电梯电力拖动系统.ppt

电梯的电力拖动系统.n n拖动系统是电气部分的拖动系统是电气部分的核心，核心，电梯的运行是由拖动电梯的运行是由拖动系统完成的。系统完成的。n n轿厢的上下、启动、加速、匀速运行、减速、平层轿厢的上下、启动、加速、匀速运行、减速、平层停车等动作，完全由曳引电动机拖动系统完成。停车等动作，完全由曳引电动机拖动系统完成。n n电梯运行的速度、舒适感、平层精度由拖动系统决电梯运行的速度、舒适感、平层精度由拖动系统决定。定。n n电力拖动系统组成：曳引电动机、供电系统、速度电力拖动系统组成：曳引电动机、供电系统、速度反馈装置、电动机调速装置反馈装置、电动机调速装置.n n电梯的电力拖动系统应具有如下功能：电梯的电力拖动系统应具有如下功能：有足够的驱动力和制动力，能够驱动轿厢、有足够的驱动力和制动力，能够驱动轿厢、轿门及厅门完成必要的运动和可靠的静止。轿门及厅门完成必要的运动和可靠的静止。在运动中有正确的速度控制，以保证有良好在运动中有正确的速度控制，以保证有良好的舒适性和平层准确度。的舒适性和平层准确度。动作灵活、反应迅速，在特殊情况下能够迅动作灵活、反应迅速，在特殊情况下能够迅速制停。速制停。系统工作效率高，节省能量。系统工作效率高，节省能量。运行平稳、安静，噪音小于国标要求。运行平稳、安静，噪音小于国标要求。对周围电磁环境无超标的污染。对周围电磁环境无超标的污染。动作可靠，维修量小，寿命长。动作可靠，维修量小，寿命长。.轿厢升降运动的常见电力拖动方式可以表示如下：.第二节电梯的速度曲线（一）对电梯快速性的要求（一）对电梯快速性的要求 电梯作为一种交通工具，对于快速性的要求是必不可少的。快速电梯作为一种交通工具，对于快速性的要求是必不可少的。快速可以节省时间，这对于处在快节奏的现代社会的乘客是很重要的。可以节省时间，这对于处在快节奏的现代社会的乘客是很重要的。快速性的获得方法：1 1、提高电梯额定速度、提高电梯额定速度 2 2、集中布置多台电梯、集中布置多台电梯 3 3、尽可能减少电梯启、停程中的加、减速时间、尽可能减少电梯启、停程中的加、减速时间 .（二）对电梯舒适性的要求n n1、由加速度引起的不适n n2、由加速度变化率引起的不适（三）电梯的速度曲线.第三节 电梯的负载机械特性一、负载的转矩特性一、负载的转矩特性 负载的转矩特性是指生产机械的转矩与转速之间负载的转矩特性是指生产机械的转矩与转速之间负载的转矩特性是指生产机械的转矩与转速之间负载的转矩特性是指生产机械的转矩与转速之间的关系即：的关系即：的关系即：的关系即：n n=f f(T TL L)1 1 恒转矩负载特性恒转矩负载特性恒转矩负载特性恒转矩负载特性 恒转矩负载是指负载转矩为常数，其大小与转恒转矩负载是指负载转矩为常数，其大小与转恒转矩负载是指负载转矩为常数，其大小与转恒转矩负载是指负载转矩为常数，其大小与转速速速速n n无关。无关。无关。无关。恒转矩负载分恒转矩负载分恒转矩负载分恒转矩负载分反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载和和和和位能性恒转位能性恒转位能性恒转位能性恒转矩负载矩负载矩负载矩负载。.（1 1）反抗性恒转矩负载特性）反抗性恒转矩负载特性）反抗性恒转矩负载特性）反抗性恒转矩负载特性特点：特点：特点：特点：恒值负载转矩恒值负载转矩恒值负载转矩恒值负载转矩T Tf f总是与转速总是与转速总是与转速总是与转速n nf f的方向相反，即作用方向总是阻的方向相反，即作用方向总是阻的方向相反，即作用方向总是阻的方向相反，即作用方向总是阻碍运动的方向。碍运动的方向。碍运动的方向。碍运动的方向。当正转时当正转时当正转时当正转时n nf f为正，为正，为正，为正，T Tf f与与与与n nf f方向相反，应为正，即在第一象限；方向相反，应为正，即在第一象限；方向相反，应为正，即在第一象限；方向相反，应为正，即在第一象限；当反转时当反转时当反转时当反转时n nf f为负，为负，为负，为负，T Tf f与与与与n nf f方向相反，应为负，即在第三象限；方向相反，应为负，即在第三象限；方向相反，应为负，即在第三象限；方向相反，应为负，即在第三象限；当转速当转速当转速当转速n nf f=0=0时，外加转矩不足以使系统运动时，外加转矩不足以使系统运动时，外加转矩不足以使系统运动时，外加转矩不足以使系统运动。.根据作用力与根据作用力与根据作用力与根据作用力与 反作用力原反作用力原反作用力原反作用力原理，这时反抗力负载转矩理，这时反抗力负载转矩理，这时反抗力负载转矩理，这时反抗力负载转矩大小和方向取决于外加转大小和方向取决于外加转大小和方向取决于外加转大小和方向取决于外加转矩的大小和方向。