《电机驱动与调速》第36讲（调速概论）.ppt

学学会会学学习习学学到到技技能能第第 3636 讲讲项目项目6 6 三相交流电动机的调速三相交流电动机的调速任务任务14 14 电机调速概论电机调速概论 教学目标教学目标 1 1、熟悉、熟悉交、直流调速方法交、直流调速方法 2 2、掌握掌握调速系统的指标调速系统的指标 教学重点教学重点 交、直流调速方法交、直流调速方法教学难点教学难点 调速系统的指标调速系统的指标 教学方法教学方法 探究式、演示、情境交融、启发互动式教学法探究式、演示、情境交融、启发互动式教学法教学手段教学手段 多媒体教学、动画演示教学多媒体教学、动画演示教学作业布置作业布置 作业题作业题6 6-1-12教学过程：教学过程：项目项目6 6 三相交流电动机的调速三相交流电动机的调速任务任务14 14 电机调速概论电机调速概论 1 1、调速系统的要求、调速系统的要求 （1 1）调速）调速 在一定的范围之内有级或无级地调节转速。调速系统允许正、在一定的范围之内有级或无级地调节转速。调速系统允许正、反向旋转地为可逆系统，只能单向运行的为不可逆系统。反向旋转地为可逆系统，只能单向运行的为不可逆系统。（2 2）稳速）稳速 以一定精度在要求的转速上稳定运行。对各种干扰，都不允许以一定精度在要求的转速上稳定运行。对各种干扰，都不允许有过大的转速变化，从而保证产品质量。有过大的转速变化，从而保证产品质量。（3 3）快速与平稳）快速与平稳 频繁起动、制动的设备为提高效率需尽快加减速。不适合快速频繁起动、制动的设备为提高效率需尽快加减速。不适合快速改变转速，要求起制动尽可能平稳。改变转速，要求起制动尽可能平稳。3 2 2、调速方法、调速方法 （1 1）直流电动机的调速方法）直流电动机的调速方法 1 1）电枢回路串电阻调速）电枢回路串电阻调速 调速范围小、静差率大、平滑性差（属于调速范围小、静差率大、平滑性差（属于有级调速有级调速）。）。只能用于小功率电动机和对调速性能要求不高的场合。只能用于小功率电动机和对调速性能要求不高的场合。对于大范围无级调速的系统，改变电枢回路总电阻难以实现。对于大范围无级调速的系统，改变电枢回路总电阻难以实现。2 2）弱磁调速）弱磁调速 可实现可实现无级平滑调速无级平滑调速，属于，属于恒功率调速恒功率调速，调速范围小。，调速范围小。在在高于额定转速的调速高于额定转速的调速时采用。时采用。改变电动机磁通改变电动机磁通的方案虽然可以平滑调速，但调速范围不可的方案虽然可以平滑调速，但调速范围不可能很大。能很大。4 3 3）调压调速）调压调速 可实现可实现无级平滑调速无级平滑调速，属于，属于恒转矩调速恒转矩调速，调速范围大，在，调速范围大，在低于低于额定转速的调速额定转速的调速时采用，是当今直流电动机调速的主要方法。时采用，是当今直流电动机调速的主要方法。调电枢端电压调速时电动机磁通调电枢端电压调速时电动机磁通应为最大值应为最大值(额定值额定值)且保持且保持不变，以求充分发挥电动机的负载能力。而在额定转速不变，以求充分发挥电动机的负载能力。而在额定转速(基速基速)以上以上时，因电枢端电压已不允许再增加，可采用减弱磁通的方法进一步时，因电枢端电压已不允许再增加，可采用减弱磁通的方法进一步提高电动机的转速，从而提高整个系统的速度调节范围。提高电动机的转速，从而提高整个系统的速度调节范围。G-M G-M（直流发电机（直流发电机-电动机）直流调速系统电动机）直流调速系统 V-M V-M（晶闸管相位控制）直流调速系统（晶闸管相位控制）直流调速系统 具有快速性好、放大倍数大、效率高、经济性好、控制方便、具有快速性好、放大倍数大、效率高、经济性好、控制方便、运行噪声小、体积小等优点。运行噪声小、体积小等优点。5 （a a）有静差和无静差直流调速系统：是否存在稳态偏差。）有静差和无静差直流调速系统：是否存在稳态偏差。（b b）单闭环、双闭环和多闭环直流调速系统：）单闭环、双闭环和多闭环直流调速系统：根据负反馈环节数量分类。