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机床电气控制技术 扬州大学机械工程学院 机电工程系 朱兴龙 交流调速控制系统 交流电机的优点 不存在换向器，转速可以更高； 直流电机电枢电压受换向器限制，单机功率可以很大； 换向器复杂，成本高，交流电机成本低； 高速时输出功率较低，交流电机高速时可以以额定功率运行； 适用于恶劣环境； 交流调速设备简单； 变频调速节能。 交流调速控制系统 交流调速的基本原理 交流电动机的机械特性 同步角速度与速度 交流调速控制系统 交流调速的基本原理 交流电动机的机械特性 转差率 电机角速度 交流调速控制系统 交流调速的基本原理 机械特性讨论 S=0 对应同步转速n1; S=0~1 电动状态曲线； S=1 制动状态曲线； S0 发电状态曲线。 交流调速控制系统 交流调速的基本原理 生产机械的转矩特性 恒转矩负载 摩擦类负载 传送带、搅拌机、 挤压机、采煤机、运输 机、机床进给运动。 交流调速控制系统 交流调速的基本原理 生产机械的转矩特性 恒转矩负载 位能恒转矩负载 提升机、起重机、 电梯。 交流调速控制系统 交流调速的基本原理 生产机械的转矩特性 恒功率负载 切削负载、轧钢、 造纸机等。 交流调速控制系统 交流调速的基本原理 生产机械的转矩特性 风机类负载 风机、水泵、油泵 等。 交流调速控制系统 交流调速的基本原理 常见的调速方式 变极调速-异步电机 转子串电阻调速-绕线式电机 串级调速-绕线式电机 调压调速-特殊电机 电磁调速-异步电机 变频调速-异步电机 交流调速控制系统 变频器原理 交流调速就是以交流电动机作为电能一机械能的转换装置，通过对电能的控制来调节交流电动机的转矩和转速。 目前，交流调速的主要方法之一是变频调速，变频调速需要为交流电动机提供频率和电压均可改变的交流电源，这种电源称为变频器。 交流调速控制系统 变频器原理 交流电动机的旋转磁场转速（即同步转速）表达式为： 根据异步电动机转差率的定义： 可知异步电动机的转速为 交流调速控制系统 变频器原理 变频调速被人们公认为具有高效率、宽调速范围和高精度的调速性能，因此变频调速是交流电动机的一种比较理想的调速方法。 为了使交流电动机得到可变的频率，自然需要一套变频电源。 交流调速控制系统 变频器原理 在过去是采用一套旋转变频机组或离子变频器来得到可变的电源频率，直到晶闸管以及功率晶体管等半导体电力开关问后，由于它们具有接近理想开关元件的性能，促使各种静止变频器获得了迅速的发展，从而研制出各种类型的变频调速装置，并在工业上得到了推广。 交流调速控制系统 变频器组成 整流器：将三相（单相）交流整成直流 中间直流环节：将整流器输出的交流成分滤除，获得纯直流供逆变器 交流调速控制系统 变频器组成 逆变器：将直流电重新逆变为新的三相（单相）交流电 控制电路由检测电路、信号输入、信号输出、功率管驱动、各种控制信号的计算等组成。 交流调速控制系统 交-直-交变频器分类 电流型：采用电感元件滤波 电机处于再生发电状态，可方便把电能回馈交流电网，但对交流成分的滤除受负载影响较大，主要应用在频繁加减速的大容量传动中。 交流调速控制系统 交-直-交变频器分类 电压型：采用电容元件滤波 对交流成分的滤除受负载影响较小，空载和满载均能获得良好的性能，但电机处于再生发电状态，电能难以回馈交流电网，目前广泛使用。 交流调速控制系统 单相交-直-交变频器 先用晶闸管整流器将交流电压整流为幅值可变的直流电压Ud，直流电压通过电容C滤波，减小Ud 的波动。 交流调速控制系统 单相交-直-交变频器 然后令晶闸管开关元件V1、V3和 V2 、V4 轮流切换导通， 交流调速控制系统 单相交-直-交变频器 在电阻负载R上得到交流输出电压U0 。 交流调速控制系统 单相交-直-交变频器 输出电压的频率由逆变器开关元件切换的频率所决定。开关元件切换得快，U0的频率高，反之U0的频率低，同时U0的频率不受电源频率的限制。 交流调速控制系统 PAM方式 晶闸管V1-V6组成全桥式整流电流，得到直流电Ud，C起滤波作用，控制V1-V6的导通