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1、沟通调速系统沟通调速系统沟通调速系统沟通调速系统山东理工高校山东理工高校李素玲李素玲滚镀生产线滚镀生产线滚镀生产线滚镀生产线环形电镀生产线环形电镀生产线直线式电镀生产线直线式电镀生产线课程概论1.课程性质课程性质 沟通调速系统是自动化、电气技术、供沟通调速系统是自动化、电气技术、供用电技术和机电一体化等专业的必修课，是用电技术和机电一体化等专业的必修课，是一门工程性和综合性很强的专业课。它是电一门工程性和综合性很强的专业课。它是电机学、电力拖动、电机调速及节能技术等内机学、电力拖动、电机调速及节能技术等内容的有机结合，属于电气传动限制学科范畴。容的有机结合，属于电气传动限制学科范畴。2.课程目
2、的课程目的 使学生在了解系统部件基本原理的基础上，使学生在了解系统部件基本原理的基础上，重点驾驭沟通拖动限制的基本概念、基本理重点驾驭沟通拖动限制的基本概念、基本理论，以及常见沟通调速系统的方案组成、工论，以及常见沟通调速系统的方案组成、工作原理、工程应用等学问；培育学生综合运作原理、工程应用等学问；培育学生综合运用所学学问分析、设计沟通调速系统的实力用所学学问分析、设计沟通调速系统的实力和运用新技术的实力，为参与实际工作打下和运用新技术的实力，为参与实际工作打下坚实的基础。坚实的基础。课程概论3.课程任务课程任务 1）了解沟通调速系统的发展和基本类型；）了解沟通调速系统的发展和基本类型；2）
3、驾驭各种沟通调速方式的基本原理；）驾驭各种沟通调速方式的基本原理；3）驾驭各种沟通调速装置的主电路组成和）驾驭各种沟通调速装置的主电路组成和参数计参数计 算。算。4）熟悉沟通调速系统的限制原理、工作特）熟悉沟通调速系统的限制原理、工作特点以及点以及 实现方法；实现方法；5）了解沟通调速技术的主要应用。）了解沟通调速技术的主要应用。1）异步机调压调速系统）异步机调压调速系统2）异步机变压变频调速系统）异步机变压变频调速系统3）异步机串级调速系统）异步机串级调速系统4）同步机变压变频调速系统）同步机变压变频调速系统 课程概论4.课程内容课程内容5.课程支配课程支配本课程共本课程共40学时，其中课堂
4、讲授学时，其中课堂讲授32学时，学时，试验试验8学时（包括学时（包括4个试验）。个试验）。课程概论6、课程体系结构、课程体系结构 由自动限制理论知：自动限制系统由限制装由自动限制理论知：自动限制系统由限制装置和被控对象组成。而从限制对象工艺过程的角度置和被控对象组成。而从限制对象工艺过程的角度看，自动限制系统又分为运动限制系统和过程限制看，自动限制系统又分为运动限制系统和过程限制系统两大类。运动限制系统通常又称为电力拖动自系统两大类。运动限制系统通常又称为电力拖动自动限制系统。动限制系统。（1 1）运动限制系统）运动限制系统 以机械运动为主要生产方式，以电动机为执行机构。以机械运动为主要生产方
5、式，以电动机为执行机构。如：如：各类机床、轧钢机械、矿山机械、造纸机等等，其被控参各类机床、轧钢机械、矿山机械、造纸机等等，其被控参 数主要是转速和位移。数主要是转速和位移。（2 2）过程限制系统）过程限制系统 以化学反应或热能转换为主要生产方式，以自动以化学反应或热能转换为主要生产方式，以自动 化仪表及装置为检测和执行机构。如：锅炉炉温控化仪表及装置为检测和执行机构。如：锅炉炉温控 制、气体压力储罐、水塔水位限制等等。其被控参制、气体压力储罐、水塔水位限制等等。其被控参 数主要是温度、压力、流量、液（物）位和成份。数主要是温度、压力、流量、液（物）位和成份。课程体系结构（续）课程体系结构（续
