1交流調(diào)速系統(tǒng)

1、第第10章章 交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)掌握：掌握： 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速特性、特點(diǎn)和使用場(chǎng)合；交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速特性、特點(diǎn)和使用場(chǎng)合； 交流調(diào)速的基本原理和類型；交流調(diào)速的基本原理和類型； 各種調(diào)速系統(tǒng)的組成和工作原理。各種調(diào)速系統(tǒng)的組成和工作原理。)S(pf)S(nn16010 由第四章交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速：由第四章交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速： 本章將主要介紹異步電動(dòng)機(jī)各種調(diào)速系統(tǒng)的基本原理及特性，重點(diǎn)介紹改變本章將主要介紹異步電動(dòng)機(jī)各種調(diào)速系統(tǒng)的基本原理及特性，重點(diǎn)介紹改變頻率的各種調(diào)速系統(tǒng)。頻率的各種調(diào)速系統(tǒng)。 即改變轉(zhuǎn)差率即改變轉(zhuǎn)差率S；改變極對(duì)數(shù)改變極對(duì)數(shù)p；改變頻率改變頻率f。定子電壓、轉(zhuǎn)子電阻、

2、轉(zhuǎn)子電壓定子電壓、轉(zhuǎn)子電阻、轉(zhuǎn)子電壓 10.1電磁滑差離合器調(diào)速系統(tǒng)電磁滑差離合器調(diào)速系統(tǒng) 當(dāng)電源電壓為正當(dāng)電源電壓為正半周時(shí)，觸發(fā)半周時(shí)，觸發(fā)VS1使之使之導(dǎo)通，電壓過(guò)零時(shí)，導(dǎo)通，電壓過(guò)零時(shí)，VS1自行關(guān)斷；自行關(guān)斷； 當(dāng)電源電壓為負(fù)當(dāng)電源電壓為負(fù)半周時(shí)，觸發(fā)半周時(shí)，觸發(fā)VS2使之使之導(dǎo)通，電壓過(guò)零時(shí)，導(dǎo)通，電壓過(guò)零時(shí)，VS1自行關(guān)斷；自行關(guān)斷；觸發(fā)控制角為：觸發(fā)控制角為： 如此不斷重復(fù)，負(fù)載上便得到正負(fù)對(duì)稱的交流電壓。改變晶閘管控制角的大如此不斷重復(fù)，負(fù)載上便得到正負(fù)對(duì)稱的交流電壓。改變晶閘管控制角的大小，就可以改變負(fù)載上交流電壓的大小。小，就可以改變負(fù)載上交流電壓的大小。 1. 單相交流

3、調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 只需要一個(gè)脈沖只需要一個(gè)脈沖信號(hào)，脈沖周期為：信號(hào)，脈沖周期為：180010.2 晶閘管交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)（軟啟動(dòng)器）晶閘管交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)（軟啟動(dòng)器） 一、采用晶閘管的交流調(diào)壓電路一、采用晶閘管的交流調(diào)壓電路 2. 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路 將三對(duì)反并聯(lián)的晶閘管（即單將三對(duì)反并聯(lián)的晶閘管（即單相調(diào)壓電路）分別接至三相負(fù)載就相調(diào)壓電路）分別接至三相負(fù)載就構(gòu)成了一個(gè)典型的三相交流調(diào)壓電構(gòu)成了一個(gè)典型的三相交流調(diào)壓電路。路。 負(fù)載可以是星形連接，也可以負(fù)載可以是星形連接，也可以是三角形連接。是三角形連接。 三相負(fù)載三相負(fù)載Y形連接形連接 單相調(diào)壓電路單相調(diào)壓電路 三

4、相交流電壓三相交流電壓 一般都用軟啟動(dòng)器做成時(shí)間控制的開環(huán)控制系統(tǒng)或者電流為輸入信號(hào)一般都用軟啟動(dòng)器做成時(shí)間控制的開環(huán)控制系統(tǒng)或者電流為輸入信號(hào)閉環(huán)系統(tǒng)。閉環(huán)系統(tǒng)。 二、異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)二、異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) 1異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速特性異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速特性 特點(diǎn)如下：特點(diǎn)如下： v 輕載時(shí)，外加電壓變化很大，轉(zhuǎn)速變化很小。即電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化范圍不大；輕載時(shí)，外加電壓變化很大，轉(zhuǎn)速變化很小。即電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化范圍不大；v 重載時(shí)，降低供電電壓，轉(zhuǎn)速下降快，甚至停轉(zhuǎn)，引起電動(dòng)機(jī)過(guò)熱甚至燒壞；重載時(shí)，降低供電電壓，轉(zhuǎn)速下降快，甚至停轉(zhuǎn)，引起電動(dòng)機(jī)過(guò)熱甚至燒壞；v 如果要使電動(dòng)機(jī)能在

