交流传动系统概述 教学内容 51异步电动机变压调速电路 通过学习,使同学掌握交流变压调速系统的工作原 教学目的 理及应用软起动器的原理 变压调速系统机械特性及闭环静特性,软起动器原 教学重点 理 建议学时 3学时 教学教具与方法|多媒体教学系统,Pt演示 教1.交流调速系统概述 学2.异步电动机变压调速电路 过3.变压调速时的机械特性 程4.闭环系统静特性 5.变压调速系统应用举例软起动器 交流拖动控制概述 交流电机与直流电机相比有很多优点,电力电子及计算机控制的发展 教案 使交流拖动成为可能。目前,交流传动是传动领域的主要发展方向。 1.交流拖动控制系统的应用领域 ●一般性能的节能调速
1 教学内容 交流传动系统概述 5.1 异步电动机变压调速电路 5.2 异步电动机变压调速时的机械特性 5.3 闭环控制的变压调速系统及其静特性 5.6.1 软起动器 教学目的 通过学习，使同学掌握交流变压调速系统的工作原 理及应用――软起动器的原理 教学重点 变压调速系统机械特性及闭环静特性，软起动器原 理 建议学时 3 学时 教学教具与方法 多媒体教学系统， ppt 演示 教 学 过 程 1． 交流调速系统概述 2． 异步电动机变压调速电路 3． 变压调速时的机械特性 4． 闭环系统静特性 5． 变压调速系统应用举例――软起动器 教 案 交流拖动控制概述 交流电机与直流电机相比有很多优点，电力电子及计算机控制的发展 使交流拖动成为可能。目前，交流传动是传动领域的主要发展方向。 1．交流拖动控制系统的应用领域 ⚫ 一般性能的节能调速
●高性能的交流调速系统和伺服系统 ●特大容量、极高转速的交流调速 2.交流调速系统的主要类型 交流电机主要分为异步电机(即感应电机)和同步电机两大类,每类 电机又有不同类型的调速系统。 3.交流电机的主要调速方法 降电压调速 转差离合器调速 ●转子串电阻调速 ●绕线转子电动机串级调速和双馈电动机调速 ●变极对数调速 ●变压变频调速等 4.对上述调速方法按电动机的转差功率分类 ●转差功率消耗型调速系统 ●转差功率馈送型调速系统 转差功率不变型调速系统 第五章 闭环控制的异步电动机变压调速系统 .异步电动机的变压调速电路
2 ⚫ 高性能的交流调速系统和伺服系统 ⚫ 特大容量、极高转速的交流调速 2．交流调速系统的主要类型 交流电机主要分为异步电机（即感应电机）和同步电机两大类，每类 电机又有不同类型的调速系统。 3．交流电机的主要调速方法 ⚫ 降电压调速 ⚫ 转差离合器调速 ⚫ 转子串电阻调速 ⚫ 绕线转子电动机串级调速和双馈电动机调速 ⚫ 变极对数调速 ⚫ 变压变频调速等 4．对上述调速方法按电动机的转差功率分类 ⚫ 转差功率消耗型调速系统 ⚫ 转差功率馈送型调速系统 ⚫ 转差功率不变型调速系统 第五章 闭环控制的异步电动机变压调速系统 一． 异步电动机的变压调速电路
M 变压调速电路 可逆运行 异步电动机改变电压时的机械特性 假设条件 忽略空间和时间谐波 忽略磁饱和 忽略铁损 稳态等效电路 从等值电路可以推导出电流方程,进而推导出转矩公式-机械特性
3 变压调速电路 可逆运行 二．异步电动机改变电压时的机械特性 假设条件： • 忽略空间和时间谐波 • 忽略磁饱和 • 忽略铁损 稳态等效电路： 从等值电路可以推导出电流方程，进而推导出转矩公式－机械特性：
P R 3n USR/s R +1(s+ 最大转矩 2O[R+√R2+02(L12+L1)2 可见:当转速或转差率一定时,电磁转矩与定子电压的平方成正比 随着电压的调低,转矩大大降低,带负载能力变差 n 风机类负载特性 T.. 7 异步电动机在不同电压下的机械特性 带恒转矩负载工作时,普通笼型异步电机变电压时的稳定工作点 为A、B、C,转差率S的变化范围不超过0-m,调速范
4 最大转矩： 可见：当转速或转差率一定时，电磁转矩与定子电压的平方成正比 随着电压的调低，转矩大大降低，带负载能力变差。 带恒转矩负载工作时，普通笼型异步电机变电压时的稳定工作点 为 A、B、C，转差率 s 的变化范围不超过 0 － sm ，调速范 ( ) + + + = = = 2 ' l s l r 2 1 2 ' r 1 s ' r 2 p s ' '2 r r 1 p m1 m e 3 3 / L L s R R n U R s s R I P n T 2 [ ( ) ] 3 ' 2 ls lr 2 1 2 1 s s 2 p s emax R R L L n U T + + + =
围有限。如果带风机类负载运行,则工作点为DE、F,调速范围可 以大一 扩大带负载能力一一力矩电机 力矩电机的机械特性 恒转矩负载特性 T .闭环控制的变压调速系统 普通异步电机的变电压调速时,调速范围很窄,用力矩电机可以 增大调速范围,但机械特性又变软。对于恒转矩的负载,要求调速范 围D大于2时,往往采用带转速反馈的闭环控制系统。 1.系统组成 8 ASR E 团本
