三相异步电动机变频调速系统设计

1、名称：三相异步电动机变频调速系统设计摘要：变频器是交流电气传动系统的一种，是将交流工频电源转换成电压、频率均可变的适合交流电机调速的电力电子变换装置，英文简称 VVVF(VariableVoltageVariableFrequency)。本设计的思路是先以 PLC 控制变频器，再用变频器再对电机进行调速。关键词：异步电机变频器 PLC 调速Abstract:TheinverterisapowerelectronicconversiondeviceofACelectrictransmissionsystem,whichconvertsACpower-frequencyvoltageandfreq

2、uencytobefitforACmotorspeedcontrol,andiscalledVVVF(VariableVoltageVariableFrequency).ThedesignisbasedonthatthePLCcontrolstheinverter,andthentheinvertercontrolsthespeedofthemotors.Keywords:inductionmotorinverterPLCspeedcontrol引言异步电机调速系统的种类很多，但是效率很高、性能最好、应用最广的是变频调速，它可以构成高动态性能的交流调速系统来取代直流调速系统，是交流调速的主要发

3、展方向。目前变频器不但在传统的电力拖动系统中得到了广泛的应用，而且已扩展到了工业生产的所有领域，以及空调器、洗衣机、电冰箱等家电中。与其它交流电机调速方式对比，变频调速的优点：平滑软启动，降低启动冲击电流，减少变压器占有量，确保电机安全；在机械允许的情况下可通过提高变频器的输出频率提高工作速度；无级调速，调速精度大大提高；电机正反向无需通过接触器切换；非常方便接入通讯网络控制，实现生产自动化控制；变频器总体来说用在启动频繁的马达上，节能效果明显。、变频器的概述变频器是把工频电源（50Hz 或 60Hz）变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。其中控制电路完成对主电路的控制，整流电

4、路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的 CPU 以及一些相应的电路。二、三相异步电动机原理当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速 n1 沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以 n1 转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势(感应电动势的方向用右手定则判定)。由于导子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流

5、导体在定子磁场中受到电磁力的作用(力的方向用左手定则判定)。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转，从而驱动电动机。三、变频器基本原理交诙低压交直交通用变频器系统框图1 .主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。它主要由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的逆变器”。(1)整流器：最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频

6、电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。(2)平波回路：在整流器整流后的直流电压中，含有电源 6 倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压(电流)。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。(3)逆变器：同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6 个开关器件导通、关断就可以得到 3 相交流输出。以电压型 pwm 逆变器为例示出开关时间和电压波形。2.控制电路是给异步电动机供电(电压、频率可调)的主电路提供

7、控制信号的回路，它有频率、电压的运算电路”，主电路的电压、电流检测电路”，电动机的速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的驱动电路”，以及逆变器和电动机的保护电路”组成。(1)运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。(2)电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。(3)驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。(4)速度检测电路：以装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg、plg 等)的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。(5)保护电路：检测主电路的电压

8、、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。交一直一交变频器主电路交一直一交变频器主电路四、变频调速基本原理变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。当在定子绕组上接入三相交流电时，在定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转磁场，它与转子绕组产生相对运动，使转子绕组产生感应电势，出现感应电流，此电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，使电动机转动起来。电机磁场的转速称为同步转速，用 N 表示：N=60f/p(r/min)(1)式中：f三相交流电源频率，一般为 50Hz;p磁极对数。当 p=1 时，N=3000r/min;p

9、=2 时，N=1500r/min。可见磁极对数 p 越多，转速 N 越慢。转子的实际转速 n 比磁场的同步转速 N 要慢一点，所以称为异步电机，这个差别用转差率 s 表示：s=n1-n)/n1x100%(2)当加上电源转子尚未转动瞬间，n=0,这时 s=1;起动后的极端情况 n=N,则 s=0,即 s 在 01 之间变化。一般异步电机在额定负载下的 s=(16)%综合式(1)和式(2)可以得出 n=60f(1s)/p(3)ri-交变换交变换文一文一直变换直变换能能耗电路耗电路由式(3)可以看出，对于成品电机，其磁极对数 p 已经确定，转差率 s 变化不大，则电机的转速 n 与电源频率 f 成正

10、比，因此改变输入电源的频率就可以改变电机的同步转速，进而达到异步电机调速的目的。但是，为了保持在调速时电机的最大转矩不变，必须维持电机的磁通量恒定，因此定子的供电电压也要作相应调节。变频器就是在调整频率（VariableFrequency）的同时还要调整电压（VariableVoltage）,故简称 VVVF（装置）。通过电工理论分析可知，转矩与磁通量（最大值）成正比，在转子参数值一定时，转矩与电源电压的平方成正比。五、设计方案1、在实验板上固定好变频器，然后把变频器的端口一一连接到实验板上对应的端口。实验板上的端口是为了方便之后的插线而准备的。2、把异步电机连接到实验板相对应的端口上，电机自

11、身采用 Y 型接法（采用 Y 型接法的原因是电机能承受的额定电压是220V）。3、把两个继电器分别连接到变频器的控制正反转的端口上，另一端都接电源，继电器的开断由 PLC 的 Y0、Y1控制。DCL直凄屯抗律外排制动单三由阻箱1变频器端口4、检查好电路之后，通电，开始设置变频器的参数。令 P006=1，由外部控制端子 FWDREV?进行起彳控制，FW 邮电平为“1”时电机正转，REV电平为“1 时电机反转，电平都为“0”时电机停止转动。B001=0,当频率是 5、10、20、30、40、50Hz 时，分别记录下当时的电机转数正转的止命反幡席止命。1FWD第的疑选摄1rREV-1bitk.Dip

12、17由施选择3tDI4.lDIS事由怖雄推,I11DI1开珞襄电蝴麟出般瞪空电器,出P24出电志直淡电也表5、软件设计SETY0SETY1SETM5RSTY0LDX1SETM3SETY0LDX4RSTY1SETY1ANDM2RSTY0ANDM4RSTM2SETM5RSTM3RSTM4SETM4RSTM3RSTM5RSTM2LDX2LDX2ANDM4ANDM5ANDM3ANIM2SETY1ANIM3RSTY0SETY1SETM2RSTY0LDX3SETM2ANDM4LDX3SETY1ANDM5RSTY0ANIM3SETM3END六、设计心得通过这次的设计，我收获了很多，无论是对电力电子和 PLC 的知识的巩固和提高，或者是参与设计获得的经验。本次设计难度不是很大，但电子设计要的就是钻研的精神，我们要知其然，更要知其所以然，所以对器件及电路的构造清楚的了解也是必须的。在理论联系实际的同时，我希望自己的动手