【文章內(nèi)容簡介】 控制，否則難以達到理想的控制效果。目前新型矢量控制通用變頻器中已經(jīng)具備異步電動機參數(shù)自動檢測、自動辨識、自適應(yīng)功能，帶有這種功能的通用變頻器在驅(qū)動異步電動機進行正常運轉(zhuǎn)之前，可以自動地對異步電動機的參數(shù)進行辨識，并根據(jù)辨識結(jié)果調(diào)整控制算法中的有關(guān)參數(shù)，從而對普通的異步電動機進行有效的矢量控制。除了上述的無傳感器矢量控制和轉(zhuǎn)矩矢量控制等，可提高異步電動機轉(zhuǎn)矩控制性能的技術(shù)外，目前的新技術(shù)還包括異步電動機控制常數(shù)的調(diào)節(jié)及與機械系統(tǒng)匹配的適應(yīng)性控制等，以提高異步電動機應(yīng)用性能的技術(shù)。為了防止異步電動機轉(zhuǎn)速偏差以及在低速區(qū)域獲得較理想的平滑轉(zhuǎn)速，應(yīng)用大規(guī)模集成電路并采用專用數(shù)字式自動電壓調(diào)（AVR）控制技術(shù)的控制方式，已實用化并取得良好的效果。概括來說，無速度傳感器矢量控制可以獲得接近閉環(huán)控制的性能，同時省去了速度傳感器，具有較低的維護成本。與傳統(tǒng)V/FHz控制比較，無速度傳感器矢量控制可以獲得改進的低速運行特性，變負載下的速度調(diào)節(jié)能力亦得到改善，同時還可獲得高的起動轉(zhuǎn)矩，這在高摩擦與慣性負載的起動中有明顯的優(yōu)勢。正是由于這些驅(qū)動特性，該控制技術(shù)已逐漸成為通用恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動應(yīng)用的選擇。事實上，基本上所有AC驅(qū)動廠家都提供該控制模式。針對工業(yè)洗衣機系統(tǒng)的特點，本系統(tǒng)采用無速度傳感器的矢量控制方式。 主令控制變頻器電 動 機PTC 溫度傳感器洗衣機泵 洗衣機系統(tǒng)框圖Figure washer system diagram實現(xiàn)電能與機械能相互轉(zhuǎn)換的電工設(shè)備總稱為電機。電機是利用電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)電能與機械能的相互轉(zhuǎn)換。把機械能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備稱為發(fā)電機，而把電能轉(zhuǎn)換成機械能的設(shè)備叫做電動機。在生產(chǎn)上主要用的是交流電動機，特別三相異步電動機，因為它具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、運行可靠、價格低廉、維護方便等優(yōu)點。它被廣泛地用來驅(qū)動各種金屬切削機床、起重機、鍛壓機、傳送帶、文物鑄造機械、功率不大的通風(fēng)機及水泵等。 三相交流異步電動機的選用，主要從選用的電動機的額定功率、額定功率工作電壓、種類、型式等方面進行選擇。其中最主要的是額定功率的選擇。⑴種類和型式的選擇①種類的選擇選擇電動機的種類是從交流或直流、機械特性、調(diào)速與起動特性、維護及價格等方面考慮。選擇電動機種類的原則是在滿足生產(chǎn)機械技術(shù)性能的前提下，優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)簡單、 工作可靠、 價格便宜、 維修方便、 運行經(jīng)濟的電動機。從這個意義上看，交流電動機優(yōu)于直流電動機，異步電動機優(yōu)于同步電動機，籠型異步電動機優(yōu)于繞線轉(zhuǎn)子異步電動機。 隨著交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，交流電動機的應(yīng)用將越來越廣泛，正逐漸取代直流電動機。因為生產(chǎn)上常用的是三相交流點，如沒有特殊要求，多采用交流電動機。