交流电机变频调速原理与应用

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1、电梯驱动调速系统直流电动机调速系统交流异步电动机调速系统1、变极调速系统2、调压调速系统3、变频调速系统交流同步电动机调速系统永磁同步电动机变频调速系统交流变频调速基础1.1交流调速的发展概况交流调速系统：由交流电动机拖动、电机转速为控制目标的电力拖动自动控制系统直流电动机优点：调速性能好,控制简单直流电动机缺点：体积大、容量小、制造成本高、有机械换向装置，维护困难20世纪70年代，研究开发高性能的交流调速系统，期望用它来节约能源。同期，电力电子技术、大规模集成电路、各种控制理论、计算机控制技术的飞速发展，为交流调速电力拖动的发展创造了有利条件。交流电动机优点：结构简单可靠，维护少，无机械

2、换向火花，制造成本低1交流调速系统概述20世纪80年代，原有的交直流调速拖动系统的分工格局被逐渐打破。目前的许多交流调速系统在装置容量上、动静态性能上、可四象限运行的要求上，以至在系统制造成本上都可以与直流调速系统相媲美。20世纪90年代，交流调速系统已经占到了调速系统的主导地位。励磁同步电动机1.2交流调速系统的分类交流电动机异步电动机永磁同步电动机无刷直流电动机及开关磁阻电动机都满足“定子电流的频率与转速有严格比例关系”的条件，所以也把它归入同步电动机。当电机转子的转速与定子电流的频率有严格比例关系的电动机称同步电动机，无严格比例关系的电动机称异步电动机。特种同步电动机无刷直流电动机开

3、关磁阻电动机直流无换向器电动机交流无换向器电动机交流电动机是定子绕组通入交流电(或周期脉冲电流)的电机，其定子磁动势是一个旋转(或步进旋转)的磁动势。同步电动机交流调速系统的分类电动机类别调速原理电力电子变换器形式变换器的电源特性异步电动机绕线式转子感应电动机串级调速（变转差）①交直交变频（整流＋有源逆变）②交交变频电流源型鼠笼式转子感应电动机调压调速交流调压电压源型①变频调速，他控式②变频调速，矢量控制①交直交变频（整流＋无源逆变）②交交变频①电流源型②电压源型同步电动机常规意义同步电动机无换向器电机变频调速，自控式①交直交变频（可控整流＋有源逆变）②交交变频电流源型无刷直流电动机变频调

4、速，自控式交直交变频电压源型开关磁阻电动机变频调速，自控式交直交，（单极性脉动电流）1.3异步电动机调速系统的分类1.异步电动机功率(能量)图从定子传入转子的电磁功率总机械功率转子铜耗（转差功率）定义：转差功率Ps＝sPm2.常见的异步电动机调速类别（按主要特征分类）①调压调速；②电磁转差离合器调速；③绕线转子转子回路串电阻调速；④串级调速；⑤变极调速；⑥变频调速；⑦定子回路串电抗调速。3调速系统按所改变的物理量分类（1）变频调速（2）变极调速（3）变转差率调速4.按转差功率Ps去向分类（1）转差功率消耗型（系统效率较低）（2）转差功率回馈型（把部份转差功率送回电网）（系统效率稍高）（3）

5、转差功率不变型（系统效率最高）2异步电动机调压调速系统（交调系统）2.1异步电动机调压时的开环机械特性低转差率电动机调压调速时的开环机械特性当电动机拖动恒转矩负载时，尽管电压改变很大，但速度的变化并不大。系统能调速的最大区域只在转差率之间当电动机拖动风机、泵类负载时不再受Sm的限制，异步电动机的固有机械特性方程风机泵类负载恒转矩负载，为减小损耗，电动机在额定点的转差率一般在0.02~0.06之间，最大转矩时的转差率也较小，在0.15左右异步电动机调压调速时的开环机械特性高转差率电动机交流力矩电动机为了能在恒转矩负载下扩大调压调速的范围，这就要求电动机有较大的Sm可以使用高转差率电动机或者交

6、流力矩电动机，这两类电机通过增大转子电阻使电机的机械特性变软，Sm增大，拓宽了低速运行区。交流力矩电动机允许电动机长期堵转及低速运行，Sm等于1，电动机的主要技术参数就是堵转转矩，额定点就是堵转点。高转差率电动机兼顾了高速及低速的性能，额定转差率一般在0.07~0.13之间，Sm一般在0.5左右，堵转转矩也较大，堵转转矩等于最大转矩。调压调速主电路串联分段电抗器降压串联飽和电抗器降压串联饱和电抗器降压降压调速原理缺点：需体积庞大且笨重的设备，自电力电子技术发展起来已很少采用。自耦变压器调压现在调压调速设备一般采用由晶闸管构成的负载Y接法的晶闸管相控交流调压器VVC为相控交流调压器，由三只双

7、向晶闸管或三对反并联晶闸管构成，电动机定子绕组接成Y接法VVC工作原理早期的方法有：VR为可控整流桥，制动时用2.2调压调速系统的系统原理图异步电动机速度单闭环调压调速系统原理图系统控制的对象：电动机的端电压速度调节器ASR的输出：电压指令信号交流调压器的输出电压U1与移相控制角α之间有确定的对应关系，U1与α是一一对应且是唯一的，因此速度调节器的输出可直接作为α角的指令值而不必再加电压闭环限流环节检测异步电动机的定子电