6、）就运动限制系统而言，其执行机构可以接受直流就运动限制系统而言，其执行机构可以接受直流电动机也可以接受沟通电动机，这就有了直流调速电动机也可以接受沟通电动机，这就有了直流调速系统和沟通调速系统之分。系统和沟通调速系统之分。异步机调压调速系统异步机调压调速系统异步机变压变频调速系统异步机变压变频调速系统异步机串级调速系统异步机串级调速系统同步机变压变频调速系统同步机变压变频调速系统 自动自动限制限制系统系统运动运动限制限制系统系统过程过程限制限制系统系统直流直流调速调速系统系统沟通沟通调速调速系统系统课程体系结构（续）课程体系结构（续）课程概论7、沟通调速系统的发展概况、沟通调速系统的发展概况
7、众所周知，在自动限制技术迅猛发展的今日，高性能的众所周知，在自动限制技术迅猛发展的今日，高性能的电力拖动自动限制系统已广泛应用于工农业生产、交通运电力拖动自动限制系统已广泛应用于工农业生产、交通运输、国防建设和航空、航天事业等领域中，而她的发展也输、国防建设和航空、航天事业等领域中，而她的发展也经验了经验了100多年的时间。多年的时间。直流电力拖动和沟通电力拖动在直流电力拖动和沟通电力拖动在19世纪先后诞生。在世纪先后诞生。在20世纪上半叶的年头里，鉴于直流拖动具有优越的调速性世纪上半叶的年头里，鉴于直流拖动具有优越的调速性能，高性能可调速拖动都接受直流电机，而约占电力拖动能，高性能可调速拖动
8、都接受直流电机，而约占电力拖动总容量总容量80%以上的不变速拖动系统则接受沟通电机，这种以上的不变速拖动系统则接受沟通电机，这种分工在一段时期内已成为一种举世公认的格局。沟通调速分工在一段时期内已成为一种举世公认的格局。沟通调速系统的多种方案虽然早已问世，并已获得实际应用，但其系统的多种方案虽然早已问世，并已获得实际应用，但其性能却始终无法与直流调速系统相匹敌。性能却始终无法与直流调速系统相匹敌。沟通调速系统的发展概况（续）沟通调速系统的发展概况（续）直到直到20世纪世纪6070年头，随着电力电子技术的发展，年头，随着电力电子技术的发展，使得接受电力电子变换器的沟通拖动系统得以实现，使得接受电
9、力电子变换器的沟通拖动系统得以实现，特殊是大规模集成电路和计算机限制的出现，高性能特殊是大规模集成电路和计算机限制的出现，高性能沟通调速系统便应运而生，始终被认为是天经地义的沟通调速系统便应运而生，始终被认为是天经地义的交直流拖动按调速性能分工的格局最终被打破，高性交直流拖动按调速性能分工的格局最终被打破，高性能沟通调速系统应用的比例逐年上升。尤其是近二十能沟通调速系统应用的比例逐年上升。尤其是近二十多年来，可控关断的电力电子器件和由它实现的多年来，可控关断的电力电子器件和由它实现的PWM技术正在中小功率范围内逐步取代晶闸管和相技术正在中小功率范围内逐步取代晶闸管和相控整流装置，各种沟通电机调
10、速系统和随动系统已经控整流装置，各种沟通电机调速系统和随动系统已经得到普遍应用。得到普遍应用。沟通调速系统的发展概况（续）沟通调速系统的发展概况（续）直流电机具有电刷和换相器而必需常常检查修理、直流电机具有电刷和换相器而必需常常检查修理、换向火花使其应用环境受到限制，以及换向实力限制换向火花使其应用环境受到限制，以及换向实力限制了直流电机的容量和速度等缺点日益突出，用沟通可了直流电机的容量和速度等缺点日益突出，用沟通可调拖动取代直流可调拖动的呼声越来越猛烈，所以沟调拖动取代直流可调拖动的呼声越来越猛烈，所以沟通拖动限制系统已经成为当前电力拖动限制的主要发通拖动限制系统已经成为当前电力拖动限制的