由于三相鼠籠式異步電動機結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用，工作可靠，價格低廉，維護方便；其缺點是調(diào)速困難，功率因數(shù)較低，起動性能較差。因此，在要求機械特性較硬而無特殊要求的一般生產(chǎn)機械的拖動，如水泵、通風(fēng)機、運輸機、傳送帶和機床都采用鼠籠式異步電動機。繞線式電動機的基本性能與鼠籠式相同。其特點是起動性能較好，并可在不大的范圍內(nèi)平滑調(diào)速。但是它的價格較鼠籠式電動機為貴，維護亦較不便。因此，只有在某些必須采用繞線式電動機的場合，如起重機、鍛壓機等，大多采用鼠籠式異步電動機。②結(jié)構(gòu)形式的選擇在不同的工作環(huán)境，應(yīng)采用不同結(jié)構(gòu)形式的電動機，以保護電動機長期工作而不被損壞。電動機常用的結(jié)構(gòu)形式有：開啟式、防護式、封閉式和防爆式。a)開啟式開啟式電動機的價格便宜，散熱條件最好，但由于轉(zhuǎn)子和繞組暴露在空氣中，容易被水汽、 灰塵、 鐵屑、油污等侵蝕,影響電動機的正常工作及使用壽命。因此，它只能用于干燥、灰塵很少又無腐蝕性和爆炸性氣體的環(huán)境。b) 防護式 防護式電動機一般可防止水滴、鐵屑等外界雜物落入電動機內(nèi)部，但不能防止潮氣及灰塵的侵入。它只適用于較干燥且灰塵不多又無腐蝕性和爆炸性氣體的工作環(huán)境。這種電動機的通風(fēng)散熱條件也較好。c)封閉式封閉式電動機有自冷式、強迫通風(fēng)式和密閉式三種。自冷式電動機一般自帶風(fēng)扇，自冷式和強迫通風(fēng)式電動機能防止任何方向的水滴或雜物侵入電動機，潮濕空氣和灰塵也不易侵入，因此適用于潮濕、多塵、易受風(fēng)雨侵蝕，有腐蝕性氣體等較惡劣的工作環(huán)境，應(yīng)用最普遍。而密閉式電動機，則適用于浸入液體中的生產(chǎn)機械，如潛水泵等。d)防爆式 防爆式電動機是在密封結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上制成隔爆型、增安型和正壓型等，適用于有爆炸危險的工作環(huán)境，如礦井、油庫、煤氣站等場所。 此外，對于濕熱地帶、高海拔地帶及船舶等用電動機，還應(yīng)選具有特殊防護要求的電動機。⑵電壓等級和轉(zhuǎn)速的選擇電動機電壓等級的選擇，要根據(jù)電動機的類型，功率以及使用地點的電壓來決定。交流電動機額定電壓的選擇主要按使用場所的供電電壓等級選擇。一般低壓電網(wǎng)為380 V，因此中小型三相異步電動機的額定電壓大多為380 V(Y或△形法)，220/380 V（△/Y形接法)和380/660 V（△/Y形接法）。單相異步電動機的額定電壓多采用220 V，礦山及鋼鐵企業(yè)的大型設(shè)備用大功率電動機，可采用高壓電動機，這樣既減小了電動機的體積，又節(jié)約了銅線的用量。電動機的額定轉(zhuǎn)速是根據(jù)生產(chǎn)機械傳動系統(tǒng)的要求來選擇的。一般采用盡量高轉(zhuǎn)速的電動機。在一定功率時，電動機的額定轉(zhuǎn)速越高,其體積越小，重量越輕，價格越低，運行的效率越高，電動機的飛輪矩越小，因此選用高速電動機較經(jīng)濟。但是，若生產(chǎn)機械要求的轉(zhuǎn)速低，如果選擇高速電動機，則會使傳動機構(gòu)復(fù)雜。 對于經(jīng)常啟動、制動、反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機械, 若過渡過程時間對生產(chǎn)效率有較大影響。 可以證明，從縮短起動、制動時間和減小起動、制動過程中能量損耗的角度考慮，則應(yīng)以 GD2與額定轉(zhuǎn)速nN 乘積為最小來選擇電動機的額定轉(zhuǎn)速，如龍門刨床工作臺拖動電動機等。若過渡過程時間對生產(chǎn)效率影響不大，則應(yīng)以過渡過程中能量損耗最小來選擇電動機的額定轉(zhuǎn)速。選擇電動機容量的基本原則是：能帶動負載，在生產(chǎn)工藝所要求的各個轉(zhuǎn)速點長期運行不過熱，在舊設(shè)備改造時，要盡量可能地留用原設(shè)備的電動機。