電動(dòng)機(jī)與電氣傳動(dòng)2

1、144 交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 1441 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) (掌握掌握) 1. 基本概念基本概念調(diào)速：調(diào)速： 通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)或外加電壓等方法來(lái)改變電機(jī)的機(jī)械特性，使電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)：開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)： 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速只能跟隨轉(zhuǎn)速指令變化而不能自動(dòng)糾正與給定轉(zhuǎn)速的偏差的調(diào)速系統(tǒng)稱(chēng)為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 閉環(huán)控制系統(tǒng)：閉環(huán)控制系統(tǒng)：能自動(dòng)糾正電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速的偏差同時(shí)不受負(fù)載及電網(wǎng)電壓波動(dòng)等外界擾動(dòng)的影響，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速始終與給定轉(zhuǎn)速持一致的調(diào)速系統(tǒng)稱(chēng)為閉環(huán)控制系統(tǒng)。 1441 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 無(wú)級(jí)調(diào)速：無(wú)

2、級(jí)調(diào)速： 又稱(chēng)連續(xù)調(diào)速指電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以平滑地調(diào)節(jié)。其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速變化均勻適應(yīng)性強(qiáng)，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速，因而在工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。有級(jí)調(diào)速有級(jí)調(diào)速： 又稱(chēng)間斷調(diào)速或分級(jí)調(diào)速，它的轉(zhuǎn)速只有有限的幾級(jí)，調(diào)速范圍有限且不容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速。 向上調(diào)速：向上調(diào)速：從基速提高轉(zhuǎn)速的調(diào)速稱(chēng)為向上調(diào)速。例如直流電動(dòng)機(jī)改變磁通進(jìn)行調(diào)速，其調(diào)速極限受電動(dòng)機(jī)的換向條件和機(jī)械強(qiáng)度的限制。向下調(diào)速：向下調(diào)速： 從基速降低轉(zhuǎn)速的調(diào)速稱(chēng)為向下調(diào)速。例如，直流電動(dòng)機(jī)改變電樞電壓進(jìn)行調(diào)速，調(diào)速的極限轉(zhuǎn)速即最低轉(zhuǎn)速受轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性的限制。 144 交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速：恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速： 對(duì)于某些工作機(jī)械其負(fù)載

3、性質(zhì)屬于恒轉(zhuǎn)矩類(lèi)型即在不同的穩(wěn)定速度下要求電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩不變。如果所用的調(diào)速方法能使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電動(dòng)機(jī)的電樞電流之比為一常數(shù)則在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下電動(dòng)機(jī)無(wú)論在高速或低速下運(yùn)行其發(fā)熱情況始終是一樣的這將能充分利用電動(dòng)機(jī)。這種調(diào)速辦法稱(chēng)為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。例如保持電動(dòng)機(jī)磁通不變改變電動(dòng)機(jī)電樞電壓或電樞回路電阻來(lái)調(diào)速的方法就屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 1441 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 144 交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)144 41 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 恒功率調(diào)速：恒功率調(diào)速： 對(duì)于機(jī)床類(lèi)負(fù)載：當(dāng)切削量大時(shí)（即T大）要求切削速度（即n）低；當(dāng)切削量小時(shí)（即T?。┮笄邢魉俣?/p>

4、（即n）高；但每種工況下T n的乘積近似不變，這類(lèi)負(fù)載屬于恒功率負(fù)載。為了配合這類(lèi)負(fù)載，可以采用減弱磁通的方法調(diào)速。根據(jù)公式 enaCRIU當(dāng)磁通減小時(shí)，轉(zhuǎn)速n將升高，而轉(zhuǎn)矩T將減小。這種保持電動(dòng)機(jī)電樞電壓不變、減弱電動(dòng)機(jī)磁通的調(diào)速方式與上述恒功率負(fù)載的要求相一致，稱(chēng)為恒功率調(diào)速。aICTT144 交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)1441 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 對(duì)于恒功率負(fù)載，應(yīng)盡量采用恒功率調(diào)速方式；對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載應(yīng)盡量采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。只有這樣電動(dòng)機(jī)才能得到充分利用。圖14411 調(diào)壓與調(diào)磁時(shí)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性 調(diào)壓恒轉(zhuǎn)矩 調(diào)磁恒功率144 交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技