即与外矩的大小和方向。即与外矩的大小和方向。即与外矩的大小和方向。即与外加转矩大小相等，方向相加转矩大小相等，方向相加转矩大小相等，方向相加转矩大小相等，方向相反。负载转矩特性应与横反。负载转矩特性应与横反。负载转矩特性应与横反。负载转矩特性应与横轴重合。例如轧机，机床轴重合。例如轧机，机床轴重合。例如轧机，机床轴重合。例如轧机，机床刀架平移机构等。刀架平移机构等。刀架平移机构等。刀架平移机构等。反抗性恒转矩负载特性反抗性恒转矩负载特性(a)实际特性实际特性 (b)折算后的特性折算后的特性.（2 2）位能性恒转矩负载特性）位能性恒转矩负载特性）位能性恒转矩负载特性）位能性恒转矩负载特性 特点：特点：特点：特点：T Tf f的方向与的方向与的方向与的方向与n nf f的方向无关。的方向无关。的方向无关。的方向无关。T Tf f具有固定不变的方向。具有固定不变的方向。具有固定不变的方向。具有固定不变的方向。例如：起重机的提升机构，不论是提升重物还是下放重物，重例如：起重机的提升机构，不论是提升重物还是下放重物，重例如：起重机的提升机构，不论是提升重物还是下放重物，重例如：起重机的提升机构，不论是提升重物还是下放重物，重力的作用总是方向朝下的，即重力产生的负载转矩方向固定。力的作用总是方向朝下的，即重力产生的负载转矩方向固定。力的作用总是方向朝下的，即重力产生的负载转矩方向固定。力的作用总是方向朝下的，即重力产生的负载转矩方向固定。例如：起重机的提升机构，不论是提升重物还是下放重物，例如：起重机的提升机构，不论是提升重物还是下放重物，例如：起重机的提升机构，不论是提升重物还是下放重物，例如：起重机的提升机构，不论是提升重物还是下放重物，重力的作用总是方向朝下的。即重力产生的负载转矩方向固定重力的作用总是方向朝下的。即重力产生的负载转矩方向固定重力的作用总是方向朝下的。即重力产生的负载转矩方向固定重力的作用总是方向朝下的。即重力产生的负载转矩方向固定不变，故在第一和第四象限。不变，故在第一和第四象限。不变，故在第一和第四象限。不变，故在第一和第四象限。.位能性恒转矩负载特性位能性恒转矩负载特性(a)实际特性实际特性 (b)折算后的特性折算后的特性.n n 一、静态负载机械特性.二、动态负载机械特性n n当电梯起动加速或停车前制动减速时，由于速度当电梯起动加速或停车前制动减速时，由于速度的变化将引起动态负载转矩：的变化将引起动态负载转矩：n n为了得到较好的舒适感，要求轿厢按预定的速度为了得到较好的舒适感，要求轿厢按预定的速度曲线平滑地改变梯速。又由于电梯设有对重使曲线平滑地改变梯速。又由于电梯设有对重使传动系统的惯性增大（飞轮矩传动系统的惯性增大（飞轮矩GD2GD2较大），从而使较大），从而使动态转矩增大，通常电梯动态转矩可达最大静态动态转矩增大，通常电梯动态转矩可达最大静态转矩的转矩的1.531.53倍因此在研究电梯运行的动力学问倍因此在研究电梯运行的动力学问题时，有必要将电梯的动态负载转矩绘制成动态题时，有必要将电梯的动态负载转矩绘制成动态负载机械特性曲线。负载机械特性曲线。.三、电梯的负载机械特性n n将电梯的静态负载机城特性与动态负载机械特性相叠加得到电梯负载机械特性，见图312。.n n直流调速系统n n1.基本原理：n n根据直流电机的特性，电机转速与电压成正比，给定电压根据直流电机的特性，电机转速与电压成正比，给定电压越高，电机转速也就越高。控制电机电压就控制了电机转越高，电机转速也就越高。控制电机电压就控制了电机转速。速。n n早期直流电梯以交流电动机作为源动力，拖动直流发电机，早期直流电梯以交流电动机作为源动力，拖动直流发电机，控制直流发电机励磁，改变发电机输出电压的形式，实现控制直流发电机励磁，改变发电机输出电压的形式，实现以小功率控制大功率目的，原因所在是电力半导体技术的以小功率控制大功率目的，原因所在是电力半导体技术的不成熟。现代直流控制，舍去了直流发电系统，直接采用不成熟。现代直流控制，舍去了直流发电系统，直接采用晶闸管调节输出电压，控制直流电机运行。晶闸管调节输出电压，控制直流电机运行。第五节 直流电梯电力拖动方式.n n直流电梯的运转直流电梯的运转n n早期源动力交流电动机始终运转，直流发电机没有早期源动力交流电动机始终运转，直流发电机没有励磁，发电机输出电压为零。需要起动电机时，励励磁，发电机输出电压为零。