【正文】 FRA540 變頻器變頻器的接線 。(4) 綠色變頻器　　隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，對(duì)于環(huán)境的保護(hù)越來越受到人們的重視。(3) 遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)　　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，使“天涯若咫尺” ，依靠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)變頻器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制也是一個(gè)發(fā)展方向。(1) 數(shù)字控制變頻器的實(shí)現(xiàn)　　現(xiàn)在，變頻器的控制方式用數(shù)字處理器可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的運(yùn)算，變頻器數(shù)字化將是一個(gè)重要的發(fā)展方向，目前進(jìn)行變頻器數(shù)字化主要采用單片機(jī)MCS51 或 80C196MC 等，輔助以 SLE4520 或 EPLD 液晶顯示器等來實(shí)現(xiàn)更加完善的控制性能。學(xué)習(xí)控制不需要了解太多的系統(tǒng)信息，但是需要 1~2 個(gè)學(xué)習(xí)周期，因此快速性相對(duì)較差，而且，學(xué)習(xí)控制的算法中有時(shí)需要實(shí)現(xiàn)超前環(huán)節(jié)，這用模擬器件是無法實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)，學(xué)習(xí)控制還涉及到一個(gè)穩(wěn)定性的問題，在應(yīng)用時(shí)要特別注意。應(yīng)用專家系統(tǒng)既可以控制變頻器的電壓，又可以控制其電流。(3) 專家系統(tǒng)　 專家系統(tǒng)是利用所謂“專家”的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行控制的一種控制方式，因此，專家系統(tǒng)中一般要建立一個(gè)專家?guī)?，存放一定的專家信息，另外還要有推理機(jī)制，以便于根據(jù)已知信息尋求理想的控制結(jié)果。(2) 模糊控制　　模糊控制算法用于控制變頻器的電壓和頻率，使電動(dòng)機(jī)的升速時(shí)間得到控制，以避免升速過快對(duì)電機(jī)使用壽命的影響以及升速過慢影響工作效率。而且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方式可以同時(shí)控制多個(gè)變頻器，因此在多個(gè)變頻器級(jí)聯(lián)時(shí)進(jìn)行控制比較適合。在變頻器的控制中采用智能控制方式在具體應(yīng)用中有一些成功的范例。(6)其他非智能控制方式　　在實(shí)際應(yīng)用中，還有一些非智能控制方式在變頻器的控制中得以實(shí)現(xiàn)，例如自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、差頻控制、環(huán)流控制、頻率控制等。(5) 最優(yōu)控制　　最優(yōu)控制在實(shí)際中的應(yīng)用根據(jù)要求的不同而有所不同，可以根據(jù)最優(yōu)控制的理論對(duì)某一個(gè)控制要求進(jìn)行個(gè)別參數(shù)的最優(yōu)化。(4) 直接轉(zhuǎn)矩控制　 直接轉(zhuǎn)矩控制是利用空間矢量坐標(biāo)的概念，在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，通過檢測(cè)定子電阻來達(dá)到觀測(cè)定子磁鏈的目的，因此省去了矢量控制等復(fù)雜的變換計(jì)算，系統(tǒng)直觀、簡(jiǎn)潔，計(jì)算速度和精度都比矢量控制方式有所提高?！　o速度傳感器矢量控制是通過坐標(biāo)變換處理分別對(duì)勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，然后通過控制電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓、電流辨識(shí)轉(zhuǎn)速以達(dá)到控制勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流的目的。因此，基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制方式比轉(zhuǎn)差頻率控制方式在輸出特性方面能得到很大的改善。目前在變頻器中實(shí)際應(yīng)用的矢量控制方式主要有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式和無速度傳感器的矢量控制方式兩種。通過控制各矢量的作用順序和時(shí)間以及零矢量的作用時(shí)間，又可以形成各種 PWM 波，達(dá)到各種不同的控制目的。這種控制方式，在控制系統(tǒng)中需要安裝速度傳感器，有時(shí)還加有電流反饋，對(duì)頻率和電流進(jìn)行控制，因此，這是一種閉環(huán)控制方式，可以使變頻器具有良好的穩(wěn)定性，并對(duì)急速的加減速和負(fù)載變動(dòng)有良好的響應(yīng)特性。