现代调速控制系统 教学课件 作者 侯崇升 第4章 交流调压和串级调速系统.ppt

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1、第4章交流调压和串级调速系统本章讨论交流异步电动机利用转差率调速的系统，即交流调压调速系统和串级调速系统。介绍了交流异步电动机调速的方式，并对调速方法从能量转换的角度进行了比较。分析交流调压调速系统和交流串级调速系统，其中对交流异步电动机的软起动和降压节能原理，串级调速系统的主要参数计算及起动方式，超同步串级调速系统等进行介绍。介绍了交流调压调速系统的MATLAB/Simulink仿真。4.1交流调速方式4.2交流调压调速系统4.3交流异步电动机的软起动与降压节能原理4.4交流串级调速系统4.5串级调速系统的主要参数计算及起动方式4.

2、6超同步串级调速系统4.7交流调压调速系统的MATLAB/Simulink仿真本章小结第4章交流调压和串级调速系统4.1交流调速方式交流调速系统的性能越来越优异，已成为电力拖动控制系统的主要发展方向。交流调速发展的过程沿着四个方向发展：（1）以节能为目的，改恒速为调速的交流调速系统；（2）高性能交流调速系统；（3）较大容量、极高转速的交流调速系统；（4）取代热机、液压、气动控制的交流调速系统。交流异步电动机的转速：从转速关系式可知，交流异步电动机调速的方案有三种：（1）改变转差率s的调速方式；（2）改变定子供电频率f1的调速方式；（3

3、）改变极对数p的调速方式。根据调速方案可得实现的交流异步电动机调速的方法有：①减压调速；②电磁转差离合器调速；③绕线转子异步电动机转子串电阻调速；④绕线转子异步电动机串级调速；⑤变极对数调速；⑥变频调速。按电动机中转差功率Ps的处理方式，调速系统分为：（1）转差功率消耗型调速系统，第①、②、③三种调速方法都属于这一类；（2）转差功率回馈型调速系统，第④种调速方法属于这一类；（3）转差功率不变型调速系统，第⑤、⑥属于这一类。4.2.1晶闸管交流调压器4.2.2交流调压调速电路的机械特性4.2.3交流调压调速系统4.2.4调压调速的功率损

4、耗4.2交流调压调速系统交流调压调速速方法有多种，常见的有自耦变压器TU调压、串饱和电抗器LT调压和双向晶闸管交流调压器VVC调压等。图4-1异步电动机变压调速原理图自耦变压器调压和串饱和电抗器调压的共同缺点是设备庞大笨重，动态性能差，所以逐步被晶闸管交流调压器取代。晶闸管交流调压器调压电路的原理如图4-1c。通过控制晶闸管的导通角，调节电动机的定子电压。图中，VVC——晶闸管交流调压器。交流调压调速系统是一种能耗型的系统，转差功率几乎全消耗在转子电路中，低速运行时电动机发热严重，效率较低。引言负载性质对晶闸管交流调压电路的工作有很大

5、影响，调压电路的移相范围、触发脉冲的形式与负载的功率因数角相关联。控制角α与功率因数角φ之间的关系，决定着晶闸管交流调压电路能否起到调压的能力。4.2.1晶闸管交流调压器晶闸管单相调压电路是在恒定交流电源与负载电路之间接入晶闸管交流调压器。原理图如图4-2。图4-2晶闸管单相调压电路晶闸管单相调压电路1．晶闸管交流调压器控制方式（1）通断控制（周波控制）特点：晶闸管的控制角为0º。通断控制采用了“零”触发控制方式，几乎不产生谐波污染。通常应用在电加热设备中。图4-3通断控制方式的负载电压波形图（2）相位控制通过控制晶闸管的触发延迟角α

6、，得到不同的负载电压波形，如图4-4所示，从而起到调节电压的作用。图4-4相位控制方式的负载电压波形相位控制输出电压较为准确，调速精度较高，快速性好，低速时转速脉动较小，但这种控制方式，会产生成分复杂的谐波，对电网造成谐波污染。常用于中、小功率、调速精度与稳定性要求较高的场合。2．晶闸管调压电路带负载分析负载性质对交流调压电路的工作有很大的影响，阻抗角φ是反映负载性质的电气参数。以交流调压电路带电感性负载进行分析。当交流调压电路的负载为感性负载时，电流和电压波形不同相，且电流滞后电压一个角度，这时调压电路的输出电压不仅与控制延迟角α有

7、关，还与负载的阻抗角φ有关。当电源电压过零时，晶闸管的导通角θ会增大，晶闸管在承受反压的情况下被关断。根据图4-2带感性负载的调压电路，可以绘出调压电路的导通区间及其输出电流i、电压u的波形图，如图4-5所示。图4-5交流调压电路带感性负载时的电压、电流波形设交流电源电压为，触发时刻为ωt＝0，并使α＞φ，根据电路理论，流过负载的电流为（4-2）式中第一项为电流的稳态分量，是按正弦规律变化的；第二项为暂态分量，是在短时间内存在的一个按指数规律衰减的自由分量，当t≥4τ（τ＝）后，这一项基本消失，如图4-6所示。图4-6感性负载瞬时电流

8、分析设VTl的导通角为θ，则在ωt＝θ时，i＝0，把这个条件代入（4-2）式中，得到此式表示了θ与α、φ的关系，通过图解法来求出θ＝f（α，φ），见图4-7所示的曲线族。（4-3）图4-7当α＞φ时，电路的θ＝（α，φ）