三相交流異步電動(dòng)機(jī)變頻控制-共18頁(yè)P(yáng)PT課件

1、三相交流異步電動(dòng)機(jī)前端蓋機(jī)座風(fēng)罩（和后端蓋固定在一起，風(fēng)扇在后端蓋外）接線盒三相驅(qū)動(dòng)電源U、V、W（由變頻器提供）定子繞組定子鐵心籠型轉(zhuǎn)子去掉鐵心后導(dǎo)條 三相交流異步電動(dòng)機(jī)的定子鐵心由硅鋼片疊合而成，線圈槽中嵌有三相對(duì)稱繞組，外接三相交流電源；轉(zhuǎn)子也由硅鋼片疊合而成，線圈槽中鑄有導(dǎo)條（通常為鋁導(dǎo)條），去掉鐵心后，剩下的導(dǎo)條形似鼠籠，因此，三相交流異步電動(dòng)機(jī)俗稱鼠籠式電動(dòng)機(jī)。變頻控制三相交流異步電動(dòng)機(jī)UXWZVYUVWZYXn1n2UVW定子繞組展開圖 當(dāng)定子繞組通入三相對(duì)稱電流后，在三相繞組中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其轉(zhuǎn)速n1稱為同步轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割籠形轉(zhuǎn)子中的導(dǎo)條，并在導(dǎo)條中產(chǎn)生感應(yīng)電流，這樣，導(dǎo)條

2、在磁場(chǎng)中產(chǎn)生電磁力并形成電磁轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子沿磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向以轉(zhuǎn)速n2旋轉(zhuǎn)。因?yàn)檗D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速只能小于同步轉(zhuǎn)速，故稱為異步電動(dòng)機(jī)；又因?yàn)檗D(zhuǎn)子導(dǎo)條的電流是由旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)感應(yīng)而來(lái)，所以又稱為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。變頻控制三相交流異步電動(dòng)機(jī)3Y（星形）接法UVWZYZUWXYZV接法3UVWZYZBUZVYXWUVW 改變接入電源的相序，可使旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)向發(fā)生改變，就可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。 改變電源的頻率可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，但在改變頻率的同時(shí)還要改變電源電壓，這是三相交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的基礎(chǔ)。接線盒接線盒同步轉(zhuǎn)速：主磁通：定子繞組極對(duì)數(shù)定子繞組電源頻率定子繞組電源電壓定子繞組匝數(shù)變頻控制 交流主軸電機(jī)一般采用三相交流異

3、步電機(jī)，并采用通用變頻器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。若機(jī)床主軸對(duì)轉(zhuǎn)速有很高的要求，并有C軸或定向控制時(shí)，交流主軸電機(jī)就要采用光電編碼器作為檢測(cè)器件，并采用矢量控制的變頻器。 1前軸承座 2籠型轉(zhuǎn)子 3定子三相對(duì)稱繞組 4接線盒 5后軸承座 6主軸編碼器 7端蓋 8風(fēng)扇 1PH7交流主軸電動(dòng)機(jī)變頻控制 為了得到等效正弦波，需要輸出一系列幅值相等而寬度不相等的矩形波。用三角波u作為載波，通過(guò)對(duì)正弦波控制信號(hào)uc進(jìn)行調(diào)制就可獲得可以得到SPWM波形u，調(diào)制后生成的脈沖信號(hào)u控制大功率晶體管的導(dǎo)通、截止，經(jīng)功率放大后，最后生成隨正弦波控制信號(hào)uc變化的等效正弦波來(lái)驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)。正弦波脈沖寬度調(diào)制（SPWM）變頻控制I

4、GBT功率模塊SPWM控制電路設(shè)定VT1VT6導(dǎo)通、關(guān)斷直流母線主電路1.組 成變頻控制 主電路左側(cè)是橋式整流電路，將工頻交流電變成直流電；中間是濾波環(huán)節(jié)，A、B兩條線路為直流母線；右側(cè)是逆變器，用VT1VT6六只大功率晶體管把直流電變成三相交流電U、V、W。 功率放大后的U、V、W是脈寬按正弦規(guī)律變化的等效正弦交流電，正是這個(gè)正弦波交流電保證了交流伺服電機(jī)的運(yùn)行。 改變大功率晶體管的開關(guān)頻率，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)整；改變大功率晶體管導(dǎo)通、截止的開關(guān)邏輯，可改變U、V、W三相相序，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向控制。主電路變頻控制2. IPM智能功率模塊 把一部分控制電路功能和功率開關(guān)器件集成在一個(gè)模塊，即智能功率

