【文章內(nèi)容簡介】 控制，否則難以達(dá)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(dòng)機(jī)參數(shù)自動(dòng)檢測、自動(dòng)辨識、自適應(yīng)功能，帶有這種功能的通用變頻器在驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)之前，可以自動(dòng)地對異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)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(dòng)機(jī)進(jìn)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)控制常數(shù)的調(diào)節(jié)及與機(jī)械系統(tǒng)匹配的適應(yīng)性控制等，以提高異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用性能的技術(shù)。為了防止異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)電壓調(diào)（AVR）控制技術(shù)的控制方式，已實(shí)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(shí)省去了速度傳感器，具有較低的維護(hù)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(jìn)的低速運(yùn)行特性，變負(fù)載下的速度調(diào)節(jié)能力亦得到改善，同時(shí)還可獲得高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這在高摩擦與慣性負(fù)載的起動(dòng)中有明顯的優(yōu)勢。正是由于這些驅(qū)動(dòng)特性，該控制技術(shù)已逐漸成為通用恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的選擇。事實(shí)上，基本上所有AC驅(qū)動(dòng)廠家都提供該控制模式。針對工業(yè)洗衣機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)，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(dòng) 機(jī)PTC 溫度傳感器洗衣機(jī)泵 洗衣機(jī)系統(tǒng)框圖Figure washer system diagram實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的電工設(shè)備總稱為電機(jī)。電機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換。把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備稱為發(fā)電機(jī)，而把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備叫做電動(dòng)機(jī)。在生產(chǎn)上主要用的是交流電動(dòng)機(jī)，特別三相異步電動(dòng)機(jī)，因?yàn)樗哂薪Y(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。它被廣泛地用來驅(qū)動(dòng)各種金屬切削機(jī)床、起重機(jī)、鍛壓機(jī)、傳送帶、文物鑄造機(jī)械、功率不大的通風(fēng)機(jī)及水泵等。 三相交流異步電動(dòng)機(jī)的選用，主要從選用的電動(dòng)機(jī)的額定功率、額定功率工作電壓、種類、型式等方面進(jìn)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(dòng)機(jī)的種類是從交流或直流、機(jī)械特性、調(diào)速與起動(dòng)特性、維護(hù)及價(jià)格等方面考慮。選擇電動(dòng)機(jī)種類的原則是在滿足生產(chǎn)機(jī)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(jià)格便宜、 維修方便、 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)的電動(dòng)機(jī)。從這個(gè)意義上看，交流電動(dòng)機(jī)優(yōu)于直流電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)優(yōu)于同步電動(dòng)機(jī)，籠型異步電動(dòng)機(jī)優(yōu)于繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。 隨著交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，交流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用將越來越廣泛，正逐漸取代直流電動(dòng)機(jī)。因?yàn)樯a(chǎn)上常用的是三相交流點(diǎn)，如沒有特殊要求，多采用交流電動(dòng)機(jī)。由于三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，堅(jiān)固耐用，工作可靠，價(jià)格低廉，維護(hù)方便；其缺點(diǎn)是調(diào)速困難，功率因數(shù)較低，起動(dòng)性能較差。因此，在要求機(jī)械特性較硬而無特殊要求的一般生產(chǎn)機(jī)械的拖動(dòng)，如水泵、通風(fēng)機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、傳送帶和機(jī)床都采用鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。繞線式電動(dòng)機(jī)的基本性能與鼠籠式相同。其特點(diǎn)是起動(dòng)性能較好，并可在不大的范圍內(nèi)平滑調(diào)速。但是它的價(jià)格較鼠籠式電動(dòng)機(jī)為貴，維護(hù)亦較不便。因此，只有在某些必須采用繞線式電動(dòng)機(jī)的場合，如起重機(jī)、鍛壓機(jī)等，大多采用鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。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(dòng)機(jī)，以保護(hù)電動(dòng)機(jī)長期工作而不被損壞。電動(dòng)機(jī)常用的結(jié)構(gòu)形式有：開啟式、防護(hù)式、封閉式和防爆式。