5、術(shù)交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)1441 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 2.直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案1) 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式為直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式為 式中式中n0理想空載轉(zhuǎn)速，理想空載轉(zhuǎn)速，n0= UC e; ; U加在電樞回路上的電壓；加在電樞回路上的電壓； Ce電動(dòng)勢(shì)常數(shù)；電動(dòng)勢(shì)常數(shù)； 電動(dòng)機(jī)磁通；電動(dòng)機(jī)磁通； CT T轉(zhuǎn)矩常數(shù)；轉(zhuǎn)矩常數(shù)； R 0電動(dòng)機(jī)電樞回路的電阻；電動(dòng)機(jī)電樞回路的電阻； T電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。 R 電動(dòng)機(jī)電樞回路的外串電阻；電動(dòng)機(jī)電樞回路的外串電阻；可見(jiàn)，改變可見(jiàn)，改變R、U及及中的任何一個(gè)參數(shù)

6、，都可以改變電動(dòng)機(jī)中的任何一個(gè)參數(shù)，都可以改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，從而對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速。的機(jī)械特性，從而對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速。TCCRRnTCCRRCUnTeTee20020144 交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)1441 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 2.直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案2) 改變電樞回路電阻調(diào)速改變電樞回路電阻調(diào)速 當(dāng)電樞回路串聯(lián)附加電阻當(dāng)電樞回路串聯(lián)附加電阻R時(shí)，時(shí)，其特性方程式變?yōu)槠涮匦苑匠淌阶優(yōu)門(mén)CCRRnnTe200式中式中BRARCCTRCCTnnTeLTeL2020020RCCTnATeL2TeLCCTB144 交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交、直

7、流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)1441 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 2.直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案2) 改變電樞回路電阻調(diào)速改變電樞回路電阻調(diào)速 當(dāng)電樞回路串聯(lián)附加電阻當(dāng)電樞回路串聯(lián)附加電阻R時(shí)，其特性曲線(xiàn)如下時(shí)，其特性曲線(xiàn)如下 串聯(lián)電阻調(diào)速的機(jī)械特性、 調(diào)速特性 144 交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)1441 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)技術(shù) 2.直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案2) 改變電樞回路電阻調(diào)速改變電樞回路電阻調(diào)速 當(dāng)電樞回路串、并聯(lián)附當(dāng)電樞回路串、并聯(lián)附加電阻時(shí)，其電路圖與機(jī)加電阻時(shí)，其電路圖與機(jī)械特性圖如右械特性圖如右式中 K系數(shù)， K=RB

8、（RBR）；RB并聯(lián)的電阻； R串聯(lián)的電阻。 144 交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)1441 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 2.直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案3）改變電樞電壓調(diào)速）改變電樞電壓調(diào)速當(dāng)改變電樞電壓時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速當(dāng)改變電樞電壓時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速n0也將改變，但機(jī)也將改變，但機(jī)械特性的斜率不變，這時(shí)機(jī)械特性如下械特性的斜率不變，這時(shí)機(jī)械特性如下式中 U改變后的電樞電壓； n0改變電壓后的理想空載轉(zhuǎn)速； Km特性曲線(xiàn)的斜率。TKnTCCRCUnmTee020144 交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)1441 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)