5、低速段運(yùn)行，一方面?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，另外，隨著如果要使電動(dòng)機(jī)能在低速段運(yùn)行，一方面?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，另外，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的降低會(huì)引起轉(zhuǎn)子電流相應(yīng)增大，可能引起過(guò)熱而損壞電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的降低會(huì)引起轉(zhuǎn)子電流相應(yīng)增大，可能引起過(guò)熱而損壞電動(dòng)機(jī)。 2異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) 為了既能保證低速時(shí)的機(jī)械特性硬度，又能保證一定的負(fù)載能力，一般在調(diào)為了既能保證低速時(shí)的機(jī)械特性硬度，又能保證一定的負(fù)載能力，一般在調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)里采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)原理框圖如圖所示。壓調(diào)速系統(tǒng)里采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)原理框圖如圖所示。 3. 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速時(shí)的損耗及異

6、步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速時(shí)的損耗及容量限制容量限制 轉(zhuǎn)差功率：傳到轉(zhuǎn)子上的電磁功率轉(zhuǎn)差功率：傳到轉(zhuǎn)子上的電磁功率與轉(zhuǎn)子軸上產(chǎn)生的機(jī)械功率之差叫損耗與轉(zhuǎn)子軸上產(chǎn)生的機(jī)械功率之差叫損耗功率，也叫轉(zhuǎn)差功率。功率，也叫轉(zhuǎn)差功率。SPnnnTnTnTnPPPms 0000955095509550 1) 轉(zhuǎn)差功率的大小由轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差功率的大小由轉(zhuǎn)差率S決定；決定； 2) 這個(gè)轉(zhuǎn)差功率這個(gè)轉(zhuǎn)差功率,它將通過(guò)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體發(fā)熱而消耗掉；它將通過(guò)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體發(fā)熱而消耗掉； 3) 在調(diào)壓調(diào)速中，如果工作在低速狀態(tài)，在調(diào)壓調(diào)速中，如果工作在低速狀態(tài)，S將較大，即轉(zhuǎn)差功率很大將較大，即轉(zhuǎn)差功率很大。 調(diào)壓調(diào)速方法不太適合于長(zhǎng)期工作在低速

7、的工作機(jī)械，如要用于這種機(jī)械，調(diào)壓調(diào)速方法不太適合于長(zhǎng)期工作在低速的工作機(jī)械，如要用于這種機(jī)械，電動(dòng)機(jī)容量就要適當(dāng)選擇大一些。電動(dòng)機(jī)容量就要適當(dāng)選擇大一些。10.3 晶閘管變頻調(diào)速系統(tǒng)（晶閘管變頻調(diào)速系統(tǒng)（IGBT） 一、變頻調(diào)速的原理一、變頻調(diào)速的原理 CfEUXf/Uf/Ex 因此，若外加電壓不變，則磁通隨頻率改變而改變，亦即頻率降低，則磁通因此，若外加電壓不變，則磁通隨頻率改變而改變，亦即頻率降低，則磁通增加；頻率增加，磁通降低。增加；頻率增加，磁通降低。 顯而易見，前者有可能造成電動(dòng)機(jī)的磁路過(guò)飽和，從而導(dǎo)致勵(lì)磁電流的增加顯而易見，前者有可能造成電動(dòng)機(jī)的磁路過(guò)飽和，從而導(dǎo)致勵(lì)磁電流的增加

