电磁调速异步电动机

电磁调速异步电动机（精选4篇）

电磁调速异步电动机 第1篇

⑴变极调速。改变三相异步电动机的极对数p来改变电动机同步转速n1从而实现调速。

⑵变频调速。改变三相异步电动机定子电源频率f1来改变同步转速n1, 从而实现调速。

⑶变转差率调速。调速过程中保持电动机同步转速n1不变, 通过改变转差率s来进行调速。

1. 笼型异步电动机的变极调速

变极对数p调速, 只适合与三相笼型异步电动机, 而不适合与三相绕线转子异步电动机。对笼型电机而言, 改变定子绕组的接线以改变极对数p的同时, 转子绕组能自动地与定子绕组的极对数p保持一致, 从而保障电动机的正常工作。而对与三相绕线电机来讲, 当改变定子绕组接线以改变p的时候, 必须拆开电机, 重绕转子绕组, 才能使定转子的极对数p保持一致, 使变极步骤复杂化。所以此方法只适合与三相笼型异步电动机。

要使三相笼型异步电动机的极对数p改变, 常采用两种方法: (1) 绕制两套定子绕组p1及p2, p1>p2.电动机需高速时, 把p2接入, 需低速时, 把p1接入。 (2) , 把定子绕组由Y变为YY, 或由△变为YY。

Y联接的特点是:三个绕组尾端连成一点, 三个首端分别接三相电源L1, L2, L3。△联接的特点是:三个绕组首尾依此相连, 三个绕组首端接电源。YY联接的特点是:三个绕组的中点U3, V3, W3, 分别接三相电源L1, L2, L3。三个首端和三个尾端全部连成一点。

YYY适合与恒转矩负载的调速, △YY适合与恒功率负载的调速。两种调速方法都使三相电动机的极对数p减小一半, 同步转速n1增大一倍。但为了使调速后, 电动机的转向保持不变, 务必使三相电源的任意两相接线位置与调速前相比, 做一对调。

变极调速具有操作简单, 成本低, 效率高, 机械特性硬等特点。而且采用不同的接线方式, 既可适用与恒转矩调速, 又可适用与恒功率调速。但它是一种有极调速, 因而适用与对调速要求不高, 且不需要平滑调速的场合。

2. 变频调速

变频调速是利用变频器把固定电压, 固定频率的交流电压变换成电压, 频率可调的交流电, 从而实现调速。据公式:n=60f1/p (1-s) , 改变f1可平滑的调节电动机的转速, 因此, 变频调速为无级调速。

变频调速最适合与恒转矩负载基频以下的调速。调速时保持u1/f1=u1/f1=k, 就可实现调速前后电动机的过载能力和住磁通同时保持不变, 不会影响电动机的负载能力和空载损耗。

3. 变转差率调速

变转差率调速的特点是电动机同步转速不变。其方法主要可分为:改变定子电压调速;绕线异步电动机转子串电阻调速;串级调速等。

(1) 改变定子电压调速。当降低加在电动机定子绕组上的电压U1时, 同步转速n1不变, 但最大转矩和起动转矩都变小, 临界点的速度保持不变。所以, 电压越低其所对应的机械特性越软, 电动机稳定运行时的速度越低。次方法最适合与通风机型负载, 能获得较大的调速范围。

(2) 绕线异步电动机转子串电阻调速。当绕线异步电动机转子串入电阻后, 电动机同步转速n1不变, 最大转矩不变, 但起动转矩变大, 临界点的速度变小, 故机械特性变软。所以, 在一定的范围内, 串入的电阻越起中大, 机械特性越软, 起动转矩越大, 电动机稳定运行时的速度越低。此种方法最适合与起重设备的调速。

(3) 串级调速。为了克服转子串电阻调速时, 消耗能量较大的问题, 在转子回路中串入三相对称的附加电动势Ef取代原来的电阻。该附加电动势的大小和相位可以自行调节, 并且频率始终与转频率相同。将原消耗在电阻上的能量回馈给电网。其过程为:首先将转子电动势经晶闸管整流为直流电压, 再将闸管整逆变器逆变成工频交流电, 再由变压器反馈回电网。