9、 2.直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案比較直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案比較表2341(1411) 直流電動(dòng)機(jī)改變電壓調(diào)速的方法變壓方法變壓方法原理電路原理電路裝置組成裝置組成性能及適用場(chǎng)合性能及適用場(chǎng)合電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組（旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組）原動(dòng)機(jī)可用同步電動(dòng)機(jī)、繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)（包括帶飛輪和轉(zhuǎn)差調(diào)節(jié)的機(jī)組）、籠型異步電動(dòng)機(jī)、柴油機(jī)等。勵(lì)磁方式有勵(lì)磁機(jī)、電機(jī)擴(kuò)大機(jī)、磁放大器和晶閘管勵(lì)磁裝置等?？刂品绞接欣^電器一接觸器、磁放大器和半導(dǎo)體控制裝置等輸出電流無(wú)脈動(dòng)，帶飛輪的機(jī)組對(duì)沖擊負(fù)載有緩沖作用，采用同步電動(dòng)機(jī)的機(jī)組能提供無(wú)功功率，改善功率因數(shù)。因有旋轉(zhuǎn)機(jī)組，效率較低，噪聲、振動(dòng)大。控制功率大，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)一般動(dòng)態(tài)指標(biāo)較差，

10、用晶閘管勵(lì)磁可提高動(dòng)態(tài)指標(biāo)。此種方法已很少采用晶閘管變流器包括變流變壓器、晶閘管變流裝置、平波電抗器和半導(dǎo)體控制裝置等效率高，噪聲、振動(dòng)小，控制功率小，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)指標(biāo)好。但輸出電流有脈動(dòng)，深控時(shí)功率因數(shù)低，對(duì)電網(wǎng)的沖擊和高次諧波影響大144 交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)1441 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 2.直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案比較直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案比較表2341 直流電動(dòng)機(jī)改變電壓調(diào)速的方法變壓方法變壓方法原理電路原理電路裝置組成裝置組成性能及適用場(chǎng)合性能及適用場(chǎng)合直流斬波器包括晶閘管（或其他電力電子器件）、換相電感電容、輸入濾波電感電容及半導(dǎo)體控制裝置等

11、柴油交流發(fā)電機(jī)一硅整流器柴油交流發(fā)電機(jī)、硅整流裝置及相應(yīng)的控制裝置等改變交流發(fā)電機(jī)電壓，經(jīng)硅整流裝置整流得到可變直流電壓，用于電動(dòng)輪車(chē)等獨(dú)立電源場(chǎng)合適用于由公共直流電源或蓄電池及恒定電壓直流電源供電的場(chǎng)合，如電機(jī)車(chē)、蓄電池車(chē)等電動(dòng)車(chē)輛144 交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)1441 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 2.直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案比較直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案比較表1411 直流電動(dòng)機(jī)改變電壓調(diào)速的方法變壓方法變壓方法原理電路原理電路裝置組成裝置組成性能及適用場(chǎng)合性能及適用場(chǎng)合交流調(diào)壓器、硅整流器 調(diào)壓變壓器、硅整流裝置等 升壓機(jī)組 與公共直流電源串聯(lián)的直流發(fā)電機(jī)或晶閘管變

12、流裝置及相應(yīng)的控制裝置 適用于公共直流電源供電場(chǎng)合，設(shè)備較經(jīng)濟(jì)，但調(diào)速范圍不大 效率高，噪聲、振動(dòng)小，輸出電流脈動(dòng)較小，比晶閘管供電功率因數(shù)有改善，但實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速較困難。適用于不經(jīng)常調(diào)速的小功率（15kw）手動(dòng)開(kāi)環(huán)控制場(chǎng)合 144 交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)1441 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 2.直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案4）改變磁通調(diào)速）改變磁通調(diào)速在電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁回路中，改變其串聯(lián)電阻在電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁回路中，改變其串聯(lián)電阻Rf的大小或采的大小或采用專(zhuān)門(mén)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器來(lái)控制勵(lì)磁電壓，都可以改變勵(lì)用專(zhuān)門(mén)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器來(lái)控制勵(lì)磁電壓，都可以改變勵(lì)磁電流和磁通。磁電

13、流和磁通。ICRCUTCCRCUneeNTeeN2144 交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)1441 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 2.直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案4）改變磁通調(diào)速）改變磁通調(diào)速機(jī)械特性曲線(xiàn)和速度曲線(xiàn)如圖機(jī)械特性曲線(xiàn)和速度曲線(xiàn)如圖以上三種調(diào)速方式的性能比較見(jiàn)表23-42表23-42144 交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)1441 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 3.常見(jiàn)的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)常見(jiàn)的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（1）斬波器調(diào)速系統(tǒng)）斬波器調(diào)速系統(tǒng)T斬波周期， TtONt OFF ； 工作率， = tONT 。a. 恒頻系統(tǒng)。T保