8、而引起鐵心過(guò)熱。而引起鐵心過(guò)熱。 為了解決這一問(wèn)題，這就要求在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，降頻的同時(shí)最好降壓，即為了解決這一問(wèn)題，這就要求在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，降頻的同時(shí)最好降壓，即頻率與電壓能協(xié)調(diào)控制。頻率與電壓能協(xié)調(diào)控制。 二、交二、交-直直-交變頻調(diào)速系統(tǒng)交變頻調(diào)速系統(tǒng)交流電交流電幅值可調(diào)的直流電幅值可調(diào)的直流電幅值、頻率均可調(diào)的交流電幅值、頻率均可調(diào)的交流電可控整流電路可控整流電路逆變電路逆變電路交流電交流電幅值不可調(diào)的直流電幅值不可調(diào)的直流電幅值、頻率均可調(diào)的交流電幅值、頻率均可調(diào)的交流電不可控整流電路不可控整流電路逆變電路逆變電路(PWM)逆變電路逆變電路整流電路整流電路整流電路整流電路的觸發(fā)電的

9、觸發(fā)電路路逆變電路的觸發(fā)電路逆變電路的觸發(fā)電路 系統(tǒng)中，晶閘管整流、移相觸發(fā)電路、脈沖放大器、電壓及速度負(fù)反饋環(huán)節(jié)系統(tǒng)中，晶閘管整流、移相觸發(fā)電路、脈沖放大器、電壓及速度負(fù)反饋環(huán)節(jié)的電路和原理與直流調(diào)速系統(tǒng)相同。的電路和原理與直流調(diào)速系統(tǒng)相同。 脈沖發(fā)生器電路：脈沖發(fā)生器電路：電壓信號(hào)電壓信號(hào)脈沖信號(hào)脈沖信號(hào)幅值大小幅值大小頻率大小頻率大小頻率頻率/電壓（電壓（F/V）變換器）變換器 ：電壓信號(hào)電壓信號(hào)脈沖信號(hào)脈沖信號(hào)幅值大小幅值大小頻率大小頻率大小 環(huán)行計(jì)數(shù)器實(shí)質(zhì)是一個(gè)脈沖分配器，它把來(lái)自頻率發(fā)生器的脈沖環(huán)行計(jì)數(shù)器實(shí)質(zhì)是一個(gè)脈沖分配器，它把來(lái)自頻率發(fā)生器的脈沖6個(gè)（或個(gè)（或12個(gè)）一組依次分

10、配，經(jīng)脈沖放大器后，順序觸發(fā)逆變器的個(gè)）一組依次分配，經(jīng)脈沖放大器后，順序觸發(fā)逆變器的6組晶閘管來(lái)實(shí)現(xiàn)逆變。組晶閘管來(lái)實(shí)現(xiàn)逆變。觸發(fā)電路輸入LA1-1LA1-2LB1-1LB1-2LC1-1LC1-2LA繞組電壓LB繞組電壓LC繞組電壓ff/6工作原理：工作原理：給定給定脈沖頻率脈沖頻率逆變器輸出電壓頻率逆變器輸出電壓頻率nF/V的輸出的輸出整流電路輸出整流電路輸出逆變器輸出電壓幅值逆變器輸出電壓幅值通過(guò)改變輸入電壓的幅值實(shí)現(xiàn)交流調(diào)壓。通過(guò)改變輸入電壓的幅值實(shí)現(xiàn)交流調(diào)壓。M脈沖放大器觸 發(fā) 電 路頻率發(fā)生器給定不可控整流電路不可控整流電路PWM控制控制的逆變電路的逆變電路觸發(fā)電路的作用：觸發(fā)電

11、路的作用：1. 保證將一個(gè)直流電壓變?yōu)槿鄬?duì)稱的交流電；保證將一個(gè)直流電壓變?yōu)槿鄬?duì)稱的交流電；2. PWM控制，使幅值隨頻率變化而變化；控制，使幅值隨頻率變化而變化； 1.基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)中央中央處理器處理器CPUPWM生生成成A/D故障故障保護(hù)保護(hù)I/O電位器電位器速度給定速度給定數(shù)字量速數(shù)字量速度給定和度給定和運(yùn)行控制運(yùn)行控制M驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路交流輸入交流輸入（單相或三相）（單相或三相）I/O顯示顯示鍵盤鍵盤接口接口通訊通訊上位上位計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)功能：功能： 1）接受操作命令，使被控制的交流三相電動(dòng)機(jī)按用戶設(shè)定的速度運(yùn)行或）接受操作命令，使被控制的交流三相電動(dòng)機(jī)按用戶