5 围有限。如果带风机类负载运行，则工作点为 D、E、F，调速范围可 以大一些。 扩大带负载能力――力矩电机： 力矩电机的机械特性： 三．闭环控制的变压调速系统 普通异步电机的变电压调速时，调速范围很窄，用力矩电机可以 增大调速范围，但机械特性又变软。对于恒转矩的负载，要求调速范 围 D 大于 2 时，往往采用带转速反馈的闭环控制系统。 1．系统组成
2.系统静特性 s min T 3.变压调速系统的特点 ●静特性左右两边都有极限,不能无限延长,它们是额定电压USN 下的机械特性和最小输出电压Umin下的机械特性 ●当负载变化时,如果电压调节到极限值,闭环系统便失去控制能 力,系统的工作点只能沿着极限开环特性变化 ●尽管异步力矩电机的机械特性很软,但由系统放大系数决定的闭 环系统静特性却可以很硬。 如果采用PI调节器,照样可以做到无静差。改变给定信号,则静 特性平行地上下移动,达到调速的目的。 4.系统静态结构框图 6
6 2. 系统静特性 3．变压调速系统的特点 ⚫ 静特性左右两边都有极限，不能无限延长，它们是额定电压 UsN 下的机械特性和最小输出电压 Usmin 下的机械特性。 ⚫ 当负载变化时，如果电压调节到极限值，闭环系统便失去控制能 力，系统的工作点只能沿着极限开环特性变化。 ⚫ 尽管异步力矩电机的机械特性很软，但由系统放大系数决定的闭 环系统静特性却可以很硬。 ⚫ 如果采用 PI 调节器，照样可以做到无静差。改变给定信号，则静 特性平行地上下移动，达到调速的目的。 4. 系统静态结构框图
ASR U fU2,T。 ●=U/U为晶闸管交流调压器和触发装置的放大系数; a=h/n为转速反馈系数; ASR采用P调节器 ·n=f(U,爬)是式(5-3)所表达的异步电机机械特性方程式, 它是一个非线性函数。 四.变压调速系统的应用之一一软起动器 1.应用场合 电网容量足够大,供电线路不过长,可直接起动,一般要求电网容量 是电机容量的四倍,方可直接起动。 小容量电机一一直接起动 大容量电机一一不能直接起动 2.起动电流和起动转矩 在一般情况下,三相异步电动机的起动电流比较大,而起动转矩 并不大。对于一般的笼型电动机,起动电流和起动转矩对其额定值的 倍数大约为:
7 ⚫ Ks = Us/Uc 为晶闸管交流调压器和触发装置的放大系数； ⚫ = Un/n 为转速反馈系数； ⚫ ASR 采用 PI 调节器； ⚫ n =f (Us，Te )是式（5-3）所表达的异步电机机械特性方程式， 它是一个非线性函数。 四．变压调速系统的应用之一―软起动器 1．应用场合 电网容量足够大，供电线路不过长，可直接起动，一般要求电网容量 是电机容量的四倍，方可直接起动。 小容量电机――直接起动 大容量电机――不能直接起动 2．起动电流和起动转矩 在一般情况下，三相异步电动机的起动电流比较大，而起动转矩 并不大。对于一般的笼型电动机，起动电流和起动转矩对其额定值的 倍数大约为：
起动电流倍数:1=4~7 =0.9~1.3 起动转矩倍数 可见起动电流很大,而起动转矩不大 中、大容量电动机的起动电流大,会使电网压降过大,影响其他 用电设备的正常运行,甚至使该电动机本身根本起动不起来。这时 必须采取措施来降低其起动电流,常用的办法是降压起动 3.降压起动 传统的降压起动方法 星-三角(Y-△)起动 定子串电阻或电抗起动 自耦变压器(又称起动补偿器)降压起动 软起动方法 电流闭环的电子控制软起动器可以限制起动电流并保持恒值,直 到转速升高后电流自动衰减下来 主电路采用晶闸管交流调压器,用连续地改变其输出电压来保证 恒流起动,稳定运行时可用接触器给晶闸管旁路,以免晶闸管不必要 地长期工作。 软起动的功能同样也可以用于制动,用以实现软停车
8 起动电流倍数： 起动转矩倍数： 可见起动电流很大，而起动转矩不大。 中、大容量电动机的起动电流大，会使电网压降过大，影响其他 用电设备的正常运行，甚至使该电动机本身根本起动不起来。这时， 必须采取措施来降低其起动电流，常用的办法是降压起动 3．降压起动： 传统的降压起动方法： ⚫ 星-三角（Y-△）起动 ⚫ 定子串电阻或电抗起动 ⚫ 自耦变压器（又称起动补偿器）降压起动 软起动方法： 电流闭环的电子控制软起动器可以限制起动电流并保持恒值，直 到转速升高后电流自动衰减下来。 主电路采用晶闸管交流调压器，用连续地改变其输出电压来保证 恒流起动，稳定运行时可用接触器给晶闸管旁路，以免晶闸管不必要 地长期工作。 软起动的功能同样也可以用于制动，用以实现软停车。 4 ~ 7 sN sst I = = I I K 0.9 ~ 1.3 eN est T = = T T K
直接起动 软起动器 一级降压起动
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