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1、电机调速系统概概 述述曾友州 http:/成都航空职业技术学院成都航空职业技术学院 电气传动电气传动：又称电机拖动，是以电动机作为原动机驱动生产机械的系统的总称。国际电工委会员（IEC）将电气传动归入“运动控制”范畴。主要特点：主要特点：功率范围极大，单个设备的功率可从几毫瓦到几百兆瓦；调速范围极宽，转速从每分钟几转到每分钟几十万转，在无变速机构的情况下调速范围可达1：10000；适用范围极广，可适用于任何工作环境与各种各样的负载。http:/成都航空职业技术学院成都航空职业技术学院电气传动与国民经济，人民生活有着密切联系并起着重要的作用，广泛用于矿山，冶金，机械，轻工，港口，石化，航空航天等
2、各个行业以及日常生活之中。大型调速系统：大型调速系统：矿井提升、矿山机械、轧钢机、起重机、泵、风机、精密机床、运输机等；小容量调速系统：小容量调速系统：空调、电冰箱、洗衣机等。据统计，电气传动系统的用电量占我国总发电量的60%以上，据预测，至2010年，我国电气传动产品市场需求年增长率为20%以上，市场前景广阔。随着对生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的随着对生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长，越来越多的生产机械要求能实现自动调速。增长，越来越多的生产机械要求能实现自动调速。http:/成都航空职业技术学院成都航空职业技术学院二、电气传动的分类二、电气传动的分类 电气传动可分为不
3、调速和调速两大类。按照电动机的类型不同，电气传动又分为直流和交流传动两大类。直流电气传动和交流电气传动在19世纪先后诞生，但当时的电气传动系统是不调速系统。http:/成都航空职业技术学院成都航空职业技术学院二、电气传动的分类二、电气传动的分类 http:/成都航空职业技术学院成都航空职业技术学院 直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。近年来，高性能交流调速技术发展很快，交流调速系统有逐步取代直流调速系统的趋势。由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。因此
4、，为了保持由浅入深的教学顺序，应该首先很好地掌握直流拖动控制系统。http:/成都航空职业技术学院成都航空职业技术学院三、电气传动系统的相关基本标准三、电气传动系统的相关基本标准 （一）GB/T3886.1-2001用半导体电力变流器的直流调速电气传动系统（二）GB/T12668.1.1-2002调速电气传动系统 第一部分 低压直流调速电气传动系统（三）GB/T12668.1.2-2002调速电气传动系统 第二部分 一般要求 低压交流比变频调速电气传动系统额定值的规定（四）GB/T12668.3-2003调速电气传动系统 第三部分 产品的电磁兼容性标准及其特定的试验方法（五）GB/T12668
5、.1.4调速电气传动系统 第四部分 一般要求 交流电压1KV以上但不超过35KV的交流调速电气传动系统额定值的规定 http:/成都航空职业技术学院成都航空职业技术学院三、电气传动系统的相关基本标准三、电气传动系统的相关基本标准（六）GB/T12668.1.5调速电气传动系统 第五部分 与电气、热量及其它功能相关的安全要求（七）GB/T12668.6.调速电气传动系统 第六部分 带负荷运行和对应额定电流形式测量导则（八）GB/T3859.1-1993半导体变流器 基本要求的规定（九）GB/T3797-2005电气控制设备（十）GB/T10233-2005低压成套开关设备和电控设备基本试验方法（
6、十一）JB/T10251-2001交流电动机电力电子软起动装置 http:/成都航空职业技术学院成都航空职业技术学院四、电气传动系统的组成四、电气传动系统的组成 电气传动系统是由电动机、电源装置、和控制装置系统三部分组成，它们各自有多种设备或电路可供选择，不同的组合构成了电气传动系统的多样性和复杂性。http:/成都航空职业技术学院成都航空职业技术学院（一）电动机（一）电动机 http:/成都航空职业技术学院成都航空职业技术学院电动机比较电动机比较直流电动机的缺点：直流电动机的缺点：需要定期更换电刷和换向器、维护保养困难、寿命较短；由于直流电动机存在换向火花，难以应用于存在易燃易爆气体的恶劣环
7、境；结构复杂，难以制造出大容量、高转速和高电压的直流电机。交流电动机的优点：交流电动机的优点：结构坚固、工作可靠、易于维护保养；不存在换向火花，可以用于存在易燃易爆气体的恶劣环境；容易制造出大容量、高转速和高电压的电机。直流电动机的优点：直流电动机的优点：较大的起动转矩和良好的启、制动性能；易于在较宽的范围内实现平滑调速；http:/成都航空职业技术学院成都航空职业技术学院（二）电源装置（二）电源装置电动机的电源装置分母线供电装置、机组变流装置和电力电子变流装置三大类。http:/成都航空职业技术学院成都航空职业技术学院2.电力电子变流装置按使用的器件可分为：（1）汞弧整流器，在20世纪607