需要起动电机时，励磁电压不断增加到设定值，发电机既发出不断增高磁电压不断增加到设定值，发电机既发出不断增高到额定值得电压，驱动直流电机运转，达到额定速到额定值得电压，驱动直流电机运转，达到额定速度。需要减速时，发电机励磁不断减小，电动机随度。需要减速时，发电机励磁不断减小，电动机随之跟随减速直至停止。之跟随减速直至停止。n n现在使用晶闸管或脉宽调速的直流电机则是由控制现在使用晶闸管或脉宽调速的直流电机则是由控制电路，依据电梯运行速度要求，逐渐减小晶闸管的电路，依据电梯运行速度要求，逐渐减小晶闸管的导通角或脉宽宽度，增加输出电压，使直流电机速导通角或脉宽宽度，增加输出电压，使直流电机速度随之增加。需要减速时，增大控制电路晶闸管的度随之增加。需要减速时，增大控制电路晶闸管的导通角，减小输出电压，降低电机转速，直到停止。导通角，减小输出电压，降低电机转速，直到停止。.直流电动机结构.直流驱动优缺点n n优点：调速性能优异；机械特性硬。n n缺点：电动机结构复杂，经常需要检查维护；存在励磁系统耗费较多能量；系统庞大，占据较多使用空间；n n所以目前在市场上除部分存量电梯外，新增电梯几乎没有，基本被市场淘汰掉！.二、直流电动机的调速方法二、直流电动机的调速方法下面仅就他励直流电动机的调速方法作一般性的介绍。下面仅就他励直流电动机的调速方法作一般性的介绍。从直流他励电动机机械特性方程式从直流他励电动机机械特性方程式 可知：可知：改变串入电枢回路的电阻改变串入电枢回路的电阻Rad；改变；改变电枢供电电压电枢供电电压U或或主磁通主磁通，都可以得到不同的人为机械特性，从而在负载不变时可，都可以得到不同的人为机械特性，从而在负载不变时可以改变电动机的转速，以达到速度调节的要求，故直流电动机调速以改变电动机的转速，以达到速度调节的要求，故直流电动机调速的方法有以下三种。的方法有以下三种。.1、改变电枢电路外串电阻、改变电枢电路外串电阻Rad 直直流流电电动动机机电电枢枢回回路路串串接接电电阻阻后后，可可以以得得到到如如图图所所示示的的一一簇簇机机械特性。械特性。从特性可看出，在一定的负从特性可看出，在一定的负载转矩载转矩TL下，串入不同的电阻可下，串入不同的电阻可以得到不同的转速。如在电阻分以得到不同的转速。如在电阻分别为别为 Ra、R1、R2、R3、的情况下，、的情况下，可以分别得到稳定工作点可以分别得到稳定工作点A、C、D和和E，对应的转速为，对应的转速为nA、nB、nC、nD。.2改变电动机电枢供电电压改变电动机电枢供电电压U 如图所示特性为改变电枢供电电压如图所示特性为改变电枢供电电压U调速的特性：调速的特性：从特性可看出，在一定的负从特性可看出，在一定的负载转矩载转矩TL下，电枢外加不同电压下，电枢外加不同电压可以得到不同的转速。如在电压可以得到不同的转速。如在电压分别为分别为 UN、U1、U2、U3的情的情况下，可以分别得到稳定工作点况下，可以分别得到稳定工作点a、b、c和和d，对应的转速为，对应的转速为na、nb、nc、nd。即改变电枢电压。即改变电枢电压可以达到调速的目的。可以达到调速的目的。.3改变电动机主磁通改变电动机主磁通 如图所示曲线为改变电动机主磁通如图所示曲线为改变电动机主磁通 调速的特性：调速的特性：从特性可看出，在一定的负载功率从特性可看出，在一定的负载功率PL下，不同的主磁通下，不同的主磁通 N、1、2、，可以得到不同的转速，可以得到不同的转速na、nb、nc。即即改改变变主主磁磁通通 可可以以达达到到调调速的目的。速的目的。.4直流电动机的调速直流电动机的调速改改变变磁磁通通调调速速的的优优点点是是调调速速平平滑滑，可可做做到到无无级级调调速速；调调速速经经济济，控控制制方方便便；机机械械特特性性较较硬硬，稳稳定定性性较较好好。但但由由于于电电动动机机在在额额定定状状态态运运行行时时磁磁路路已已接接近近饱饱和和，所所以以通通常常只只是是减减小磁通将转速往上调，调速范围较小。小磁通将转速往上调，调速范围较小。改改变变电电枢枢电电压压调调速速的的优优点点是是不不改改变变电电动动机机机机械械特特性性的的硬硬度度，稳稳定定性性好好；控控制制灵灵活活、方方便便，可可实实现现无无级级调调速速；调调速速范范围围较较宽宽，可可达达到到6 61010。但但电电枢枢绕绕组组需需要要一一个个单单独独的的可可调调直直流电源，设备较复杂。流电源，设备较复杂。电电枢枢串串联联电电阻阻调调速速方方法法简简单单、方方便便，但但调调速速范范围围有有限限，机机械械特特性性变变软软，且且电电动动机机的的损损耗耗增增大大太太多多，因因此此只只适适用用于于调调速范围要求不大的中、小容量直流电动机的调速场合。