基于單片機(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)(共18頁)

1、基于(jy)單片機(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 姓名(xngmng): 田冰杰學(xué)號(hào): 1030301134417專業(yè): 電氣(dinq)自動(dòng)化技術(shù)班級(jí): 電氣1343引 言隨著(su zhe)HYPERLINK /diangongdianzi/peidianshebei/ t _blank 電力(dinl)HYPERLINK /diangongdianzi/dianzijishu/ t _blank 電子(dinz)技術(shù)、微機(jī)控制技術(shù)以及大規(guī)模HYPERLINK /tag/jichengdianlu_807_1.html t _blank 集成電路的發(fā)展，基于集成PWM電路構(gòu)成的變頻調(diào)速系統(tǒng)以其結(jié)構(gòu)

2、簡單、運(yùn)行可靠、節(jié)能效果顯著、性價(jià)比高等突出優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。本文介紹的GTRSPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)是以大規(guī)模專用集成電路HEF4752和 HYPERLINK /dianqi/danpianji/ t _blank 單片機(jī)（80C51）為核心構(gòu)成的控制電路，由HEF4752產(chǎn)生的三相PWM信號(hào)經(jīng)隔離、放大后，驅(qū)動(dòng)由GTR構(gòu)成的三相橋式逆變器，使之輸出三相SPWM的波形，實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)變頻調(diào)速。概述 1.1三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的發(fā)展隨著變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)在國內(nèi)外市場上日益擴(kuò)大應(yīng)用。自90年代中期以來，我國有眾多電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)設(shè)計(jì)、研制和生產(chǎn)適用于不同應(yīng)用的各種系列變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)，例如：通

3、用變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)系列、起重冶金變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)系列、隔爆變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)系列、電梯變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)系列、輥道變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)系列、牽引變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)系列等。從目前情況看，這些系列電動(dòng)機(jī)能基本滿足國內(nèi)市場的需求。據(jù)資料顯示，我國對(duì)于變頻凋速三相異步電動(dòng)機(jī)的品種不斷擴(kuò)大，產(chǎn)品設(shè)計(jì)也不斷改進(jìn)。為 了適應(yīng)不同用途、不同工作條件和使用環(huán)境、不同工況等各種要求，專用系列和改型系列變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品不論現(xiàn)在和將來，都在迅速發(fā)展。變頻器供電電源會(huì)存電動(dòng)機(jī)端子和各相繞組的前幾匝線圈上產(chǎn)生高頻瞬間脈沖峰值電，因此，如果不對(duì)絕緣系統(tǒng)采用增強(qiáng)措施將會(huì)使繞組存高電壓應(yīng)力作用下過早失效，從而引起絕緣擊穿故障。在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中，隨

4、著自關(guān)斷器件技術(shù)水平的不斷提高，脈寬調(diào)制技術(shù)（簡稱PWM技術(shù)）也日趨成熟。PMW交流變頻調(diào)速以其高效率、高功率因數(shù)、輸出波形好、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，在井下風(fēng)機(jī)、水泵、造紙機(jī)等設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。將單片機(jī)應(yīng)用于交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，可有效地避免傳統(tǒng)調(diào)速方案中的一些缺點(diǎn)，達(dá)到了提高控制精度的目的，其特點(diǎn)：（1）采用單片機(jī)可以使絕大多數(shù)控制邏輯通過軟件(run jin)實(shí)現(xiàn)，簡化了電路。（2）單片機(jī)具有更強(qiáng)的邏輯功能，運(yùn)算速度快，精度高，有大容量的存儲(chǔ)單元(cn ch dn yun)，可以實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的控制。（3）無零點(diǎn)(ln din)漂移，控制精度高。（4）可以提供人機(jī)界面，多機(jī)連網(wǎng)工作。1.1 SP

