電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)詳細(xì)原理

電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)陜西航空技術(shù)學(xué)院電氣工程系電動(dòng)機(jī)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)需滿(mǎn)足的要求：1、調(diào)速：根據(jù)要求，以不同的轉(zhuǎn)速進(jìn)行工作；2、穩(wěn)速：轉(zhuǎn)速保持相對(duì)穩(wěn)定；3、加、減速過(guò)程快速或平穩(wěn)。電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)分類(lèi)1、直流調(diào)速系統(tǒng)2、交流調(diào)速系統(tǒng)一、直流調(diào)速系統(tǒng)

1、電樞回路串電阻調(diào)速：調(diào)速范圍小，靜差率大，平滑性差（有級(jí)調(diào)速），只能用于小功率電動(dòng)機(jī)和對(duì)調(diào)速性能要求不高的場(chǎng)合。2、弱磁調(diào)速：可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，屬于恒功率調(diào)速，調(diào)速范圍小；在高于額定轉(zhuǎn)速的調(diào)速時(shí)采用。3、調(diào)壓調(diào)速：可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，調(diào)速范圍大；在低于額定轉(zhuǎn)速的調(diào)速時(shí)采用。調(diào)壓調(diào)速的直流調(diào)速系統(tǒng)（1）發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)（G-M）調(diào)速系統(tǒng)（2）晶閘管相位控制直流調(diào)速系統(tǒng)：放大倍數(shù)大，快速性好，效率高，經(jīng)濟(jì)性好，體積小，控制方便，運(yùn)行噪聲小。（3）直流斬波調(diào)速系統(tǒng)：功率器件少，線路簡(jiǎn)單，調(diào)速范圍寬，快速響應(yīng)好，效率和功率因數(shù)高。晶閘管直流自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)有靜差和無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)（是否存在穩(wěn)態(tài)偏差）單閉環(huán)、雙閉環(huán)和多閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（負(fù)反饋環(huán)節(jié)數(shù)量）不可逆和可逆直流調(diào)速系統(tǒng)（是否正反轉(zhuǎn)運(yùn)行）二、交流調(diào)速系統(tǒng)1、異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速（變極調(diào)速、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速、變頻調(diào)速）2、同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速（變頻調(diào)速）交流調(diào)速系統(tǒng)與直流調(diào)速系統(tǒng)相比，具有容量大、轉(zhuǎn)速高、耐高壓、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、可靠等優(yōu)越性。三、調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)品質(zhì)

1、調(diào)速范圍：電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)所提供的最高轉(zhuǎn)速nmax與最低轉(zhuǎn)速nmin之比稱(chēng)為調(diào)速范圍，通常表示為。對(duì)于非弱磁的調(diào)速系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速就是額定轉(zhuǎn)速nn

。2、靜差率系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)負(fù)載從理想空載增加到額定負(fù)載時(shí)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落Δnn與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比叫靜差率。一般表示為

靜差率用來(lái)衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化時(shí)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性。3、兩者之間的關(guān)系：第二節(jié)直流調(diào)速系統(tǒng)一、晶閘管直流開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)晶閘管直流開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)Ld：平波電抗器，起濾波作用，以減少晶閘管整流電流的波動(dòng)，并使電動(dòng)機(jī)電樞回路電流波形連續(xù)。從而避免因電流斷續(xù)而造成的很軟且為非線性的電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性。Ug：給定電壓Uc：控制電壓Ud：輸出電壓晶閘管直流開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速原理：調(diào)節(jié)給定電壓Ug（即改變觸發(fā)電路的控制電壓Uc），就可以改變觸發(fā)延遲角α及晶閘管整流裝置的輸出電壓Ud，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速。晶閘管直流開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)增大給定電壓Ug，系統(tǒng)的升速過(guò)程如下：該系統(tǒng)由于沒(méi)有反饋環(huán)節(jié)，故不能自動(dòng)調(diào)速，而且速度的穩(wěn)定性差，調(diào)速范圍小，僅適用于調(diào)速性能要求較低的場(chǎng)合。二、轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)反饋信號(hào)Ufn：由測(cè)速發(fā)電機(jī)取自電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，Ufn=αn。輸入偏差信號(hào)：ΔUi=Ug-Ufn。轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)工作原理：由電位器RP給出一個(gè)給定電壓Ug，與由轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)節(jié)反饋回來(lái)的電壓-Ufn（兩者極性不同），兩者的偏差信號(hào)ΔUi=Ug-Ufn，經(jīng)放大后作為觸發(fā)電路的控制電壓Uc，使觸發(fā)電路產(chǎn)生觸發(fā)延遲角為α的觸發(fā)脈沖，觸發(fā)晶閘管，晶閘管整流器便輸出一定的直流電壓Ud，加在電動(dòng)機(jī)電樞上，在電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩T與負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL平衡（即T=TL）情況下，電動(dòng)機(jī)便以一定的轉(zhuǎn)速n1運(yùn)轉(zhuǎn)。若調(diào)節(jié)給定電壓Ug，則可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n1。轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)速過(guò)程：三、電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)反饋信號(hào)Ufn：取自電動(dòng)機(jī)電樞兩端的電壓，

