性繪于圖中。,5.3 閉環(huán)控制的變壓調速系統(tǒng)及其靜特性,原理圖,靜特性,5.3 閉環(huán)控制的變壓調速系統(tǒng)及其靜特性,靜態(tài)結構框圖,5.4 閉環(huán)變壓調速系統(tǒng)的近似動態(tài)結構圖,轉速調節(jié)器ASR：,晶閘管交流調壓器和觸發(fā)裝置：,（其近似條件是 ）,對于三相全波Y聯(lián)結調壓電路，可取Ts = 3.3ms。,5.4 閉環(huán)變壓調速系統(tǒng)的近似動態(tài)結構圖,測速反饋環(huán)節(jié),考慮到反饋濾波作用，測速反饋環(huán)節(jié)FBS的傳遞函數可寫成：,異步電機近似的傳遞函數,在這里，可以先在一定的假定條件下，用穩(wěn)態(tài)工作點附近的微偏線性化方法求出一

6、種近似的傳遞函數。,5.4 閉環(huán)變壓調速系統(tǒng)的近似動態(tài)結構圖,異步電機近似的傳遞函數,且,（1）異步電機近似的線性機械特性,當 s 很小時，可以認為,5.4 閉環(huán)變壓調速系統(tǒng)的近似動態(tài)結構圖,異步電機近似的傳遞函數,（2）穩(wěn)態(tài)工作點計算,設A為近似線性機械特性上的一個穩(wěn)態(tài)工作點，則在A點上,在A點附近有微小偏差時，Te= TeA+Te ，Us = UsA + Us ，而 s = sA + s，代入近似式得,5.4 閉環(huán)變壓調速系統(tǒng)的近似動態(tài)結構圖,異步電機近似的傳遞函數,（3）微偏線性化,忽略高次項,減去,5.4 閉環(huán)變壓調速系統(tǒng)的近似動態(tài)結構圖,異步電機近似的傳遞函數,（3）微偏線性化,5.

7、4 閉環(huán)變壓調速系統(tǒng)的近似動態(tài)結構圖,異步電機近似的傳遞函數,（4）近似動態(tài)結構圖,5.4 閉環(huán)變壓調速系統(tǒng)的近似動態(tài)結構圖,異步電機近似的傳遞函數,（5）異步電機的近似線性化傳遞函數,5.5 轉差功率損耗分析,略,5.6 變壓控制在軟起動器和輕載降壓節(jié)能運行中的應用,一、軟起動器,起動電流和轉矩分析,s =1,5.6 變壓控制在軟起動器和輕載降壓節(jié)能運行中的應用,一、軟起動器,起動電流和轉矩分析,起動電流倍數,起動轉矩倍數,對于一般的籠型電動機，起動電流和起動轉矩對其額定值的倍數大約為：,5.6 變壓控制在軟起動器和輕載降壓節(jié)能運行中的應用,一、軟起動器,降壓起動的矛盾,當電壓降低時，起動電

8、流將隨電壓成正比地降低，從而可以避開起動電流沖擊的高峰。,起動轉矩與電壓的平方成正比，起動轉矩的減小將比起動電流的降低更快，降壓起動時又會出現(xiàn)起動轉矩夠不夠的問題。,降壓起動只適用于中、大容量電動機空載（或輕載）起動的場合,傳統(tǒng)的降壓起動方法：,星-三角（Y-）起動,定子串電阻或電抗起動,自耦變壓器（又稱起動補償器）降壓起動,5.6 變壓控制在軟起動器和輕載降壓節(jié)能運行中的應用,一、軟起動器,軟起動方法,現(xiàn)代帶電流閉環(huán)的電子控制軟起動器可以限制起動電流并保持恒值，直到轉速升高后電流自動衰減下來,主電路采用晶閘管交流調壓器，用連續(xù)地改變其輸出電壓來保證恒流起動，穩(wěn)定運行時可用接觸器給晶閘管旁路，

9、以免晶閘管不必要地長期工作。,視起動時所帶負載的大小，起動電流可在 (0.54) IsN 之間調整，以獲得最佳的起動效果，但無論如何調整都不宜于滿載起動。負載略重或靜摩擦轉矩較大時，可在起動時突加短時的脈沖電流，以縮短起動時間。,軟起動的功能同樣也可以用于制動，用以實現(xiàn)軟停車。,5.6 變壓控制在軟起動器和輕載降壓節(jié)能運行中的應用,一、軟起動器,三種起動過程的電流比較,一級降壓起動,軟起動器,直接起動,5.6 變壓控制在軟起動器和輕載降壓節(jié)能運行中的應用,二、輕載降壓節(jié)能運行,電機功率損耗,三相異步電動機運行時的總損耗可用下式表達式為：,5.6 變壓控制在軟起動器和輕載降壓節(jié)能運行中的應用,二

10、、輕載降壓節(jié)能運行,電機運行效率,電動機的運行效率為：,當電動機在額定工況下運行時，由于輸出功率大，總損耗只占很小的成分，所以額定效率 N 較高，一般可達 75% 95% ，最大效率發(fā)生在 ( 0.7 1.1 ) P2N的范圍內。電動機容量越大時， N越高。,完全空載時，理論上 P2 = 0 ，則 = 0。但實際上生產機械總有一些摩擦負載，只能算作輕載，這時，電磁轉矩很小。電磁轉矩可表示成Te = KT m Ir cosr,5.6 變壓控制在軟起動器和輕載降壓節(jié)能運行中的應用,二、輕載降壓節(jié)能運行,電機運行效率,電動機在正常運行時，氣隙磁通 m 基本不變，因此輕載時轉子電流 Ir 很小，PCur 很小，但 PFe、 Pmech、 Ps