交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制

交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制第1頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制交、直流調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)：直流調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

具有較好的技術(shù)性能指標(biāo),滿足調(diào)速使用的要求。缺點(diǎn)單機(jī)容量、電壓等級(jí)、轉(zhuǎn)速的參數(shù)不如交流電動(dòng)機(jī);價(jià)格高、維修不方便、不能用于有爆炸性氣體和有粉塵的場(chǎng)合。交流調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

針對(duì)直流調(diào)速的缺點(diǎn)，得到改變。問(wèn)題

技術(shù)與器件等，在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上存在困難;

大功率器件的開(kāi)發(fā)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用等使交流調(diào)速應(yīng)用得到快速發(fā)展和應(yīng)用。

第2頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1.交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理定子轉(zhuǎn)子（1）交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)第1節(jié)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速概述第3頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（2）異步交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速原理由定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率：調(diào)速因子：f、s、p；f因子為頻率，p因子為極對(duì)數(shù)，s因子為轉(zhuǎn)差率。轉(zhuǎn)差功率：有效功率：交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理第4頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.調(diào)速系統(tǒng)分類類型分類方法按調(diào)速方法分類按調(diào)速效率分類按調(diào)速平滑性分類按調(diào)速裝置所在位置分類按使用的電動(dòng)機(jī)分類改變供電頻率f1調(diào)速高效系統(tǒng)有級(jí)調(diào)速定子側(cè)調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)改變極對(duì)數(shù)p調(diào)速低效系統(tǒng)無(wú)級(jí)調(diào)速轉(zhuǎn)子側(cè)調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)改變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速

轉(zhuǎn)子軸上調(diào)速

交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理第5頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三調(diào)速系統(tǒng)的基本類型異步電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差功率消耗型系統(tǒng)轉(zhuǎn)差功率回饋型系統(tǒng)轉(zhuǎn)差功率不變型系統(tǒng)他控變頻調(diào)速系統(tǒng)自控變頻調(diào)速系統(tǒng)交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理第6頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1.降電壓調(diào)速2.電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速3.繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速轉(zhuǎn)差功率消耗型系統(tǒng)轉(zhuǎn)差功率回饋型系統(tǒng)4.繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串級(jí)調(diào)速5.變級(jí)對(duì)數(shù)調(diào)速6.變頻調(diào)速轉(zhuǎn)差功率不變型系統(tǒng)3.交流調(diào)速系統(tǒng)特點(diǎn)交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理第7頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（1）調(diào)速參數(shù)控制保持每極磁通量不變磁通量太弱，沒(méi)有充分利用電動(dòng)機(jī)鐵芯；磁通量增大，使鐵芯飽和，導(dǎo)致過(guò)大勵(lì)磁電流；三相異步電動(dòng)機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)有效值：控制目標(biāo)：調(diào)速方法：基頻以上調(diào)速基頻以下調(diào)速1.變頻調(diào)速的基本原理第2節(jié)交流電動(dòng)機(jī)定子側(cè)變頻調(diào)速系統(tǒng)第8頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(3)基頻以上調(diào)速(2)基頻以下調(diào)速恒壓頻比控制方式磁通與頻率成反比降低(4)變頻調(diào)速控制特性變頻調(diào)速的基本原理恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速恒功率調(diào)速第9頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.變頻器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理變頻調(diào)速控制特性要求：交流供電為恒壓恒頻電源變頻裝置變壓變頻電源變頻裝置：旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組靜止變頻裝置直接變頻裝置間接變頻裝置恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速恒功率調(diào)速第10頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三工作原理：（1）間接變頻裝置整流裝置逆變裝置DCACAC變頻變壓恒壓恒頻50Hz中間直流環(huán)節(jié)1)整流與逆變裝置電路特點(diǎn)：*Uo電壓幅值由Ud定*Uo電壓頻率由逆變器開(kāi)關(guān)頻率定*Uo電壓頻率不受電源頻率限制整流——逆變，按要求導(dǎo)通;第11頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2）三相交—直---交變頻器特點(diǎn)：*管子作為開(kāi)關(guān)用，需可靠通、斷；*逆變器管子導(dǎo)通角60°，6管順序?qū)?變頻器結(jié)構(gòu)：——整流器——中間濾波環(huán)節(jié)——逆變器第12頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三UoaUobUoc*整流回路中的觸發(fā)角α變化使Ud變化，從而使Uo變化；*輸出波形為矩形波，與供電正弦波有差距，產(chǎn)生銅耗、脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩、噪聲；*要求：盡可能接近正弦波.變頻原理分析：*逆變回路中的導(dǎo)通頻率變化，改變輸出頻率f；第13頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（2）變頻器分類交—直—交變頻器1——采用可控整流器變壓，采用逆變器變頻；交—直—交變頻器2——采用不控整流器整流，斬波器變壓，逆變器變頻；交—直—交變頻器3——采用不控整流器整流，PWM逆變器同時(shí)變頻變壓；第14頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三M3~M3~1）常規(guī)交-直-交變頻器2）SPWM交-直-交變頻器（1）問(wèn)題提出——整流器必須可控，調(diào)速時(shí)須同時(shí)控制整流器和逆變器；——整流器為不控，逆變器同時(shí)控制輸出電壓和頻率；3.正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）