5、WM變頻調(diào)速系統(tǒng)概述二十世紀(jì)末以來,電力電子技術(shù)及大規(guī)模集成電路有了飛速的發(fā)展，在此技術(shù)背景下SPWM電路構(gòu)成的變頻調(diào)速系統(tǒng)以其結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、節(jié)能效果顯著、性價(jià)比高等突出優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。眾所周之早期的交-直-交變壓變頻器說輸出的交流波形都是矩形波或六拍階梯波，這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)逆變器只能采用半控式的晶閘管，會(huì)有較大的低次諧波，使電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩存在脈動(dòng)分量，影響其穩(wěn)態(tài)工作性能。為了改善交流電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能，在出現(xiàn)了全控式電力電子開關(guān)器件之后，科技工作者在20世紀(jì)80年代開發(fā)應(yīng)用PWM技術(shù)的逆變器，由于它的優(yōu)良技術(shù)性能，當(dāng)今國內(nèi)外生產(chǎn)的變壓變頻器都已采用這種技術(shù)。PWM技術(shù)是利用半

6、導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷把直流電壓變?yōu)殡妷好}沖序列，并通過控制電壓脈沖寬度或電壓脈沖周期以達(dá)到改變電壓的目的，或者通過控制電壓脈沖寬度和電壓脈沖序列的周期以達(dá)到變壓和變頻的目的。在變頻調(diào)速中，前者主要應(yīng)用于PWM斬波（DCDC變換），后者主要應(yīng)用于PWM逆變（DCAC變換）。PWM脈寬調(diào)制是利用相當(dāng)于基波分量的信號(hào)波（調(diào)制波）對(duì)三角載波進(jìn)行調(diào)制，以達(dá)到調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度的目的。相當(dāng)于基波分量的信號(hào)波（調(diào)制波）并不一定指正弦波，在PWM優(yōu)化模式控制中可以是預(yù)畸變的信號(hào)波，正弦信號(hào)波是一種最通常的調(diào)制信號(hào)，但決不是最優(yōu)信號(hào)。PWM控制技術(shù)有許多種，并且還在不斷發(fā)展中。但從控制思想上分，可把它們分成四

7、類，即等脈寬PWM法、正弦波PWM法（SPWM）、磁鏈跟蹤PWM法（SVPWM）和電流跟蹤PWM法等。本課題設(shè)計(jì)主要介紹正弦波SPWM的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。SPWM(Sinusoidal PWM)法是一種比較成熟的,目前使用較廣泛的PWM法.前面提到的采樣控制理論中的一個(gè)重要結(jié)論:沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí),其效果基本相同.SPWM法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ),用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開關(guān)器件的通斷,使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等,通過改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和

8、幅值。SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)(xtng)基本原理2.1 SPWM變頻(bin pn)調(diào)速系統(tǒng)基本原理PWM的原理，就是面積等效原理，在采樣控制理論中有一個(gè)重要的結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。所以可用等幅值的不同寬度的脈沖來等效一些想要(xin yo)的波形。PWM技術(shù)是利用半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷把直流電壓變?yōu)殡妷好}沖序列，并通過控制電壓脈沖寬度或電壓脈沖周期以達(dá)到改變電壓的目的，或者通過控制電壓脈沖寬度和電壓脈沖序列的周期以達(dá)到變壓和變頻的目的。變頻調(diào)速中，前者主要應(yīng)用于PWM斬波（DCDC變換），后者主要應(yīng)用于PWM逆變（DCAC變換）。PWM脈寬

9、調(diào)制是利用相當(dāng)于基波分量的信號(hào)波（調(diào)制波）對(duì)三角載波進(jìn)行調(diào)制，以達(dá)到調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度的目的。相當(dāng)于基波分量的信號(hào)波（調(diào)制波）并不一定指正弦波，在PWM優(yōu)化模式控制中可以是預(yù)畸變的信號(hào)波，正弦信號(hào)波是一種最通常的調(diào)制信號(hào)，但決不是最優(yōu)信號(hào)。根據(jù)面積等效原理，PWM波形和正弦波是等效的，而這種的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形，也稱為SPWM（Sinusoidal PWM）波形。當(dāng)前逆變電源的控制技術(shù)中，滯環(huán)控制技術(shù)和SPWM控制技術(shù)是變頻電源中比較常用的兩種控制方法。滯環(huán)控制技術(shù)開關(guān)頻率不固定，濾波器較難設(shè)計(jì)，且控制復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)；SPWM控制技術(shù)開關(guān)頻率固定，濾波器設(shè)計(jì)簡單，易于實(shí)

