交流电机开闭环调压调速
第8章 交流调压调速系统
调压调速的功率损耗
转速负反馈闭环控制交流调压调速系统
1．异步电动机传递函数 • 在机械特性近似线性段上的稳态工作点A附近，可以证明：
2 3 pn U1A Td (2U1A sA U1 ) ' 1R2 1
J G d ( ) Td TL pn dt
转速负反馈闭环控制交流调压调速系统
调压调速和变极调压调速效率曲线及 机械特性曲线
•低速时，多速电动机效率比4极单速电动机提高很多，定子 电流也减小许多。 •机械特性最上面为 4极，最下面为 10 极。中间部为 6 极。端 电压各为U1＞U2＞U3＞U4，可见调速范围扩大了。
Δ-Y变换节电
采用由交流接触器和时间继电器等简单电器就可构成 ΔY切换降压装置。其显著的特点是：体积小、成本低、 寿命长、动作可靠。因此在工矿企业中某些轻载设备上 使用，可取得显著的节电效果。 当电动机定子绕组由 Δ 形联结改接成 Y 形联结后，电动 1 =3 机每相定子绕组电压降为原来的，即：UY/U 。 Δ 电动机线电流、电磁转矩均降为原来的 1/3 ，即： IY/IΔ =1/3，TY/TΔ =1/3。 由于 Y 接法与 Δ 接法虽然有电压变化，但是电动机的转 速变化不大，可近似的认为n近似为nN，所以Y接法时电 动机的功率降为原来的1/3，即： PY TY n 1 ＝ P T nN 3
第8章 交流调压调速系统
8.1概述 8.1.1交流调压调速的发展 8.1.2交流调速系统的分类 8.2异步电动机调压调速系统工作原理 8.2.1调压调速的工作原理 8.2.2交流调压器原理 8.3异步电动机调压调速系统 8.3.1调压调速系统的组成 8.3.2调压调速系统的特性 8.3.3调压调速的功率损耗
电机速度开环控制和闭环控制
实验三十三电机速度开环控制和闭环控制（自动控制理论—检测技术综合实验）一、实验原理1．直流电机速度的控制直流电机的速度控制可以采用电枢回路电压控制、励磁回路电流控制和电枢回路串电阻控制三种基本方法。
三种控制方式中，电枢电压控制方法应用最广，它用于额定转速以下的调速，而且效率较高。
本实验采用电枢控制方式，如图33-1 所示。
本实验装置为一套小功率直流电机机组装置。
连接于被控制电机的输出轴的是一台发电机，发电机输出端接电阻负载，调节电阻负载即可调节被控制电机的输出负载。
发电机输出电压E图33-1 直流电机速度的电枢控制方式兼作被控电机速度反馈电压。
2．开环控制和闭环控制由自动控制理论分析可知，负载的存在相当于在控制系统中加入了扰动。
扰动会导致输出（电机速度）偏离希望值。
闭环控制能有效地抑制扰动，稳定控制系统的输出。
闭环控制原理方框图如图33-2。
当积分环节串联在扰动作用的反馈通道（即扰动作用点之前）时，即成为针对阶跃扰动时的I 型系统，能消除阶跃信号扰动。
图33-2 直流电机速度的闭环控制原理方框图采用积分环节虽然能一定程度上消除系统的稳态误差，但是却对系统的动态性能（超调量、响应时间）和稳定性产生不利影响。
因此需要配合进行控制器的设计和校正（采用根轨迹设计方法或频域设计方法）。
此外，在扰动可以测量的情况下，采用顺馈控制也能有效地对扰动引起的跟踪误差 进行补偿，减轻反馈系统的负担，见图 33-3。
cDREG 1 G C图 33-3 反馈＋顺馈控制方式消除扰动引起的误差式中： G 1= G 1 (s ) 为控制器传递函数，也是扰动输入时的反馈通道传递函数；G 2 = G 2 (s ) 为被控对象（本实验中即被控直流电机）的传递函数； G c = G c (s ) 为顺馈控制通道传递函数； R 为指令输入，即希望的电机速度；C 为输出被控量，即被控电机的输出速度； E 为系统的稳态误差；D 为系统的扰动输入，即电机的负载。
