13888147524
15887873230

楚雄市电工考证培训:电动机调速技术培训

[日期:2023-08-18]   来源:云南技能考试网  作者:云南技能考试网   阅读:361次

电工作业是特种作业之一,从事电工相关规定工作必须持证上岗,电工作业操作证每3年需要复审一次。一人一证持证上岗,全国通用。

考试形式:本人参考、单人单桌、分为理论科目和实操科目,满分均为100分,及格分均为80分。

报考咨询:18206863120(微信同号)

报名资料:

1、身份证复印件1份

2、一寸白底照片2张

3、初中及以上文化程度毕业证复印件1份

4、个人健康承诺书1份(学校提供,本人签字)


特种作业操作证每3年复审一次,复审时间在证书正面下方有标注。

目前电工操作证是全国联网的,全国范围内都具有法律效力,同时也支持在异地复审证书。

证书在中国应急管理局平台:http://cx.mem.gov.cn/上面可以查询。

image.png

电工操作证的考试难度并不大,只要有相应的文化水平且进行相应的培训、学习和练题,都是可以轻松取得证书的。

电工技术培训内容:

第一周:电工基础(安全用电法律法规)以及各种仪器仪表使用。
第二周:家庭电路布线(比如:一控、两控,多控等),电气设备安装调试,线路的运行,维护,检修等。
第三周:典礼拖动(机电及其各种控制电路,比如:电机直接启动,电机星-三角起动,自耦变压起动,异地控制,顺序控制等)。
第四周:变电,配电,输电以及二次回路的控制,运行,维护,检修等。

image.png

电动机调速技术


为适应生产的需要,满足生产机械的要求,在生产过程中需要人为地改变电动机的转速,称为调速。

对可调速的传动系统,按照传动电动机的类型可分为两大类:直流调速系统和交流调速系统。交流电动机具有结构简单、价格低廉、维修简便等优点,但调速较为困难。近年来,随着晶闸管变流器和各种控制元器件成本的降低,各种类型的交流调速系统相继涌现,交流调速系统的静态特性已可以和直流调速系统相媲美。但在一段较长时期内,在工业应用上占主导地位的仍是直流调速系统。尽管直流电动机与交流电动机相比,它的结构复杂、价格高、维修也较麻烦,但是由于它具有较大的起动转矩和良好的起、制动性能,以及易于在较宽的范围内实现平滑调速,所以直流调速系统在现阶段仍然是自动调速系统的一种主要形式。


一、调速系统的质量指标

自动调速系统的质量指标是系统设计和实际运行中要满足的指标,也是衡量系统性能好坏的准则。质量指标包括静态指标、动态指标、经济指标等。

(1)静态指标是用来衡量调速系统静态品质好坏的指标,代表了系统稳定运行中的性能。静态指标主要有调速范围D、静差率s、平滑系数和稳态误差等。

1)调速范围:指电动机在额定负载下,其最高转速和最低转速之比。对于一般的调速系统总是希望调速范围越大越好。

2)静差率:指电动机在额定负载时,其转速降与理想空载转速之比的百分数。它用来衡量调速系统在负载变化时转速的稳定性能。调速系统的机械特性越硬,静差率越小,转速的稳定度越高。

3)平滑系数:指两个相近的转速之比。对于连续可调的无级调速系统,调速的平滑系数为1。

4)稳态误差:指在稳态条件下输出量的期望值与稳定值之间的误差。它反映了系统的准确程度。

(2)动态指标代表了系统动态工作过程的性能。反映系统的跟随性能指标一般有稳定性、最大超调量、上升时间、调整时间和振荡次数等。反应系统的抗干扰性能指标有动态降落和恢复时间。一个正常的调速系统必然是稳定性好、超调量适中、调整时间短和振荡次数少。


二、直流调速

1.直流调速系统的原理

由电动机的基础知识可知,直流电动机的转速公式为

式中     n-—电动机的转速(r/min);

        U-—电动机端电压(V);

        In——电动机电枢电流(A);

        ∑R——电枢回路总电阻(Ω);

        φ——电动机的励磁磁通(Wb);

        Ce——电动机的电动势常数;

        n0—电动机的理想空载转速(r/min);

        △n-—电动机的转速降(r/min)。

由式(1-3)可以看出,直流电动机的调速方法主要有以下三种:

(1)改变电枢回路的总电阻其原理是在直流电动机的电枢回路中串接附加电阻R,如图1-26a所示,这样电枢回路的总电阻通过接触器的触头控制串接附加电阻R的接入或短接,使得电枢电流在电枢回路总电阻上的压降改变,即改变了转速降△n=I.ZR/C.φ,从而得到不同的运转速度。由于在电枢回路中串入电阻使转速降增大,所以串人的电阻越大,电动机的转速就越低。


这种调速方法的主要优点是线路简单,系统设计、安装、调整方便,投资少;缺点是机械特性软、耗能多、调速范围窄、调速不平滑。这种调速方法只能应用在简单的生产机械上。

(2)减弱电动机的励磁磁通通过改变直流电动机励磁绕组的励磁电压,可以改变励磁电流,从而改变磁通φ。由于电动机磁通在额定状态时,其铁心已接近饱和,增磁的余地很小,所以改变磁通调速的方法主要是减弱磁通来升速。由式(1-3)可知,磁通φ减弱,理想空载转速no和转速降△n均增加,转速升高,电动机的机械特性变软。其调速特性如图1-27所示。此外减弱磁通后,将使电动机输出的电磁转矩M减小;这种若负载转矩M,不变,必将导致电动机的电枢电流增加、电动机的机械特性变软,使电动机发热严重。调速方法的调速范围不大,因而一般也只在额定转速以上时才采用。


(3)调节电枢供电电压由式(1-3)可知,

改变电动机端电压U的大小,可以改变理想空载转速no的大小,而转速降△n电气设备安装工(高级)第2版是不变的,即改变电动机的供电电压,机械特性基本是平行地上下移动,机械特性的硬度不变。所以这种调速方法具有调速平滑、调速范围大、机械特性硬等优点。目前主要有两种类型的调压控制系统:晶闸管一电动机调速系统和斩波器一电动机(直流脉冲宽度调制PWM)调速系统,广泛应用的是晶闸管直流调速系统。

由静止的晶闸管变流装置UR提供可调的直流电压U给直流电动机M,构成了晶闸管直流调速系统。通过改变U,电压来改变晶闸管触发延迟角α的大小,从而改变整流电压Ua的大小,达到调节直流电动机转速的目的。

由晶闸管构成的直流调速系统的机械特性,如图1-28所示。

2.直流调速系统的组成

在手动控制基础上发展起来的自动控制系统,按照系统有无反馈环节,可分为开环控制系统和闭环控制系统;按照系统是否存在稳态偏差可分为有静差调速系统和无静差调速系统。对于不同的控制系统,其结构组成及元器件各不相同。

(1)开环控制系统与闭环控制系统

1)开环控制系统:若系统的输出量不反送到输入端参与控制,即输出量n和输入量U之间在电路上没有任何直接的联系,这样的系统称为开环控制系统。晶闸管供电的直流开环控制系统,如图1-29所示。在输入端给定一个电压U,输出端电动机就对应有一个转速n,欲改变转速n,就必须人为地改变输入端给定电压U的大小。


它的调节过程如下:当给定电压U增大时,通过触发器AT使晶闸管的触发延迟角α减小,晶闸管整流电压Ua增加,由于电动机励磁磁通是恒定的,所以电动机的转速n将增加。

开环控制系统的结构简单、成本低、不存在稳定性问题。为了保证控制精度,系统需要采用高精度的元器件,另外对干扰造成的误差,系统无能为力。所以开环控制系统应用在内部参数和外部负载等干扰因素不大的情况下,如一般的组合机床的控制。

2)闭环控制系统:若系统的输出量被反送到输入端参与控制,即输出量n与输入量Ua之间通过反馈环节联系在一起形成闭合回路的系统,称为闭环控制系统,又称为反馈控制系统。


它的调节过程如下:测速发电机TG与电动机M装在同一机械轴上,测速发电机TG随电动机旋转产生转速负反馈电压Um,此电压正比于电动机的转速n。Um引回到输入端与给定电压U相比较,其差值△U(△U=图1-30直流闭环控制系统Ua-Um)经放大器放大后,得到输出电压U(即为晶闸管变流器的控制电压),用它去调节整流器的输出电压Ua,进而控制电动机转速n的高低。

