机床电气控制技术第10章

第10章交流调速系统知识点：变频调速变频器工作原理及分类异步电动机变频调速交流伺服电动机驱动模块本章导读：本章从变频调速的基本概念出发，研究了交流变频调速的基本原则。着重阐述了交流变频器的原理及其分类，介绍了异步电动机的几种变频调速方法，最后简单介绍交流伺服电动机的驱动模块及其应用。虽然直流电力拖动系统具有较好的技术性能，但是直流电机在单机容量、电压等级、转速等方面都不如交流电机，而且价格昂贵、维修复杂，不能用于复杂的工作环境。目前电能的产生和传输大多采用交流电能，而且交流电机各方面性能几乎都优于直流电机，所以采用交流拖动和研究交流调速具有很大的现实意义。10.1变频调速原则及其机械特性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。在调速过程中从高速到低速都可以保持有限的的转差率，因而具有高效率、宽范围和高精度的调速性能，是异步电动机的一种比较合理和理想的调速方法。

由于电机设计时，电机的磁通常处于接近饱和值，如果进一步增大磁通，将使电机铁心出现饱和，从而导致电机中流过很大的励磁电流，增加电机的铜损耗和铁损耗，严重时会因绕组过热而损坏电机。因此，在改变电机频率时，应对电机的电压进行协调控制，以维持电机磁通的恒定。10.2变频器工作原理及应用变频器是把固定电压、固定频率的交流电变换为可调电压、可调频率的交流电的变换器，是异步电动机变频调速的控制装置。变频器的组成整流器逆变器中间直流环节控制电路三相电压型逆变器的基本电路10.2.1变频器工作原理首先将单相或三相交流电源通过整流器并经电容滤波后，形成幅值基本固定的直流电压加在逆变器上，利用逆变器功率元件的通断控制，使逆变器输出端获得一定形状的矩形脉冲波形。在这里，通过改变矩形脉冲的宽度控制其电压幅值；通过改变调制周期控制其输出频率，从而在逆变器上同时进行输出电压和频率的控制，最终满足变频调速对协调控制的要求。10.2.2变频器分类1.从变频器主电路的结构形式上可分为交-直-交变频器和交-交变频器2.从变频电源的性质上看，可分为电压型变频器和电流型变频器

3.交-直-交变频器根据VVVF调制技术不同，分为PAM和PWM两种。

4.按用途来分

按用途来分可分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器三种5.按控制方式分类10.2.3变频器参数加减速时间转矩提升电子热过载保护频率限制偏置频率频率设定信号增益转矩限制加减速模式选择转矩矢量控制节能控制10.3异步电动机变频调速系统异步电动机变频调速具有调速范围广、调速平滑性能好、机械特性较硬的优点，可以方便的实现恒转矩或恒功率调速，整个调速特性与直流电动机调压调速和弱磁调速十分相似，并可与直流调速相比拟。基频，即基本频率，是变频器对电动机进行恒转矩控制和恒功率控制的分界线，应按电动机的额定电压（指额定输出电压，是变频器输出电压中的最大值，通常它总是和输入电压相等）进行设定，即在大多数情况下，额定输出电压就是变频器输出频率等于基本频率时的输出电压值，所以，基本频率又等于额定频率（即与电动机额定输出电压对应的频率）。异步电动机变压变频调速时，通常在基频以下采用恒转矩调速，基频以上采用恒功率调速。10.3.1基频以下调速恒磁通变频调速恒电流变频调速恒功率变频调速10.3.2基频以上调速当电机的电压随着频率的增加而升高时，若电机的电压已达到电机的额定电压，继续增加电压有可能破坏电机的绝缘。为此，在电机达到额定电压后，即使频率增加仍维持电机电压不变。这样，电机所能输出的功率由电机的额定电压和额定电流的乘积所决定，不随频率的变化而变化。具有恒功率特性。在基频以上调速时，频率可以从基频往上增加，但电压却不能超过额定电压，此时，电机调速属于恒转矩调速。电机在恒转矩调速时，磁通与频率成反比的降低，相当于直流电机弱磁升速的情况。变频器应用于数控车床10.4交流伺服电动机驱动模块及其应用交流伺服电动机应用日益广泛，相近的驱动模块接口定义，能简化交流伺服控制系统的设计、调试。仅以KT220系列交流伺服电动机驱动模块及其应用为例来说明。交流伺服电动机本身附装了增量式光点编码器，用于电动机速度控制及位置反馈，大多数数控机床都采用这种半闭环控制方式。如果需要进行全闭环控制，则在机床导轨上安装直接位置测量传感器。在交流伺服电动机驱动中还具有转矩和转速检测两个输出信号，可供用户对电动机的转矩和转速进行显示和控制。

KT220系列交流伺服电动机驱动模块外形和接口10.5本章小结本章介绍了变频调速的基本概念，对交流变频器的原理以及分类进行了详细的阐述，概括介绍了异步电动机的几种变频调速方法，最