14、持不變（即頻率不變），只改變tON，即脈寬調(diào)制（PWM）方式。b. 變頻系統(tǒng)。改變T（即改變頻率），但同時(shí)保持tON不變或者保持tOFF不變，即頻率調(diào)制（FM）方式。斬波器是一種電力電子開(kāi)斬波器是一種電力電子開(kāi)關(guān)，它能從恒定的直流電關(guān)，它能從恒定的直流電源產(chǎn)生出經(jīng)過(guò)斬波的可變?cè)串a(chǎn)生出經(jīng)過(guò)斬波的可變直流電壓，從而達(dá)到調(diào)速直流電壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的。圖示為一個(gè)簡(jiǎn)單的目的。圖示為一個(gè)簡(jiǎn)單的斬波器調(diào)速系統(tǒng)和斬波的斬波器調(diào)速系統(tǒng)和斬波后的電壓波形。后的電壓波形。1441 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 3.常見(jiàn)的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)常見(jiàn)的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（1）斬波器調(diào)速系統(tǒng)）斬波器調(diào)速系統(tǒng)圖14

15、49 多象限運(yùn)行的斬波器調(diào)速系統(tǒng) a）二象限運(yùn)行 b）四象限運(yùn)行 c）采用IGBT的四象限運(yùn)行系統(tǒng)1441 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 3.常見(jiàn)的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)常見(jiàn)的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（1）斬波器調(diào)速系統(tǒng)）斬波器調(diào)速系統(tǒng)圖1449 c）采用IGBT的四象限運(yùn)行系統(tǒng)c)1441 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 3.常見(jiàn)的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)常見(jiàn)的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（2）晶閘管變流器調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) 晶閘管變流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)，已廣泛地用于要求控制性能好的調(diào)速系統(tǒng)中。它和使用電動(dòng)機(jī)一發(fā)電機(jī)組供電的系統(tǒng)相比，控制性能好，效率高，而且是靜止裝置，因而調(diào)試和維修方便。下圖是一個(gè)典型的晶

16、閘管變流器控制的直流電動(dòng)機(jī)不可逆調(diào)速系統(tǒng)。 1441 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 3.常見(jiàn)的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)常見(jiàn)的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（3）調(diào)壓調(diào)磁控制系統(tǒng)）調(diào)壓調(diào)磁控制系統(tǒng) 在很多應(yīng)用場(chǎng)合，為了進(jìn)一步擴(kuò)大調(diào)速范圍，除采用調(diào)壓調(diào)速外，同時(shí)還采用弱磁調(diào)速。為此，需要將調(diào)壓與調(diào)磁兩者結(jié)合起來(lái)，并能在兩種調(diào)速方式的分界線(xiàn)上（基速）實(shí)行自動(dòng)切換。圖為同時(shí)采用兩種調(diào)速方法時(shí)在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)的電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性。 1441 直流電直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 3.常見(jiàn)的直流電動(dòng)常見(jiàn)的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（3）調(diào)壓調(diào)磁控制系統(tǒng)）調(diào)壓調(diào)磁控制系統(tǒng)圖為調(diào)壓調(diào)磁非獨(dú)立控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖a）用比較器的