速范围要求不大的中、小容量直流电动机的调速场合。.电枢单向供电、励磁双向供电的直流电梯.二、电枢电路由两组反并联的三相全波可控整流器供电的二、电枢电路由两组反并联的三相全波可控整流器供电的SCRSCRM M直流电梯直流电梯.第六节 交流双速电梯拖动方式 我国在我国在2020世纪世纪60706070年代生产的电梯，绝大部分是交流双速电年代生产的电梯，绝大部分是交流双速电梯，梯，8080年代生产的电梯也有相当数量的双速电梯。在当前运年代生产的电梯也有相当数量的双速电梯。在当前运行的电梯中有一定数量是属于这种拖动方式的。交流双速行的电梯中有一定数量是属于这种拖动方式的。交流双速电梯的拖动系统结构简单，技术简单，运行舒适感较差，电梯的拖动系统结构简单，技术简单，运行舒适感较差，额定梯速一段在额定梯速一段在1m1ms s以下。这种电梯通常采用继电器控制，以下。这种电梯通常采用继电器控制，故障率较高，越来越不适应现代社会的需求，目前产量逐故障率较高，越来越不适应现代社会的需求，目前产量逐年降低，被交流调速电梯替代，今后交流双速拖动方式将年降低，被交流调速电梯替代，今后交流双速拖动方式将主要用于货梯或客货两用梯中，控制部分也将由有触点控主要用于货梯或客货两用梯中，控制部分也将由有触点控制改为无触点控制，提高其运行可靠性。前几年掀起的一制改为无触点控制，提高其运行可靠性。前几年掀起的一股电梯改造热，其主要对象就是这一批交流双速电梯，将股电梯改造热，其主要对象就是这一批交流双速电梯，将其继电器控制部分改造成可编程序控制器控制，以提高其其继电器控制部分改造成可编程序控制器控制，以提高其可靠性，将其双速拖动方式改造为调压调速或变频调速拖可靠性，将其双速拖动方式改造为调压调速或变频调速拖动方式，以提高其运行舒适感和平层准确度。动方式，以提高其运行舒适感和平层准确度。.一、三相异步电动机的调速方法一、三相异步电动机的调速方法 如如在在一一定定负负载载下下，欲欲得得到到不不同同的的转转速速，可可以以由由改改变变Tmax、Sm、p 和和f 四四个个参参数数入入手手，则相应地有如下几种调速方法。则相应地有如下几种调速方法。1、调压调速、调压调速 改变电源电压时的人为机械特性如图改变电源电压时的人为机械特性如图所示：所示：.2、转子电路串电阻调速转子电路串电阻调速 原理接线图和机械特性如图所示：原理接线图和机械特性如图所示：原理接线图机械特性.3、改变磁极对数调速改变磁极对数调速 根据根据n0=60f/p可知：同步转速可知：同步转速n0与磁极对数与磁极对数p成反比，故可改成反比，故可改变磁极对数变磁极对数p即可改变电动机的转速。常见的接线方法有以即可改变电动机的转速。常见的接线方法有以下两种：下两种：.4、变频调速、变频调速 改变定子电源频率时的人为机械特性如图所示：改变定子电源频率时的人为机械特性如图所示：异步电动机的转异步电动机的转速正比于定子电源的速正比于定子电源的频率频率f，若连续地调节，若连续地调节定子电源频率，即可定子电源频率，即可实现连续地改变电动实现连续地改变电动机的转速。机的转速。.交流变极调速系统n n改变电机磁场极数达到改变电机转速的目的，属改变电机磁场极数达到改变电机转速的目的，属于间歇式工作状态。于间歇式工作状态。n n电机转速电机转速=60=60电源频率电源频率极对数极对数n n电机结构为双绕组设计，分别设有高速绕组和低电机结构为双绕组设计，分别设有高速绕组和低速绕组。速绕组。n n正常运行采用高速绕组，电源通过方向接触器，正常运行采用高速绕组，电源通过方向接触器，快速接触器，串接电抗器、电阻器作用到电动机，快速接触器，串接电抗器、电阻器作用到电动机，接近额定转速时，短接起动元件，使电源直接作接近额定转速时，短接起动元件，使电源直接作用电动机。用电动机。n n电梯需要减速时，断开高速绕组，接通低速绕组，电梯需要减速时，断开高速绕组，接通低速绕组，串接电抗、电阻再生发电制动，减速至接近低速串接电抗、电阻再生发电制动，减速至接近低速额定速度时，短接起动元件，电源直接作用低速额定速度时，短接起动元件，电源直接作用低速绕组，运行到平层位置时，所有接触器断电，制绕组，运行到平层位置时，所有接触器断电，制动器制动。动器制动。.n n交流变极调速n n检修操作时，只控制低速绕组工作，禁止高速绕组工检修操作时，只控制低速绕组工作，禁止高速绕组工作。一般情况下不允许慢车绕组长时间通电运行！作。一般情况下不允许慢车绕组长时间通电运行！