第六章 交流调速系统
交流电机的同步转速表达式为：
n1
＝
60 f1 p
异步电动机的转速表达式为：
n1＝
60 f1 p
(1
s)
因此，异步电动机的调速方法有改变电动机
定子供电频率，改变转差率及改变极对数等三种。
其中改变转差率又可通过调定子电压、转子电阻、
转差电压及定、转子频率差等方法实现。同步电
动机的调速可用改变供电频率从而改变同步转速
Sm
R2
R12 12 (Ll1 Ll2 )2
Tm
21[R1
3 pU12
R12 12 (Ll1 L'l 2 ) 2 ]
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上式表明，当转速或转差率一定时，电磁转
矩与电压平方成正比。对应不同的定子电压，可 得到一组机械特性曲线，如图6—3 所示，图中
U1N表示定子额定电压。
右图分析： 带恒转矩负载时，普 通笼型异步电动机调 压时的稳定工作点为 A—B—C，转差率在 0—Sm范围内变化，调 速范围很小。如带风 机类负载运行，工作 点为D、E、F，调速范 围稍大些。
电路（e）只用三个晶闸管，它们位于三相绕 组后面可减少电网浪涌电压对它的冲击，即使 三相绕组发生相间短路也不致损坏晶闸管，它 的移相范围为2100。此电路要求定子绕组中性 点能拆开，且只能接成Y形。电路上有偶次谐 波，对电机不利。
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优胜电路：
综上所述，电路（b）、(e)性能 较好，在交流调压调速系统中多采 用这两个方案。
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6.2.2 异步电动机 在调压时的机械特性
根据电机学原理，异步电动机稳态时的简化 等值电络图如图6—2所示。
I1
R1
Ll1
第四章 交流电动机调速控制系统
r12
(X1
c1 X
' 20
)2
]
（4-8）
因 r12
(X1
c1
X
' 20
)
2
，近似得：
Mm
1 2c1
2f1[r1
m1PU12
(X1
c1 X
' 20
)]
（4-9）
2. 生产机械的转矩特性
摩擦类 特性曲线见图（a） 负载： ，位于1、3象限。
生产机械
恒转矩负载：它的负载转矩是一 个恒值，不随转速 而改变。
——定子极对数
（4-3）
4)．传给转子的功率（又称电磁功率）与机械功率、转子铜耗之间有如下
关系式 ： PMX PM PM 2 (1 S)PM
（4-4）
式中：
PM ——传给转子的功率（又称电磁功率）
PMX ——机械功率
PM 2 ——转子铜耗
5)．电机的平均转矩为：
M CP
PMX
M0 Mn 否则电机无法进入正常运转工作区。
交流机的起动电流一般为额定电流的4~6倍 ,起动时 一般要考虑以下几个问题：
图4-7 机械特性曲线
1. 应有足够大的起动力矩和适当的机械特性曲线。 2. 尽可能小的起动电流。 3．起动的操作应尽可能简单、经济。 4．起动过程中的功率损耗应尽可能小。
普通交流电机在起动过程中为了限制起动电流，常用的起动方法有三种。即：
图6-1的等效电路，经化简后得到能耗制动的等效电路如图4-10所示。
图4-10 能耗制动的等效电路
图中：
•
I1 ——直流励磁电流的等效交流电流
电机调速方法
电机调速方法一、引言电机是现代工业生产中不可或缺的重要设备，其调速方法也是工艺流程中至关重要的一环。
电机调速方法有多种，本文将介绍常见的电机调速方法及其具体实现步骤。
二、直流电机调速方法1. 电压控制法该方法是通过改变电机的供电电压来实现调速的。
具体步骤如下：（1）将直流电源接入到直流电机上。
