【正文】 天津工程師范學(xué)院成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 1 交流電機(jī)變頻調(diào)速控制 作者： [摘 要 ]： 隨著生產(chǎn)的發(fā)展，在機(jī)床功能增多及自動(dòng)化程度提高的情況下，為了簡(jiǎn)化機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，又出現(xiàn)了機(jī)床主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、輔助運(yùn)動(dòng)等分別由不同電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)方式，叫做分立拖動(dòng)。此時(shí)，電氣控制系統(tǒng)亦相應(yīng)地進(jìn)行了改進(jìn)，除控制功能方面的基本要求外，還需要具有各電動(dòng)機(jī)動(dòng)作的配合、聯(lián)鎖、順序、切換、協(xié)調(diào)、顯示等性能，同時(shí)各種行程、時(shí)間、速度、度、壓力、電流等基本控制線路已形成規(guī)范，而且機(jī)床電氣控制技術(shù)本身也已形成了獨(dú)立的體系。 變 頻調(diào)速器在 工廠中的應(yīng)用越來(lái)越普遍。但由于變頻調(diào)速器是 新型電控設(shè)備，許多工廠的電氣技術(shù)人員對(duì)其認(rèn)識(shí)不足，沒(méi)有允分發(fā)揮變頻調(diào)速器的強(qiáng)大功能，對(duì)變頻調(diào)速控制的設(shè)計(jì)過(guò)于繁瑣，從而在一定程度上降低了變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的降低了變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的可靠性，甚至對(duì)電動(dòng)機(jī)造成了一定的損害。工廠常見(jiàn)的變頻調(diào)速電機(jī)系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)為例，在對(duì)其認(rèn)真分析討論的基礎(chǔ)上，提出了通用變頻頻調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)方案。自激振動(dòng)是機(jī)械加工中經(jīng)常出現(xiàn)且十分有害的現(xiàn)象它嚴(yán)重影響零件的加工精度和生產(chǎn)效率的提高。因此，抑制自激振動(dòng)的方法相繼出現(xiàn)。而變速切削方法以其易于實(shí)現(xiàn)、抑振效顯著等特點(diǎn)顯示其良好 的應(yīng)用前景。變速切削銑床就是利用這一方法設(shè)汁的一種新型機(jī)床，其中機(jī)床主軸時(shí)變轉(zhuǎn)速的實(shí)現(xiàn)是變速切削銑床設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，研制一套實(shí)現(xiàn)機(jī)床主軸時(shí)變轉(zhuǎn)速的控制系統(tǒng)是變速銑削方法得到實(shí)際應(yīng)用的前提。目前變頻技術(shù)已在輕紡、電力等工業(yè)領(lǐng)域廣泛使用。但未見(jiàn)到將 百毫秒年 變頻技術(shù)應(yīng)用到切削加工領(lǐng)域。鑒于目前機(jī)床一般使用交流電機(jī)作為動(dòng)力，且其在變轉(zhuǎn)速情況下的耐熱性、轉(zhuǎn)矩 (功率 )與轉(zhuǎn)速之間關(guān)系的研究已經(jīng)成熟。故采用變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)變速切削銑床的調(diào)速。 [關(guān)鍵詞 ]：銑床 變頻 驅(qū)動(dòng) 主軸 [Abstract]:With the development of the production in the machine function more dynamic and Head of the improvement of circumstances, in order to simplify the mechanical transmission Institutions, there is the movement of a machine tool, feed campaign, supported by the Movement of different motor drive, called Drag separation. At this time, electrical control system has also carried out improvements, in addition to controlling the functions of the basic requirements, frequency converter application in a factory more mon. However, due to frequency converter is a new electronic control equipment, electrical and many factories have sufficient understanding of its technical staff, not allowed to play a frequency converter at the power of the design of VVVF control is too plicated, so to some extent reduce