n n电机起动时，无论高速还是低速，都需要起动元件串电机起动时，无论高速还是低速，都需要起动元件串接在电路中，降低起动电流，改善起动、减速时的冲接在电路中，降低起动电流，改善起动、减速时的冲击，提高运行舒适感，降低对电网的影响。击，提高运行舒适感，降低对电网的影响。n n根据标准要求，上下行接触器、快慢车接触器应加有根据标准要求，上下行接触器、快慢车接触器应加有机械互锁装置，防止接触器同时吸合。看原理图，如机械互锁装置，防止接触器同时吸合。看原理图，如果出现上述情况，相当于电梯电源直接短路！果出现上述情况，相当于电梯电源直接短路！.交流电动机的内部结构.变极的实现主要有如下两种做法：一是双绕组变极，一是单变极的实现主要有如下两种做法：一是双绕组变极，一是单绕组变极。绕组变极。n n（一）双绕组变极（一）双绕组变极n n这种方法比较简单，它是在电机定子槽内嵌入两套定子绕这种方法比较简单，它是在电机定子槽内嵌入两套定子绕组，它们各自独立，具有不同的极对数，当接入一个绕组组，它们各自独立，具有不同的极对数，当接入一个绕组时，电机具有一种同步转速，当接入另一个绕组时，电机时，电机具有一种同步转速，当接入另一个绕组时，电机则具有另一种同步转速。则具有另一种同步转速。双绕组变极电机由于两套绕组双绕组变极电机由于两套绕组彼此独立，因此可以分别设计，选用不同截面的导线、各彼此独立，因此可以分别设计，选用不同截面的导线、各自独立的匝数，独立的节距等等，因此两套绕组都比较合自独立的匝数，独立的节距等等，因此两套绕组都比较合理。但是由于这两套绕组都要嵌放在定子槽内，槽的空间理。但是由于这两套绕组都要嵌放在定子槽内，槽的空间就显得紧张了，往往槽要开得大一些，而槽大了就会减小就显得紧张了，往往槽要开得大一些，而槽大了就会减小齿截面，又会影响磁通量，因此也要统筹考虑绕组和铁心齿截面，又会影响磁通量，因此也要统筹考虑绕组和铁心的合理参数。实现最佳配合。的合理参数。实现最佳配合。n n电梯中常用的一种双绕组变极电机极数为电梯中常用的一种双绕组变极电机极数为6 6极极2424极，接极，接线方式为线方式为Y YY Y，使用时需要哪种转速就将相应的绕组接入，使用时需要哪种转速就将相应的绕组接入电源即可。但需要注意的是，不能将两套绕组同时接人电电源即可。但需要注意的是，不能将两套绕组同时接人电源，也不能在一套绕组工作时将另一套绕组短路闭合，否源，也不能在一套绕组工作时将另一套绕组短路闭合，否则将造成电机的损坏。则将造成电机的损坏。.（二）单绕组624极变速电机用作电梯曳引电机的主电路.n n交流调压调速系统n n基本原理：基本原理：n n使用晶闸管控制电机起动电压，使电梯稳定加速，需要减使用晶闸管控制电机起动电压，使电梯稳定加速，需要减速时采用能耗制动方式，降低电机转速。具有速度测量装速时采用能耗制动方式，降低电机转速。具有速度测量装置，将电机转速信号反馈到调速装置。调速装置内部产生置，将电机转速信号反馈到调速装置。调速装置内部产生运行曲线，与反馈曲线进行比较，依据差值运算，控制电运行曲线，与反馈曲线进行比较，依据差值运算，控制电机电动还是制动。机电动还是制动。n n测速装置一般使用测速发电机、旋转编码器或光电码盘。测速装置一般使用测速发电机、旋转编码器或光电码盘。应用测速发电机一般是模拟控制系统，采用运放作为主要应用测速发电机一般是模拟控制系统，采用运放作为主要元件。采用码盘或旋编的一般为数字控制系统，采用微处元件。采用码盘或旋编的一般为数字控制系统，采用微处理器作为中心元件。理器作为中心元件。第七节第七节 交流调压调速电梯拖动方式交流调压调速电梯拖动方式.n n1、简易交流调速（半闭环）n n使用交流双速电机，电梯快车起动串接电抗器，需要减速使用交流双速电机，电梯快车起动串接电抗器，需要减速时，起动直流能耗控制系统，将可控制直流电施加到电动时，起动直流能耗控制系统，将可控制直流电施加到电动机低速绕组，控制电机减速停止。系统通常配有码盘计数机低速绕组，控制电机减速停止。系统通常配有码盘计数系统，从减速点到停止点有固定距离，考虑到负载变化，系统，从减速点到停止点有固定距离，考虑到负载变化，通常在电机轴上增加飞轮，进行储能，同时电梯起动时飞通常在电机轴上增加飞轮，进行储能，同时电梯起动时飞轮可降低机械冲击。轮可降低机械冲击。n n检修运行直接使用慢车绕组，控制电路与双速电梯相同。检修运行直接使用慢车绕组，控制电路与双速电梯相同。.n n全闭环交流调速系统n n速度反馈装置贯穿整个电机控制，由调速装置精准控制电速度反馈装置贯穿整个电机控制，由调速装置精准控制电机运行。