第15頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（2）正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）原理等效正弦波SPWM工作目標(biāo)——輸出正弦波形電壓、輸出頻率可控；SPWM工作特點(diǎn)——正弦波形由等幅不等寬的脈沖系列組成；——脈沖幅值由恒定直流電源提供；第16頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三——通過(guò)調(diào)制方法生成開(kāi)關(guān)器件的通斷控制信號(hào)：[由載波（三角波）—被調(diào)制的信號(hào)、調(diào)制波—輸出波形組合調(diào)制]——逆變器中開(kāi)關(guān)器件的通斷由嚴(yán)格的計(jì)算結(jié)果控制；（3）SPWM變頻器電路構(gòu)成原理第17頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三載波（三角波）—被調(diào)制的信號(hào)調(diào)制波—輸出波形參考信號(hào)振蕩器調(diào)制波三角波振蕩器（4）SPWM變頻器調(diào)制原理正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）

第18頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三雙極正弦波調(diào)制原理3.正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）

第19頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（5）SPWM變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)方法——SPWM控制是由三角載波與正弦調(diào)制波的交點(diǎn)，確定逆變器開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)時(shí)刻；——自然采樣法（逆變器輸出的一個(gè)周期內(nèi)，有2N個(gè)載波和調(diào)制波的交點(diǎn)）實(shí)現(xiàn)方法：硬件方式——模擬電子電路、數(shù)字電子電路、專用集成電路芯片；軟件方式——用計(jì)算機(jī)通過(guò)軟件生成SPWM波形；軟件生成方法：——規(guī)則采樣法——指定諧波消除法載波比：載波調(diào)制波第20頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三產(chǎn)生三相SPWM控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)逆變器—交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制的大規(guī)模集成電路；功能1）HEF4752電路概述提供逆變器六個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件所需的SPWM輸入信號(hào)；專用芯片HEF4752設(shè)有控制用時(shí)鐘輸入，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、電動(dòng)機(jī)定子電壓、PWM載波頻率、功率器件開(kāi)關(guān)頻率的控制。第21頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2）HEF4752電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理8,9,10,11FCT計(jì)數(shù)器VCT計(jì)數(shù)器RCT計(jì)數(shù)器譯碼器實(shí)驗(yàn)電路輸出口輸出口輸出口19,20,21,221,2,3,2718,13,15,16,236,7,24,2512174526輸出到逆變器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)——輸出口端子（A，B，C---M1、M2、C1、C2）時(shí)鐘脈沖信號(hào)——計(jì)數(shù)器端子（FCT、VCT、RCT、OCT、CSP）控制輸入信號(hào)——工作控制端子（CW、K、A、B、C、L、I）供電電源——直流電源接線端子（Vss、VDD）第22頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第3節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)——改變消耗于轉(zhuǎn)子外串電阻中的功率來(lái)改變轉(zhuǎn)差率，從而達(dá)到調(diào)速的目的，是一種耗能調(diào)速的方法（轉(zhuǎn)差功率消耗型系統(tǒng)）。1.串級(jí)調(diào)速概述在繞線式轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中外串電阻。轉(zhuǎn)子側(cè)串級(jí)調(diào)速是一種高效調(diào)速系統(tǒng)，只適用于繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。（1）繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)的調(diào)速方法（2）繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)的調(diào)速方法——通過(guò)轉(zhuǎn)子電路中串接附加電動(dòng)勢(shì)Ef