10、現(xiàn)控制。當(dāng)二者采用電壓電流瞬時(shí)值雙閉環(huán)反饋的控制策略時(shí)，均能夠輸出高質(zhì)量的正弦波，且系統(tǒng)擁有良好的動(dòng)態(tài)性能.2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總方案的確定在三相交流電源供電的情況下，共需經(jīng)過八個(gè)主要模塊完成整個(gè)調(diào)速過程。首先是三相整流變壓器降壓，然后經(jīng)二極管橋式整流，再者由電容濾波器濾波獲得直流電源，最后經(jīng)IGBT逆變電路逆變，得到可調(diào)交流電源。IGBT為場控輸入器件，輸入功率小。確定主電路模塊之后，本課程設(shè)計(jì)將采用HEF4752芯片構(gòu)成(guchng)SPWM波形生成電路，實(shí)現(xiàn)PWM波的調(diào)制。并采用電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)制系統(tǒng)，同時(shí)確定保護(hù)電路模塊，檢測電路模塊，驅(qū)動(dòng)電路模塊等。系統(tǒng)總流程圖如圖1所示。 M逆變電路

11、平波回路整流電路檢測電路隔離保護(hù)保護(hù)電路電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)制電路驅(qū)動(dòng)電路HEF4752波形控制電路圖1 SPWM變頻(bin pn)調(diào)速系統(tǒng)總流程圖第三章 主電路設(shè)計(jì)3.1主電路(dinl)功能說明主電路為AC/DC/AC逆變電路，由三相整流橋、濾波器、三相逆變器組成。三相交流電經(jīng)橋式整流后，得到脈動(dòng)的直流電壓經(jīng)電容器濾波后供給逆變器。二極管整流橋把輸入(shr)的交流電變?yōu)橹绷麟姡娮鑂1為起動(dòng)限流電阻，其上的電壓波形反映了主回路的電流波形，可以用來觀察波形。C1為濾波電容?？赡鍼WM變換器主電路系采用IGBT所構(gòu)成的，IGBT (V1、V2、V3、V4、V5、V6）和六個(gè)續(xù)流二極管（VD1、

12、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6）組成(z chn)的雙極式PWM可逆變換器。經(jīng)變換器逆變，可將直流電源變成穩(wěn)定的或可變的交流電源。3.2 主電路設(shè)計(jì)1.整流器本課題(kt)中的整流器是使用六個(gè)二極管組成，如圖2所示，它把工頻電源變換為直流電源。該電路整流輸出接有大電容，而且負(fù)載也不是純電感負(fù)載，但為了簡化計(jì)算，仍可按電感計(jì)算，只是電流裕量要可適當(dāng)取大些即可。2.平波回路在整流器整流后的直流電壓中，含有6倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變變流器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓（電流）。在濾波電容選擇時(shí)，一般根據(jù)放電的時(shí)間常數(shù)計(jì)算，負(fù)載越大，要求紋波系數(shù)

13、越小，一般不做嚴(yán)格計(jì)算，多取2000以上.3.逆變器逆變器的作用是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率。3.3 主電路電路圖主電路電路圖如圖所示。3.1 主電路第4章 控制電路設(shè)計(jì)第四章 控制電路設(shè)計(jì)(shj)4.1 控制電路設(shè)計(jì)(shj)總思路給異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率(pnl)可調(diào)）的主電路提供控制信號(hào)的回路，稱為控制回路?？刂齐娐酚梢韵码娐?，頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓/電流檢測回路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測回路”，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大隔離的“驅(qū)動(dòng)電路”，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路”。下面詳細(xì)介紹各單元電路。4.2 SPWM波形產(chǎn)生電路4.2.1 HEF4752芯片