V/f 控制變頻器結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，但是這種變頻器采用開環(huán)控制方式，不能達(dá)到較高的控制性能，而且，在低頻時(shí)，必須進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，以改變低頻轉(zhuǎn)矩特性。變頻器中常用的控制方式　1 非智能控制方式　　在交流變頻器中使用的非智能控制方式有 V/f 協(xié)調(diào)控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。減速時(shí)產(chǎn)生的再生能量使主電路直流電壓上升，為了防止再生過電壓保護(hù)電路動(dòng)作，在直流電壓下降之前要進(jìn)行控制，抑制頻率下降，防止失速再生過壓。對(duì)于 恒速運(yùn)轉(zhuǎn)中的過電流，也進(jìn)行同樣的控制。（3）其他保護(hù) 1）防止失速過電流。2）超頻（超速）保護(hù)。過載檢出裝置與逆變器保護(hù)共用，但考慮低速運(yùn)轉(zhuǎn)的過熱時(shí)，在異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)埋入溫度檢出器，或者利用裝在逆變器內(nèi)的電子熱保護(hù)來檢出過熱。因此采用風(fēng)機(jī)熱繼電器或器件散熱片傳感器，檢出異常后停止逆變器。6）冷卻風(fēng)機(jī)異常。逆變器負(fù)載側(cè)接地設(shè)計(jì)，為了保護(hù)逆變器，有時(shí)要有接地過電流保護(hù)功能。但瞬時(shí)停電時(shí)間在 10s 以上時(shí)，通常會(huì)使控制電路誤動(dòng)作，主電路也不能供電，所以檢出后使逆變器停止工作。4）瞬時(shí)停電保護(hù)。采用逆變器使電動(dòng)機(jī)快速時(shí)，由于再生功率直流電路電壓將升高，有時(shí)超過容許值。過負(fù)載是由于負(fù)載的GD（慣性）過大或因負(fù)載過大使電機(jī)堵轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的。逆變器輸出電流超過額定值，且持續(xù)通達(dá)規(guī)定的時(shí)間以上，為了防止逆變器期間、線路等損壞要停止運(yùn)轉(zhuǎn)。變流器的輸出電流達(dá)到異常值，也同樣停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)。保護(hù)回路主要包括：（1） 逆變器保護(hù)1）瞬時(shí)過電流保護(hù)。4 速度檢測(cè)電路以裝在異步電動(dòng)機(jī)軸上的速度檢測(cè)器（TG、PLG 等）的信號(hào)為速度信號(hào)，送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。3 驅(qū)動(dòng)電路為驅(qū)動(dòng)主電路器件的電路。控制電路主要包括：1 運(yùn)算電路將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。在圖 41 點(diǎn)劃線內(nèi)，僅以控制 A 部分構(gòu)成控制電路時(shí)，無速度檢測(cè)電路，為開環(huán)控制。控制電路給異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號(hào)的回路，稱為控制電路。4 制動(dòng)電路異步電動(dòng)機(jī)在再生制動(dòng)區(qū)域使用時(shí)（轉(zhuǎn)差率為負(fù)） ，再生能量?jī)?chǔ)存于平波回路電容器中，使直流電壓升高。裝置容量小時(shí)，如果電源和主電路的構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡(jiǎn)單的平波電路。2 平波回路在整流器整流后的直流電壓中，含有電源 6 倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。 1 整流器 最近大量使用的是二極管的變流器，如圖 42 所示，它把工頻電源變換為直流電源。圖 42示出了典型的電壓逆變器的例子，其住電路由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器” ，吸收在整流和逆變時(shí)產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路” ，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器” 。對(duì)于需要精密速度或快速響應(yīng)的場(chǎng)合，運(yùn)算還應(yīng)包含由變頻器主電路和傳動(dòng)系統(tǒng)檢測(cè)出來的信號(hào)和保護(hù)電路信號(hào)，即防止因變頻器主電路的過電壓，過電流引起的損壞外就，還應(yīng)保護(hù)異步電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)等。此電源輸出的電壓或電源及頻率，由控制回路指令進(jìn)行控制。 變頻器的構(gòu)成異步電動(dòng)機(jī)用變頻器調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的結(jié)構(gòu)圖如圖 41 所示。 