a)開啟式開啟式電動(dòng)機(jī)的價(jià)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(dòng)機(jī)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(hù)式 防護(hù)式電動(dòng)機(jī)一般可防止水滴、鐵屑等外界雜物落入電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的通風(fēng)散熱條件也較好。c)封閉式封閉式電動(dòng)機(jī)有自冷式、強(qiáng)迫通風(fēng)式和密閉式三種。自冷式電動(dòng)機(jī)一般自帶風(fēng)扇，自冷式和強(qiáng)迫通風(fēng)式電動(dòng)機(jī)能防止任何方向的水滴或雜物侵入電動(dòng)機(jī)，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(dòng)機(jī)，則適用于浸入液體中的生產(chǎn)機(jī)械，如潛水泵等。d)防爆式 防爆式電動(dòng)機(jī)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(xiǎn)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(dòng)機(jī)，還應(yīng)選具有特殊防護(hù)要求的電動(dòng)機(jī)。⑵電壓等級和轉(zhuǎn)速的選擇電動(dòng)機(jī)電壓等級的選擇，要根據(jù)電動(dòng)機(jī)的類型，功率以及使用地點(diǎn)的電壓來決定。交流電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)，可采用高壓電動(dòng)機(jī)，這樣既減小了電動(dòng)機(jī)的體積，又節(jié)約了銅線的用量。電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的要求來選擇的。一般采用盡量高轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)。在一定功率時(shí)，電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速越高,其體積越小，重量越輕，價(jià)格越低，運(yùn)行的效率越高，電動(dòng)機(jī)的飛輪矩越小，因此選用高速電動(dòng)機(jī)較經(jīng)濟(jì)。但是，若生產(chǎn)機(jī)械要求的轉(zhuǎn)速低，如果選擇高速電動(dòng)機(jī)，則會(huì)使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜。 對于經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械, 若過渡過程時(shí)間對生產(chǎn)效率有較大影響。 可以證明，從縮短起動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間和減小起動(dòng)、制動(dòng)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(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，如龍門刨床工作臺拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)等。若過渡過程時(shí)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(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。選擇電動(dòng)機(jī)容量的基本原則是：能帶動(dòng)負(fù)載，在生產(chǎn)工藝所要求的各個(gè)轉(zhuǎn)速點(diǎn)長期運(yùn)行不過熱，在舊設(shè)備改造時(shí)，要盡量可能地留用原設(shè)備的電動(dòng)機(jī)。⑶電機(jī)容量的選擇選擇電動(dòng)機(jī)容量時(shí)應(yīng)考慮如下幾點(diǎn)：電動(dòng)機(jī)容量、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須大于負(fù)載所需要的功率和起動(dòng)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(dòng)或運(yùn)行中的需要；從電動(dòng)機(jī)溫升角度考慮，為了不降低電動(dòng)機(jī)的壽命，溫升必須在絕緣所限制的范圍以內(nèi)；如果電動(dòng)機(jī)每次在最低頻率時(shí)連續(xù)工作地時(shí)間不長，則可留用原有電動(dòng)機(jī)，反之如果在最低頻率時(shí)連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間較長，則電動(dòng)機(jī)的容量應(yīng)提高一檔。⑷電動(dòng)機(jī)磁極對數(shù)的選擇電動(dòng)機(jī)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(jī)，因?yàn)槎鄶?shù)矢量控制通用變頻器是以2p=4的電機(jī)作為模型進(jìn)行設(shè)計(jì)的。⑸電動(dòng)機(jī)工作頻率范圍的選擇電動(dòng)機(jī)工作頻率的范圍應(yīng)包含負(fù)載對調(diào)速范圍的要求。由于某些通用變頻器低速運(yùn)行特性不理想，所以最低頻率越高越好。⑹使用變頻器傳動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的幾個(gè)問題籠型異步電動(dòng)機(jī)由通用變頻器傳動(dòng)時(shí)，由于高次諧波的影響和電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度范圍的擴(kuò)大，將出現(xiàn)一些新的問題，與工頻電源傳動(dòng)時(shí)的差別比較大。因此，在舊設(shè)備改造留用原有電動(dòng)機(jī)時(shí)要特別注意以下問題：低速時(shí)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(yùn)行時(shí)有溫升提高（可適當(dāng)留有裕量）；電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)噪聲增大（可重新設(shè)定載波頻率）。本系統(tǒng)電機(jī)選用常用的4極三相交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)超頻運(yùn)行，否則，對引起帶負(fù)載能力下降、過電流，甚至機(jī)械性破壞。