12、設(shè)定的速度運(yùn)行或停止；停止； 2）對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行各種保護(hù)）對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行各種保護(hù)速度控制一、數(shù)字式交流變頻器一、數(shù)字式交流變頻器 2、脈沖寬度調(diào)制（、脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制）控制 單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)中央中央處理器處理器CPUPWM生生成成A/D故障故障保護(hù)保護(hù)I/O電位器電位器速度給定速度給定數(shù)字量速數(shù)字量速度給定和度給定和運(yùn)行控制運(yùn)行控制M驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路交流輸入交流輸入（單相或三相）（單相或三相）I/O顯示顯示鍵盤鍵盤輸入輸入接口接口通訊通訊上位上位計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)PWM控制控制控制目的：控制目的： 給交流電動(dòng)機(jī)上提供頻率和幅值成比例變化的交流電。給交流電動(dòng)機(jī)上提供頻率和幅值成比例變化的交流

13、電。單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)中央中央處理器處理器CPUPWM生生成成A/D故障故障保護(hù)保護(hù)I/O電位器電位器速度給定速度給定數(shù)字量速數(shù)字量速度給定和度給定和運(yùn)行控制運(yùn)行控制M驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路交流輸入交流輸入（單相或三相）（單相或三相）I/O顯示顯示鍵盤鍵盤輸入輸入接口接口通訊通訊上位上位計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)整流電路：將交流電變?yōu)橹绷麟娔孀冸娐罚簩⒅绷麟娮優(yōu)轭l率和幅值均可調(diào)的交流電逆變：逆變：如果使如果使VS1與與VS4，VS2與與VS3交替的的導(dǎo)通和關(guān)斷，且導(dǎo)通和關(guān)斷交替的的導(dǎo)通和關(guān)斷，且導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間相同。負(fù)載上得到交流電壓。的時(shí)間相同。負(fù)載上得到交流電壓。整流電整流電路提供路提供PWM控制：控制：如

14、果使如果使VS1與與VS4，VS2與與VS3通過(guò)高頻調(diào)制控制，能在半個(gè)周通過(guò)高頻調(diào)制控制，能在半個(gè)周期內(nèi)重復(fù)導(dǎo)通和關(guān)斷期內(nèi)重復(fù)導(dǎo)通和關(guān)斷N次，則其輸出電壓波形為一系列被調(diào)制的矩形脈沖次，則其輸出電壓波形為一系列被調(diào)制的矩形脈沖（稱（稱載波載波）。）。 逆變器輸出電壓的幅值是通過(guò)改變脈沖逆變器輸出電壓的幅值是通過(guò)改變脈沖總的導(dǎo)通時(shí)間與總的關(guān)斷時(shí)間的比總的導(dǎo)通時(shí)間與總的關(guān)斷時(shí)間的比率率來(lái)控制的，這有兩種基本的方法：來(lái)控制的，這有兩種基本的方法： 第一種方法是維持恒定的脈沖寬第一種方法是維持恒定的脈沖寬度而改變每一半周期內(nèi)的脈沖數(shù)。度而改變每一半周期內(nèi)的脈沖數(shù)。 第二種方法是改變脈寬，而維第二種方法

15、是改變脈寬，而維持每一半周期內(nèi)的脈沖數(shù)不變。持每一半周期內(nèi)的脈沖數(shù)不變。3 、運(yùn)行控制方式運(yùn)行控制方式 運(yùn)行控制包括起動(dòng)、停止以及正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制兩個(gè)方面。運(yùn)行控制包括起動(dòng)、停止以及正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制兩個(gè)方面。面板控制面板控制 運(yùn)行控制方式由用戶自己確定，通過(guò)設(shè)定變頻器提供的運(yùn)運(yùn)行控制方式由用戶自己確定，通過(guò)設(shè)定變頻器提供的運(yùn)行方式專用參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。行方式專用參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。中央中央處理器處理器CPUPWM生生成成A/D故障故障保護(hù)保護(hù)I/O電位器電位器速度給定速度給定數(shù)字量速數(shù)字量速度給定和度給定和運(yùn)行控制運(yùn)行控制I/O顯示顯示鍵盤鍵盤輸入輸入接口接口通訊通訊上位上位計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)外部輸入外部輸入信號(hào)控制