当电动机的转速n由于某种原因(如负载增加)而降低时,Um将降低,偏差电压△U升高,控制电压U,增加,则整流器输出电压U将增加,从而使电动机转速回升。该调节过程为:负载↑→I↑→n↓→△U↑→Ua+→n个。可见,当U不变而电动机的转速由于某种原因而产生波动时,通过转速负反馈,可以自动调节电动机的转速而维持稳定。这样就抑制了干扰量对输出量n的影响,而且还大大地提高了系统机械特性的硬度。但是闭环控制容易产生振荡(如系统的放大倍数过大时),因此,对闭环控制系统来说,稳定性是一个需要充分重视的问题。

依靠负反馈信号的作用,达到阻止被控制量变化的目的,称这种控制方法为反馈控制。采用闭环控制后,系统能对控制装置及被控对象参数变化引起的干扰不敏感,不必采用高精度的元器件,但反馈元器件的精度应尽可能高。当系统出现干扰时,反馈元器件可以减弱其影响,它是电力拖动自动控制系统的基础。

由于晶闸管供电的直流调速系统的开环机械特性不硬,特别是电流断续时,机械特性更软,所以,一般多采用闭环控制方案。

(2)有静差调速系统和无静差调速系统

1)有静差调速系统:这种调速系统在稳态时,反馈量与给定量不等,存在着偏差△U(△U=U-Um≠0),即电动机的实际转速和想要调节的理想转速之间不等。

有静差调速系统是通过偏差△U的变化来进行调节的。系统的反馈量只能减小偏差△U的变化,而不能消除偏差,即△U始终不能为零。若偏差△U=0,比例放大器的输出电压U=0,晶闸管整流器的输出电压Ua=0,电动机将停止转动,系统无法正常工作。可见,有静差调速系统是以△U≠0为工作前提的。若想消除偏差,使△U=0,以提高稳态精度,单纯按比例放大器来进行控制是办不到的。要想提高稳态精度,必须从控制规律上寻求新的出路。


2)无静差调速系统:无静差调速系统在静态时,反馈量完全等于给定量,即偏差电压△U=0时系统仍能工作,通过PI、PID调节器来实现。图1-31所示为无静差闭环调速系统。由图可见,这个系统的被调量是转速,PI调节器起到调节转速不变的作用,因此称为速度调节器。当电动机起动时,转速为零,故Um=0,偏差电压△U=U。速度调节器的输出电压很快达到最大值,这个电压使整流器输出的电压达到最大值,电动机在这个电压下起动,转速迅速上升到给定的转速n,此时Um>Ug。由于电容的积分作用,此图1-31无静差闭环调速系统时调节器的输出仍然保持在限幅值。如果电动机的转速>n,则△U<0,速度调节器将反向积分使电枢电压降低,直到转速降到n,电动机就保持在给定的转速下运行。同理,也可以分析电动机在正常运行负载有变化时的自动调节过程。当负载增加时,电动机转速下降,反馈电压U减小,△U增大,PI调节器的调节作用,一部分为比例输出,偏差电压越大,整流器的输出电压越大,电动机转速回升越快,比例输出是没有惯性的;另一部分为积分的调节作用,偏差电压的积分使整流器电压增加,也使转速回升。实际上调节器是比例和积分作用同时发生。在调节初期和中期,比例调节起主要作用,它首先阻止转速继续降落;在调节后期,转速降落减小,比例作用不明显,而积分调节上升到主导地位,最后靠积分作用消除偏差,这就是无差调节过程。所以称这种系统为无静态(稳态)误差调速系统,简称无静差调速系统。

积分控制可以消除偏差,具有滞后作用,主要缺点是容易引起超调或产生不稳定的振荡。若采用微分控制,它是一种超前控制,控制信号与偏差的变化率成正比,即在偏差还未变得太大之前,可以迅速将它校正,这就增大了系统的快速响应性。通常将比例、积分、微分三种控制作用组合在一起的控制称为比例积分微分控制简称PID控制。


三、交流调速

从异步电动机的转速公式得知:

式中       n——电动机的转速(r/min);

          m——同步转速(r/min);

          ∆n——转速降(r/min);

          p——磁极对数;

          s——转差率(%);

          f—频率(Hz)。

由式(1-4)不难看出,要改变异步电动机的转速可以改变磁极对数p、改变转差率s和改变频率f。

1.改变磁极对数的变极调速

当电源频率f不变时,改变电动机的磁极对数,电动机的同步转速随之成反比变化。若电动机磁极对数增加一倍,同步转速下降1/2,电动机的转速也几乎下降1/2,即改变磁极对数可以实现电动机的有级调速。