4. 电磁转差离合器调速

(1) 本系统的组成。由三相笼型电动机、电磁转差离合器、晶闸管励磁电源、及其控制部分组成。

(2) 工作原理。电磁转差离合器由电枢和磁极两部分组成, 两者之间无机械联系。三相笼型电动机拖动电枢旋转, 称主动部分。磁极则用联轴节与负载相联, 称从动部分。晶闸管可控整流电路提供直流电源加在励磁绕组上, 产生恒定磁场。由于电枢的旋转, 在其内部产生涡流, 涡流与磁极的磁场相互作用, 产生电磁力。等同与电枢与磁极之间有一根绳子相连, 于是, 磁极和负载跟着电枢一起旋转。

(3) 调速方法。由工作原理知, 磁极 (负载) 的旋转速度总小于电枢的旋转速度, 才能在电枢内部产生涡流, 也才能产生电磁力矩。通过调节晶闸管可控整流电路输出的直流电压的大小, 来调节磁极的强弱, 也即调节了电枢与磁极之间电磁力的大小, 便实现了负载调速的变化。直流电压调高, 负载速度变大, 电压调低, 负载速度变小。该情况相当于离合器处于合的状态。直流电压为零时, 电枢与磁极之间无作用力, 负载速度为零, 相当于离合器处于离的状态。

简述三相异步电动机的调速控制 第2篇

绕线式异步电动机的定子绕组极对数改变后, 它的转子绕组必须相应地重新组合, 这一点就生产现场来说往往是难以实现的。而三相鼠笼型异步电动机采用改变磁极对数调速, 改变定子极数时, 转子极数也同时改变, 鼠笼型转子本身没有固定的极数, 它的极数随定子极数而定。因此, 变极对数调运方法仅适用于鼠笼型异步电动机。鼠笼型异步电动机改变定子绕组极对数的方法主要有以下三种: (1) 装有-套定子绕组, 改变它的连接方式, 得到不同的极对数; (2) 定子槽里装有两套极对数不一样的独立绕组, 而每套绕组本身又可以改变它的连接方式, 得到不同的极对数。

多速电动机-般有双速、三速、四速之分。双速电动机定子装有一套绕组, 三速、四速电动机则装有两套绕组。应注意, 当三角形或星形连接时, P=2 (低速) , 各相绕组互为240°电角度, 当双星形连接时, P=1 (高速) , 各相绕组互为120°电角度, 为保持变速前后转向不变, 改变磁极对数时必须改变电源相序。

2 三相异步电动机的变压调速

2.1 异步电动机变压调速电路。

变压调速是异步电动机调速方法中比较简便的一种, 由电力拖动原理可知, 当异步电动机等效电路的参数不变时, 在相同的转速下, 电磁转矩与定子电压的平方成正比, 因此, 改变定子外加电压就可以改变机械特性的函数关系, 从而改变电动机在一定负载转矩下的转速。

2.2 异步电动机改变电压时的机械特性。

根据电机学原理, 在下述三个假定条件下: (1) 忽略空间和时间谐波; (2) 忽略磁饱和; (3) 忽略铁损, 异步电动机的稳态等效电路如图1所示。

图1中各参数定义如下:

3 变频调速

变频调速是利用电动机的同步转速随频率变化的特性, 通过改变电动机的供电频率进行调速的方法。在异步电动机诸多的调速方法中, 变频调速的性能最好, 调速范围广, 效率高, 稳定性好。采用通用变频器对笼型异步电动机进行调速控制, 由于使用方便, 可靠性高并且经济效益显著, 所以逐步得到推广应用。通用变频器是指可以应用于普通的异步电动机调速控制的变频器, 其通用性强。

3.1 基频以下的恒磁通变频调速。

为了保持电动机的负载能力, 应保持气隙主磁通Φ不变, 这就要求降低供电频率的同时降低感应电动势, 保持E1/f1=常数, 即保持电动势与频率之比为常数进行控制, 这种控制又称为恒磁通变频调速, 属于恒转矩调速方式。由于E1难于直接检测和直接控制, 可以近似地保持定子电压U1和频率f1的比值为常数, 即认为E1≈U1, 保持U1/f1=常数。这就是恒压频比控制方式, 是近似的恒磁通控制。

3.2 基频以上的弱磁变频调速。

这是考虑由基频开始向上调速的情况。频率由额定值向上增大时, 电压U1由于受额定电压U1N的限制不能再升高, 只能保持U1=U1N不变, 这样必然会使主磁通随着f1的上升而减小, 相当于直流电动机弱磁调速的情况, 即近似的恒功率调速方式。

由上面的讨论可知, 异步电动机的变频调速必须按照一定的规律同时改变其定子电压和频率, 基于这种原理构成的变频器即所谓的VVVF调速控制, 这也是通用变频器 (VVVF) 的基本原理。

