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交流调速系统

内容提要
概述
交流调速系统的主要类型
交流变频调速系统
变压变频调速的基本方式
异步电动机电压-频率协调控制时的机械特性
基于异步电动机稳态模型的变压变频调速
矢量控制系统的基本思路
异步电动机的动态数学模型和坐标变换
基于动态数学模型、按转子磁链定向的矢量控制系统
概述
交流传动的发展历程
交流拖动控制系统的应用领域
一般性能的节能调速
------对调速范围和对动态快速性的要求都不高的应用场合。
高性能的交流调速系统和伺服系统
-----要求具有和直流调速系统媲美的高性能交流传动领域。
特大容量、极高转速的交流调速
-----特大容量的电力拖动设备和极高转速的传动领域。
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。
1、异步电动机调速系统
(1)按电动机的调速方法分类
①降电压调速
②转差离合器调速
③转子串电阻调速
④绕线转子电动机串级调速和双馈电动机调速
⑤变极对数调速
⑥变压变频调速
~
按照交流异步电机的原理,从定子传入转子的电磁功率:
Pmech
Pm
Ps
(2)按电动机的能量转换类型分类
Pm = Pmech + Ps
Pmech = (1 – s) Pm
Ps = sPm
Pm ---电磁功率;
Pmech---拖动负载的有效功率,即机械功率;
Ps ---传输给转子电路的转差功率
转差功率消耗型调速系统
能量转换: 全部转差功率都转换成热能消耗在转子回路中(①、②、③) 。
特点:系统效率最低,而且越到低速时效率越低;系统结构简单,设备成本最低。
转差功率馈送型调速系统
能量转换:除转子铜损外,系统中大部分转差功率在转子侧通过变流装置馈送(④) 。
特点:系统的效率较高,转速越低,能馈送的功率越多;但要增加一些设备。
转差功率不变型调速系统
能量转换:系统中的转差功率只有转子铜损,而且无论转速高低,转差功率基本不变。
特点:效率更高( ⑤⑥);但在定子电路中须配备与电动机容量相当的变压变频器,设备成本较高。
2、同步电动机调速系统
同步电机调速系统是转差功率不变型(恒等于 0 ),其转子极对数固定,因此其调速方法只能靠变压变频调速。
(1)他控变频调速
(2)自控变频调速
利用转子磁极位置的检测信号来控制变压变频装置换相,实现变频调速。
交流变频调速系统
1、变压变频调速的基本方式
(1)电机调速的基本原则
-----保持电机中每极磁通量m 为额定值不变
(2)交流异步电机调速的实现思路
Eg —气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值(V);
—定子频率(Hz);
—定子每相绕组串联匝数;
—基波绕组系数;
—每极气隙磁通量(Wb)。
定子每相电动势
只要控制好 Eg 和 f1 ,便可达到控制磁通m 的目的。
f1
Ns
kNs
m
基频以下调速
当频率 f1 从额定值 f1N 向下调节时,要保持m 不变,必须同时降低 Eg ,使
常值
恒定电动势频率比的控制方式
当电动势值较高时,可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降,而认为定子相电压 Us ≈ Eg,则
恒压频比的控制方式
低频时 Us 和 Eg 都较小,定子阻抗压降不能忽略。需要人为地把电压 Us 抬高以近似补偿定子压降。
O
Us
f 1
带压降补偿的恒压频比控制特性
UsN
f 1N
a —无补偿
b —带定子压降补偿