17、系統(tǒng) b）用電動(dòng)勢(shì)調(diào)節(jié)器的系統(tǒng) 1441 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 3.常見(jiàn)的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)常見(jiàn)的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)正向回饋制動(dòng)（正轉(zhuǎn)、逆變）反向回饋制動(dòng)（反轉(zhuǎn)、逆變）正向電動(dòng)（正轉(zhuǎn)、整流）III反向電動(dòng)（反轉(zhuǎn)、整流）（4）晶閘管可逆調(diào)速系統(tǒng)）晶閘管可逆調(diào)速系統(tǒng)很多生產(chǎn)機(jī)械要求其傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)能在兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，并能產(chǎn)生兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)矩。因此，要求電動(dòng)機(jī)的電樞電壓（或勵(lì)磁電流）、電樞電流必須能在兩個(gè)方向工作。但晶閘管只能單方向流過(guò)電流，因此，要滿(mǎn)足上述要求，就要正反向各設(shè)一套整流器組成雙變流器聯(lián)結(jié)，或通過(guò)開(kāi)關(guān)切換電動(dòng)機(jī)與整流器的連接來(lái)實(shí)現(xiàn)。這時(shí)電動(dòng)機(jī)就能在四個(gè)象限內(nèi)工作，如圖所示。14

18、41 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 3.常見(jiàn)的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)常見(jiàn)的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（4）晶閘管可逆調(diào)速系統(tǒng)）晶閘管可逆調(diào)速系統(tǒng)1）電樞用一套晶閘管整流裝置供電，用有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)切換的可逆系統(tǒng) （4）晶閘）晶閘管可逆調(diào)速管可逆調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)2）電樞用一套晶閘管整流器供電的磁場(chǎng)反向可逆系統(tǒng) （4）晶閘）晶閘管可逆調(diào)速管可逆調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)3）電樞用兩套晶閘管整流裝置供電的可逆系統(tǒng) 反并聯(lián)可逆線(xiàn)路 （4）晶閘）晶閘管可逆調(diào)速管可逆調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)3）電樞用兩套晶閘管整流裝置供電的可逆系統(tǒng) 交叉聯(lián)結(jié)可逆線(xiàn)路 （4）晶閘）晶閘管可逆調(diào)速管可逆調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)3）電樞用兩套晶閘管整流裝置供電的可逆系統(tǒng) 直接反

19、并聯(lián)可逆線(xiàn)路 表23-43(1413) 直流電動(dòng)機(jī)可逆方式的比較比較項(xiàng)目電樞用一套變流裝置開(kāi)關(guān)切換電樞用一套變流裝置磁場(chǎng)反向電樞用兩套變流裝置電樞反向 設(shè)備1電樞變流裝置一套2電樞回路切換開(kāi)關(guān)3切換邏輯1電樞變流裝置一套2勵(lì)磁變流裝置兩套3切換邏輯1電樞變流裝置兩套2無(wú)環(huán)流切換輯或環(huán)流電抗器 性能有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)快速性差，正反轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)切換死時(shí)為0.20.5s，減速時(shí)開(kāi)關(guān)要切換兩次 采用晶閘管開(kāi)關(guān)可將切換死時(shí)減少到0.1s快速性差，正反轉(zhuǎn)磁通反向時(shí)間為幾百毫秒到1s，減速時(shí)磁通要切換兩次快速性好，切換死時(shí)零到幾十毫秒 可靠性主回路不產(chǎn)生環(huán)流，有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，維護(hù)工作量大，壽命低主回路不產(chǎn)生環(huán)流，無(wú)觸點(diǎn)切換，

20、要求有可靠的可逆勵(lì)磁回路要求觸發(fā)器、邏輯切換可靠及抗干擾能力強(qiáng) 投資系統(tǒng)簡(jiǎn)單，投資少系統(tǒng)復(fù)雜，但投資較少系統(tǒng)較簡(jiǎn)單，但投資大 適用場(chǎng)合 正反轉(zhuǎn)調(diào)速不頻繁，受開(kāi)關(guān)容量限制，一般在幾十千瓦以下，如起重機(jī)等正反轉(zhuǎn)調(diào)速不頻繁，對(duì)調(diào)速精度要求不高，容量為幾十到幾千千瓦，如卷?yè)P(yáng)機(jī)等正反轉(zhuǎn)調(diào)速頻繁，容量從幾到幾千千瓦，如軋機(jī)主、輔傳動(dòng)，可逆運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)床等1742 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為因此，交流電動(dòng)機(jī)有以下三種基本調(diào)速方式： 改變極對(duì)數(shù)p； 改變轉(zhuǎn)差率s； 改變供電電源頻率f. 1742 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技