11、主要发展方向。而且数字计算机限制的沟通调速系统更是日展方向。而且数字计算机限制的沟通调速系统更是日趋完善，并开拓了变结构、自适应限制、自诊断、多趋完善，并开拓了变结构、自适应限制、自诊断、多重化技术等模拟系统难以达到的领域。重化技术等模拟系统难以达到的领域。8、沟通调速系统的特点、沟通调速系统的特点课程概论 沟通调速系统的特点由沟通电动机和沟通调速装置两部分共同确定。性能优异的沟通电动机调速系统是在直流电动机调速系统之后出现的，目前在绝大部分场合已取代直流电动机调速系统。沟通调速系统与直流调速系统相比较，主要具有如下特点：（1）沟通电动机具有更大的单机容量。（2）沟通电动机的运行转速高且耐高压
12、。（3）沟通电动机的体积、重量、价格均小于同容量的直流电动机。沟通调速系统的特点（续）沟通调速系统的特点（续）直流电动机的主要劣势在其机械换向部分，相比而直流电动机的主要劣势在其机械换向部分，相比而言，沟通电动机构造简洁、坚实耐用、经济牢靠、转言，沟通电动机构造简洁、坚实耐用、经济牢靠、转动惯量小。动惯量小。（4 4）沟通电动机特殊是鼠笼型异步电动机的环境适）沟通电动机特殊是鼠笼型异步电动机的环境适应性广。在恶劣环境直流电动机几乎无法运用。应性广。在恶劣环境直流电动机几乎无法运用。（5 5）调速装置方面，计算机技术、电力电子器件技）调速装置方面，计算机技术、电力电子器件技术的发展，新限制算法的
13、应用，使沟通电动机调速装术的发展，新限制算法的应用，使沟通电动机调速装置反应速度快、精度高且牢靠性高。达到与直流电动置反应速度快、精度高且牢靠性高。达到与直流电动机调速系统同样的性能指标。机调速系统同样的性能指标。（6 6）在沟通电动机的专属领域）在沟通电动机的专属领域-风机泵类负载拖风机泵类负载拖动领域，调速就意味着节能。动领域，调速就意味着节能。9、沟通拖动限制系统的应用领域、沟通拖动限制系统的应用领域课程概论1）一般性能的节能调速）一般性能的节能调速 风机、水泵等通用机械的容量占工业电力风机、水泵等通用机械的容量占工业电力拖动总容量的一半以上，因过去的沟通拖动拖动总容量的一半以上，因过去
14、的沟通拖动本身不能调速，只得依靠挡板和阀门调整送本身不能调速，只得依靠挡板和阀门调整送风和供水的流量，造成电能奢侈。假如换成风和供水的流量，造成电能奢侈。假如换成沟通调速系统，可以节约沟通调速系统，可以节约 20%30%以上以上的电能，它们的调速范围和对动态快速性的的电能，它们的调速范围和对动态快速性的要求都不高，只须要一般的调速性能。要求都不高，只须要一般的调速性能。沟通拖动限制系统的应用领域（续）沟通拖动限制系统的应用领域（续）2）高性能的沟通调速系统和伺服系统）高性能的沟通调速系统和伺服系统 过去沟通调速不能与直流调速相抗衡的缘过去沟通调速不能与直流调速相抗衡的缘由，是沟通电机的电磁转矩
15、难以像直流电机由，是沟通电机的电磁转矩难以像直流电机那样通过电枢电流施行敏捷的实时限制。那样通过电枢电流施行敏捷的实时限制。20世纪世纪70年头初独创了矢量限制技术（磁场定年头初独创了矢量限制技术（磁场定向限制技术），通过坐标变换，把沟通电机向限制技术），通过坐标变换，把沟通电机的定子电流分解成转矩重量和励磁重量，用的定子电流分解成转矩重量和励磁重量，用来分别限制电机的转矩和磁通，就可以获得来分别限制电机的转矩和磁通，就可以获得和直流电机相仿的高动态性能，从而使沟通和直流电机相仿的高动态性能，从而使沟通电机的调速技术取得了突破性的进展。其后，电机的调速技术取得了突破性的进展。其后，又接连提出了