（2）通过变压器或稳压器等设备来改变供电电压。
（3）当提高供电电压时，直流电机转速会随之增加；反之，当降低供电电压时，直流电机转速也会随之降低。
2. 串联型可控硅调速法该方法是通过改变可控硅导通角度来实现调速的。
具体步骤如下：（1）将可控硅串联到直流电源和直流马达之间。
（2）通过改变可控硅导通角度来改变马达输入功率大小，从而实现马达转速的调整。
3. 直接转矩控制法该方法是通过改变马达输入磁通量大小来实现调速的。
具体步骤如下：（1）将直流电源接入到直流马达上。
（2）通过改变马达输入磁通量大小来改变马达输出转矩大小，从而实现马达转速的调整。
三、交流电机调速方法1. 变频调速法该方法是通过改变交流电机输入频率来实现调速的。
具体步骤如下：（1）将交流电源接入到变频器上。
（2）通过变频器来改变输入电源频率，从而实现交流电机转速的调整。
2. 软启动调速法该方法是通过控制交流电机启动时间和加速度来实现调速的。
具体步骤如下：（1）将软启动器接入到交流电机上。
（2）通过软启动器来控制电机启动时间和加速度，从而实现交流电机转速的调整。
3. 闭环控制法该方法是通过传感器来监测交流电机输出状态，然后根据监测结果进行反馈控制来实现调速的。
具体步骤如下：（1）将传感器接入到交流电机上。
（2）通过传感器监测交流电机输出状态，并将监测结果反馈给控制系统。
（3）根据反馈结果进行闭环控制，从而实现交流电机转速的调整。
四、总结以上介绍了常见的电机调速方法及其具体实现步骤，通过掌握这些方法，可以更好地应对工业生产中的各种情况。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的调速方法，并且在操作过程中要注意安全，避免发生意外事故。
电机控制与调速项目一
目录
CONTENTS
任务二 交流电动机常用调速电路
【任务目标】
1.了解电动机的启动、制动、调速原理。
2.掌握交流电动机调速控制线路的安装与调试。
【知识准备】 一、低压用电器的相关知识 （一）自动空气开关
自动空气开关又称低压断路器，是一种既有手动开关作用， 又能自动进行失压、欠压过载和短路保护的电器。可用来分配 电能，不频繁地启动异步电机，对电源线路及电动机等实行保 护，当它们发生严重的过载或短路及欠电压等故障时能自动切 断电路。 1.基本结构及动作原理
3.绕线式电动机转子串电阻调速方法
绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电 动机在较低的转速下运行。串入的电阻越大，电动机的转速越低。
绕线式电动机转子串电阻调速的特点： 设备简单，控制方便，但转差功率以发 热的形式消耗在电阻上，属有级调速， 机械特性较软。
4. 串级调速方法 串级调速是指在绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变 电动机的转差。
职业教育“工程实践创新项目”应用课程系列教材 “十三五”职业教育规划教材
项目一 交流电动机的控制与调速
【项目描述】 机械对电动机的运行要求不同，常用的有启动、正反转、调速、制动和互锁等。
为了实现这些要求，需要用各种电气元件组成电力拖动控制系统。本项目主要让学 生熟悉交流电动机的调速技术，能根据工程需要，正确选用调速方法，通过训练学 会安装并实现交流电动机的控制与调速。
【相关知识和技能】 1.旋转磁场旋转速度：在交流电动机中，旋转磁场相对定子的旋转速度被称为
同步转速，用n0表示。
2.极对数（p）：
2-交流电机变频调速详解
以下情况要选用交流输出电抗器
变频器到电机线路超过100米（一般原则）
以下情况一般要选用制动单元和制动电阻 提升负载 频繁快速加减速 大惯量（自由停车需要1min以上，恒速运行电流小于加速电流的设备）
