运动控制2-第七章.pptx

运动控制系统-2 交流调压调速系统 第七章 1 电机与电力拖动系统发展概况 20世纪70年代以前 2 直流电机 被高精度的调速系统广泛使用 换向问题限制了装机容量 20世纪70年代以后 调速系统格局 交、直流调速系统的比较 直流电机 交流电机 结构及制造 有电刷 制造复杂 无电刷 结构简单 重量/功率 约2倍 1倍 体积/功率 约2倍 1倍 价格/功率 几倍 1倍 最大容量 12MW~14MW 几十MW 最大转速 1000r/min左右 数千r/min 最高电枢电压 1kv 6kv~10kv 安装环境 要求高 要求低 维护 较多 较少 调速性能 好 复杂 3 交、直流调速系统的比较 交流调速 VS 直流调速 1）在大功率负载情况下，交流调速性价比最优 2）交流调速系统可满足高速运行要求 3）在易燃易爆多尘场合，交流调速系统无需过多维护 4）交流调速系统成本低 5）交流电动机易于同某些生产机械行成机电一体化产品 4 交流调速系统的难点 直流电机转矩方程： 5 交流调速系统的难点 交流电机： 6 交流调速系统的难点 交流电机转矩方程： 定子的3相交变电流 7 概述 异步电动机具有结构简单、制造容易、维修工作量小等优点。随着电力电子技术的发展，静止式变频器的诞生，异步电动机在速度可调拖动中逐渐得到广泛的应用。 物理模型-等效电路 数学模型 机械特性方程 调速性能深入分析 8 7.1-7.2 交流调速系统原理 9 7.1异步电动机稳态模型 异步电动机的数学模型包括稳态 等效电路和机械特性 稳态等效电路 描述了一定转差率下电动机的稳态电气特性 电机机械特性 表征转矩与转差率（Or 转速）的稳态关系 一、异步电动机的等效电路 1）忽略空间和时间谐波 2）忽略磁饱和 3）忽略磁铁损 T 型等效电路 10 异步电动机稳态等效电路 异步电动机 T 型等效电路 转差率： 同步转速： 11 折合到定子侧 的 转子相电流幅值 电 阻 电 感 其中： （7-0） 异步电动机稳态等效电路 12 忽略励磁电流 （7-1） 异步电动机稳态等效电路 13 异步电动机的机械特性 异步电动机传递的电磁功率 电气特性 机械特性 （7-2） 14 异步电动机的机械特性 调压调速原理 --变转差功率调速 异步电机机械特性曲线 临界转差： 15 异步电动机的机械特性 调压调速原理 各电压下 T-s 曲线与负载曲线交点即运行点 16 异步电动机的机械特性 交流力矩电动机 通过以上分析，带恒转矩负载的调压调速就是靠增大转差功率、减小输出功率来换取转速的降低 所增加的转差功率全部消耗在转子电阻上 如果增加转子电阻值，可使临界转差率s加大， 从而扩大恒转矩负载的调速范围 缺点：特性软（斜率大） 17 异步电动机的机械特性 闭环控制的调压调速系统 以上是开环调速 因此，要想获得高性能控制 高转子电机： 交流调速系统必须引入速度反馈，在速度闭环控制下，使异步电动机具有较硬的静特性。 调压调速： 调速范围窄 特性软 18 异步电动机的机械特性 闭环控制的调压调速系统 19 异步电动机的机械特性 闭环控制的调压调速系统 最小输出电压系统静特性左边的极限 最大输出电压系统静特性右边的极限 20 7.1-7.2 小结 主要内容 调压调速属于变转差功率调速，适合风机、水泵类负载；对于恒转矩负载工作点少； 高转子力矩电机可以扩大调压调速的调速范围，但是特性软 转速闭环调速可以获得较高的调速性能，但是有 左右极限的限制 1）异步电机调速的分析思路； 2）等效电路，电流、功率、转差、转矩等 3）机械特性分析 4）闭环调速系统原理 系统特点 21 第一次课结束 22 23 内容回顾： 运动控制系统的发展 交流调速系统分类 异步电动机调压调速的工作原理 调压调速的机械特性 高转子力矩电动机 交流电机的闭环调速原理 晶闸管相控三相交流调压主电路结构 7.2.5 基于稳态模型的等效结构图 24 速度比较环节： 速度调节器：PI调节器 晶闸管交流调压器： 电动机输入与输出关系： 转速反馈环节: 7.2.5 基于稳态模型的等效结构图 25 二者之间的关系可根据电动机的输入、输出关系计算 7.3 调压调速的应用 26 7.3 调压调速的应用 软启动器 （7-1） （7-2） 令 s=1 起动电流 起动转矩 启动电流比较大 启动转矩变化不大 27 7.3 调压调速的应用 软启动器 小容量电机 供电网络和变压器的容量足够大，而供电线路并不太长，可以直接起动，操作也很简便 大容量电机 起动电流大，会使电网电压降落过大，影响其他用电设备的正常运行，使电动机起动不起来 28 7.3 调压调速的应用 29 1. 软起动器工作原理 对于降压启动，传统的方法有： 自耦变压器降压启动 星-三角启动 定子