16、干脆转矩限制、解耦限制等方又接连提出了干脆转矩限制、解耦限制等方法，形成了一系列可以和直流调速系统媲美法，形成了一系列可以和直流调速系统媲美的高性能沟通调速系统和沟通伺服系统。的高性能沟通调速系统和沟通伺服系统。沟通拖动限制系统的应用领域（续）沟通拖动限制系统的应用领域（续）3）特大容量、极高转速的沟通调速）特大容量、极高转速的沟通调速 直流电机的换向实力限制了它的容量转速直流电机的换向实力限制了它的容量转速积不超过积不超过106 kW r/min，超过这一数值时，超过这一数值时，其设计与制造就特别困难。其设计与制造就特别困难。沟通电机没有换向器，不受这种限制。因沟通电机没有换向器，不受这种限
17、制。因此，特大容量的电力拖动设备，如厚板轧机、此，特大容量的电力拖动设备，如厚板轧机、矿井卷扬机等，以及极高转速的拖动，如高矿井卷扬机等，以及极高转速的拖动，如高速磨头、离心机等，都以接受沟通调速为宜。速磨头、离心机等，都以接受沟通调速为宜。10、沟通调速系统的分类、沟通调速系统的分类课程概论由沟通电动机的速度表达式由沟通电动机的速度表达式：(1)变极调速（变更变极调速（变更p）-双速电机，两档速度双速电机，两档速度(2)变转差率调速（变更变转差率调速（变更s）1)调压调速调压调速-晶闸管，窄范围无级变速晶闸管，窄范围无级变速2)转子串电阻调速转子串电阻调速-有级变速有级变速3)串级调速串级调
18、速-晶闸管，对绕线式异步机无级变速晶闸管，对绕线式异步机无级变速(3)变频调速（变更变频调速（变更f1）-全控型电力电子器件宽全控型电力电子器件宽范围范围无级变速无级变速A A、按电动机的调速方法分类按电动机的调速方法分类：沟通调速系统的分类（续）沟通调速系统的分类（续）B B、按电动机的能量转换类型分类按电动机的能量转换类型分类：依据沟通异步电机的原理，从定子传入转子的电磁功率可分成两部分：一部分是拖动负载的有效功率，称作机械功率；另一部分是传输给转子电路的转差功率，与转差率 s 成正比。PmechPmPs即即Pm=Pmech+PsPmech=(1s)PmPs=sPm按电动机的能量转换类型分
19、类按电动机的能量转换类型分类（续）（续）从能量转换的角度上看，转差功率是否增大，是消从能量转换的角度上看，转差功率是否增大，是消耗掉还是得到回收，是评价调速系统效率凹凸的标记。耗掉还是得到回收，是评价调速系统效率凹凸的标记。从这点动身，可以把异步电机的调速系统分成三类从这点动身，可以把异步电机的调速系统分成三类。(1)转差功率消耗型调速系统转差功率消耗型调速系统 这种类型的全部转差功率都转换成热能消耗在转子回这种类型的全部转差功率都转换成热能消耗在转子回路中，调压调速、转子串电阻调速都属于这一类。在三路中，调压调速、转子串电阻调速都属于这一类。在三类调速系统中，这类系统的效率最低，而且越到低速
20、时类调速系统中，这类系统的效率最低，而且越到低速时效率越低，它是以增加转差功率的消耗来换取转速的降效率越低，它是以增加转差功率的消耗来换取转速的降低（恒转矩负载时）。但这类系统结构简洁，设备成本低（恒转矩负载时）。但这类系统结构简洁，设备成本最低，所以还有确定的应用价值。最低，所以还有确定的应用价值。按电动机的能量转换类型分类按电动机的能量转换类型分类（续）（续）(2)转差功率回馈型调速系统转差功率回馈型调速系统 在这类系统中，除转子铜损外，大部分转差功率在这类系统中，除转子铜损外，大部分转差功率在转子侧通过变流装置馈出或馈入，转速越低，能在转子侧通过变流装置馈出或馈入，转速越低，能馈送的功率