21、術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （1）變極調(diào)速）變極調(diào)速 變換繞組極對(duì)數(shù)的方法有：變換繞組極對(duì)數(shù)的方法有：將一套繞組中部分線(xiàn)圈按一定規(guī)律改接，以改變將一套繞組中部分線(xiàn)圈按一定規(guī)律改接，以改變其電流方向或相號(hào)來(lái)改變極對(duì)數(shù)，常用于倍極比雙其電流方向或相號(hào)來(lái)改變極對(duì)數(shù)，常用于倍極比雙速或三速異步電動(dòng)機(jī)。速或三速異步電動(dòng)機(jī)。在定子上設(shè)置兩套不同極對(duì)數(shù)的獨(dú)立繞組。在定子上設(shè)置兩套不同極對(duì)數(shù)的獨(dú)立繞組。在定子上設(shè)置不同極對(duì)數(shù)的獨(dú)立繞組，且每個(gè)獨(dú)在定子上設(shè)置不同極對(duì)數(shù)的獨(dú)立繞組，且每個(gè)獨(dú)立繞組又有不同的接線(xiàn)組合，適用于三速以上的多立繞組又有不同的接線(xiàn)組合，適用于三速以上的多速電動(dòng)機(jī)。速電動(dòng)機(jī)。

22、1742 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （1）變極調(diào)速）變極調(diào)速 表1744 單繞組倍極比雙速電動(dòng)機(jī)工作特性序號(hào)極數(shù)（2p）聯(lián)結(jié)方法極數(shù)（2X2p）聯(lián)結(jié)方法轉(zhuǎn)矩比TTI功率比PPI特性l2丫丫l0.5恒轉(zhuǎn)矩22丫2丫21恒功率32丫1.7320.866可變轉(zhuǎn)矩42丫2.31.15可變轉(zhuǎn)矩52丫0.5770.288可變轉(zhuǎn)矩1742 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （2）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 圖17424繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻時(shí)的機(jī)械特性 1742 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)

23、 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （2）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 圖17425 轉(zhuǎn)子電阻斬波調(diào)速的基本電路1742 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （3）串級(jí)調(diào)速）串級(jí)調(diào)速 圖 17427機(jī)械回饋式 圖17428電回饋式 1742 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （3）串級(jí)調(diào)速）串級(jí)調(diào)速 圖17429低同步串級(jí)調(diào)速 圖 17430超同步串級(jí)調(diào)速 1742 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （4）調(diào)壓調(diào)速）調(diào)壓調(diào)速圖17432 圖17431

24、調(diào)壓調(diào)速原理圖 不同U1時(shí)的機(jī)械特性 1742 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （4）調(diào)壓調(diào)速）調(diào)壓調(diào)速圖17433具有轉(zhuǎn)速閉環(huán)的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) a）原理圖 b）閉環(huán)控制特性 1742 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （4）調(diào)壓調(diào)速）調(diào)壓調(diào)速圖17434不同負(fù)載特性時(shí)的轉(zhuǎn)差功率損耗曲線(xiàn) 由圖可見(jiàn)，當(dāng) = 2時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差功率損耗系數(shù)最小，所以調(diào)壓調(diào)速用于風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)負(fù)載是合適的。對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載（其 = 0），則不宜長(zhǎng)時(shí)間在低速下工作。1742 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方

25、案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （5）電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)）電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)由異步電動(dòng)機(jī)、電磁轉(zhuǎn)差離合器和晶閘管勵(lì)磁電源及其控制部分組成。 圖17435電磁轉(zhuǎn)差調(diào)速電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的組成 1742 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （5）電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)）電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī) 圖17436電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)和閉環(huán)調(diào)速機(jī)械特性 a）開(kāi)環(huán) b）閉環(huán) 1742 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （6）變頻調(diào)速）變頻調(diào)速 它是利用電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速隨外加電源頻率而變化的特性，通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)供電頻率進(jìn)行調(diào)速的方法。

