第05章 闭环控制的异步电机变压调速系统.pptx

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电力拖动自动控制系统

第2篇

交流拖动控制系统

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内容提要

n概述

n交流调速系统的主要类型

n交流变压调速系统

n交流变频调速系统

n*绕线转子异步电机双馈调速系统——转差功率馈送型调速系统

n*同步电动机变压变频调速系统

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概述

n直流电力拖动和交流电力拖动在19世纪先后诞生。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。

n交流调速系统的多种方案虽然早已问世，并已获得实际应用，但其性能却始终无法与直流调速系统相比。

n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。

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直流电机的缺点

n直流电机具有电刷和换相器因而必须经常检查维修；

n换向火花使直流电机的应用环境受到限制；

n换向能力限制了直流电机的容量和速度。

交流电机没有上面的弱点。

目前，交流拖动控制系统已经成为当前电力拖动控制的主要发展方向。

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•交流拖动控制系统的应用领域

主要有三个方面：

n一般性能的节能调速

n高性能的交流调速系统和伺服系统

n特大容量、极高转速的交流调速

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1.一般性能的节能调速

n应用数量巨大：风机、水泵等通用机械的容量几乎占工业电力拖动总容量的一半以上；

n过去的调速运行手段：因为过去的交流拖动调速比较困难，不得不依赖挡板和阀门来调节送风和供水的流量，因而把许多电能白白地浪费了；

n如果采用交流调速系统，把消耗在挡板和阀门上的能量节省下来，每台风机、水泵平均都可以节约20

30%以上的电能，效果是很可观的。

n风机、水泵的调速范围和对动态快速性的要求都不高，只需要一般的调速性能。

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2.高性能的交流调速系统和伺服系统

n许多在工艺上需要调速的生产机械过去多用直流拖动；

n由于交流电机比直流电机结构简单、成本低廉、工作可靠、维护方便、惯量小、效率高，如果改成交流拖动，显然能够带来不少的效益。

n由于交流电机原理上的原因，其电磁转矩难以像直流电机那样通过电枢电流施行灵活的实时控制。

n20世纪70年代初发明了矢量控制技术，通过坐标变

换，把交流电机的定子电流分解成转矩分量和励磁分量，用来分别控制电机的转矩和磁通，就可以获得和直流电机相仿的高动态性能。

n又出现了直接转矩控制、解耦控制等方法，形成了一系列高性能交流调速系统和交流伺服系统。

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3.特大容量、极高转速的交流调速

n直流电机的换向能力限制了它的容量转速积不超过

106kW·r/min，超过这一数值时，其设计与制造就非常困难了。

n交流电机没有换向器，不受这种限制，因此，特大容量的电力拖动设备，如厚板轧机、矿井卷扬机

等，以及极高转速的拖动，如高速磨头、离心机等，都以采用交流调速为宜。

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n交流调速系统的主要类型

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。

现有文献中介绍的异步电机调速系统种

类繁多，可按照不同的角度进行分类。

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•按电动机的调速方法分类

常见的交流调速方法有：

①降电压调速；

②转差离合器调速；

③转子串电阻调速；

④绕线电机串级调速或双馈电机调速；

⑤变极对数调速；

⑥变压变频调速等等。

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按照交流异步电机的原理，从定子传入转子的电磁功率可分成两部分：

n拖动负载的有效功率，称作机械功率；

n传输给转子电路的转差功率，与转差率s成正比。

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•按电动机的能量转换类型分类

Pmech

Pm

Ps

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~

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即Pm=Pmech+Ps

Pmech=(1–s)Pm

Ps=sPm

从能量转换的角度上看，

转差功率是否增大，是消耗掉还是得到回收，是评价调速系统效率高低的标志。

从这点出发，可以把异步电机的调速系统分成三类。

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1.转差功率消耗型调速系统

特点：全部转差功率都转换成热能消耗在转子回路中。上述的：

①降电压调速；

②转差离合器调速；

③转子串