20 世 紀(jì) 80 年 代 ， 作 為 變頻 技 術(shù) 核 心 的 PWM 模 式 優(yōu) 化 問 題 吸 引 著 人 們 的 濃 厚 興 趣 ， 并 得 出 諸 多 優(yōu) 化 模 式 ，其 中 以 鞍 形 波 PWM 模 式 效 果 最 佳 。 20 世 紀(jì) 60 年 代 以 后 ，電 力 電 子 器 件 經(jīng) 歷 了 SCR(晶 閘 管 )、 GTO(門 極 可 關(guān) 斷 晶 閘 管 )、 BJT(雙 極 型 功率 晶 體 管 )、 MOSFET(金 屬 氧 化 物 場(chǎng) 效 應(yīng) 管 )、 SIT(靜 電 感 應(yīng) 晶 體 管 )、 SITH(靜電 感 應(yīng) 晶 閘 管 )、 MGT(MOS 控 制 晶 體 管 )、 MCT(MOS 控 制 晶 閘 管 )、 IGBT(絕 緣 柵雙 極 型 晶 體 管 )、 HVIGBT(耐 高 壓 絕 緣 柵 雙 極 型 晶 閘 管 )的 發(fā) 展 過 程 ， 器 件 的 更新 促 進(jìn) 了 電 力 電 子 變 換 技 術(shù) 的 不 斷 發(fā) 展 。電動(dòng)機(jī) 3 主要用來控制機(jī)械手抓的加緊和放松，所承載負(fù)載最小，因此可選用Y263M14，功率 120W。豎軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)承載整個(gè)機(jī)械手的所有負(fù)載，需要功率較大，而機(jī)械手主要用于生產(chǎn)線夾持較輕便物體，綜合考慮，豎軸選用 Y263M22，功率 250W，可滿足生產(chǎn)需要。3．3 機(jī)械手電機(jī)的選用Y2 系列三相異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)新穎、造型美觀、噪音低、振動(dòng)小、絕緣等級(jí)高等特點(diǎn)，產(chǎn)品現(xiàn)已達(dá)到九十年代國(guó)際先進(jìn)水平，是 Y 系列電機(jī)的更新產(chǎn)品。數(shù)字越大，防護(hù)能力越強(qiáng)，如 IP44 中第一位數(shù)字“4”表示電機(jī)能防止直徑或厚度大于 1 毫米的固體進(jìn)入電機(jī)內(nèi)殼。定子繞組的連接只能按規(guī)定方法連接，不能任意改變接法，否則會(huì)損壞三相電動(dòng)機(jī)。（3）周期斷續(xù) 周期斷續(xù)工作狀態(tài)是指電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行時(shí)間很短，使電動(dòng)機(jī)的溫升達(dá)不到穩(wěn)態(tài)溫升；停止時(shí)間也很短，使電動(dòng)機(jī)的溫升降不到零，工作周期小于 10min 的工作方式。 8．定額 定額是指三相電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，即允許連續(xù)使用的時(shí)間，分為連續(xù)、短時(shí)、周期斷續(xù)三種。 7．絕緣等級(jí) 絕緣等級(jí)是指三相電動(dòng)機(jī)所采用的絕緣材料的耐熱能力，它表明三相電動(dòng)機(jī)允許的最高工作溫度。6．額定轉(zhuǎn)速 額定轉(zhuǎn)速表示三相電動(dòng)機(jī)在額定工作情況下運(yùn)行時(shí)每分鐘的轉(zhuǎn)速，用 nN表示，一般是略小于對(duì)應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速 n1。三相異步電動(dòng)機(jī)的額定功率與其他額定數(shù)據(jù)之間有如下關(guān)系式 式中 ——額定功率因數(shù) ——額定效率機(jī) 座 號(hào)1 2 3 4 5 6 7 8 9定子鐵心外徑（mm）120145167210245280327368423中心高度（mm）90 100112132160180225250280機(jī) 座 號(hào)11 12 13 14 15定子鐵心外徑（mm）560 650 740 850 990中心高度（mm）375 450 500 560 620NNNIUP??cos3?N?cos?5．額定頻率 額定頻率是指電動(dòng)機(jī)所接的交流電源每秒鐘內(nèi)周期變化的次數(shù)，用 fN 表示。4．額定電流 額定電流是指三相電動(dòng)機(jī)在額定電源電壓下，輸出額定功率時(shí)，流入定子繞組的線電流，用 IN 表示，以安（A）為單位。5%。3．額定電壓 額定電壓是指接到電動(dòng)機(jī)繞組上的線電壓，用 UN 表示。 n?11n??? emT1 ?101??emTn?1異步電動(dòng)機(jī)中心高度200mm6極2號(hào)鐵心長(zhǎng)機(jī)座（M——中機(jī)座）（S——短機(jī)座）表 311 小型異步三相電動(dòng)機(jī) 表 312 中型異步三相電動(dòng)機(jī) 中、小型三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)座號(hào)與定子鐵心外徑及中心高度的關(guān)系見表 311 和表 312。