（相當(dāng)于轉(zhuǎn)子外串電阻）的方法，將原消耗在外串電阻上的功率轉(zhuǎn)換為可用功率再利用，從而實(shí)現(xiàn)高效調(diào)速的目的。有效功率：轉(zhuǎn)差功率：第23頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.串級(jí)調(diào)速構(gòu)成與調(diào)速原理轉(zhuǎn)子電路中串接可控附加電動(dòng)勢(shì)Ef第24頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理第25頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1.永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)組成第4節(jié)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（2）工作過(guò)程定子電樞靜止，轉(zhuǎn)子磁極轉(zhuǎn)動(dòng)；位置傳感器檢測(cè)磁極位置，通過(guò)控制裝置控制定子繞組電流方向；（1）結(jié)構(gòu)組成電動(dòng)機(jī)本體控制驅(qū)動(dòng)電路磁極位置傳感器普通直流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)本體電刷機(jī)械換向器無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)第26頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（1）位置傳感器2.永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制電磁式光電式磁敏式*磁敏式霍爾位置傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積??；安裝靈活方便；易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化；種類特點(diǎn)開(kāi)關(guān)型；線性型；類型電壓調(diào)整器；霍爾元件；放大器、觸發(fā)器、輸出極；組成結(jié)構(gòu)輸入磁感應(yīng)，輸出開(kāi)關(guān)量；工作過(guò)程第27頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（2）電動(dòng)機(jī)工作原理第28頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（3）電動(dòng)機(jī)速度閉環(huán)控制系統(tǒng)1）開(kāi)環(huán)調(diào)速控制無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)換向控制邏輯電路；PWM調(diào)速電路；保護(hù)電路；組成2）閉環(huán)調(diào)速控制組成無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)位置與轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置換向控制邏輯電路；PWM調(diào)制電路；反饋環(huán)節(jié)和保護(hù)電路；第29頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第5節(jié)變頻器產(chǎn)品與使用1.一般變頻器的基本結(jié)構(gòu)通用型變頻器普通開(kāi)環(huán)變頻變壓控制型高性能閉環(huán)矢量控制型（1）VVVF型變頻器概述3）特點(diǎn)1）控制電路組成*運(yùn)算電路*檢測(cè)電路*控制信號(hào)輸入、輸出電路*各種保護(hù)功能電路2）實(shí)施采用微處理器控制、簡(jiǎn)單硬件電路、由軟件完成各種功能；通用型變頻器多為：電壓型變頻器采用正弦波脈寬調(diào)制方式（SPWM）控制主電路：使用自關(guān)斷器件為主；第30頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(2)VVVF型變頻器的基本結(jié)構(gòu)不帶速度反饋的變頻器---開(kāi)環(huán)型變頻器第31頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.變頻器的主要控制參數(shù)頻率指令信號(hào)選擇頻率和電壓范圍設(shè)定V/F的曲線選擇電動(dòng)機(jī)停止方式選擇防止過(guò)電壓失速功能設(shè)定停電后再運(yùn)行的情況選擇防止過(guò)電流失速功能設(shè)定第32頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.變頻器使用簡(jiǎn)介第33頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4.變頻器使用實(shí)驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)?zāi)康淖冾l器接線變頻器使用變頻器特性(3)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容準(zhǔn)備變頻器基本操作數(shù)字量控制的基本起動(dòng)運(yùn)行模擬量控制的基本起動(dòng)運(yùn)行變頻器輸出頻率、輸出電壓和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速記錄(2)實(shí)驗(yàn)設(shè)備綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)連接線(4)實(shí)驗(yàn)報(bào)告說(shuō)明參數(shù)P005、P006、P007的功能繪制U/F協(xié)調(diào)控制曲線第34頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三變頻器使用實(shí)驗(yàn)*將電器模塊上的RDY1與RDY2用連接線連接(1)準(zhǔn)備(2)變頻器基本操作(3)數(shù)字量控制的基本起動(dòng)運(yùn)行（a使用控制端子、b使用前面板）(4)模擬量控制的基本起動(dòng)運(yùn)行（a使用控制端子、b使用前面板）(5)變頻器輸出頻率、輸出電壓和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速記錄*合上電源總開(kāi)關(guān)*將機(jī)床上的鑰匙打到ON*將機(jī)床的紅色電源開(kāi)關(guān)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°，打在ON上*變頻器的LED交替顯示頻率實(shí)際值和頻率設(shè)定值*熟悉變頻器前面板操作鍵的基本作用