5、模塊(Intelligent Power Modules）。 IPM一般用IGBT作為功率開關(guān)元件，內(nèi)藏電流傳感器并與驅(qū)動(dòng)電路集成。非常適合于變頻器、逆變電源、伺服進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置作為理想的電力電子器件。 日本三菱電機(jī)公司的PM50RHA120智能功率模塊，由IGBT功率開關(guān)構(gòu)成三相逆變部分和再生制動(dòng)部分。保護(hù)電路包括欠電壓、開關(guān)過(guò)電流、橋臂短路及過(guò)熱等系統(tǒng)保護(hù)功能，提高了系統(tǒng)抗干擾能力和可靠性。該IPM耐壓1200V，額定工作電流50A、開關(guān)時(shí)間ton=2s，toff=3.5s?？捎糜陂_關(guān)頻率20kHz以上、7.5kVA（5.5kW）三相交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制。 變頻控制 通過(guò)改變感應(yīng)電機(jī)三相繞組

6、電源的頻率可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。根據(jù)E=4.44f1W1K1，當(dāng)采用變頻調(diào)速時(shí)，若定子電勢(shì)E保持恒定，則隨著頻率f1的上升，氣隙磁通勢(shì)必下降，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩下降；另一方面，若頻率f1下降，勢(shì)必造成磁通的增加，使磁路飽和，勵(lì)磁電流上升，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱就比較嚴(yán)重，這也是不允許的。變頻調(diào)速基礎(chǔ) 變頻調(diào)速時(shí)，在調(diào)節(jié)頻率f1的同時(shí)，也要相應(yīng)地改變定子的電勢(shì)E，以維持氣隙磁通不變。頻率較高時(shí)，可認(rèn)為定子電壓U1E，則變頻調(diào)速為恒壓頻率比控制方式，即 U1f1常數(shù)1. 恒壓頻比變頻調(diào)速變頻器變頻控制 在額定頻率f1e以下范圍內(nèi)，當(dāng)頻率較高時(shí)，可忽略定子繞組壓降，則E1U1。如果同時(shí)改變定子電壓U1電源頻率f1，并保

7、持U1/ f1為常數(shù)，則感應(yīng)電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的最大值是基本不變的。但是，隨著頻率f1的降低（此時(shí)定子繞組壓降不可忽略），最大轉(zhuǎn)矩Tmax將越來(lái)越小。當(dāng)f1很低時(shí)，Tmax下降很多，將限制電動(dòng)機(jī)的帶載能力，此時(shí)必須提高定子電源電壓U1，以補(bǔ)償定子壓降，維持帶載能力不變。 在改變f1的同時(shí)改變U1，維持恒壓頻比，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的直線段特性與直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是相似的，這種調(diào)速方法稱為恒壓頻比變頻調(diào)速。 恒壓頻比調(diào)速是一種速度開環(huán)調(diào)速，不能夠?qū)ψ兓呢?fù)載轉(zhuǎn)矩進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)速。變頻調(diào)速基礎(chǔ)Tmax變頻控制變頻調(diào)速基礎(chǔ)2. 轉(zhuǎn)差頻率控制 當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n近似于同步轉(zhuǎn)速n1，電磁轉(zhuǎn)矩Tem為：

8、其中f f1f，為轉(zhuǎn)差頻率，f1為定子電源頻率，f為轉(zhuǎn)子頻率。因此，若維持E1/ f1為常量，則電磁轉(zhuǎn)矩Tem與轉(zhuǎn)差頻率f成正比，因而可以通過(guò)控制f實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩Tem的調(diào)節(jié)。這種變頻調(diào)速方法稱為轉(zhuǎn)差頻率控制。 在轉(zhuǎn)差頻率控制中，要解決兩個(gè)問(wèn)題：一是轉(zhuǎn)差頻率f獲得，這樣必須在感應(yīng)電機(jī)上安裝測(cè)速裝置如測(cè)速發(fā)電機(jī)或光電編碼器，用來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；二是控制定子電流以維持氣隙磁通不變，以保證E1/ f1為常量。 轉(zhuǎn)差頻率控制是一種轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，可以應(yīng)對(duì)慢變化的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，達(dá)到調(diào)速的目的。 變頻控制UVW通用變頻器 通用變頻器是根據(jù)恒壓頻比控制或轉(zhuǎn)差頻率控制原理組成的一種交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置。通用變頻器能很好地