Ufn=γUd（γ為電壓反饋系數(shù)）電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)P調(diào)節(jié)器：具有反向放大作用，其輸出電壓的極性與輸入電壓相反。輸入偏差電壓：ΔUi=-Ug+Ufn。輸出電壓：Uc=-KpΔUi=Kp（Ug-Ufn）。電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)該系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)速過(guò)程如下：電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)由于系統(tǒng)的被調(diào)量是達(dá)到了電樞兩端的電壓Ud，因此該系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)只能維持電樞電壓Ud不變，可以補(bǔ)償電樞回路中除電樞電阻Ra外的其它電阻上電壓變化而引起的轉(zhuǎn)速變化，而無(wú)法補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)電樞電阻Ra上電壓變化而引起的轉(zhuǎn)速變化。四、帶電壓負(fù)反饋和電流正反饋的調(diào)速系統(tǒng)為了補(bǔ)償電樞電阻壓降IdRa引起的轉(zhuǎn)速降，在電壓負(fù)反饋的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)電流正反饋環(huán)節(jié)，就組成了帶電流正反饋環(huán)節(jié)的電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)。帶電壓負(fù)反饋和電流正反饋的調(diào)速系統(tǒng)反饋信號(hào)Ufi：取自串聯(lián)在電樞回路中電阻Rc兩端的電壓，Ufi=βId（β為電流反饋系數(shù)），因其極性與給定電壓Ug的極性相同，故稱(chēng)為電流正反饋。輸入偏差電壓ΔUi=-Ug+Ufn-Ufi。帶電壓負(fù)反饋和電流正反饋的調(diào)速系統(tǒng)電流正反饋的工作原理如下：帶電壓負(fù)反饋和電流正反饋的調(diào)速系統(tǒng)電流正反饋的作用在于給系統(tǒng)的輸入偏差電壓ΔUi增加了一個(gè)與給定電壓同極性的Ufi分量，這個(gè)輸入增量使系統(tǒng)的輸出也產(chǎn)生了一個(gè)增量，可以有效地補(bǔ)償電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)因電樞電阻壓降IdRa引起的轉(zhuǎn)速降，從而減少了系統(tǒng)的靜差，擴(kuò)大了調(diào)速范圍。五、轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)ASR：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ACR：電流調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由給定電壓Ug來(lái)確定，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電壓為ΔUis=Ug-Ufn，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出電壓Us作為電流調(diào)節(jié)器ACR的給定信號(hào)（ASR輸出電壓的限幅值Usm決定了ACR給定信號(hào)的最大值）。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電流調(diào)節(jié)器ACR的輸入偏差電壓ΔUic=-Us+Ufi，電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出電壓Uc作為觸發(fā)電路的控制電壓（ACR輸出電壓的限幅值Uim決定了晶閘管整流電壓的最大值Udm）；Uc控制著觸發(fā)延遲角，使電動(dòng)機(jī)在期望轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)負(fù)載增大時(shí)，自動(dòng)調(diào)速過(guò)程如下：六、可逆直流調(diào)速系統(tǒng)1、電樞可逆調(diào)速系統(tǒng)：保持電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁方向不變而改變電樞電流Id的方向，即改變電樞電壓Ud的極性。2、磁場(chǎng)可逆調(diào)速系統(tǒng)：保持電樞電壓極性不變而改變電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁磁通Φ的方向，即改變勵(lì)磁電流的方向。七、直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)：通常是指由門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（GTO）、雙極型功率晶體管（BJT）、功率場(chǎng)效應(yīng)管（PowerMOSFET）、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）等電力電子器件構(gòu)成脈寬調(diào)制放大器對(duì)直流電動(dòng)機(jī)電樞供電的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)。第三節(jié)交流調(diào)速系統(tǒng)所謂交流調(diào)速系統(tǒng)，就是以交流電動(dòng)機(jī)作為電能-機(jī)械能的轉(zhuǎn)換裝置，并通過(guò)對(duì)電能（電壓、電流、頻率）的控制以產(chǎn)生所需轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)。一、變頻調(diào)速的基本原理與基本控制方式1、變頻調(diào)速的基本原理：根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式n=（1-s）60f1/p=(1-s)n1可知，改變異步電動(dòng)機(jī)的供電頻率f1，可以改變異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n1，從而改變其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n，這就是變頻調(diào)速的基本原理。2、變頻調(diào)速的基本控制方式