根据负反馈环节数量分类。（c c）不可逆和可逆直流调速系统：是否可以正反转运行。）不可逆和可逆直流调速系统：是否可以正反转运行。PWM PWM（直流斩波）调速系统（直流斩波）调速系统 具有快速响应好、调速范围宽、功率器件少、效率和功率因数具有快速响应好、调速范围宽、功率器件少、效率和功率因数高、线路简单等优点。本书在项目高、线路简单等优点。本书在项目7 7作为典型调速系统予以介绍。作为典型调速系统予以介绍。（2 2）交流电动机的调速方法）交流电动机的调速方法 1 1）异步电动机调速）异步电动机调速 可以采用可以采用变极调速变极调速、变转差率调速变转差率调速和和变频调速变频调速。6 变极调速变极调速 改变异步电动机绕组极数从而改变同步转速进行调速的方式称改变异步电动机绕组极数从而改变同步转速进行调速的方式称为变极调速。为变极调速。变极调速通过外部的开关切换变极调速通过外部的开关切换改变电机绕组的串并联关系改变电机绕组的串并联关系实现。实现。只能实现只能实现有级调速有级调速（一般两个速度），如电机由两极切换到四（一般两个速度），如电机由两极切换到四极，同步速度就会由极，同步速度就会由30003000转转/分降到大约分降到大约15001500转转/分。分。中国主要产品有已批量生产的中国主要产品有已批量生产的YD(90.45YD(90.45160kW)160kW)、YDT(0.17YDT(0.17160kW)160kW)、YDB(0.35 YDB(0.3582kW)82kW)、YD(0.2YD(0.224kW)24kW)、YDFW(630YDFW(6304000kW)4000kW)等等8 8个系列，已达到国际平均应用水平。个系列，已达到国际平均应用水平。7 变转差率调速变转差率调速 因转差率与电压成正比关系，改变电动机的转差率因转差率与电压成正比关系，改变电动机的转差率s s即可通过即可通过改变加于定子绕组的端电压改变加于定子绕组的端电压U U来改变电机转速，这种调速方式称为来改变电机转速，这种调速方式称为调压调速。调压调速。包括笼型电动机调压调速和绕线式电动机转子回路串电阻调速。包括笼型电动机调压调速和绕线式电动机转子回路串电阻调速。转子回路串电阻属转子回路串电阻属恒转矩调速恒转矩调速方法，转子回路串电阻属有级调方法，转子回路串电阻属有级调速，转子回路串电阻调速经济性差。速，转子回路串电阻调速经济性差。变频调速变频调速 改变电机电源的频率改变电机电源的频率f f而改变转速的方式。而改变转速的方式。2 2）同步电动机调速）同步电动机调速 采用变频调速。在项目采用变频调速。在项目7 7作介绍。作介绍。8 3 3）交流调速应用领域）交流调速应用领域 凡是能用直流调速的场合，都能用交流调速。凡是能用直流调速的场合，都能用交流调速。直流调速达不到的，如大容量、高转速、高电压等，都能用直流调速达不到的，如大容量、高转速、高电压等，都能用交流调速。交流调速。原来不调速的风机、泵类的拖动，采用交流调速可以大幅度原来不调速的风机、泵类的拖动，采用交流调速可以大幅度节能。节能。交流调速系统与直流调速系统相比，具有容量大、转速高、耐交流调速系统与直流调速系统相比，具有容量大、转速高、耐高压、节能、经济、可靠等优越性。故本书重点介绍交流调速。高压、节能、经济、可靠等优越性。故本书重点介绍交流调速。9 3 3、调速系统的静态调速指标、调速系统的静态调速指标 （1 1）调速范围）调速范围D D 电力拖动控制系统的调速范围指电动机在额定负载下，运行的电力拖动控制系统的调速范围指电动机在额定负载下，运行的最高转速最高转速n nmaxmax与最低转速与最低转速n nminmin之比，用之比，用D D表示，即表示，即 D=n D=nmaxmax/n/nminmin。对于单纯的调压调速系统来说，电动机的最高转速对于单纯的调压调速系统来说，电动机的最高转速n nmaxmax即为其即为其额定转速额定转速n nN N。