9、滿足低動(dòng)態(tài)要求的變頻調(diào)速，但是不適用于高動(dòng)態(tài)性能的變速傳動(dòng)。變頻控制 主電路中，R0的作用是限制起動(dòng)時(shí)的大電流。合上電源后，R0接入，以限止起動(dòng)電流。經(jīng)延時(shí)，觸點(diǎn)KA閉合或晶閘管VT導(dǎo)通（圖中虛線部分）將R0短路，避免造成附加損耗。Rb為能耗制動(dòng)電阻，制動(dòng)時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，通過(guò)逆變器的續(xù)流二極管向電容C反向充電，當(dāng)中間直流回路電壓（P、N點(diǎn)之間電壓，俗稱“泵升”電壓）升高到一定限制值時(shí)，通過(guò)泵升限制電路使開關(guān)器件Vb導(dǎo)通，電容C向Rb放電，這樣將電動(dòng)機(jī)釋放的動(dòng)能消耗在制動(dòng)電阻Rb上。對(duì)于頻繁起制動(dòng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，要用外接制動(dòng)電阻單獨(dú)接在變頻器外，以取代變頻器內(nèi)部的制動(dòng)電阻，這時(shí)，要用短接

10、棒將內(nèi)部制動(dòng)電阻短接。變頻器中的定子電流和直流回路電流檢測(cè)一方面用于補(bǔ)償在不同頻率下的定子電壓，另一方面用于過(guò)載保護(hù)。 控制電路中的單片微機(jī)一方面根據(jù)設(shè)定的數(shù)據(jù)，經(jīng)運(yùn)算輸出控制正弦波信號(hào)，經(jīng)SPWM調(diào)制，由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)六個(gè)大功率晶體管的基極，產(chǎn)生三相交流電壓U、V、W驅(qū)動(dòng)三相交流電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；另一方面，單片微機(jī)通過(guò)對(duì)各種信號(hào)進(jìn)行處理，在顯示器中顯示變頻器的運(yùn)行狀態(tài)，必要時(shí)可通過(guò)接口將信號(hào)取出作進(jìn)一步處理。 通用變頻器變頻控制變頻器內(nèi)部組成控制線路板逆變器輸出三相電源（U、V、W）線棒電網(wǎng)三相電源（R、S、T）接線端子U、V、W及接地等接線端子電流傳感器大功率晶體管模塊整流元件 卸掉控制線路板、線

11、棒和電流傳感器后變頻控制矢量控制 矢量控制理論上世紀(jì)70年代西門子公司工程師F.Blaschke首先提出，用來(lái)解決交流電機(jī)控制問(wèn)題。 磁場(chǎng)定向原理：分別對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)距的目的。 利用“等效”的概念，將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流分量（勵(lì)磁電流）和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量（轉(zhuǎn)矩電流）分別加以控制，并同時(shí)控制兩分量間的幅度和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。變頻控制矢量控制的性能特點(diǎn)不僅可在調(diào)速范圍上與直流電動(dòng)機(jī)相匹配，而且可以控制異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距。異步電動(dòng)機(jī)上需同軸安裝編碼器，用于轉(zhuǎn)子角位移測(cè)量和轉(zhuǎn)速測(cè)量。矢量變頻器具有異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)、辯識(shí)和自適應(yīng)等功能。在驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)之前可以自動(dòng)地對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，并根據(jù)辨識(shí)結(jié)果調(diào)整控制算法中的有關(guān)參數(shù)，從而對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效的矢量控制。矢量控制變頻控制 微處理器1負(fù)責(zé)速度控制、扭矩控制、矢量計(jì)算、中間電路調(diào)節(jié)器控制、電網(wǎng)端變流器的整流和逆變控制以及輸入/輸出信號(hào)控制；微