4 三相异步电动机转子串电阻调速

绕线式异步电动机转子串入附加电阻, 使电动机的转差率加大, 电动机在较低的转速下运行。串入的电阻越大, 电动机的转速就越低。此方法设备简单, 控制方便, 但转差率以发热的形式消耗在电阻上, 属有级调速, 机械特性较差。

5 三相异步电动机电磁转差离合器调速

电磁调速异步电动机由异步电动机、电磁离合器、控制装置三部分组成, 它是通过改变电磁离合器的励磁电流实现调速的。电磁离合器由电枢与磁极两部分组成, 电枢由铸钢制成圆筒形, 直接与异步电动机轴相连。磁极由铁磁材料形成爪形, 并装有励磁线圈, 爪形磁极的轴与生产机械相连接, 励磁线圈经集环通入直流电励磁。异步电动机运转时, 带动电磁离合器电枢旋转, 这时若励磁绕组没有直流电流, 则磁极与生产机械不转动。若加入励磁电流, 则电枢中产生感应电动势和感应电流。感应电流与爪形磁极相互作用, 使爪形磁极受到与电枢转向相同的电磁转矩。因为只有它们之间存在转差时才能产生感应电流和转矩, 所以爪形磁极必然以小于电枢的转速作用同方向运转。电磁离合器的磁极的转速与励磁电流的大小有关。励磁电流越大, 建立的磁场越强, 在一定的转差率下产生的转差越大。对于一定的负载转矩, 励磁电流不同, 转速也不同, 因此只要改变电磁离合器的励磁电流, 就可以调节转速。

电磁调速异步电动机的特性较软, 为了解决滑稳定的调速特性, 需加自动调速装置。

6 三相异步电动机串级调速

串级调速的基本原理是在异步电动机转子侧, 将转子电压先整流成直流电压, 然后再引入一个附加的直流电动势, 控制此直流附加电动势的幅值, 就可以调节异步电动机的转速。

根据以上对串级调速系统工作原理的讨论可以得出下列结论: (1) 串级调速系统能够靠调节逆变角度实现平滑调速; (2) 系统能把异步电动机的转差功率回馈给交流电网, 从而使扣除装置损耗后的转差功率得到有效利用, 大大提高了调速系统的效率。

除了电气串级调运系统之外, 还有串级调速系统, 在交流绕线型异步电动机同轴上还装有一台直流电动机, 异步电动机的转差功率经整流后传给直流电动机, 后者把这部分电功率变换为功率, 再帮助异步电动机施动负载, 从而使转差功率得到利用。在这里, 直流电动机的电动势就相当于直流附加电动弧通过调节直流电动机的励磁电流可以改变其电动势, 从而调节交流电动机的转速。增大可使电动机减速, 反之则加速。

摘要：本文介绍了三相异步电动机的几种调速方式。

关键词：三相异步电动机,调速控制,分析

参考文献

[1]姚玉英, 王永曦, 覃建青.三相异步电动机的异常温度升高分析[J].水利电力机械, 2007 (8) .

[2]陈龙.三相异步电动机控制线路安装调试及故障分析[J].黑龙江科技信息, 2010 (23) .

三相异步电动机变频调速与仿真 第3篇

1 调速系统硬件电路的设计

1.1 硬件概述

基于TMS320LF2407A的总体硬件结构图如图1所示。

主电路选择交-直-交电压型变频器。整流桥采用二极管三相整流全桥, 逆变桥采用IPM作为功率器件, DC-link环节利用大电容滤波。控制电路共两大部分, TMS320LF2407A DSP核心电路和其外部扩展电路。

1.2 逆变电路模块设计

逆变电路采用IPM (Intelligent Power Module) , 有关IPM的优点前文已经做过介绍, 在此主要是根据该文所控电机选用合适的IPM.逆变桥每个IGBT承受双向峰值电压为:

考虑到2~2.5倍的安全系数, 可取耐压值为1 200 V。考虑2~2.5倍的安全裕量, 通态峰值电流取25 A。因此, 选用PM25RSB-120型IPM。

1.3 泵升电压限制电路设计

由于电压型变频器很难实现再生制动, 可用电阻Rb消耗电机制动过程中产生能量。电机制动时, 整流器与逆变器都工作在整流状态, 此时电机发电, 电容双向充电, DC环节的直流电压 (泵升电压) 就会变大, 对此电压不限制, 就可能击穿IGBT。为此要给电动机提供一条降压路径。IPM自带制动单元, Br、B为其信号出入后, DSP通过图1中的两个10 k的电阻R1、R2检测电容器端电压, 测得电压高于正常直流电压一定倍数时, DSP的I/0口发出信号, 并经过光电隔离触发IGBT7, 使其导通, 从而使电容器储存的能量消耗在制动电阻上。