②中間速度 采用普通異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，要考慮在連續(xù)可調(diào)速度區(qū)段（中間速度）內(nèi)運(yùn)行時(shí)的機(jī)械共振問題。異步電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩頻率一旦與固有頻率一致，則會(huì)發(fā)生共振，并產(chǎn)生強(qiáng)烈的震動(dòng)和噪聲，最嚴(yán)重的情況下會(huì)引起軸系斷裂事故。③速度控制的下限 采用普通異步電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí)，考慮到電動(dòng)機(jī)自身由于低速冷卻能力下降而確定的最低轉(zhuǎn)速與機(jī)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(dòng)機(jī)中大多數(shù)都使用滾動(dòng)軸承。雖然對最低速度沒有限制，但對大容量異步電動(dòng)機(jī)及機(jī)械負(fù)載重使用滑動(dòng)軸承的場合，低速時(shí)由于潤滑不良產(chǎn)生過熱會(huì)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(yùn)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(shí)產(chǎn)生浪涌電壓，當(dāng)通用變頻器驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，有時(shí)需要采取措施防止浪涌電壓對電動(dòng)機(jī)絕緣的破壞。我們應(yīng)盡量縮短通用變頻器與電動(dòng)機(jī)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(shí)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(dòng)機(jī)的軸電壓、軸電流電動(dòng)機(jī)的軸電壓、軸電流是由于環(huán)繞電動(dòng)機(jī)軸的磁路不對稱、轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)不同心、感生脈動(dòng)磁通等原因所產(chǎn)生的，它會(huì)使軸軸承機(jī)座的回路有軸電流通過，在電動(dòng)機(jī)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(dòng)軸承約在300～500mV（有效值），滾動(dòng)軸承在300 mV左右。，若超過軸承所允許的值，就會(huì)通過油膜放電或者導(dǎo)電，在軸瓦和軸承處產(chǎn)生點(diǎn)狀微孔，并在底部產(chǎn)生發(fā)黑現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使軸和軸承受到損壞，運(yùn)行中伴隨著強(qiáng)烈的噪聲級設(shè)備外殼帶電等。防止軸電流的簡單做法實(shí)在機(jī)座中除一個(gè)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(shí)現(xiàn)的基本原理是通過測量和控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場定向原理分別對異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。具體是將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場的電流分量 (勵(lì)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(shí)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(biāo)變換，從旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系回到精致坐標(biāo)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(biāo)系對交流量進(jìn)行控制，使其實(shí)際等于給定值。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(shí)，就會(huì)產(chǎn)生合成磁勢，它是一個(gè)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(jìn)行坐標(biāo)變換，就稱為矢量坐標(biāo)變換。矢量坐標(biāo)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(gè)系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)功率不變。將原來坐標(biāo)下的電壓u和電流i變換為新坐標(biāo)下的電壓和電流，設(shè)它們有相同的變換矩陣C，可得： （） （）因?yàn)椋亲杩咕仃?，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(gè)坐標(biāo)下的電功率應(yīng)該等于另一個(gè)坐標(biāo)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(gè)正交矩陣。為了能實(shí)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(biāo)系0、A、B、C 系變換到兩相平面靜止坐標(biāo)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)繞組位置關(guān)系Figure Threephase motor winding location relation根據(jù)矢量坐標(biāo)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(gè)坐標(biāo)系坐標(biāo)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(dòng)機(jī)和兩相電動(dòng)機(jī)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(jìn)一個(gè)獨(dú)立于和的新變量，稱它為零軸電流。零軸是同時(shí)垂直于α和β軸的軸，因此形成α、β、0軸坐標(biāo)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(biāo)系o、α、β向兩相旋轉(zhuǎn)直角坐標(biāo)0、M、T系轉(zhuǎn)換稱作兩