the control system Frequency Frequency control reduces the reliability of the system, and even caused some electrical damage. Common plant VVVF motor control circuit design of the system as an example, a careful analysis in its discussion on the basis of a mon variable speed motor drive systems often control circuit design. Is selfexcited vibration in machining 天津工程師范學(xué)院成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2 are often very harmful and it is seriously affecting the phenomenon of machining accuracy and production efficiency. Therefore, selfexcited vibration suppression methods have emerged one after another. Cutting method and its speed is easy to implement, or vibration characteristics of a significant effect shows a good application prospects. Cutting speed milling machine is set up to use this method, a new juice machine, in which timevarying machine tool spindle speed is the speed of the realization of the key cutting machine designed to develop a set of timevarying realization of machine tool spindle speed control system is the actual speed milling method the premise of the application. Inverter technology has been present in the textile, electricity, etc. widely used in industrial fields. 100 ms but did not see the variable frequency technology was applied to the field of machining. General view of the current machine as a driving force for the use of AC motor and variable speed in case of heat resistance, torque (power) and the study of the relationship between speed ripe. Therefore, the use of variable speed inverter technology the speed cutting machine. xle 一、系統(tǒng)框圖 本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖如圖 1— 1所示，它主要是由整流和逆變兩大部分組成，而最重要的是逆變部 份。在整流側(cè)由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、觸發(fā)電路等構(gòu)成。它的目的是將三相交流電通過(guò)整流變成可調(diào)的直流電（在本設(shè)計(jì)中主要不是靠它來(lái)調(diào)整電壓）從而對(duì)直流側(cè)電壓進(jìn)行控制。在逆變側(cè)由極性鑒別器、電壓 頻率轉(zhuǎn)換電路、三角波、正弦波等電路構(gòu)成。它的目的是將直流側(cè)的直流電逆變成電壓頻率可以協(xié)調(diào)控制的交流電（在此該部分即要調(diào)整電壓，還要調(diào)整頻率），以供給負(fù)載。系統(tǒng)框圖的確定可以給我們建立一個(gè)清晰的設(shè)計(jì)過(guò)程，它是設(shè)計(jì)電路的主要依據(jù) 。 給定積分電路 轉(zhuǎn)速調(diào)器節(jié) 電流調(diào)節(jié)器整流觸發(fā)電路絕對(duì)值運(yùn)算器電壓頻率轉(zhuǎn)換正弦波發(fā)生器三角波發(fā)生器比較器延時(shí)電路驅(qū)動(dòng)電路逆變電路M3~TGTA圖 1— 1 系統(tǒng)框圖 二 、主電路 （一 ） 、 整流及逆變電路 （ 1）、 整流電路 整流電路由 VD1～ VD6組成三相可控整流橋，將電源的三相交流電全波整流成直流電。整流電路因變頻器輸出功率大小不同而不同。功率小的，輸入電源多用單相 220V電源，整天津工程師范學(xué)院成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 3 流電路為單相全波整流電橋；功率大的，輸入電源一般用三相 380V電源，整流電路為三相橋式全波整流電路。 設(shè)電源的線電壓為 UL，那么三相全波整流后平均直流電壓 UD 的大小是： UD=。三相電源為 380V時(shí)，整流后的平均直流電壓是 513V。 ①、濾波電容 CF 整流電路輸出的整流電壓是脈動(dòng)的直流電壓，必須加以濾波。濾波電容 CF的作用除了濾除整流后的電壓波紋外，還在整流電路與逆變器之間起藕合作用，以消除相互干擾，為感性負(fù)載的電動(dòng)機(jī)提供必要的無(wú)功功率。濾波電容 CF 同時(shí)起儲(chǔ)能作用，所以也叫儲(chǔ)能電容。 ②、限流電阻 RL與開(kāi)關(guān) SL 由于儲(chǔ)能電容大，加之在接入電源時(shí)電容器兩端的電壓為零，所以當(dāng)變頻器接通電源瞬間，濾波電容 CF 的充電電流很大。過(guò)大的沖擊電流會(huì)使三相整流橋損壞。為了保護(hù)整流橋，在變壓器剛接通電源的一段時(shí)間里， 電路串入限流電阻 RL，限制電容的充電電流。當(dāng)濾波電容 CF 充到一定程度時(shí)，令 SL接通，將 RL短接。 圖 2— 1 變頻器主電路 ③、電源指示 HL HL處了指示電源是否接通外，還有一個(gè)功能，即變頻器切斷電源后，顯示濾波電容 CF上的電荷是否已經(jīng)釋放完畢。 （ 2）、逆變電路 ①、逆變管 VD1～ VD6 VD1～ VD6組成逆變橋，把 VD1～ VD6整流后的直流電，“逆變”成頻率、幅值都可調(diào)的交流電。這是變頻器實(shí)現(xiàn)變頻的執(zhí)行環(huán)節(jié)，是變頻器的核心部分。常用的逆變管有絕緣柵雙極晶體管（ IGBT）、大功率晶體管（ GTR）、可關(guān) 斷晶閘管（ GTO）、功率場(chǎng)效應(yīng)管（ MOSFET）、集成門極換流晶閘管（ IGCT）等。 ②、續(xù)流二極管 VD7～ VD12 續(xù)流二極管 VD7～ VD12的主要功能如下： A、電動(dòng)機(jī)的繞組是感性的，其電流具有無(wú)功分量。續(xù)流二極管 VD7～ VD12 為無(wú)功電流天津工程師范學(xué)院成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 返回直流電源提供“通道”。 B、當(dāng)頻率下降、電動(dòng)機(jī)處于再生制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，再生電流將通過(guò)續(xù)流二極管 VD7～ VD12返回直流電源。 C、 VD1～ VD6進(jìn)行逆變的基本工作過(guò)程：同一橋臂的兩個(gè)逆變管，處于不停的交替導(dǎo)通和截止的狀態(tài)。在交替導(dǎo)通和截止的換相過(guò)程中，需要 續(xù)流二極管 VD7～ VD12提供通道。 ③、緩沖電路 不同型號(hào)的變頻器，緩沖電路的結(jié)構(gòu)也不盡相同。圖 2— 1是比較典型的一種，其功能如下： 逆變管 VD1～ VD6每次由導(dǎo)通狀態(tài)切換成截止?fàn)顟B(tài)的關(guān)斷瞬間，集電極和發(fā)射極間的電壓 UCE由近乎 0V迅速上升至直流電壓值 UD。這過(guò)高的電壓增長(zhǎng)率將導(dǎo)致逆變管的損壞。因此， C01～C06的功能就是降低 VD1～ CD6 在每次關(guān)段時(shí)的電壓增長(zhǎng)率。 VD1～ VD6 每次由截止?fàn)顟B(tài)切換成導(dǎo)通狀態(tài)的接通瞬間， C01～ C06上所充的電壓將向 VD1～ VD6放電。此放電電流的初始值是很大的，并且將疊 加到負(fù)載電流上，導(dǎo)致 VD1～ VD6的損壞。因此 R01～ R06的功能就是限制逆變管在接通瞬間 C01～ C06的放電電流。 但是， R01～ R06的接入，又會(huì)影響 C01～ C06 在 VD1～ VD6關(guān)段時(shí)降低電壓增長(zhǎng)率的效果。當(dāng) VD01～ VD06接入后，在 VD1～ VD6的關(guān)段過(guò)程中，使 R01～ R06不起作用；而在 VD1～VD6的接通過(guò)程中，又迫使 C01～ C06的放電電流流經(jīng) R01～ R06。 （ 2）、制動(dòng)電路和制動(dòng)單元 ①、制動(dòng)電阻 RB 電動(dòng)機(jī)在工作頻率下降過(guò)程中，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速將超過(guò)此時(shí)的同步轉(zhuǎn)速，處于再生制動(dòng)狀態(tài) ，拖動(dòng)系列的動(dòng)能反饋到直流電路中，使直流電壓 UD 不斷上升，電壓太高，對(duì)變頻器的元器件形成危害。因此，必須將再生到直流電路的能量消耗掉，使 UD 保持在允許范圍內(nèi)。制動(dòng)電阻 RB就是用來(lái)消耗這部分能量的。 ②、制動(dòng)單元 VTB 制動(dòng)單元 VTB由大功率晶體管 GTR及驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。其功能是控制流經(jīng) RB的放電電流 IB 變壓器 （ 1）、整流變壓器 在本設(shè)計(jì)中一共用了 2個(gè)整流變壓器包括了 4組不同的電源。分別為177。 1 177。 15V、 +24V、以及～ 38V。在輸出的直流電源中分別采用橋式整流，在通過(guò)電容器進(jìn)行濾波，濾波 后再通過(guò)三端穩(wěn)壓器進(jìn)行穩(wěn)壓，最后再用電容器進(jìn)行濾波。它們的輸出用于部分電路的工作電壓。 （ 2）、同步變壓器 本設(shè)計(jì)中一共用了 2個(gè)同步變壓器，其中 1個(gè)三相變壓器用于六路脈沖的三相電源的輸入，而另一個(gè)變壓器輸出 2組不同的直流電。分別為177。 15V、 +24V。它們的整流、濾波、穩(wěn)壓等過(guò)程與整流變壓器的一樣，輸出用于六路脈沖的工作電壓。 （二 ）、晶閘管 1．晶閘管的簡(jiǎn)介