⑶電機容量的選擇選擇電動機容量時應(yīng)考慮如下幾點：電動機容量、起動轉(zhuǎn)矩必須大于負載所需要的功率和起動轉(zhuǎn)矩；電源電壓下降10%～15%的情況下，轉(zhuǎn)矩仍能夠滿足起動或運行中的需要；從電動機溫升角度考慮，為了不降低電動機的壽命，溫升必須在絕緣所限制的范圍以內(nèi)；如果電動機每次在最低頻率時連續(xù)工作地時間不長，則可留用原有電動機，反之如果在最低頻率時連續(xù)運行的時間較長，則電動機的容量應(yīng)提高一檔。⑷電動機磁極對數(shù)的選擇電動機的磁極對數(shù)一般由生產(chǎn)工藝決定，不易隨意選擇。如果通用變頻器具有矢量控制功能，若有條件，最好選擇2p=4的電機，因為多數(shù)矢量控制通用變頻器是以2p=4的電機作為模型進行設(shè)計的。⑸電動機工作頻率范圍的選擇電動機工作頻率的范圍應(yīng)包含負載對調(diào)速范圍的要求。由于某些通用變頻器低速運行特性不理想，所以最低頻率越高越好。⑹使用變頻器傳動時電動機的幾個問題籠型異步電動機由通用變頻器傳動時，由于高次諧波的影響和電動機運行速度范圍的擴大，將出現(xiàn)一些新的問題，與工頻電源傳動時的差別比較大。因此，在舊設(shè)備改造留用原有電動機時要特別注意以下問題：低速時的散熱能力（可采用設(shè)置恒速冷卻風(fēng)扇改善散熱問題）；額定頻率運行時有溫升提高（可適當留有裕量）；電動機運行時出現(xiàn)噪聲增大（可重新設(shè)定載波頻率）。本系統(tǒng)電機選用常用的4極三相交流感應(yīng)電動機，額定電壓230V，額定電流33A，額定轉(zhuǎn)速1380r/min，額定頻率50HZ。⑴速度控制①速度控制上限 普通異步電動機的速度上限就是額定頻率所對應(yīng)的額定速度。一般不要將額定頻率為50Hz的電動機超頻運行，否則，對引起帶負載能力下降、過電流，甚至機械性破壞。②中間速度 采用普通異步電動機變頻調(diào)速時，要考慮在連續(xù)可調(diào)速度區(qū)段（中間速度）內(nèi)運行時的機械共振問題。異步電動機所產(chǎn)生的脈動轉(zhuǎn)矩頻率一旦與固有頻率一致，則會發(fā)生共振，并產(chǎn)生強烈的震動和噪聲，最嚴重的情況下會引起軸系斷裂事故。③速度控制的下限 采用普通異步電機進行變頻調(diào)速時，考慮到電動機自身由于低速冷卻能力下降而確定的最低轉(zhuǎn)速與機械系統(tǒng)所允許的下限速度，一起決定了最終的速度下限，普通異步電動機中大多數(shù)都使用滾動軸承。雖然對最低速度沒有限制，但對大容量異步電動機及機械負載重使用滑動軸承的場合，低速時由于潤滑不良產(chǎn)生過熱會導(dǎo)致滑膜燒毀，需要考慮軸承的工作情況，以確定最低的運轉(zhuǎn)速度。⑵預(yù)防浪涌電源的危害由于通用變頻器的功率開關(guān)器件在工作時產(chǎn)生浪涌電壓，當通用變頻器驅(qū)動異步電動機時，有時需要采取措施防止浪涌電壓對電動機絕緣的破壞。我們應(yīng)盡量縮短通用變頻器與電動機之間的接線距離，一般不要超過通用變頻器產(chǎn)品說明書中規(guī)定的最大值。必要時應(yīng)裝設(shè)du/dt濾波器、共模輸出濾波器或輸出電抗器，以降低輸出電壓波形上升陡度。另外，可才采取防止沖擊電壓的措施。⑶電動機的軸電壓、軸電流電動機的軸電壓、軸電流是由于環(huán)繞電動機軸的磁路不對稱、轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)不同心、感生脈動磁通等原因所產(chǎn)生的，它會使軸軸承機座的回路有軸電流通過，在電動機轉(zhuǎn)子軸兩端、軸與軸承之間、軸與軸承對地形成稱為軸電壓。對于滑動軸承約在300～500mV（有效值），滾動軸承在300 mV左右。，若超過軸承所允許的值，就會通過油膜放電或者導(dǎo)電，在軸瓦和軸承處產(chǎn)生點狀微孔，并在底部產(chǎn)生發(fā)黑現(xiàn)象，嚴重時會使軸和軸承受到損壞，運行中伴隨著強烈的噪聲級設(shè)備外殼帶電等。