【正文】 調(diào)阻 :轉(zhuǎn)子電組 串級調(diào)速 交 – 直 – 交 交 – 交 交 – 直 – 交 交 – 交變轉(zhuǎn)差率變頻變頻同步電機交流電動機由此可知調(diào)速方法：（ ）（ ）3/9/2023對于進給系統(tǒng)常使用交流同步電機，該電機沒有轉(zhuǎn)差率，電機轉(zhuǎn)速公式變?yōu)椋簭氖街锌梢钥闯觯褐荒苡米冾l調(diào)速，并且是有效方法。電壓型先將電網(wǎng)的交流 電經(jīng)整流器變?yōu)橹绷鳎俳?jīng)逆變器變?yōu)轭l率和電壓都可變的交 流電壓。 ●交 –交變頻器 該變頻器沒有中間環(huán)節(jié)，直接將電網(wǎng)的交流電 變?yōu)轭l率和電壓都可變的交流電。 （ SPWM）變壓變頻器⑴ 基本概念 1964年德國人率先提出脈寬調(diào)制變頻思想，把通訊系統(tǒng)中的（ ）3/9/2023調(diào)制技術(shù)應用于交流變頻器。還有空間電壓矢量 PWM 、最優(yōu) PWM 、預測 PWM 、隨機PWM 、規(guī)則采樣數(shù)字化 PWM 等等。 為逆變器的供電。其控 制極（大功率晶體管 GTR為基極 ）輸入由基準正弦波（由速度指 令轉(zhuǎn)化過來的）和三角波疊加出來的 SPWM 調(diào)制波（等幅、不等 寬的矩形脈沖波） ，使這些大功率晶體管按一定規(guī)律導通、截止， 輸出一系列功率級等效于正弦交流電的可變頻變壓的等幅、不等 寬的矩形脈沖電壓波，即功率級 SPWM 電壓，使電機轉(zhuǎn)動。圖 SPWM 交 –直 –交變壓變頻器3/9/2023⑵ 正弦脈寬調(diào)制原理 （以單相為例） 正弦脈寬調(diào)制 （ SPWM ）波形 : 與正弦波等效的一系列等幅不等 寬的矩形脈沖波，如右下圖所示。 正弦的正負半周均如此處理。方波發(fā)生器（帶正反饋比較又有RC積分）三角波發(fā)生器（積分器）三角波與基準正弦波疊加（比較器）SPWM 控制波基準正弦波 (由速度指令轉(zhuǎn)化過來的 )VD1調(diào)制波載波u utu1:ut u1u0O OOt ttRFRR1R2R3R4R5R6R7VD2VD3VD4 C 1C 2U0 (ua、 ub、 uc )tO+++ut:圖 SPWM 控制波的生成3/9/2023uAB50Hz SPWMD1 D2 D3D4 D5 D6D7 D8 D9D10 D11 D12T1 T2 T3T4 T5 T6uauaububucucu1 u2 u3utu1utuduaω1tω1tω1tω1tω1tω1tuA0uB0uC0逆變器輸出A相等效正弦脈寬電壓波逆變器輸出B相等效正弦脈寬電壓波逆變器輸出C相等效正弦脈寬電壓波逆變器輸出線電壓等效正弦脈寬電壓波u1:由 F轉(zhuǎn)換來的ut改變調(diào)制波的頻率、幅值，就可改變最終輸出 ：變頻變壓的交流電壓主回路：左半部：整流器右半部：逆變器圖 SPWM 調(diào)制主回路及波形圖3/9/2023：速度環(huán)、電流環(huán) SPW 電路、功放電路 檢測反饋電路 校正補償 乘法器 SPWM功率放大速度反饋信號轉(zhuǎn)子位置檢測電路電流信號處理電路傳感器信號處理電路 傳感器MS3~電流比較速度比較 電流傳感++U(t)圖 交流進給伺服電機的速度控制系統(tǒng) 圖3/9/2023 電路原理SPWM 的控制方法：⑴ 模擬控制 原始的控制方法；⑵ 數(shù)字控制① 微機存儲事先算好的 SPWM 數(shù)據(jù)表格，由指令調(diào)出，或通過軟 件實時生成。 