注册电气工程师辅导-传动2p

17.电动机与电气传动（考试大纲）17．1熟悉电气传动系统的组成及分类17．2了解电动机的选择17．3掌握交、直流电动机的起动方式及起动校验17．4掌握交、直流电动机调速技术17．5掌握交、直流电动机的电气制动方式及计算方法17．6掌握电动机保护配置及计算方法17．7熟悉低压电动机控制电器的选择17．8了解电动机调速系统性能指标17．9了解传动系统动态指标的运用17．10了解调节理论在电气传动工程中的运用17．11熟悉PLC的组成及工作原理n0n定子转子异步电动机原理图同步速n0=60f/p(f-频率,p-极对数)转差率s=(n0-n)/n0n0Ifn0电枢转子同步电动机原理图n=n0，转差率s=017．4．2交流电动机调速技术1.交流调速系统方案交流电动机转速为因此，交流电动机有以下三种基本调速方式：①改变极对数p；②改变转差率s；③改变供电电源频率f.17．4．2交流电动机调速技术1.交流调速系统方案（1）变极调速变换绕组极对数的方法有：①将一套绕组中部分线圈按一定规律改接，以改变其电流方向或相号来改变极对数，常用于倍极比双速或三速异步电动机。②在定子上设置两套不同极对数的独立绕组。③在定子上设置不同极对数的独立绕组，且每个独立绕组又有不同的接线组合，适用于三速以上的多速电动机。17．4．2交流电动机调速技术1.交流调速系统方案（1）变极调速单绕组倍极比双速电动机工作特性序号极数（2p）Ⅰ联结方法极数（2X2p）Ⅱ联结方法转矩比TⅡ／TI功率比PⅡ／PI特性l2丫丫l0.5恒转矩22丫2丫21恒功率32丫△1.7320.866可变转矩4△2丫2.31.15可变转矩52△丫0.5770.288可变转矩典型的倍极比调速原理：三相电源U1V1W1U2V2W2U2W2V2三相电源U1V1W1低速联接（4极）高速YY联接（2极）17．4．2交流电动机调速技术1.交流调速系统方案（2）转子串电阻调速绕线转子异步电动机转子串电阻时的机械特性nTn0s=0s=1不串电阻串入电阻串入电阻，斜率变大，转速下调，s增大最大转矩大小不变，所对应速度降低17．4．2交流电动机调速技术1.交流调速系统方案（2）转子串电阻调速转子电阻斩波调速的基本电路例题1绕线型异步电动机转子串电阻调速，串入电阻为额定电阻的40%。电机参数：定子额定电压380V，转子额定电压173V，额定转差率0.055，定子额定电流11A，转子额定电流25A。请计算串入电阻值。计算：转子额定电阻=173/1.732/25=4Ω串入电阻=4*40%=1.6Ω17．4．2交流电动机调速技术1.交流调速系统方案（3）串级调速机械回馈式电回馈式17．4．2交流电动机调速技术1.交流调速系统方案（3）串级调速低同步串级调速超同步串级调速17．4．2交流电动机调速技术1.交流调速系统方案（4）调压调速调压调速原理图不同U1时的机械特性nTn0s=0s=1不降电压降低电压降低电压，斜率变大，转速下调，s增大最大转矩变小，所对应速度不变17．4．2交流电动机调速技术1.交流调速系统方案（4）调压调速(较高的内阻时）具有转速闭环的调压调速系统a）原理图b）闭环控制特性17．4．2交流电动机调速技术1.交流调速系统方案（5）电磁调速异步电动机电磁调速异步电动机由异步电动机、电磁转差离合器和晶闸管励磁电源及其控制部分组成。调节电磁耦合器的励磁励磁↓→s↑→n↓电磁转差调速电动机系统的组成17．4．2交流电动机调速技术1.交流调速系统方案（5）电磁调速异步电动机电磁调速电动机开环和闭环调速机械特性a）开环b）闭环相似有：液力耦合器调速：在电机和负载之间串接液力耦合器，调节液力耦合器的油量来改变s17．4．2交流电动机调速技术1.交流调速系统方案（6）变频调速它是利用电动机的同步转速随外加电源频率而变化的特性，通过改变电动机供电频率进行调速的方法。1）静止变频电源的直接变频方式与间接变频方式a）间接变频方式（交-直-交）b）直接变频方式（交-交）17．4．2交流电动机调速技术1.交流调速系统方案（6）变频调速（f↓→n0↓→n↓）1）直接变频方式与间接变频方式交一交变频与交一直一交变频的主要特点比较项目交一交变频交一直一交变频换能型式一次换能，效率较高两次换能，效率略低换流方式电源电压换流强迫换流或负载换流装置器件数量器件较多，器件利用率较低器件较少，器件利用率较高调频范围最高频率为电源频率的1／3～l／2频率调节范围宽，不受电源频率限制电网功率因数较低移相调压、低频低压时功率因数低，用斩波或PWM调压，则功率因数高17．4．2交流电动机调速技术1.交流调速系统方案（6）变频调速2）电压型变频调速与电流型变频调速在交-直-交变频器中，根据直流侧储能元件的特点划分。电压型变频调速（C为主滤波）电流型变频调速（L为主滤波）17．4．2交流电动机调速技术1.