异步电动机的磁极对数是由其定子绕组的结构决定的,所以要改变磁极对数,必须将定子绕组绕制为可以转换成几种磁极的特殊形式,通常采用的方法是改变定子绕组的接法来改变磁极对数,这种电动机称为多速电动机。

常用的双速电动机改变磁极绕组的接法有两种,一种是绕组从△联结改接成双丫联结,写作△/2Y;另外一种是从Y联结改接成双丫联结,写作Y/2丫。这两种接法都是改变电动机定子绕组的接线方式,使每相绕组中有1/2绕组的电流反向,从而使电动机的磁极对数减少1/2,电动机的转速成倍改变。

(1)△/2丫联结变极调速如图1-32所示,当4、5、6三个抽头开路,1、2、3接三相电源时,三相绕组为△联结,定子各相绕组中的两部分绕组正向串联,电流如图中的实线所示。若将1、2、3点接在一起,将4、5、6接到三相电源上时,定子各相绕组中的两部分绕组反向并联,每相绕组中均有1/2绕组的电流反向,如图中的虚线所示。这时磁极对数减少1/2,同步转速增加一倍,即实现了变极调速。通过理论分析可知,这种调速方法适用于车床等恒功率负载,为恒功率调速。

(2)Y/2丫联结变极调速这种接法的原理同△/2Y联结一样,当绕组由Y联结改接成2丫联结时,电动机的磁极对数减少1/2,转速增加一倍。通过分析可知,该调速方法适用于起重机等恒转矩负载,为恒转矩调速。

变极调速的优点是设备简单、运行可靠。它的缺点是:有级调速,且调速的


磁极对数较少;电动机的效率较低。

2.改变频率的变频调速

变频调速是改变电源的频率f,从而使电动机的同步转速n。变化以达到调速的目的。变频调速的机械特性如图1-33所示。

在改变电源频率的同时,通常希望气隙主磁通维持不变。因为若气隙主磁通增加,电动机的磁路会过饱和,从而引起励磁电流增加、铁心损耗加大、电动机的温升过高、功率因数降低;若气隙主磁通减少,则电动机的容量得不到充分利用。又由异步电动机的电动势公式知道,外加电压近似地与频率和磁通的乘积成正比,即UαE≈C.fφ;因此,φxE/f≈U/f。若要保持磁通为定值,则电源电压必须随频率的变化作正比变图1-33变频调速的机械特性化,即保持U/f为常数。因此调速时,在调频的同时还要调压,即频率和电压协调控制,故称为可变频率可变电压调速(VVVF)。对于恒转矩负载,保持磁通为常数,同时也能保持电动机的过载能力不变,所以变频调速特别适合于恒转矩负载。


变频调速的主要优点是:调速范围宽;调速平滑性好;效率高;故障率低。

3.改变转差率的调速

改变外加电压或者改变转子电路的电阻,都可以改变转差率,从而改变电动机的转速。

(1)调压调速改变加在异步电动机定子绕组上的电压,即获得了一组人


为机械特性曲线,其最大转矩随电压的二次方而下降,产生最大转矩的临界转差率不变。起重机等恒转矩负载的特性曲线如图1-34a所示;通风机负载的特性曲线如图1-34b所示;高转差率电动机的特性曲线如图1-34c所示。由于调压调速时的调速范围较小,为了获得较宽的调速范围,可以采用转子电阻较大、机械特性较软的高转差率异步电动机进行调压调速。目前利用晶闸管的交流调速系统获得广泛应用,其主要优点是调速范围宽、调速平滑性好;缺点是当电动机运行在低速时,转子铜耗较大,电动机效率低,发热严重,不宜在低速下长时间运行。

(2)改变转子回路的电阻调速改变转子回路的电阻调速只适用于绕线转子异步电动机。如图1-35所示为改变转子回路的电阻所获得的一组人为机械特性曲线。增加转子回路电阻,最大电磁转矩不变,产生最大转矩的转速下降。转子回路还可以串联变阻器,其原理是一致的。这种调速的优点是设备简单、操作方便、在调图1-35改变转子回路电阻调速的机械特性速过程中最大转矩不变、电动机的过载能力不变;缺点是最低转速不能太小、调速范围不大。


云南技能考试