1）額定頻率以下的恒磁通變頻調(diào)速

2）額定頻率以上的弱磁調(diào)速二、變頻器的分類(lèi)與特點(diǎn)從變頻調(diào)速的控制方式可知，實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速需要一個(gè)具有電壓、頻率均可調(diào)節(jié)的變頻裝置，其功能是將電網(wǎng)的恒壓恒頻交流電變換為變壓變頻（VVVF）交流電，對(duì)交流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，這種裝置就稱(chēng)為VVVF裝置。1、交-交變頻器：直接將電網(wǎng)交流電變?yōu)榭烧{(diào)頻調(diào)壓的交流電輸出，沒(méi)有明顯的中間濾波環(huán)節(jié)，故又稱(chēng)為直接變頻器。2、交-直-交變頻器：先將電網(wǎng)交流電經(jīng)整流器轉(zhuǎn)換為直流電，經(jīng)中間濾波環(huán)節(jié)后，再經(jīng)逆變器變換為調(diào)頻調(diào)壓的交流電，故稱(chēng)為間接變頻器。交-交變頻器與交-直-交變頻器的主要特點(diǎn)：電流型和電壓型交-直-交變頻器的主要特點(diǎn)：交-直-交變頻器根據(jù)其中間濾波環(huán)節(jié)是電容性或是電感性，可分為電壓型變頻器和電流型變頻器兩種。三、脈寬調(diào)制（PWM）型變頻器所謂PWM技術(shù)，就是利用半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，把直流電壓變成電壓脈沖序列，控制電壓脈沖的寬度或(和)周期，以實(shí)現(xiàn)變壓、變頻以及控制和消除諧波為目的的一門(mén)技術(shù)。轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)控制的PWM型變頻調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)由主電路和控制電路組成，主電路是一個(gè)典型PWM型交-直-交變頻器主電路。轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)控制的PWM型變頻調(diào)速系統(tǒng)控制電路主要由PWM控制信號(hào)形成電路、GTR的基極驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路等組成。PWM控制信號(hào)形成電路：由專(zhuān)用于產(chǎn)生三相SPWM控制信號(hào)的大規(guī)模集成電路芯片（HEF4752）、轉(zhuǎn)速給定電位器、給定積分器、一個(gè)壓控振蕩器和三個(gè)多諧振蕩器組成。HEF4752FCT端：控制輸出頻率；VCT端：控制輸出交流電壓大?。籖CT端：控制最高開(kāi)關(guān)頻率；OCT端：控制開(kāi)關(guān)器件切換的推遲時(shí)間；CW端：控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向；L端：控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)控制的PWM型變頻調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，由轉(zhuǎn)速給定電位器給出的直流電壓作為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速指令，經(jīng)給定積分器的積分變成一定斜率的斜坡電壓，加到壓控振蕩器的電壓控制端，使其產(chǎn)生頻率由低逐步升高的一系列脈沖信號(hào)，以使電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流頻率和啟動(dòng)電壓由