机床电气控制技术 第5版 教学课件 作者 王振臣 第六章.ppt

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1、第六章交流电动机调速控制系统前言交流电动机调速技术的发展经过了一个漫长的历史过程。交流电动机，特别是交流异步电动机因其独到的结构及使用特点，使其在电力拖动领域中占有最大的份额，被广泛应用于对调速性能指标要求不是很高的各种生产机械上。随着计算机技术、电力电子技术、自动控制理论等相关技术与学科的迅速发展，催生了高性能的交流调速技术问世。本章介绍了各种传统的交流电动机调速技术并给出了应用实例，对高性能的现代交流调速方法做了扼要的分析，对使用日益广泛的通用变频调速产品及其应用简要介绍。图6-0为港口机械及其电气控制实例。图6-0港口门型装载机及其电气控制提纲变频器原理富士变频器简介变频器典型电路设计

2、及应用简易交流调速控制线路概述6.1概述交流电机具有很多明显的优点交流电机不存在换向器的转动速度的限制，也不存在电枢元件的电抗电势的限制，其转速可以设计得比相同功率的直流机转速更高。直流电机的电枢电流电压的值受换向器的限制，交流机则无此限制，它的单机功率可以比直流机更大。直流机换向器制作工艺复杂，成本较高，相比之，交流机则成本低廉。4.直流机高速范围运行时，由于受电抗电势的限制，一般最高速时,输出功率仅能达到额定功率的80%，交流机则不受限制，它可以在高速时以额定功率运行。5.交流机无换向器之类经常需要保养维护的部分。维护方便，经久耐用。在某些恶劣的环境下，例如，易燃易爆场合，也能可靠地工作。

3、6.直流拖动系统的控制设备复杂，机构庞大，造价高。7.某些简单的交流调速系统（特别是现在大量使用的变频器的调速系统）则具有设备简单、造价低、维护方便的优点。变频器调速系统在节能方面有明显的优点。异步电动机公式如下：1)．转差率：6.1.1交流调速的基本原理1.交流电动机的机械特性式中：——同步转速——电机转速2)．电动机角速度：3)．同步角速度与速度：式中：——定子频率——定子极对数（6-1）（6-2）（6-3）4)．传给转子的功率（又称电磁功率）与机械功率、转子铜耗之间有如下关系式：式中：——传给转子的功率（又称电磁功率）——机械功率——转子铜耗5)．电机的平均转矩为：（6-4）（6-5）6

4、)．电磁功率与转差率的关系式式中：——定子相数——输入电压——定子电阻——折算后的转子电阻——系数——定子漏感抗——折算后的转子漏感抗（6-6）7)．异步电机的每相等值电路图——定子绕组电阻——定子绕组阻抗——定子漏感抗——激磁电阻——激磁电抗——激磁电流——折合后的转子漏抗——折合后的转子电流——定子绕组每相端电压——主磁通在定子绕组产生的电势——折合后的转子绕组电阻——模拟在转差率为S时，电动机实际机械负载的模拟电阻——折合到定子侧的转子每相电势图6-1异步电动机的每相等值电路由以上各式，可得出异步电动机的M—S（转矩—转差率）关系式如下：点对应同步转速一段称电动状态曲线，曲线峰值称最大转

5、矩，对应的点称为临界转差率一段曲线称制动状态曲线一段曲线称发电状态曲线由图可得：（6-7）由于因此，图上曲线只要将S轴的刻度改变即获得异步电动机的机械特性曲线。图6-2异步电动机的M—S曲线与机械特性曲线曲由，解出因，近似得：（6-8）（6-9）2.生产机械的转矩特性生产机械恒转矩负载：恒功率负载：风机泵类负载：它的负载转矩是一个恒值，不随转速而改变。摩擦类负载：特性曲线见图（a），位于1、3象限。位能恒转矩负载：特性曲线见图（b），位于1、4象限。这类负载的转矩M与转速n成反比。特性曲线见图（c）所示。这类负载的转矩随转速的增大而改变。特性曲线见图（d）所示。图6-3生产机械的负载特性3.常

6、用的交流调速方式及性能比较由（6-1）式得：，由（6-3）式有由上面的两式解出异步电动机转速的表达式：（6-10）——供电电源频率，——定子绕组极对数，——转差率式中：从上式看来，对异步电动机的调速有三个途径。即：①改变定子绕组极对数；②改变转差率；③改变电源频率。实际应用的交流调速方式有多种，仅介绍如下几种常用的方式。1)．变极调速这种调速方式只使用于专门生产的变极多速异步电动机。通过绕组的不同的组合连接方式，可获得二、三、四极三种速度，这种调速方式速度变化是有级的，只适用于一些特殊应用的场合，只能达到大范围粗调的目的。2)．转子串电阻调速这种调速方式只适用于绕线式转子异步电动机，它是通过改

7、变串联于转子电路中的电阻的阻值的方式，来改变电机的转差率，进而达到调速的目的。由于外部串联电阻的阻值可以多级改变，故可实现多种速度的调速(原理上,也可实现无级调速)。但由于串联电阻消耗功率，效率较低。同时这种调速方式机械特性较软，只适合于调速性能要求不高的场合。3).串级调速这种调速方式也只适用于绕线式异步电机，它是通过一定的电子设备将转差功率反馈到电网中加以利用的方法。在风机泵类等传动系统上广泛