26、 1）直接變頻方式與間接變頻方式 圖17437 靜止變頻電源 a） 間接變頻方式（交-直-交） b）直接變頻方式（交-交） 1742 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （6）變頻調(diào)速）變頻調(diào)速 1）直接變頻方式與間接變頻方式 表1747 交一交變頻與交一直一交變頻的主要特點(diǎn) 比較項(xiàng)目交一交變頻交一直一交變頻換能型式一次換能，效率較高兩次換能，效率略低換流方式電源電壓換流強(qiáng)迫換流或負(fù)載換流裝置器件數(shù)量器件較多，器件利用率較低器件較少，器件利用率較高調(diào)頻范圍最高頻率為電源頻率的 13l2頻率調(diào)節(jié)范圍寬，不受電源頻率限制電網(wǎng)功率因數(shù)較低移相調(diào)壓、低頻低壓

27、時(shí)功率因數(shù)低，用斬波或PWM調(diào)壓，則功率因數(shù)高1742 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （6）變頻調(diào)速）變頻調(diào)速 2）電壓型變頻調(diào)速與電流型變頻調(diào)速在交-直-交變頻器中，根據(jù)直流側(cè)儲(chǔ)能元件的特點(diǎn)劃分。 圖17438電壓型變頻調(diào)速（C為主） 圖17440電流型變頻調(diào)速 （L為主）1742 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （6）變頻調(diào)速）變頻調(diào)速 2）電壓型變頻調(diào)速與電流型變頻調(diào)速表1956 電流型變頻調(diào)速與電壓型變頻調(diào)速的主要特點(diǎn) 比較項(xiàng)目電流型電壓型直流回路濾波環(huán)節(jié)電抗器電容器輸出電壓波形決定于負(fù)載

28、，當(dāng)負(fù)載為異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，為近似正弦波矩形輸出電流波形矩形決定于逆變器電壓與電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)，具有較大的諧波分量輸出動(dòng)態(tài)阻抗大小再生制動(dòng)（發(fā)電制動(dòng)）方便，不需附加設(shè)備需要附加電源側(cè)反并聯(lián)逆變器過(guò)電流及短路保護(hù)容易困難動(dòng)態(tài)特性快較慢，用PWM則快對(duì)晶閘管要求耐壓高，對(duì)關(guān)斷時(shí)間無(wú)嚴(yán)格要求一般耐壓可較低，關(guān)斷時(shí)間要求短線(xiàn)路結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單較復(fù)雜適用范圍單機(jī)，多機(jī)多機(jī)，變頻或穩(wěn)頻電源1742 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （6）變頻調(diào)速）變頻調(diào)速 3）脈沖寬度調(diào)制（PWM ）變頻調(diào)速 在變頻調(diào)速中，常采用PWM（Pulse Width Modulation）方法

29、來(lái)改善波形，該方法需要用開(kāi)關(guān)頻率較高的大功率器件 。 圖17439 PWM變頻調(diào)速a）PWM變頻器線(xiàn)路 b） PWM波形 1742 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （7）無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)調(diào)速）無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)調(diào)速它是用與電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)頻率同步的交流電源來(lái)驅(qū)動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)，改變交流電源的頻率和電壓實(shí)現(xiàn)調(diào)速的一種方法。 圖174 42 無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu) MS一同步電動(dòng)機(jī) PS一位置檢測(cè)器 1742 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 2. 變頻調(diào)速的控制方式變頻調(diào)速的控制方式（l）基本控制方式（V/f協(xié)調(diào)控制） 1）當(dāng)ff1N時(shí)保持U1 =U1N 不