21、越多，馈送的功率越多，绕线转子电动机串级调速和双馈绕线转子电动机串级调速和双馈电动机调速电动机调速属于这一类。无论是馈出还是馈入的转属于这一类。无论是馈出还是馈入的转差功率，扣除变流装置本身的损耗后，最终都转化差功率，扣除变流装置本身的损耗后，最终都转化成有用的功率，因此这类系统的效率较高，但要增成有用的功率，因此这类系统的效率较高，但要增加一些设备。加一些设备。按电动机的能量转换类型分类按电动机的能量转换类型分类（续）（续）(3)转差功率不变型调速系统转差功率不变型调速系统 在这类系统中，转差功率只有转子铜损，而且无在这类系统中，转差功率只有转子铜损，而且无论转速凹凸，转差功率基本不变，因此
22、效率更高，论转速凹凸，转差功率基本不变，因此效率更高，变极对数调速和变压变频调速就属于此类。其中变变极对数调速和变压变频调速就属于此类。其中变极对数调速是有级的，应用场合有限。只有变压变极对数调速是有级的，应用场合有限。只有变压变频调速应用最广，可以构成高动态性能的沟通调速频调速应用最广，可以构成高动态性能的沟通调速系统，取代直流调速；但在定子电路中须配备与电系统，取代直流调速；但在定子电路中须配备与电动机容量相当的变压变频器，相比之下，设备成本动机容量相当的变压变频器，相比之下，设备成本最高。最高。11.11.沟通调速系统的现状和发展趋势沟通调速系统的现状和发展趋势 沟通调速系统的目前水平：
23、沟通调速系统的目前水平：（1 1）从中小容量等级发展到大容量、特大容量等级，）从中小容量等级发展到大容量、特大容量等级，填补了直流调速系统留下的特大容量电机调速空白。填补了直流调速系统留下的特大容量电机调速空白。（2 2）沟通调速系统已具备高的牢靠性和长期连续运）沟通调速系统已具备高的牢靠性和长期连续运行实力，能满足实际工况对牢靠性要求高、长期不停机行实力，能满足实际工况对牢靠性要求高、长期不停机检修等特殊要求。检修等特殊要求。（3 3）限制装置设计可以达到和直流调速限制同样良）限制装置设计可以达到和直流调速限制同样良好的限制性能，沟通电机设计可以满足各种工业现场，好的限制性能，沟通电机设计可
24、以满足各种工业现场，实现了沟通调速系统的高性能、高精度转速限制。实现了沟通调速系统的高性能、高精度转速限制。（4 4）沟通调速系统已从原来作为直流调速系统的补充）沟通调速系统已从原来作为直流调速系统的补充手段，发展到已在大部分场合取而代之的应用状态。手段，发展到已在大部分场合取而代之的应用状态。沟通调速系统的现状和发展趋势（续）沟通调速系统的现状和发展趋势（续）沟通调速系统的技术发展趋势：沟通调速系统的技术发展趋势：（1 1）新型开关元件和储能元件的研制。）新型开关元件和储能元件的研制。（2 2）最新限制思想、限制算法、限制技术不断应用于沟）最新限制思想、限制算法、限制技术不断应用于沟通调速产
25、品。通调速产品。（3 3）限制装置设计牢靠性越来越高性能，不断解决瞬时）限制装置设计牢靠性越来越高性能，不断解决瞬时停电后的装置平安及复原正常问题。停电后的装置平安及复原正常问题。（4 4）高运算速度、高限制性能的微机产品在现代沟通调）高运算速度、高限制性能的微机产品在现代沟通调速装置中不断应用，充分显示了现代限制手段的优越性。速装置中不断应用，充分显示了现代限制手段的优越性。（5 5）进行大容量、特大容量等级的新型沟通调速动机技）进行大容量、特大容量等级的新型沟通调速动机技术探讨。同时也在进行结构精致的高效能、高精度沟通限制术探讨。同时也在进行结构精致的高效能、高精度沟通限制电机技术探讨。电
26、机技术探讨。沟通调速系统的现状和发展趋势（续）沟通调速系统的现状和发展趋势（续）沟通电动机调速系统的技术应用：沟通电动机调速系统的技术应用：（1 1）风机、水泵、压缩机耗能占工业用电的）风机、水泵、压缩机耗能占工业用电的40%40%，进行变频、，进行变频、串级调速，可以节能。串级调速，可以节能。（2 2）对电梯等垂直升降装置调速实现无级调速，运行平稳、）对电梯等垂直升降装置调速实现无级调速，运行平稳、档次提高。档次提高。（3 3）纺织、造纸、印刷、烟草等各种生产机械，接受沟通）纺织、造纸、印刷、烟草等各种生产机械，接受沟通无级变速，提高产品的质量和效率。无级变速，提高产品的质量和效率。（4 4