防止軸電流的簡單做法實在機座中除一個軸承座外，其余軸承座及包括所有裝在其上的儀表外殼等金屬部件都對地絕緣，不絕緣的軸承應(yīng)裝接地電刷以防靜電充電。矢量控制實現(xiàn)的基本原理是通過測量和控制異步電動機定子電流矢量，根據(jù)磁場定向原理分別對異步電動機的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進行控制，從而達到控制異步電動機轉(zhuǎn)矩的目的。具體是將異步電動機的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場的電流分量 (勵磁電流) 和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量 (轉(zhuǎn)矩電流) 分別加以控制，并同時控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量。由于這些被控矢量在物理上不存在，還必須再經(jīng)過坐標變換，從旋轉(zhuǎn)坐標系回到精致坐標系，把上述直流給定量變換成物理上存在的交流給定量，在定子坐標系對交流量進行控制，使其實際等于給定值。感應(yīng)電動機內(nèi)的磁場是由定子、轉(zhuǎn)子三相繞組的磁勢產(chǎn)生的，根據(jù)電動機旋轉(zhuǎn)磁場理論可知，向?qū)ΨQ的三相繞組中通以對稱的三相正弦電流時，就會產(chǎn)生合成磁勢，它是一個在空間以ω速度旋轉(zhuǎn)的空間矢量。如果用磁勢或電流空間矢量來描述前面所述的三相磁場、兩相磁場和旋轉(zhuǎn)直流磁場，并對它們進行坐標變換，就稱為矢量坐標變換。矢量坐標變換必須要遵循以下原則：⑴應(yīng)遵循變換前后電流所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場等效；⑵應(yīng)遵循變換前后兩個系統(tǒng)的電動機功率不變。將原來坐標下的電壓u和電流i變換為新坐標下的電壓和電流，設(shè)它們有相同的變換矩陣C，可得： （） （）因為，是阻抗矩陣，故： （）上式中，是變換后的阻抗矩陣，它可以表示成： （）為了滿足功率不變的原則，在一個坐標下的電功率應(yīng)該等于另一個坐標下的電功率，即： （）而 （）為了使式（）與式（）相同，必須有：或 （）由此可得，變換矩陣C應(yīng)該是一個正交矩陣。為了能實現(xiàn)逆變換，變換矩陣C必須存在逆變換，因此變換矩陣C必須是方陣，而且其行列式的值必須不等于零。⑴三相～兩相變換（3/2變換）從三相平面靜止坐標系0、A、B、C 系變換到兩相平面靜止坐標系0、α、β 的變換，簡稱3/2 變換。、B、C的磁勢矢量和兩相電動機繞組α、β的磁勢矢量的空間位置關(guān)系。其中選定A軸與α軸重合。 三相電動機繞組位置關(guān)系Figure Threephase motor winding location relation根據(jù)矢量坐標變換原則，兩者的磁場應(yīng)該完全等效，即合成磁勢矢量分別在兩個坐標系坐標軸上的投影應(yīng)該相等。因此有： （）也即： （）式中，分別表示三相電動機和兩相電動機定子每相繞組的有效匝數(shù)。式（）用矩陣表示，即： （）由于轉(zhuǎn)換矩陣不是方陣，因此不能求逆陣。所以需要引進一個獨立于和的新變量，稱它為零軸電流。零軸是同時垂直于α和β軸的軸，因此形成α、β、0軸坐標系。定義 （）或 （）式中，K為待定系數(shù)。所以，式（）改寫成 （）式中 （）因此 （）其轉(zhuǎn)置矩陣 （） 為了滿足功率不變的變換原則，使。因此令式（2..14）與（2..16）相等，可求得 （） 將式（）代入式（）得 （）因此，三相變兩相的變換式為 （）三相變兩相的逆變換式為： （）對于三相繞組不帶零線的星形接法，有，因此，分別代入式（）、式（），得： （）⑵兩相～兩相旋轉(zhuǎn)變換（2s/2r變換）將兩相靜止直角坐標系o、α、β向兩相旋轉(zhuǎn)直角坐標0、M、T系轉(zhuǎn)換稱作兩