1.4 转速检测电路设计

光电式旋转编码器是测量角速度器件, 在跟随电机转动过程中, 通过光栅对光照通道的开放遮蔽获得频率与转速成正比的方波脉冲。处理后都方波脉冲进入DSP的QEP1、QEP2引脚并取时间段计算输入脉冲个数-M法测速。在这里我们采用OVW2-2048-2MD型旋转编码器, 它由+5V供电, 有A相、B相和Z相。其中A、B相位相差90度, 用于测速;每转一圈输出2 048个脉冲;Z相用于基准点定位。

1.5 电流检测电路设计

该文三相定子的电流、中间环节的直流电压都可以通过电流检测来实现。选用工作电压为±15V的CHB5-P型霍尔电流传感器来检测电流, 它能够测量±10 A之间的电流。检测定子电流时, 只需2个并行的信号通道来检测定子的两相输入电流。由于DSP I/O口的基准电压是3.3 V, 需要将霍尔电流传感器检测到的交流量转化成为0~3.3 V的直流量。双运算放大器LM358、电阻R27、R28、R30 LM366组成电平偏移放大电路。LM366基准电压为2.5 V, 电平转换如下:

为将DSP端口的输入电压限定在0~3.3 V之间, 选用两个二极管D6、D7来限制检测电路输出电压幅值, 以便直接送入DSP进行电流采样。

2 系统软件设计

该文采用TMS320LF2407A DSP芯片为控制核心。系统软件设计分为主程序和中断服务子程序两个模块, 矢量控制的DSP实现如图2所示。

通过电流传感器测量IPM输出的定子A、B两相电流, 经DSP数字化转换后由三相电流矢量的关系得出C相电流, 经过Clarke与Park变换后, 三相电流变成两相同步旋转坐标下的直流分量ist, ism作为电流环的负反馈。电机转速则通过光电编码器经由DSP转换成转速ω。给定转速ω*与转速反馈量ω的差值经过ASR, 其输出作用于T轴的电流转矩分量ist并与给定转速n得出转矩偏差, 经过转矩调节器得到i*st。另由转子磁通给定值与磁链观测器的输出经由磁链调节器得出is*m。is*t和i*sm再经过Park逆变换与2/3变换转化为成abc坐标系下的定子三相相电流is*A、is*B和is*C;最后通过电流滞环型PWM变频器控制PWM波形从而控制电机输出电流。

3 系统的MATLAB建模和仿真

该文主要运用MATLAB中的SIMULINK依据图4-1对系统进行了完整的模型搭建。对系统中的电流滞环跟踪控制器 (CHB) 、转速调节器 (ASR) 、磁链调节器 (AAΨRR) 和转矩调节器 (ATE) 以及电流和转子磁链观测进行了搭建, 做出了波形仿真。

3.1 电流滞环跟踪控制器模块

由于Relay模块会使仿真速度变慢, 为加快仿真速度, 采用数据转换模块Conversion以保持输入输出数据类型一致。

3.2 电流变换及磁链观测模块

3.3系统整体模型搭建及仿真

式中, sL为0dq坐标下定、转子绕组自感, rL为转子自感绕组, rT为时间常数, 总体系统模型如图3所示。

电机空载启动, rψ给定值为1, 在0.75S时给定一个初值为100, 终值为300的阶跃信号直观的观察三相定子电流变化情况和系统的速度与转矩输出波形, 如图4、5所示。

4结语

该文设计了一个以DSP为控制核心的交流电机变频调速矢量控制系统, 较为系统的给出了三相异步电机变频调速的基础理论知识, 并从理论框架中提出一种具有可行性的方法作为设计主体思路。最后在一系列的模块设计后完成后搭建出了SIMULINK仿真模型, 结果表明了系统的可行性。

参考文献

[1]王兆安, 刘进军.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社, 2009.

[2]唐介.电机与拖动[M].北京:高等教育出版社, 2007.

[3]胡寿松.自动控制原理基础教程[M].北京:科学出版社, 2013.