起动时，调速器依据内部运行曲线给电动机输出机运行。起动时，调速器依据内部运行曲线给电动机输出电压，通过速度反馈信号，靠改变调速器输出电压使电动电压，通过速度反馈信号，靠改变调速器输出电压使电动机起动，并按照内部曲线运行。需要减速时，调速装置向机起动，并按照内部曲线运行。需要减速时，调速装置向电动机低速绕组或涡流制动器内接入可控直流电，使电机电动机低速绕组或涡流制动器内接入可控直流电，使电机稳定减速，按照内部曲线运行，如果减速度不够，将加大稳定减速，按照内部曲线运行，如果减速度不够，将加大直流电的强度；如果减速度太大就减小直流电的强度；甚直流电的强度；如果减速度太大就减小直流电的强度；甚至直接起动电动环节增加电机速度，直至能跟随曲线运行。至直接起动电动环节增加电机速度，直至能跟随曲线运行。总之，在整个电机运行中，调速器始终监控和调节电机的总之，在整个电机运行中，调速器始终监控和调节电机的运转，控制精度较高。运转，控制精度较高。.n n图图3 333 33 交流异步电动机调压调速机械特性交流异步电动机调压调速机械特性n na a）sm1 bsmT负载转矩加速运行 T电机转矩SPWM波OutOut2 2）SPWMSPWM波波用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波？.若要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。OutSPWM波Out如何用一系列等幅不等宽的脉冲等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波Out.OwtUd-Ud对于正弦波的负半周，采取同样的方法，得到PWM波形，因此正弦波一个完整周期的等效PWM波为：OwtUd-Ud根据面积等效原理，正弦波还可等效为下图中的PWM波，而且这种方式在实际应用中更为广泛。.等等幅幅PWM波波不等幅不等幅PWM波波OwtUd-UdUot3 3）PWMPWM波波.PWMPWM电流波电流波 电电流流型型逆逆变变电电路路进进行行PWMPWM控控制制，得得到到的的就就是是PWMPWM电电流波。流波。PWM波可等效的各种波形直流斩波电路 直流波形SPWM波 正弦波形等效成其他所需波形，如:l 所需波形 l 等效的PWM波.目前中小功率的逆变电路几乎都采用PWM技术。逆变电路是PWM控制技术最为重要的应用场合。PWM逆变电路也可分为电压型电压型和电流型电流型两种，目前实用的PWM逆变电路几乎都是电压型电路。.PWMPWM逆变电路及其控制方法逆变电路及其控制方法 计算法的概念计算法的概念：根根据据正正弦弦波波频频率率、幅幅值值和和半半周周期期脉脉冲冲数数，准准确确计计算算PWMPWM波波各各脉脉冲冲宽宽度度和和间间隔隔，据此控制逆变电路开关器件的通断，就可得到所需据此控制逆变电路开关器件的通断，就可得到所需PWMPWM波形。波形。当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化。当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化。调制法调制法：通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波；通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波；与任一平缓变化的与任一平缓变化的调制信号波调制信号波相交，在相交，在交点控制器件通断，就得宽度正比于信号波幅值的脉冲，符合交点控制器件通断，就得宽度正比于信号波幅值的脉冲，符合PWM的要求。的要求。调制信号波为正调制信号波为正弦波时，得到的弦波时，得到的就是就是SPWM波波计算法和调制法计算法和调制法.等腰三角波或锯齿波等腰三角波上任一点的水平宽度和高度成线性关系，且左右对称，当它与任何一个平缓变化的调制信号波相交时，如在交点时刻对电路中开关器件的通断进行控制，就可得到宽度正比于信号波幅值的脉冲调制法调制法把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过信号波得调制得到所期望的PWM波形.t 调制信号ur为正弦波，载波uc在ur的正半周为正极性的三角波，在负半周为负极性的三角波t 在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断t ur正半周，V1保持通，V2保持断 当uruc时使V4通，V3断，uo=Ud当uruc时使V4断，V3通，uo=0 单极性单极性PWM控制方式控制方式（单相桥逆变）（单相桥逆变）t Ur负半周，V1保持断，V2保持通 当uruc时使V3断，V4通，uo=0单极性单极性PWM控制方式控制方式Ur半个周期内三角波载波只在正极性或负极性一种极性范围内变化，所得PWM波形的控制方法表示uo的基波分量.