交流调速系统方案（6）变频调速2）电压型变频调速与电流型变频调速电流型变频调速与电压型变频调速的主要特点比较项目电流型电压型直流回路滤波环节电抗器电容器输出电压波形★决定于负载，当负载为异步电动机时，为近似正弦波矩形输出电流波形★矩形决定于逆变器电压与电动机的电动势，具有较大的谐波分量输出动态阻抗大小再生制动（发电制动）方便，不需附加设备需要附加电源侧反并联逆变器过电流及短路保护容易困难动态特性快较慢，用PWM则快对晶闸管要求耐压高，对关断时间无严格要求一般耐压可较低，关断时间要求短线路结构较简单较复杂适用范围单机，多机多机，变频或稳频电源17．4．2交流电动机调速技术1.交流调速系统方案（6）变频调速3）脉冲宽度调制（PWM）变频调速在变频调速中，整流部分用二极管桥。常采用PWM（PulseWidthModulation）方法来改善逆变器输出波形，该方法需要用开关频率较高的大功率器件。PWM变频调速a）PWM变频器线路b）PWM波形例题2变频调速的原理是：A．改变同步转速，实现调速B．保持主磁通不变，进行调速C．控制主磁通，实现恒功率调速D．恒功率调速时，频率增大，主磁通也增大哪个是不正确答案？答案：D例题3与直流调速比较，交流变频调速的特点是：A．不受换向条件的限制，没有由于换向器所带来的维修工作量大、事故率高的弊病B．容量、电压、电流、转速的上限，不象直流电动机那样受限制C．交流电动机体积小、重量轻、飞轮矩小、单机容量大、效率高D．交流调速的调速性能超过直流调速哪个特点使得投资及维护费用大为降低？答案：A，C17．4．2交流电动机调速技术1.交流调速系统方案（7）无换向器电动机调速它是用与电动机旋转频率同步的交流电源来驱动同步电动机，改变交流电源的频率和电压实现调速的一种方法。无换向器电动机的基本结构MS一同步电动机PS一位置检测器17．4．2交流电动机调速技术2.变频调速的控制方式（l）基本控制方式（V/f协调控制）1）当ff1N时U1／f1=常值2）当ff1N时保持U1=U1N不变这就是恒压/频比的控制方式，是变频调速必须遵循的控制原则，简称为VVVF（VariableVoltageVariableFrequency）。恒压频比控制特性变频调速控制特性fEfwkEw1144.4ImΦ0I0变频调速的T~f特性：Tff基恒转矩段恒功率段17．4．2交流电动机调速技术2.变频调速的控制方式（2）异步电动机在电压、频率协调控制下的机械特性U／f恒定控制时转矩、E／f恒定控制时转矩、定子电流一转速特性电流－转速特性异步机等效电路及其简化E1=E2'I1R1jX11－ssR2'I2'jX2'R2'I0RmXm+U1－17．4．2交流电动机调速技术2.变频调速的控制方式（2）异步电动机在电压、频率协调控制下的机械特性U／f、E／f恒定控制机械特性基本上是平行下移的，稳态性能尚可，能满足一般要求。但因都没考虑动态过程中Φm的变化，动态性能较差。E’／f恒定控制是保证全磁通恒定的控制，其动态、静态性能可与直流传动的一样，但线路较复杂。E’／f恒定控制时的三种不同的电压－频率协调机械特性控制时的机械特性I—恒U／fⅡ—恒E／fⅢ—恒E’/f控制nT017．4．2交流电动机调速技术2.变频调速的控制方式（3）脉冲宽度调制（PWM）控制技术在变频调速控制系统中，通常采用脉宽调制（PWM）技术来改善变频器的输出波形，减少高次谐波。1）单极性与双极性PWM模式双极性PWM模式单极性PWM模式17．4．2交流电动机调速技术2.变频调速的控制方式（3）脉冲宽度调制（PWM）控制技术在变频调速控制系统中，通常采用脉宽调制（PWM）技术来改善变频器的输出波形，减少高次谐波。2）PWM的调制方式分同步式、异步式和分段同步式三种17．4．2交流电动机调速技术2.变频调速的控制方式（5）矢量控制与坐标变换前两节论述的变频调速控制方法，基本上解决了异步电动机的平滑调速问题，转差频率控制已起到了直流电动机双闭环调速系统的作用。但是上述方法的主要问题是电压、电流和频率等控制量都是标量，即只能按电动机稳态运行规律进行控制，不能同时控制其大小和相对位置，转矩控制性能较差。要改善转矩控制性能，使系统完全达到直流传动系统的动、静态指标，必须对定子电压或电流实施矢量控制，既控制大小，又控制方向。由于交流电动机的所有矢量（电压、电流和磁通等）都在空间以同步速度旋转，它们在定子绕组上的物理量都是交流量。因此，控制、计算十分不便，所以必须设法变成直流量。矢量控制的关键在于坐标变换。（5）矢量控制与坐标变换等效的交流电机绕组和直流电机绕组a)三相交流绕组b)两相交流绕组c)旋转直流绕组三相／两相变换（或两相／三相变换）两相旋转变换（矢量坐标变换）（5）矢量控制与坐标变换直角坐标／极坐标变换三相、二相坐标系与两相旋转变换相应的电流时间变量（α、β轴与M、T轴之间的变换）（5）矢量控制与坐标变换异步电动机的坐标变换结构图和等效直流电动机模型异步电动机的坐标变换结构电压型逆变器矢量控制框图谢谢