14、介紹HEF4752簡介HEF4752是采用LOCMOS工藝制造的大規(guī)模集成電路，專門用來產(chǎn)生三相PWM信號(hào)。它的驅(qū)動(dòng)輸出經(jīng)隔離放大后，既可驅(qū)動(dòng)GTO逆變器，也可驅(qū)動(dòng)GTR逆變器，在交流變頻調(diào)速和UPS中作中心控制器件主要特點(diǎn)1）能產(chǎn)生三對(duì)相位差120的互補(bǔ)SPWM主控脈沖，適用于三相橋結(jié)構(gòu)的逆變器；2）采用數(shù)控方式不僅能提高系統(tǒng)控制精度，也易于與微機(jī)聯(lián)機(jī)；3）采用多載波比自動(dòng)切換方式，隨著逆變器的輸出頻率降低，有級(jí)地自動(dòng)增加載波比，從而抑制低頻輸出時(shí)因高次諧波產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈沖和噪聲等所造成的惡劣影響。調(diào)制頻率的可調(diào)范圍為0100Hz，且能使逆變器輸出電壓同步調(diào)節(jié)。4）為防止逆變器上下橋臂器件直通

15、，在每相主控脈沖間插入死區(qū)間隔，間隔時(shí)間連續(xù)可調(diào)。引腳說明 HEF4752為28腳雙列直插式標(biāo)準(zhǔn)封裝DIP芯片，它有7個(gè)控制輸入，4個(gè)時(shí)鐘輸入，12個(gè)驅(qū)動(dòng)逆變器輸出，3個(gè)控制輸出。其外部管腳排列如圖1所示。各管腳功能描述如表1所列HEF4752工作(gngzu)原理 HEF4752是一種基于同步式雙緣調(diào)制(tiozh)原理產(chǎn)生SPWM信號(hào)的專用集成電路,其原理框圖如圖2所示。輸入(shr)功能 1）輸入I用來決定逆變器驅(qū)動(dòng)輸出模式的選擇，當(dāng)I為低電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)模式是晶體管，當(dāng)I為高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)模式是晶閘管圖2.1 HEF4752 引腳圖 2）輸入控制信號(hào)K和時(shí)鐘輸入OCT共同(gngtng)決定

16、逆變器每對(duì)輸出信號(hào)的互鎖推遲間隔時(shí)間；3）相序輸入CW用來控制電機(jī)(dinj)轉(zhuǎn)向。當(dāng)CW為低電平時(shí)，相序?yàn)镽、B、Y；當(dāng)CW為高電平時(shí)，相序?yàn)镽、Y、B；4）輸入L用來控制起動(dòng)/停止，L為低電平時(shí)，在晶體管模式下封鎖HEF4752所有的脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)輸出，但產(chǎn)生輸出信號(hào)的內(nèi)部電路仍在繼續(xù)“運(yùn)行(ynxng)”。L為高電平時(shí)解除封鎖。L除起停電路外，還可方便地用于過流保護(hù)；5）控制輸入A、B、C供制造過程試驗(yàn)用。工作時(shí)必須接到Vss（低電平）。但A還有另外一個(gè)用處，即剛通電時(shí)，A置高電平初始化整個(gè) HYPERLINK /tag/IC_5579_1.html t _blank IC片，被用作復(fù)位信

17、號(hào)；6）時(shí)鐘輸入頻率控制時(shí)鐘（FCT）控制輸出PWM信號(hào)的基波頻率，即決定逆變器的輸出頻率fout，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，fFCT=3360fout。電壓控制時(shí)鐘（VCT）控制PWM信號(hào)的基波電壓幅值，使輸出電壓自動(dòng)地正比于其輸出頻率，在給定的輸出頻率下，平均逆變輸出電壓的幅度由fVCT控制。參考時(shí)鐘（RCT）是一個(gè)固定時(shí)鐘，它決定逆變器的最高開關(guān)頻率fs(max)，fRCT=280fs(max)，一旦fRCT確定，則HEF4752輸出脈沖的調(diào)制頻率就在0.6fs(max)fs(max)之間變化，且逆變器的開關(guān)頻率是輸出頻率的嚴(yán)格整數(shù)倍fs=Nfout，N為頻率比，其N值為15，21，30，42，

