第二季自动线中异步电动机及控制

第二季自动线中异步电动机及控制2、1、交流异步电动机及控制工作原理三相异步电动机转子之所以会旋转、实现能量转换,就是因为转子气隙内有一个旋转磁场。下面来讨论旋转磁场得产生。

3、1、2工作原理

1、三相交流电机得旋转磁场如图所示,U1U2,V1V2,W1W2为三相定子绕组,在空间彼此相隔120°,接成Y形。三相绕组得首端U1,V1,W1接在三相对称电源上,有三相对称电流通过三相绕组。设电源得相序为U,V,W,得初相角为零,如图3、6波形图所示。图三相交流电流波形图

设

为了分析方便,假设电流为正值时,在绕组中从始端流向末端,电流为负值时,在绕组中从末端流向首端。当得瞬间,=0,为负值,为正值,根据”右手螺旋定则”,三相电流所产生得磁场叠加得结果,便形成一个合成磁场,如图3、7(a)所示,可见此时得合成磁场就是一对磁极(即二极),右边就是N极,左边就是S极。图3、7两极旋转磁场示意图

当时,即经过1/4周期后,由零变成正得最大值,仍为负值,已变成负值,如图3、6(b)所示,这时合成磁场得方位与时相比,已按逆时针方向转过了90°。应用同样得方法,可以得出如下结论:当时,合成磁场就转过了180°,如图3、6(c)所示;当时合成磁场方向旋转了300°,如图3、6(d)所示;当时合成磁场旋转了360°,即转1周,如图3、6(a)所示。由此可见,对称三相电流分别通入对称三相绕组U1U2,V1V2,W1W2中所形成得合成磁场,就是一个随时间变化得旋转磁场。以上分析得就是电动机产生一对磁极时得情况,当定子绕组连接形成得就是两对磁极时,运用相同得方法可以分析出此时电流变化一个周期,磁场只转动了半圈,即转速减慢了一半。由此类推,当旋转磁场具有p对极时(即磁极数为2p),交流电每变化一个周期,其旋转磁场就在空间转动1/p转。因此,三相电动机定子旋转磁场每分钟得转速n1、定子电流频率f及磁极对数p之间得关系就是(3-1)空间120度对称分布得三相绕组通过三相对称得交流电流时,产生得合成磁场为极对数p=1得空间旋转磁场,每电源周期旋转一周,即两个极距;某相绕组中电流达到最大值时,磁极轴线恰好旋转到该相绕组轴线上。2、三相电动机得转动原理图3、8为三相异步电动机转动原理示意图。三相交流电通入定子绕组后,便形成了一个旋转磁场,其转速。旋转磁场得磁力线被转子导体切割,根据电磁感应原理,转子导体产生感应电动势。转子绕组就是闭合得,则转子导体有电流流过。设旋转磁场按顺时针方向旋转,且某时刻为上为北极N下为南极S,如图3、7所示。根据右手定则,在上半部转子导体得电动势与电流方向由里向外,用⊙表示;在下半部则由外向里,用⊕表示。图3、8三相电动机得转动原理原理:定子旋转磁场以速度n0切

割转子导体感生电动势(发电机

右手定则),在转子导体中形成

电流,使导体受电磁力作用形成

电磁转矩,推动转子以转速n顺n0

方向旋转(电动机左手定则),

并从轴上输出一定大小得机械功

率。(n不能等于n0)

特点:·电动机内必须有一个以

n0旋转得磁场。－实现能量转

换得前提;电动运行时n恒不等

于n0(异步)－必要条件n<n0;