变频器选型—选型原则
使用通用变频器的行业和设备 使用矢量变频器的行业和设备
纺织绝大多数设备
冶金辅助风机水泵、辊道、高炉卷扬 石化用风机、泵、空压机 电梯门机、起重行走 供水 油田用风机、水泵、抽油机、空压机
多
0.4-315KW
EV1000 EV2000
TD3000 2.2-75KW TD3100 高 TD3300
高动态性能 动态性能好 总线设计 精确控制 网络化应用 行业专用
0.4-5.5KW
功 能
TD900
调速、通讯 操作简便
功能丰富 适用面广
高稳态性能
成 本
完整的功率段 行业专用
少
宽电压范围
元件化设计
R S T P1 (+) PB (-) U V
MOTOR
W
PE
POWER SUPPLY
制动电阻
工频电网输入 380V 3PH/220V 3PH
直流电抗器
三相交流电机
220V 1PH
变频器的构成—控制回路接口
接口类型 主要特点 主要功能
开关量输入
开关量输出 模拟量输入
无源输入，一般由变频 启/停变频器，接收编码器信号、多 器内部24V供电， 段速、外部故障等信号或指令
2.3 交流电机变频调速
•概 述
异步电机的变压变频调速系统一 般简称为变频调速系统。由于在调速 时转差功率不随转速而变化，调速范 围宽，无论是高速还是低速时效率都 较高，在采取一定的技术措施后能实 现高动态性能，可与直流调速系统媲 美。因此现在应用面很广，是本篇的 重点。
电机驱动相关知识点
电机驱动相关知识点
电机驱动是指通过控制电机的旋转来实现机械运动的技术。
以下是一些关于电机驱动的基本知识点：
1. 电机类型：常见的电机类型包括直流电机、交流异步电机、交流同步电机和步进电机等。
每种类型的电机都有其独特的特性和应用领域。
2. 驱动方式：电机可以通过不同的方式进行驱动，如直流电驱动、交流电驱动、脉宽调制（PWM）驱动等。
驱动方式的选择取决于电机类型和具体应用需求。
3. 控制方法：电机的控制方法包括开环控制和闭环控制。
开环控制是指根据预设的控制信号来控制电机的运行，而闭环控制则通过反馈机制对电机的运行进行实时调整，以实现更精确的控制。
4. 速度控制：电机的速度控制可以通过调整供电电压、频率或脉宽来实现。
常用的速度控制方法包括调压调速、变频调速和PWM 调速等。
5. 转矩控制：除了速度控制，电机还可以进行转矩控制，即控制电机输出的转矩大小。
转矩控制在一些应用中非常重要，如工业机器人、电动工具等。
6. 保护功能：为了保护电机和相关设备，电机驱动系统通常具备过流保护、过压保护、过热保护等功能，以防止电机在异常情况下受到损坏。
7. 驱动器：电机驱动器是实现电机驱动控制的关键设备，它将控制信号转换为适合电机运行的电信号，并提供必要的保护和调节功能。
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请老师批评指正
联的晶闸管分别串联在三相交流 电源线路上，同步 6 脉冲触发器 的输出脉冲触发六个晶闸管，触 发器的同步电压取自于三相电源
的线电压。并对其进行封装。
SIMULINK电力电子器件模型
• 同步六脉冲发生器模块
• 同步六脉冲发生器用于产生三相桥式
整流电路晶闸管的触发脉冲，在一周 期内产生6个触发信号间隔60°的触发
背景介绍
• 随着工业化的发展，各行各业使用的风机、水泵、空调等负载多为交流电机 拖动，交流电机普及程度高，发展前景广阔。研究电机调速，找出符合实际 的调速方法能最大限度的节约能源，所以研究调压调速就显得很有必要。三 相异步电机调压调速控制系统是一种比较简单实用的调速系统，该系统具有
良好的运行、控制及经济性能，显示出巨大的发展潜力。