18、60，84，120，168；7）輸出推遲時(shí)鐘（OCT）控制HEF4752每對(duì)輸出信號(hào)互鎖推遲間隔時(shí)間d（對(duì)晶體管模式）以防逆變器同一橋臂上、下兩只開關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通引起直通，推遲間隔時(shí)間的選擇端（K）一起決定d的長短，其關(guān)系式為:一般情況(qngkung)K保持為高電平，通常可取fRCT=fOCT。輸出(shch)功能1）逆變驅(qū)動(dòng)輸出HEF4752有六個(gè)主驅(qū)動(dòng)輸出組成三個(gè)互補(bǔ)對(duì)，還有和每一主輸出相關(guān)聯(lián)的輔助輸出。在驅(qū)動(dòng)GTR逆變器時(shí)，輸出波形是雙邊沿調(diào)制的脈寬調(diào)制波，其調(diào)制原理可由圖3加以(jiy)說明。圖中假定載波在一個(gè)周期內(nèi)有9個(gè)脈沖（這個(gè)脈沖數(shù)被稱為頻率比），載波脈沖的兩個(gè)邊沿都用一個(gè)可變

19、的時(shí)間間隔量加以調(diào)制，而且使sin（為未被調(diào)制時(shí)載波脈沖邊沿所處的時(shí)間，或稱角相位）。sin0時(shí)，該處的脈沖變寬；sin0時(shí)，該處的脈沖變窄。三相輸出的調(diào)制脈沖波相位互差120，如圖3中UR、UY、UB所示。圖3中的VRY是R相和Y相間的線電壓波形。這個(gè)脈沖波平均值的波形接近正弦波。顯然，頻率比N的值越大，線電壓平均值的波形就越接近正弦波，而良好的正弦波輸出，正是交流電機(jī)所要求的。2）控制輸出RSYN是一個(gè)脈沖輸出，其頻率等于fout，脈寬等于VCT時(shí)鐘的脈寬，主要為觸發(fā)示波器掃描提供一個(gè)穩(wěn)定的參考信號(hào)。輸出電壓模擬信號(hào)VAV為一數(shù)字信號(hào)，它模擬逆變器輸出線電壓的平均值。它不受互鎖推遲間隔的影

20、響，也不被控制輸入L封鎖，其頻率等于逆變輸出頻率fout，并為6fout所調(diào)制，VAV在fVCT的閉環(huán)控制中非常有用，可用來改善輸出電壓對(duì)輸出頻率關(guān)系的非線性。逆變器開關(guān)輸出CSP是一脈沖串，不受L狀態(tài)的影響，其頻率為逆變器開關(guān)頻率的2倍，其中每一脈沖的下降沿發(fā)生在主輸出的零調(diào)制點(diǎn)。4.2.2用80C51單片機(jī)控制HEF4752的PWM 變頻調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)的組成由80C51 單片機(jī)控制HEF4752 的PWM 變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖如圖所示，整個(gè)系統(tǒng)由速度給定環(huán)節(jié)no，微機(jī)控制系統(tǒng)MC，PWM 調(diào)制信號(hào)生成環(huán)節(jié)PWM，電流(dinli)調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)LT， 測速環(huán)節(jié)和電壓(diny)型逆變器等組成。4.2.

21、3 單片機(jī)80C51單片機(jī)介紹(jisho)單片機(jī)的40個(gè)引腳大致可分為4類：電源、時(shí)鐘、控制和I/O引腳。 電源: VCC - 芯片電源，接+5V； VSS - 接地端； 時(shí)鐘: XTAL1、XTAL2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 控制線:控制線共有4根， ALE/PROG:地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖 ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。（2） PSEN:外ROM讀選通信號(hào)（3）RST/VPD:復(fù)位/備用電源。 RST（Reset）功能：復(fù)位信號(hào)輸入端。 VPD功能：在Vcc掉電情況下

22、，接備用電源。（4）EA/Vpp:內(nèi)外ROM選擇(xunz)/片內(nèi)EPROM編程電源。 EA功能(gngnng)：內(nèi)外ROM選擇端。 Vpp功能(gngnng)：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。 I/O線80C51共有4個(gè)8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個(gè)引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號(hào)輸入輸出和控制信號(hào)（屬控制總線）。 4.2.4 SPWM波形產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)說明SPWM產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)如圖4所示。在該控制電路中，由外圍電路芯片產(chǎn)生推遲時(shí)鐘（OCT）和參考時(shí)鐘（RCT）、頻率控制時(shí)鐘（FCT）和電壓控制時(shí)鐘（VCT）3路時(shí)鐘信號(hào)供給HEF