30、變這就是恒壓壓/頻頻比的控制方式，是變頻調(diào)速必須遵循的控制原則，簡(jiǎn)稱(chēng)為VVVF（Variable Voltage Variable Frequency）。圖174 43 恒壓頻比控制特性 圖17444 變頻調(diào)速控制特性 fEfwkEw1144. 4Im0I01742 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 2. 變頻調(diào)速的控制方式變頻調(diào)速的控制方式（2）異步電動(dòng)機(jī)在電壓、頻率協(xié)調(diào)控制下的機(jī)械特性 圖174 46 Uf恒定控制時(shí)轉(zhuǎn)矩、 圖 17447 Ef恒定控制時(shí)轉(zhuǎn)矩、 定子電流一轉(zhuǎn)速特性 電流轉(zhuǎn)速特性 1742 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 2. 變頻調(diào)速的控制方式變頻調(diào)速的控制方式（

31、2）異步電動(dòng)機(jī)在電壓、頻率協(xié)調(diào)控制下的機(jī)械特性 Uf、Ef恒定控制機(jī)械特性基本上是平行下移的，穩(wěn)態(tài)性能尚可，能滿(mǎn)足一般要求。但因都沒(méi)考慮動(dòng)態(tài)過(guò)程中m的變化，動(dòng)態(tài)性能較差。Ef恒定控制是保證全磁通恒定的控制，其動(dòng)態(tài)、靜態(tài)性能可與直流傳動(dòng)的一樣，但線(xiàn)路較復(fù)雜。圖174 Ef恒定控制時(shí)的 圖 17448 三種不同的電壓頻率協(xié)調(diào) 機(jī)械特性控制時(shí)的機(jī)械特性 I恒Uf 恒Ef 恒E/f 控制 n T01742 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 2. 變頻調(diào)速的控制方式變頻調(diào)速的控制方式（3）轉(zhuǎn)差頻率控制 圖 17449 保持m恒定時(shí)I1=f（fr）的 函數(shù)曲線(xiàn) 以上所述的控制方式簡(jiǎn)單，能滿(mǎn)足一般調(diào)速要

32、求，但動(dòng)、靜態(tài)性能較差。要提高動(dòng)、靜態(tài)性能，無(wú)疑要用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。轉(zhuǎn)差頻率控制加入了速度閉環(huán)，較之恒壓頻比控制的動(dòng)、靜態(tài)性能要好。 1742 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 2. 變頻調(diào)速的控制方式變頻調(diào)速的控制方式（4）脈沖寬度調(diào)制（）脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制技術(shù)）控制技術(shù)在變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中，通常采用脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)來(lái)改善變頻器的輸出波形，減少高次諧波。1） 單極性與雙極性PWM模式圖17451 雙極性PWM模式 圖17450 單極性PWM模式1742 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 2. 變頻調(diào)速的控制方式變頻調(diào)速的控制方式（4）脈沖寬度調(diào)制（）脈沖寬度調(diào)制（PWM）

33、控制技術(shù)）控制技術(shù)在變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中，通常采用脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)來(lái)改善變頻器的輸出波形，減少高次諧波。2） 同步式、異步式和分段同步式 1742 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù) 2. 變頻調(diào)速的控制方式變頻調(diào)速的控制方式（5）矢量控制與坐標(biāo)變換）矢量控制與坐標(biāo)變換前兩節(jié)論述的變頻調(diào)速控制方法，基本上解決了異步電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速問(wèn)題，轉(zhuǎn)差頻率控制已起到了直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的作用。但是上述方法的主要問(wèn)題是電壓、電流和頻率等控制量都是標(biāo)量，即只能按電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行控制，不能同時(shí)控制其大小和相對(duì)位置，轉(zhuǎn)矩控制性能較差。要改善轉(zhuǎn)矩控制性能，使系統(tǒng)完全達(dá)到直流傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)指標(biāo)，必須對(duì)定子電壓或電流實(shí)施矢量控制，既控制大小，又控制方向。由于交流電動(dòng)機(jī)的所有矢量（電壓、電流和磁通等）都在空間以同步速度旋轉(zhuǎn)，它們?cè)诙ㄗ永@組上的物理量都是交流量。因此，控制、計(jì)算十分不便，所以必須設(shè)法變成直流量。矢量控制的關(guān)鍵在