8、0年代以前盛行，现已淘汰；（2）普通晶闸管；（3）新型自关断器件，如门极关断（GTO）晶闸管、IGCT、IEGT等适用于中压几百千瓦至兆瓦功率等级（GTO晶闸管已被IGCT和IEGT所取代）；电力晶体管（BJT）、IGBT适用于几千瓦至兆瓦功率等级（BJT已被IGBT所取代）；电力场效应晶体管（POWER MOSFET）适用几千瓦以下功率等级；其它还有静电感应晶体管（SIT）和静电感应晶闸管（SITH）等，主要用于高频变换等。http:/成都航空职业技术学院成都航空职业技术学院(1)(1)超大功率晶闸管超大功率晶闸管36MVA36MVA（6KV/6KA6KV/6KA）GTOGTO晶闸管(SCR
9、)自问世以来，其功率容量提高了近3000倍。1.8KV/4KA许多国家稳定生产2.8KV/4KA日本，光触发晶闸管（LTT）3.6KV/6KA美国、欧洲，电触发晶闸管未来：12KV/10KA近十几年来，由于自关断器件（晶体管、场效应管）的飞速发展，晶闸管的应用领域有所缩小，但是，由于高电压、大电流特性的存在，仍未淘汰。http:/成都航空职业技术学院成都航空职业技术学院（2 2）脉冲功率闭合开关晶闸管）脉冲功率闭合开关晶闸管应用：适用于传送极强的峰值功率（数MW）、极短的持续时间（数ns）的放电闭合开关场合。例如：激光器、高强度照明、放电点火（3 3）新型）新型GTOGTO器件器件集成门极换流
10、晶闸管集成门极换流晶闸管高功率IGBT模块集成门极换流IGCT晶闸管 http:/成都航空职业技术学院成都航空职业技术学院（三）控制装置系统（三）控制装置系统1.电气传动控制系统按所用的器件分：（1）电器控制：又称继电器-接触器控制，与母线供电装置配合使用；（2）电机扩大机和磁放大器控制：与机组供电装置配合使用，在20世纪3060年代盛行，随电子技术发展，已逐步淘汰；（3）电子控制装置又分为电子管控制装置（又有分立器件，中小规模集成电路及微机和专用大规模集成电路等几代产品）http:/成都航空职业技术学院成都航空职业技术学院2.电气传动控制系统按工作原理分：（1）逻辑控制：通过电气控制装置控制
11、电动机起动，停止，正反转或有级变速，控制信号来自主令电器或可编程序控制器。（2）连续速度调节：与机组或电力电子交流装置配合使用，连续改变电动机转速。这类系统按控制原则分开环控制，闭环控制及负荷控制三类。（三）控制装置系统（三）控制装置系统3.电气传动控制系统按控制信号的处理方法分：（1）模拟控制。（2）数字控制。（3）模拟/数字混合控制。http:/成都航空职业技术学院成都航空职业技术学院4.电气传动控制系统直流连续速度调节：（1）单环控制线路。（2）双环控制线路。5.电气传动控制系统交流调速常用线路：（1）电压/频率比控制。（2）转差频率控制。（3）矢量控制。（4）直接转矩控制。（三）控制装
12、置系统（三）控制装置系统 http:/成都航空职业技术学院成都航空职业技术学院直流电气传动的发展概况：直流电气传动的发展概况：1.最早的直流调速系统采用接点控制，通过开关设备切换直流电动机电枢或磁场回路电阻实现有极调速优点：方法简单易行缺点：不能得到较宽的调速范围和平滑的调速特性目前已经极少采用2.1930年以后出现电机放大器控制的旋转交流机组供电给直流机组（由交流电动机M和直流发电机G构成，简称G-M系统）缺点：需要两台与调速电动机容量相当的旋转电机和一些辅助励磁设备，设备庞大、占地面积大、投资高、维修工作量大。http:/成都航空职业技术学院成都航空职业技术学院3.随着磁放大器、电机放大机
13、等控制元件的问世和被采用，使直流调速系统能在较宽的范围内实现平滑调速，具有良好的调速性能指标，从而使直流电动机被广泛的应用于各个生产领域。4.汞弧整流器（水银整流器）；水银整流器电动机调速系统的采用，使直流调速系统的性能指标又进一步得到提高，特别是系统的快速响应特性。缺点：维修不太方便，特别是水银蒸气对维护人员会造成一定的危害。特点：利用直流电动机转速与输入电压有着简单的比例关系的原理，通过调节直流发电机的励磁电路或汞弧整流器的触发相位来获得可变的直流电压供给直流电动机，从而实现调速。直流电气传动的发展概况：直流电气传动的发展概况：http:/成都航空职业技术学院成都航空职业技术学院5.195
14、7年晶闸管问世后，采用晶闸管相控装置的可变直流电源一直在直流传动中占据主要地位。优点：体积小、响应快、工作可靠、寿命长、维修简便等，用晶闸管变流器供电的直流调速系统，不仅在经济指标和可靠性上有所提高，且在技术性能上也显示出很大的优越性。晶闸管供电的直流调速系统，其功率放大倍数在一万倍以上，比机组高近一千倍，比水银整流器高几十倍。快速响应特性，机组是秒级，晶闸管是毫秒级。6.微机控制的全数字直流调速系统具有良好的动态性能，宽范围的调速控制，代表着直流调速的发展方向。直流电气传动的发展概况：直流电气传动的发展概况：http:/成都航空职业技术学院成都航空职业技术学院（一）有关安全和安全设计方面 包括电气绝缘、放电击、防护等级、介电性能等，这类试验大约有十多项。（二）一般功能方面 包括温升、运行特性、振动、效率等，这类试验大约有十多项。（三）电气性能方面 包括轻载、负载、功率因数、均压、均流、谐波、保护等，这类试验大约有三十多项。（四）电磁兼容（EMC）试验 包括脉冲群、静电、辐射等，这类试验大约有十多项。五、电气传动系统的试验内容和项目五、电气传动系统的试验内容和项目 电气传动产品低试验内容和项目考分为四大类：