16、信號(hào)控制4、運(yùn)行速度設(shè)定方式、運(yùn)行速度設(shè)定方式 運(yùn)行速度確定電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度。運(yùn)行速度確定電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度。 運(yùn)行速度設(shè)定方式由用戶自己確定，通過(guò)設(shè)定變頻器提供運(yùn)行速度設(shè)定方式由用戶自己確定，通過(guò)設(shè)定變頻器提供的運(yùn)行速度專用參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。的運(yùn)行速度專用參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。面板鍵面板鍵盤設(shè)定盤設(shè)定中央中央處理器處理器CPUPWM生生成成A/D故障故障保護(hù)保護(hù)I/O電位器電位器速度給定速度給定數(shù)字量速數(shù)字量速度給定和度給定和運(yùn)行控制運(yùn)行控制I/O顯示顯示鍵盤鍵盤輸入輸入接口接口通訊通訊上位上位計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)外部數(shù)字外部數(shù)字信號(hào)設(shè)定信號(hào)設(shè)定外部電位外部電位器設(shè)定器設(shè)定面板電位面板電位器設(shè)定器設(shè)定5、應(yīng)用、應(yīng)用松

17、下小型變頻器外部接線圖1）操作面板 參數(shù)設(shè)定 運(yùn)行速度設(shè)定 運(yùn)行控制 運(yùn)行參數(shù)顯示MODERUNSETSTOP50.050.0HzMINMAX電源輸入電壓輸出外部速度設(shè)定與控制輸入自帶操作面板2）變頻器供電與電動(dòng)機(jī)的連接空氣斷路器：電源總開關(guān)以及過(guò)載、短路保護(hù)中間繼電器：接通或斷開控制三相交流電動(dòng)機(jī)：被控制的對(duì)象？單相交流電供電，三相交流電輸出KA輸入電抗器+輸入濾波器（可選）輸出電抗器+輸出濾波器（可選）3）外部電位器速度設(shè)定外部接線調(diào)節(jié)電位器的位置可改變?cè)O(shè)定速度的大小參數(shù)設(shè)定在這款變頻器中，有一個(gè)參數(shù)（參數(shù)號(hào)為P09）專門用來(lái)設(shè)定速度輸入方式。KA參數(shù)號(hào)為P09設(shè)定數(shù)據(jù)控制方式設(shè)定內(nèi)容操作

18、方式0面板電位器設(shè)定頻率設(shè)定電位器1數(shù)字設(shè)定鍵設(shè)定2外控電位器端子1、2、3連接的電位器305V電壓端子2、3間的電壓信號(hào)4010V電壓端子2、3間的電壓信號(hào)5420mA電流端子2、3間的電流信號(hào)參數(shù)設(shè)定在這款變頻器中，有一個(gè)參數(shù)（參數(shù)號(hào)為P08）專門用來(lái)設(shè)定運(yùn)行控制方式。4）外部控制方式外部接線兩個(gè)信號(hào)控制電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)和運(yùn)行、停止參數(shù)號(hào)為P08設(shè)定數(shù)據(jù)控制方式操作面板復(fù)位功能操作方式0面板有運(yùn)行：RUN 停止：STOP正、反轉(zhuǎn)用dr模式設(shè)定1正轉(zhuǎn)：RUN 反轉(zhuǎn)：RUN停止：STOP2外控?zé)o5與3端：ON運(yùn)行 OFF停止6與3端：ON正轉(zhuǎn) OFF反轉(zhuǎn)4有3外控?zé)o5與3端：ON正轉(zhuǎn)運(yùn)行6與3端：ON反轉(zhuǎn)運(yùn)行5有5）總體連線與控制P08參數(shù)：3P09參數(shù)：2外部接線參數(shù)設(shè)定PLC控制程序變頻器通電控制 按下“啟動(dòng)”，通電并保持； 按下“復(fù)位”，斷電并保持正轉(zhuǎn)控制 按下“正向”，正轉(zhuǎn)運(yùn)行，直到按“反向”或“復(fù)位”才停止正轉(zhuǎn)運(yùn)行。 反轉(zhuǎn)控制