双极性双极性PWM控制方式控制方式（单相桥逆变）（单相桥逆变）双极性双极性PWM控制方式控制方式在ur的的半个周期内，三角波载波有正有负，所得PWM波也有正有负l 在在ur一个周期内一个周期内,输出输出PWM波只有波只有Ud两种电平两种电平l 同同样样在在调调制制信信号号ur和和载载波波信信号号uc的的交交点点时时刻刻控控制制哥开关器件的通断哥开关器件的通断l ur正负半周，对各开关器件的控制规律相同正负半周，对各开关器件的控制规律相同l 当当ur uc时时，给给V V1 1和和V V4 4导导通通信信号号，给给V V2 2和和V V3 3关断信号关断信号 如如io o0，则，则V V1 1和和V V4 4通，通，如如io0，VDVD1 1和和VDVD4 4通，通，不管哪种情况不管哪种情况uo=Udl当当uruc时时，给给V2和和V3导导通通信信号号，给给V1和和V4关断信号关断信号 如如io0，VD2和和VD3通，通，不管哪种情况不管哪种情况uo=-Ud.图 双极性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud图 单极性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud 对照上述两图可以看出，单相桥式电路既可采取单极性调制，也可采用双极性调制，由于对开关器件通断控制的规律不同，它们的输出波形也有较大的差别。.l uUN、uVN和uWN的PWM波形只有Ud/2两种电平l 线电压波形uUV的波形可由uUN-uVN得出当1和6通时，uUV=Ud 当3和4通时，uUV=Ud当1和3或4和6通时，uUV=0l 逆变器输出线电压PWM波由Ud和0三种电平构成l 负载向电压uUN可由下式求得l 负载相电压PWM波由(2/3)Ud、(1/3)Ud和0共5种电平组成.同一相上下两臂的驱动信号互补，为防止上下臂直通而造成短路，在上下两臂切换时留一小段上下臂都施加关断信号的死区时间死区时间的长短主要由功率开关器件的关断时间决定死区时间会给输出的PWM波带来影响，使其稍稍偏离正弦波.异步调制和同步调制异步调制和同步调制异步调制和同步调制异步调制和同步调制根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM调制方式分为异步调制异步调制和同步调制同步调制。通常保持fc固定不变，当fr变化时，载波比N是变化的在信号波的半周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称当fr较低时，N较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响都较小当fr增高时，N减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不对称的影响就变大载波比载波比载波频率fc与调制信号频率fr之比，N=fc/fr1）异步调制异步调制载波信号和调制信号不同步的调制方式.2）同步调制同步调制载波信号和调制信号保持同步的调制方式，当变频时使载波与信号波保持同步，即N等于常数。ucurUurVurWuuUNuVNOttttOOOuWN2Ud-2Ud同步调制三相PWM波形基本同步调制方式，fr变化时N不变，信号波一周期内输出脉冲数固定。三相电路中公用一个三角波载波，且取N为3的整数倍，使三相输出对称。为使一相的PWM波正负半周镜对称，N应取奇数。fr很低时，fc也很低，由调制带来的谐波不易滤除。fr很高时，fc会过高，使开关器件难以承受。.3）分段同步调制分段同步调制异步调制和同步调制的综合应用。把整个fr范围划分成若干个频段，每个频段内保持N恒定，不同频段的N不同。在fr高的频段采用较低的N，使载波频率不致过高；在fr低的频段采用较高的N，使载波频率不致过低。为防止fc在切换点附近来回跳动，采用滞后切换的方法。同步调制比异步调制复杂，但用微机控制时容易实现。可在低频输出时采用异步调制方式，高频输出时切换到同步调制方式，这样把两者的优点结合起来，和分段同步方式效果接近。.