銘牌上注明這臺(tái)三相電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)，是選擇、安裝、使用和修理（包括重繞組）三相電動(dòng)機(jī)的重要依據(jù)，銘牌的主要內(nèi)容如下。 一般情況下，額定運(yùn)行時(shí)=1% ～5% 。當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩 和轉(zhuǎn)速 n 同向。由此可見 ，且 ，是異步電動(dòng)機(jī)工作的必要條件， “異步”的名稱也由此而來。三相電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 始終不會(huì)加速到旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速 n1。流過電流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受到電磁力作用，力 F 的方向可用左手定則確定，如圖 39 所示。電動(dòng)機(jī)內(nèi)必須有一個(gè)以 n0 旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。 圖 39 三相電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理 圖 310原理：定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以速度 n0 切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體感生電動(dòng)勢(shì)（發(fā)電機(jī)右手定則） ，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中形成電流，使導(dǎo)體受電磁力作用形成電磁轉(zhuǎn)矩，推動(dòng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n 順 n0 方向旋轉(zhuǎn)（電動(dòng)機(jī)左手定則） ，并從軸上輸出一定大小的機(jī)械功率。設(shè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，且某時(shí)刻為上為北極 N 下為南極 S，如圖 310 所示。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁力線被轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。因此，三相電動(dòng)機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每分鐘的轉(zhuǎn)速 n定子電流頻率 f 及磁極對(duì)數(shù) p 之間的關(guān)系是 3．3 三相電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理圖 39 為三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)原理示意圖。 以上分析的是電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一對(duì)磁極時(shí)的情況，當(dāng)定子繞組連接形成的是兩對(duì)磁極時(shí)，運(yùn)用相同的方法可以分析出此時(shí)電流變化一個(gè)周期，磁場(chǎng)只轉(zhuǎn)動(dòng)了半圈，即轉(zhuǎn)速減慢了一半。即轉(zhuǎn) 1 周，如圖38（a）所示。如圖 38（c）所示；當(dāng) 時(shí)合成磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)了 300176。 當(dāng) 時(shí)，即經(jīng)過 1/4 周期后， 由零變成正的最大值， 仍為負(fù)值， 已變成負(fù)值，如圖 38（b）所示，這時(shí)合成磁場(chǎng)的方位與 時(shí)相比，已按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)過了 90176。 圖 兩極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)示意圖 圖 38空間 120 度 對(duì)稱分布的三相繞組通過三相對(duì)稱的交流電流時(shí)，產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)為極對(duì)數(shù) p=1 的空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，每電源周期旋轉(zhuǎn)一周，即兩個(gè)極距；圖 三相交流電流波形圖 設(shè) 為了分析方便，假設(shè)電流為正值時(shí)，在繞組中從始端流向末端，電流為負(fù)值tiU?sin?)120i(??tiWtii ??0t?UiWi時(shí)，在繞組中從末端流向首端。三相繞組的首端 U1, V1, W1接在三相對(duì)稱電源上，有三相對(duì)稱電流通過三相繞組。如圖 所示，U 1U2, V1V2, W1W2為三相定子繞組，在空間彼此相隔 120176。3．2 三相交流電機(jī)工作原理 1．三相交流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