现代电力拖动控制系统的调速范围现代电力拖动控制系统的调速范围D10000D10000。（2 2）静差率）静差率s s 系统在某转速下运行时，负载由理想空载增加到额定负载所引系统在某转速下运行时，负载由理想空载增加到额定负载所引起的转速降落起的转速降落nnN N与理想空载转速与理想空载转速n nO O之比，称做静差率。之比，称做静差率。10 或或 静差率是用来表示负载转矩变化时电动机转速变化程度的，它静差率是用来表示负载转矩变化时电动机转速变化程度的，它和机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率越小，转速的变化程度和机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率越小，转速的变化程度越小，稳定度越高。调速系统的静差率是指系统最低速时的静差率。越小，稳定度越高。调速系统的静差率是指系统最低速时的静差率。（3 3）D D与与s s的关系的关系 n nN N为电动机额定转速，为电动机额定转速，D D和和s s由生产机械确定。由生产机械确定。调速系统要解决的就是如何减少转速降调速系统要解决的就是如何减少转速降nnN N的问题。的问题。11 4 4、典型负载的特性、典型负载的特性 （1 1）恒转矩负载）恒转矩负载 恒转矩负载的转矩不随转速变化而为定值。恒转矩负载的转矩不随转速变化而为定值。除电梯、卷扬机、起重机、抽油机等位能性负载具有恒转矩特除电梯、卷扬机、起重机、抽油机等位能性负载具有恒转矩特性之外，摩擦类负载也具有恒转矩特性，如传送带、搅拌机、挤压性之外，摩擦类负载也具有恒转矩特性，如传送带、搅拌机、挤压成型机、造纸机等。成型机、造纸机等。这类负载当转速变化，其这类负载当转速变化，其负载功率与转矩成线性关系负载功率与转矩成线性关系。恒转矩负载恒转矩负载转矩不随转速变化转矩不随转速变化，但转矩随负载自身而变化但转矩随负载自身而变化，如，如起重机的重物变化，则转矩也变化。起重机的重物变化，则转矩也变化。12 （2 2）恒功率负载）恒功率负载 恒功率负载在负载恒功率负载在负载转速发生变化转速发生变化时，其时，其转矩也随着变化转矩也随着变化，但，但负负载的功率保持一恒定值载的功率保持一恒定值。如车床以相同的切削线速度和吃刀深度加工工件时，若工件的如车床以相同的切削线速度和吃刀深度加工工件时，若工件的直径大，则主轴的转速低；若工件的直径小，则主轴的转速高，保直径大，则主轴的转速低；若工件的直径小，则主轴的转速高，保持切削功率为一恒定值。持切削功率为一恒定值。如卷绕机，开始卷绕时卷绕直径小，转矩小，而卷绕速度高；如卷绕机，开始卷绕时卷绕直径小，转矩小，而卷绕速度高；当卷绕直径逐渐增大时，转矩增大，而卷绕速度降低，保持卷绕功当卷绕直径逐渐增大时，转矩增大，而卷绕速度降低，保持卷绕功率为一恒定值。率为一恒定值。13 （3 3）平方转矩负载）平方转矩负载 风机、泵类等机械，在叶轮转动时其工作介质（如空气、水、风机、泵类等机械，在叶轮转动时其工作介质（如空气、水、油等流体）对叶轮的阻力与叶轮转速的平方成比例。当叶轮的转速油等流体）对叶轮的阻力与叶轮转速的平方成比例。当叶轮的转速较低时，流体的流速低，对叶轮的阻力小。随着叶轮转速的增加，较低时，流体的流速低，对叶轮的阻力小。随着叶轮转速的增加，流体流速增大，对流体流速增大，对叶轮的阻力按转速的二次方增加叶轮的阻力按转速的二次方增加，即，即T TL L=kn=kn2 2。这类负载起动转矩小，随着转速的升高，转矩也增大。这类负载起动转矩小，随着转速的升高，转矩也增大。负载功率与转速的三次方成比例，转速发生变化，其负载功率负载功率与转速的三次方成比例，转速发生变化，其负载功率变化较大，所以这类负载用变化较大，所以这类负载用变频器调速变频器调速具有很好的节能效果。具有很好的节能效果。1415