[4]陈伯时.电力拖动自动控制系统-运动控制系统[M].北京:机械工业出版社, 2003.

[5]阮毅, 陈伯时.电力拖动自动控制系统-运动控制系统[M].北京:机械工业出版社, 2009.

三相交流异步电动机的调速与控制 第4篇

关键词：三相电流,交流异步电机,变频控制,变频调速

近年来, 随着我国工业控制技术的发展, 三相交流异步电动机因其具有价格便宜、结构简单、工作可靠等优点, 在大量的工程项目中获得了广泛应用, 工程中所使用的生产拖动机械更加青睐于三相异步电动机。三相交流异步电动机的控制包括起动控制、制动控制、调速控制等, 涉及到电力电子、自动控制、计算机信息等众多学科技术。由于篇幅所限, 本文仅结合自身工作经验, 浅谈三相交流异步电机的变频调速控制。

一、 三相交流异步电机的调速

根据电机学理论, 三相交流异步电机的速度与电源频率、磁级对数和转差率有关。满足公式 (1) :

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其中, n为电机的速度, s为转差率, p为磁极对数, f1为给电机供电的交流电频率。s、p、f1中任一个量改变, 都会引起三相交流异步电机的转速变化。按照公式, 将三相交流异步电机的调速方式又分为变级调速、变频调速、变转差率调速三种。

随着三种调速方法在工程实践中应用的不断深入, 变极调速和变转差率调速呈现出了较多的问题。变极调速属于有级调速, 控制回路复杂, 造价较高, 且仅适用于鼠笼式异步电动机;变转差率调速以转子串电阻调速为主, 属于有级调速, 而且调速范围较窄、稳定性较差。与其它两种变速方式相比, 变频控制实现了无极调速, 而且调速的精度也得到提高;平滑性好, 电机起动时冲击电流较小, 避免了对电网的冲击和其它电气设备的干扰;可以接入通讯网络, 实现自动化和智能化控制。

二、变频器对三相交流异步电机的控制

变频调速需要面对的问题之一, 就是恒磁通调速, 即为了保持电动机的出力, 必须在频率变化的同时调整输出电压, 保持励磁主磁通不变, 才能获得理想调速效果。变频器就是实现电压和频率均可变且使其两者比例为常数的装置。

例如, 对使用V/F控制的变频器, 对参数为380V/50Hz的电机, 当运行频率为45Hz时, 应使供电电压调整为380 (45/50) =342V。近年来, 随着电机控制算法的优化和半导体技术、计算机技术的发展, 变频器的体积日渐缩小, 噪声问题也得到解决, PWM脉宽调制技术的发展使变频器的谐波日益减小, 平滑性更好。按照变流的形式不同, 可将变频器分为交-交变频器和交-直-交变频器, 交-直-交变频器结构简单, 且功率因素较高, 获得了广泛的使用。下文中, 笔者将以交-直-交变频器为例, 对变频器控制三相交流异步电机的过程进行详细阐述。

交-直-交变频器的控制系统主要实现了交流-直流-交流的变化过程, 可以从主回路接口、控制回路接口、用户接口三个方面来分析交-直-交变频器的的工作原理。

(一) 变频器主回路接口。

在主回路中, 首先通过整流器, 将工频电网输入的交流电变换成直流电, 供给逆变电路和控制电路所需的直流电源。此时, 输入的电压为正弦波, 输入的电流为非正弦波。然后通过逆变器, 将直流电变换成电压和频率都可变的交流电, 此时, 输出的电压为非正弦波, 而输出电流经过PWM调制后, 近似正弦波。在主回路中, 串接的制动电阻主要用来消耗整个回路中多余的能量回馈, 从而保持直流母线的电压在允许范围内。

(二) 变频器控制回路接口。

变频器的控制回路主要由键盘和控制电路两部分组成。其中, 键盘主要用来修改变频器参数, 进行工作调试, 而且可以实时地监控变频器的工作状态, 键盘部分的主要构成器件为MCU (单片机) 。控制电路部分是变频器的核心回路, 主要构成器件为DSP或两个MCU。控制电路由运算电路、检测电路、控制信号的输入输出电路、驱动电路四个部分组成, 用于接收和处理外部信号, 并生成变频器对三相交流异步电机的控制算法, 实现变频器的各种保护功能。

(三) 变频器的用户接口。

包括模拟量输入输出接口、开关量输入输出接口、编码器接口、通讯接口等, 用来实现变频器各个量值输入和组网控制。

三、结语