23、4752。HEF4752圖4 SPWM產(chǎn)生(chnshng)電路4.2.5驅(qū)動(dòng)(q dn)電路（有強(qiáng)弱電隔離）驅(qū)動(dòng)電路要提供控制電路與主回路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)，一般采用光隔離或磁離。這里驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)(shj)我們采用一個(gè)光耦合器實(shí)現(xiàn)光隔離如圖5所示。 圖5 控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)隔離電路載波調(diào)制波圖6 SPWM波形生成原理第五章：交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的原理(yunl)及方法三相交流(jioli)電動(dòng)機(jī)定子繞組中的三相交流電在定子隙圓周上產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速稱同步轉(zhuǎn)速，記為n 實(shí)際(shj)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n要低于同步轉(zhuǎn)速，故一般稱這樣的三相交流電動(dòng)機(jī)為三相異步電動(dòng)機(jī)。51工作原理異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)

24、速，即旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為 其中為同步轉(zhuǎn)速(r/min)為 定 子 頻率，也就是電源頻率(Hz);為 磁 極 對(duì)數(shù)。異步電機(jī)的軸轉(zhuǎn)速為 其中s為異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，由上面的公式可以看出，改變電源的供電頻率可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在對(duì)異步電機(jī)調(diào)速時(shí)，希望電機(jī)的主磁通保持額定值不變。任何電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩都是磁通和電流相互作用的結(jié)果，主磁通小了，鐵心利用不充分，同樣的轉(zhuǎn)子電流下，電磁轉(zhuǎn)矩小，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力下降;主磁通大了，會(huì)使電動(dòng)機(jī)的磁路飽和，并導(dǎo)致勵(lì)磁電流畸變，勵(lì)磁電流過大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使繞組過熱損壞電機(jī)。主磁通是由勵(lì)磁電流產(chǎn)生的，兩者之間的關(guān)系是由磁化特性決定的。由電機(jī)理論知道，三相異步電機(jī)定子每相電動(dòng)勢的

25、有效值為 .其中E1為氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值(V), 為定子頻率(Hz),為定子每相繞組匝數(shù)，為極磁通里(Wb)。由上式可見主磁通中.是由E1和。共同決定的，如果保持E1和之比不變，就可以保持主磁通不變。52變頻調(diào)速控制方式521電源頻率低于工頻(n pn)范同調(diào)節(jié)，電源的工頻頻率在我國為50Hz。電機(jī)定子(dngz)繞組內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢為E1=444f1 K1 N1式中f1 定子繞組中感應(yīng)(gnyng)電動(dòng)勢的頻率，與電源頻率f相等，HzK1電機(jī)定子繞組的繞組系數(shù)，其值取決于繞組結(jié)構(gòu)，K1 1N1電機(jī)定子繞組每相串聯(lián)的線圈匝數(shù) 電機(jī)每極磁通定子電壓U1與定子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢E1的關(guān)系為U1=E1+I1Z1 式中Z1定子繞組每組阻抗I1定子繞組相電流若忽略定子瓜降I1 Z1， 則U1 E =444f1K1N1把該式整理成u1=444f1K1N1K=444 K1N1 則=U1K f1 (1)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩M與(U1f1)2成正比，若下調(diào)頻率f1，同時(shí)也下調(diào)U1 ，使(U1f1)比值保持恒量，則磁通不變，因此轉(zhuǎn)矩也保持常值，此時(shí)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載的能力不發(fā)生改變，這種控制方式稱為恒磁通調(diào)壓調(diào)頻調(diào)速，也叫恒轉(zhuǎn)調(diào)速。522 電源頻率高于工頻范圍調(diào)節(jié)由于使頻率f1增加，U1f1 變小，而U1不能高于額定電壓，在該控制方式中，保持U1不變，由于頻率變高，由式(1)知道，定