取0s~0.04s仿真时间，触发器控制角分别为30度、45度时三相电源与电机定子电压波形：
仿真结果
• 取0s~3s仿真时间，触发器控制角分别为30度、45度时电机输出转速：
仿真结果
• 取0s~3s仿真时间，触发器控制角为60度时电机输出转速
仿真结果分析
• 交流调压器可以实现加在电机定子电压的调整，通过调整晶闸管导通
仿真结果
取0s~3s仿真时间，电机输出转速
仿真结果分析
• 由于采用了速度负反馈从而实现了平稳、平滑的无级调速。同时当负
载发生变化时，通过速度负反馈，能自动调整加在电动机定子绕组上
的电压大小，由速度调节器输出的控制电压使晶闸管触发脉冲前移， 使调压器的输出电压提高，导致电动机的输出转矩增大，从而使速度 回升，接近给定值。
式很多，各有其特点。这里采用三相全波星型
联接的调压电路。
交流电机调压调速原理
• 电机绕组星型联接时的三相分支双向控制电路用三对晶闸管反并联或三个双 向晶闸管分别串接在每相的绕组上。调压时用相位控制。当负载电流流通时， 至少有一相的正向晶闸管和另一相的反向晶闸管同时导通，所以要求各晶闸 管的触发脉冲宽度都大于 60°。本次课题采用三对反并联的晶闸管分别串联 在三相交流电源线路中，再接到交流电机定子绕组上，通过控制晶闸管的导 通角，得到可调的交流调压电源，这样来改变电机的端电压，实现其调压调 速的目的。
入到触发装置，由触发装置输出来控制晶闸管的导通角，以控制晶闸 管输出电压的高低，从而调节了加在定子绕组上的电压的大小。因此， 改变了速度给定值就改变了电动机的转速。 • 将以上开环系统的转速输出端信号反馈到输入端与给定值进行比较的
控制即构成速度反馈控制系统，这就是反馈控制系统。
SIMULINK仿真模型
开环交流电机调压调速系统仿真
• 根据电机拖动的理论，当异步电机拖动恒转矩负载时，改变定子端电
压的人为机械特性，其稳定工作点的转差率的变化范围不大。调速范
围也很小。异步电机开环调速系统的稳定精度也不高，所以这种开环 调压调速系统应用不多。
SIMULINK电力电子器件模型
• 三相交流调压器电路模块
• 三相交流调压器电路由三对反并
角的大小来调节加到定子绕组两端的端电压。同时，可以看到，改变
触发器控制角，电机三相定子电压与转速稍有改变，调速范围比较小， 稳定性差。触发角给到60度时响应速度很慢。因此，考虑使用闭环控 制对其进行优化。
闭环交流调压调速系统原理
• 速度负反馈闭环调压调速系统的工作原理：将速度给定值与速度反馈
值进行比较，比较后经速度调节器得到控制电压，再将此控制电压输
信号。输入端alpha-deg用于给定移相
控制角大小，输入端 AB 、 BC 、 CA 用 于接入同步信号，使触发器产生的触 发信号与晶闸管触发信号一致。
SIห้องสมุดไป่ตู้ULINK仿真模型
• 交流电机拖动恒定负载。测量信号分配器仅仅测量电机转速并输出，三相电源与交 流电机定子电压用示波器检测波形。
仿真结果
• MATLAB 软件以其方便，快捷，高效等优点而被广泛的应用于各个领域的研 究，其中Simulink平台拥有丰富的模块库，为各种仿真和计算提供了极大的便
利。在本课题中，分析了异步电机调速的原理，并通过Simulink搭建模型，分
别对异步电机开环控制系统与速度反馈闭环控制系统进行了仿真。
交流电机调压调速原理
• 由电机原理可知当转差率 s基本保持不变时，电
动机的电磁转矩与定子电压的平方成正比，因
此，改变定子电压就可以得到不同的人为机械 特性，从而达到调节电动机转速的目的。 • 改变加在定子上的电压是通过交流调压器实现 的。交流调压器是将三个双向晶闸管分别接到
三相交流电源与三相定子绕组之间，通过调整
晶闸管导通角的大小来调节加到定子绕组两端 的端电压。晶闸管三相交流调压电路的连结方