27、）钢铁企业在轧钢、输料、通风等多种电气传动设备上）钢铁企业在轧钢、输料、通风等多种电气传动设备上运用沟通变频传动。运用沟通变频传动。（5 5）有色冶金行业如冶炼厂对回转炉、培烧炉、球磨机、）有色冶金行业如冶炼厂对回转炉、培烧炉、球磨机、给料等进行变频无级调速限制。给料等进行变频无级调速限制。（6 6）油田利用变频器拖动输油泵限制输油管线输油。炼油）油田利用变频器拖动输油泵限制输油管线输油。炼油行业将变频器应用于锅炉引风、送风、输煤等限制系统。行业将变频器应用于锅炉引风、送风、输煤等限制系统。沟通调速系统的现状和发展趋势（续）沟通调速系统的现状和发展趋势（续）沟通电动机调速系统的技术应用：沟通电
28、动机调速系统的技术应用：（7 7）变频器用于供水企业、高层建筑的恒压供水。）变频器用于供水企业、高层建筑的恒压供水。（8 8）变频器在食品、饮料、包装生产线上被广泛运用，提）变频器在食品、饮料、包装生产线上被广泛运用，提高调速性能和产品质量。高调速性能和产品质量。（9 9）变频器在建材、陶瓷行业获得大量应用。如水泥厂的）变频器在建材、陶瓷行业获得大量应用。如水泥厂的回转窑、给料机、风机均可接受沟通无级变速。回转窑、给料机、风机均可接受沟通无级变速。（1010）机械行业是企业最多、分布最广的基础行业。从电）机械行业是企业最多、分布最广的基础行业。从电线电缆的制造到数控机床的制造。电线电缆的拉制须
29、要大量的线电缆的制造到数控机床的制造。电线电缆的拉制须要大量的沟通调速系统。一台高档数控机床上就须要多台沟通调速甚至沟通调速系统。一台高档数控机床上就须要多台沟通调速甚至精确定位传动系统，主轴一般接受变频器调速（只调转速）或精确定位传动系统，主轴一般接受变频器调速（只调转速）或沟通伺服主轴系统（既无级变速又使刀具精确定位停止），各沟通伺服主轴系统（既无级变速又使刀具精确定位停止），各伺服轴均运用沟通伺服系统，各轴联动完成指定坐标位置移动。伺服轴均运用沟通伺服系统，各轴联动完成指定坐标位置移动。课程概论 从沟通调速系统的应用范围和领域之广，也说明从沟通调速系统的应用范围和领域之广，也说明白学习沟
30、通调速系统课程的重要性和必要性。白学习沟通调速系统课程的重要性和必要性。12.先修课程先修课程 电路电路、电子技术、电机与拖动、自动限制、电子技术、电机与拖动、自动限制原理、电力电子技术、自动检测技术、直流调原理、电力电子技术、自动检测技术、直流调速系统等。速系统等。是典型的集成技术，对是典型的集成技术，对前期学到的专业学问进前期学到的专业学问进行总复习和综合运用行总复习和综合运用课程概论13.参考教材参考教材1）陈伯时主编）陈伯时主编.电力拖动自动限制系统电力拖动自动限制系统（第（第3 版）版）运动限制系统运动限制系统.机械工业出版社机械工业出版社2）冯垛生主编）冯垛生主编.沟通调速系统沟通调速系统.机械工业机械工业出版社出版社.3）姚绪梁主编）姚绪梁主编.现代沟通调速技术现代沟通调速技术.哈尔滨哈尔滨工程大工程大 学出版社学出版社.4）陈伯时主编）陈伯时主编.沟通调速系统沟通调速系统.机械工业出机械工业出版社版社.5）尔桂花主编）尔桂花主编.运动限制系统运动限制系统.清华高校清华高校出版社出版社.6）班华主编）班华主编.运动限制系统运动限制系统.电子工业出版电子工业出版社社.7）李宁主编）李宁主编.运动限制系统运动限制系统.高等教化出版高等教化出版社社.