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运动控制章节六讲述
运动控制
自动化教研室
屈薇薇
异步电动机变压调速
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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。
在20世纪上半叶的年代里,鉴于直流拖动具有优越的调速性能,高性能可调速拖动都采用直流电机,而约占电力拖动总容量80%以上的不变速拖动系统则采用交流电机
直到20世纪60~70年代,随着电力电子技术的发展,使得采用电力电子变换器的交流拖动系统得以实现,特别是大规模集成电路和计算机控制的出现,高性能交流调速系统便应运而生。
交流拖动控制主要应用于: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
异步电机工作原理
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转子上镶有若干导条,导条两端用导电环短接,形成电气回路,这种转子称为鼠笼转子
流过电流的导条在磁场中受到电磁力的作用,其受力方向按左手定则确定
异步电机工作原理:转子导体在旋转磁场中产生感应电流,而流过电流的转子导体在磁场中又受到电磁力的作用,从而使转子转动起来
N极和S极下的导条都受到统一方向的电磁力作用,产生电磁转矩,使转子随外力旋转方向转动,即转子的旋转方向与磁场的选择方向相同。
“异步”的含义是指转子的转速 n永远比同步转速n1(既旋转磁场的转速)小。
旋转磁场与转子导体间有相对运动,导体中产生电动势
导条两端用导电环短接,形成电气回路,导体中产生电流
右手定则
因为,如果转子的转速 n 达到同步转速n1 ,则转子导体将不再切割磁力线,因而感应电动势、感应电流和电磁场转矩均为零,转子将减速,因此,转子转速总是低于同步转速。
旋转磁场的同步转速n1与转子转速n之差称为转差。转差与同步转速n1之比称为转差率 ,用s表示
异步电机稳态等效电路
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根据电机学原理,在下述三个假定条件下:忽略空间和时间谐波,忽略磁饱和,忽略铁损,异步电机的稳态等效电路
Rs、R’r ——定子每相电阻和折合到定子侧的
转子每相电阻;
Lls、L’lr ——定子每相漏感和折合到定子侧的
转子每相漏感;
Lm——定子每相绕组产生气隙主磁通的
等效电感,即励磁电感;
Us、?1 ——定子相电压和供电角频率;
s ——转差率。
转子电流
Lm??Ll1,则,C1 ? 1 这相当于将上述假定条件的第③条改为忽略铁损和励磁电流。这样,电流公式可简化成
令电磁功率 Pm = 3Ir2 Rr /s
同步机械角转速?m1 = ?1 / np
np —极对数,则异步电机的电磁转矩为
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。
异步电动机的机械特性方程
异步电动机的机械特性
n0
TL
UsN
0.7UsN
A
B
C
F
D
E
0.5UsN
风机类负载特性
恒转矩负载特性
对应于最大转矩时的静差率和最大转矩
dTe/ds=0
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
0
异步电动机的机械特性
n0
UsN
0.7UsN
A
B
C
0.5UsN
恒转矩负载特性
为了能在恒转矩负载下扩大调速范围,并使电机能在较低转速下运行而不致过热,就要求电机转子有较高的电阻值
带恒转矩负载时的变压调速范围增大了,堵转工作也不致烧坏电机,这种电机又称作交流力矩电机。
笼型异步电动机变压变频调速系统(VVVF系统)
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变压调速是异步电机调速方法中比较简便的一种。
由电力拖动原理可知,当异步电机等效电路的参数不变时,在相同的转速下,电磁转矩Te与定子电压Us的平方成正比,因此,改变定子外加电压就可以改变机械特性的函数关系,从而改变电机在一定负载转矩下的转速。
异步电机的变压变频调速系统一般简称为变频调速系统。
由于在调速时转差功率不随转速而变化,调速范围宽,无论是高速还是低速时效率都较高,在采取一定的技术措施后能实现高动态性能,可与直流调速系统媲美。因此现在应用面很广,是本篇的重点。
变压变频调速的基本控制方式
异步电动机电压-频率协调控制时的机械特性
*电力电子变压变频器的主要类型
变压变频调速系统中的脉宽调制(PWM)技术
基于异步电动机稳态模型的变压变频调速
异步电动机的动态数学模型和坐标变换
基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统
基于动态模型按定子磁链控制的直接转矩控制系统
变压变频调速的基本方式
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磁通?m
直流电机,励磁系统是独立的,只要对电枢反应有恰
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