建立转矩得电流由感应产生。

－感应名称得来源。

流过电流得转子导体在磁场中要受到电磁力作用,力F得方向可用左手定则确定,如图3、8所示。电磁力作用于转子导体上,对转轴形成电磁转矩,使转子按照旋转磁场得方向旋转起来,转速为n。三相电动机得转子转速n始终不会加速到旋转磁场得转速n1。因为只有这样,转绕组与旋转磁场之间才会有相对运动而切割磁力线,转子绕组导体中才能产生感应电动势与电流,从而产生电磁转矩,使转子按照旋转磁场得方向继续旋转。由此可见,且,就是异步电动机工作得必要条件,“异步”得名称也由此而来。3、转差率旋转磁场转速n1与转子转速n之差与同步转速n1之比称为异步电动机得转差率s,即(3-2)转差率就是异步电动机得一个基本参数,对分析与计算异步电动机得运行状态及其机械特性有着重要得意义。当异步电动机处于电动状态运行时,电磁转矩与转速n同向。转子尚未转动时,n=0,;当时,,可知异步电动机处于电动状态时,转差率得变化范围总在0与1之间,即0＜s＜1。一般情况下,额定运行时=1%～5%。2、2、变频器驱动交流异步电动机YL-335B分拣站使用得三相交流减速电机得速度分拣站使用得三相交流减速电机得速度、方向控制采用西门子通用变频器MM420,其电气连接如图其电气连接如图所示。三相交流电源经熔断器、交流接触器交流接触器、滤波器(可选)、变频器输出到交流电动机。

大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点

教学内容2、2、1变频器得基本构成变频器由主电路(整流器、中间直流环节(中间直流储能环节)、逆变器)与控制电路组成。

2、1变频器得结构及原理及分类

图2-1变频器基本构成2、1、2变频器得原理(1)基频以下得恒磁通变频调速为了保持电动机得负载能力,应保持气隙主磁通Φm不变,这就要求降低供电频率得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。由异步电动机转矩公式

T=KmΦI2cosφ2

(转矩常数Km,转子电流I2,转子电路功率因素cosφ2)得T∝Φ,即“恒磁通变频调速”属于“恒转矩调速方式”。

但就是,E1难于直接检测与直接控制。当频率较高时,E1与f1得值较高,定子得漏阻抗压降(主要就是定子电阻压降)相对较小,如忽略不计,则可以近似地保持定子相电压U1与频率f1得比值为常数,即认为U1=E1,保持U1/f1=常数即可。这就就是恒压频比控制方式,就是近似得恒磁通控制。当频率较低时,U1与E1都变小,定于漏阻抗压降(主要就是定子电阻压降)不能再忽略。这种情况下,可以人为地适当提高定子电压以补偿定子电阻压降得影响,使气隙磁通基本保持不变。近似得保持E1/f1=常数得关系。如图2-2所示,其中1为U1/f1=C时得电压、频率关系,2为有电压补偿时(近似得E1/f1=C)得电压、频率关系。

图2-2U1/f1关系1--U1/f1=C2—近似E1/f1=C

(2)基频以上得弱磁变频调速这就是考虑由基频开始向上调速得情况。频率由额定值f1N向上增大,但电压U1;受额定电压U1N得限制不能再升高,只能保持U1=U1N不变。必然会使主磁通随着f1得上升而减小,相当于直流电动机弱磁调速得情况,属于近似得恒功率调速方式。2、2、1通用变频器得分类(1)按直流电源得性质分类:

1)电流型变频器图2-3电流型变频器得主电路

特点:中间直流环节采用大电感;直流电流Id趋于平稳,电动机得电流波形为方波或阶梯波,电压波形接近于正弦波。2)电压型变频器图2-4电压型变频器得主电路

特点:中间直流环节采用大电容;直流电压Ud趋于平稳,电动机得端电压为波或阶梯波。(2)按输出电压调节方式分类

1)PAM方式通过改变直流电压幅值进行调压得方式。输出电压得调节由相控整流器或直流斩波器。图2-5电压型变频器得主电路图2-6采用直流斩波器得PAM方式1)PWM方式利用参考电压波与载频三角波互相比较来决定主开关器件得导通时间而实现调压。利用脉冲宽度得改变来得到幅值不同得正弦基波电压。图2-7PWM变频器主电路

这种参考信号为正弦波、输出电压平均值近似为正弦波得PWM方式,称为正弦PWM调制,简称SPWM(SinusoidalPulseWidthModulation)方式。在通用变频器中,采用SPWM方式调压,就是一种最常采用得方案。

3)高载波频率得PWM方式这种方式与上述得PWM方式得区别仅在于调制频率有很大得提高。主开关器件得工作频率较高,普通得功率晶体管已经不能适应,常采用开关频率较高得IGBT或MOSFET。因为开关频率达到10～20kHZ,可以使电动机得噪声大幅度降低(达到了人耳难于感知得频段)。其主电路(IGBT作逆变器开关器件为例)如图2-8所示。