自然采样法按照SPWM控制的基本原理，在正弦波和三角波的自然交点时刻控制功率开关的通断，这种生成SPWM波形的方法规则采样法工程实用方法，效果接近自然采样法，计算量比自然采样法小得多规则采样法规则采样法.三角波两个正峰值之间为一个三角波两个正峰值之间为一个采样周期采样周期T T T Tc c c c。自然采样法中，脉冲中点不和自然采样法中，脉冲中点不和三角波三角波(负峰点负峰点)重合。重合。规则采样法使两者重合，使计规则采样法使两者重合，使计算大为减化。算大为减化。如图所示确定如图所示确定A A、B B点，在点，在t t t tA A A A和和t t t tB B B B时刻控制开关器件的通断。时刻控制开关器件的通断。脉冲宽度脉冲宽度 和用自然采样法得和用自然采样法得到的脉冲宽度非常接近。到的脉冲宽度非常接近。规则采样法原理原理ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d图6-12 规则采样法.规则采样法计算公式推导正弦调制信号波三角波一周期内，脉冲两边间隙宽度a称为调制度调制度，0a1；wr为信号波角频率从图得,ucuOturTcADBOtuotAtDtBdd d 2d2d 规则采样法.PWMPWM控制技术的地位控制技术的地位 PWMPWM控控制制技技术术是是在在电电力力电电子子领领域域有有着着广广泛泛的的应应用用，并并对对电力电子技术产生了十分深远影响的一项技术。电力电子技术产生了十分深远影响的一项技术。器件与器件与PWMPWM技术的关系技术的关系 IGBTIGBT、电电力力MOSFETMOSFET等等为为代代表表的的全全控控型型器器件件的的不不断断完完善善给给PWMPWM控制技术提供了强大的物质基础。控制技术提供了强大的物质基础。PWMPWM控制技术用于直流斩波电路控制技术用于直流斩波电路 直直流流斩斩波波电电路路实实际际上上就就是是直直流流PWMPWM电电路路，是是PWMPWM控控制制技技术术应应用用较较早早也也成成熟熟较较早早的的一一类类电电路路，应应用用于于直直流流电电动动机调速系统就构成广泛应用的机调速系统就构成广泛应用的直流脉宽调速系统直流脉宽调速系统直流脉宽调速系统直流脉宽调速系统。.PWMPWM控制技术用于交流控制技术用于交流交流变流电路交流变流电路 斩斩控控式式交交流流调调压压电电路路和和矩矩阵阵式式变变频频电电路路是是PWMPWM控控制制技技术在这类电路中应用的代表。术在这类电路中应用的代表。目前其应用都还不多。目前其应用都还不多。但但矩矩阵阵式式变变频频电电路路因因其其容容易易实实现现集集成成化化，可可望望有有良良好好的的发展前景。发展前景。.PWM控制技术用于逆变电路逆变电路PWMPWM控制技术在逆变电路中的应用最具代表性。控制技术在逆变电路中的应用最具代表性。正正是是由由于于在在逆逆变变电电路路中中广广泛泛而而成成功功的的应应用用，才才奠奠定了定了PWMPWM控制技术在电力电子技术中的突出地位。控制技术在电力电子技术中的突出地位。除除功功率率很很大大的的逆逆变变装装置置外外，不不用用PWMPWM控控制制的的逆逆变变电路已十分少见。电路已十分少见。.PWMPWM控制技术用于控制技术用于整流电路整流电路整流电路整流电路 PWMPWM控制技术用于整流电路即构成控制技术用于整流电路即构成PWMPWM整流电路。整流电路。可看成逆变电路中的可看成逆变电路中的PWMPWM技术向整流电路的延伸。技术向整流电路的延伸。PWMPWM整整流流电电路路已已获获得得了了一一些些应应用用，并并有有良良好好的的应应用用前前景。景。PWMPWM整整流流电电路路作作为为对对第第2 2章章的的补补充充，可可使使我我们们对对整整流流电路有更全面的认识。电路有更全面的认识。.PWMPWM控制技术与控制技术与相位控制技术相位控制技术相位控制技术相位控制技术 相相相相位位位位控控控控制制制制技技技技术术术术至至今今在在电电力力电电子子电电路路中中仍仍占占据据着着重重重重要要要要地地位。位。以以PWMPWM控控制制技技术术为为代代表表的的斩斩斩斩波波波波控控控控制制制制技技技技术术术术正正在在越越来来越越占占据着据着主导主导主导主导地位。地位。相位控制和斩波控制分别简称相位控制和斩波控制分别简称相控相控相控相控和和斩控斩控斩控斩控。把把两两种种技技术术对对照照学学习习，对对电电力力电电子子电电路路的的控控制制技技术术会会有更明晰的认识。有更明晰的认识。.规则采样法：规则采样法：DTCuruCtD三角波一周期内，脉冲两边间隙三角波一周期内，脉冲两边间隙宽