去主回路三極管基極 u/f 分頻 u/f 分頻 基準正弦波產(chǎn)生比較器 SPWM比較疊加ui 壓 /頻變換、 分頻器 正弦邏輯三角波邏輯指令比較器 比較器 脈沖分配 三角波發(fā)生器 圖 SPWM 控制波電路原理圖 3/9/2023 SPWM 變壓變頻調(diào)速的優(yōu)點：，簡化了結(jié)構(gòu)；。3/9/2023交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)：交流感應異步電機交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)：交流感應異步電機調(diào)速方法很多，變頻調(diào)速是最適用的方法，主要有：調(diào)速方法很多，變頻調(diào)速是最適用的方法，主要有： 壓頻（壓頻（ u/f）調(diào)速）調(diào)速 矢量變換控制調(diào)速矢量變換控制調(diào)速 在電機調(diào)速時，希望保持每極磁通為額定值。 磁通過弱磁通過弱 — 沒有充分利用鐵心，是一種浪費。 磁通過強磁通過強 — 使鐵心飽和，產(chǎn)生過大的勵磁電流，嚴重時因繞使鐵心飽和，產(chǎn)生過大的勵磁電流，嚴重時因繞 組過熱燒毀電機。 交流異步電機中交流異步電機中 ， 磁通是定子和轉(zhuǎn)子磁動勢合成產(chǎn)生的，所磁通是定子和轉(zhuǎn)子磁動勢合成產(chǎn)生的，所 以不能單獨調(diào)頻。三相異步電機定子每相電動勢的有效值為：三相異步電機定子每相電動勢的有效值為： Eg = m ≈ u1 （ u1 定子相電壓）式中 f1 — 定子頻率（定子頻率（ Hz）；）； N1 — 定子電動繞組串聯(lián)匝數(shù)；定子電動繞組串聯(lián)匝數(shù)； Kn1 — 基波繞組系數(shù)； Φ m — 每每 極氣隙磁通量（ ）3/9/2023由上式可知 Φ m ≈ Eg / f1 或 Φ m ≈ u1 / f1 頻壓協(xié)調(diào)控制 ：在降低頻率調(diào)速時，必須降低電壓，才能保持 Φ m 不變。如此知： T與 Φ m 、 I2成正比，要保持 T不變，則需要 Φ m不變。這些曲線族的線性段基本平行，但最大轉(zhuǎn)矩 Tm隨著 f1 的下降而減小。 f1很低時 → u1很小 → 定子電流在定繞組中造成的壓降與 u1 相比所占比例很大u1和 Eg相差很大； 所以 Φ m減小， 使 T m下降。然而繞組中感應電勢難以直接控制，亦采 用隨轉(zhuǎn)數(shù)的降低，定子電壓要適當提高的辦法，以補償定子繞組 電引起的壓降。 從圖中可以看出 低速時的最大轉(zhuǎn)矩得到了提高，與高速時的轉(zhuǎn)矩一樣。為了擴大調(diào)速范圍，可以將 f1大于 額定 頻率 ，得到大于額定值的轉(zhuǎn)速。由 P = M↓3/9/2023 矢量變換控制由德國于矢量變換控制由德國于 1971年提出和實現(xiàn)。其原理是利用矢量變換將交流機向直流機那樣控制，這是在理論和實踐上的突破。矢量變換控制既適用于交流異步電機，也適用于交流同步電機。下面以交流異步電機為例說明。 直流伺服電機直流伺服電機 具有良好的靜態(tài)和動態(tài)性能，是因為具有良好的靜態(tài)和動態(tài)性能，是因為被控量為二個獨立的量：磁場被控量為二個獨立的量：磁場 Φ 和電樞電流 Ia(或 Ua)，并且互不影響。 如果能 模擬 直流伺服電機直流伺服電機 ，求出交流伺服電機與之對應的等效磁，求出交流伺服電機與之對應的等效磁場和等效場和等效 電樞電流，分別獨立控制，就會使交流電機具有直流電機相似的優(yōu)良特性。等效數(shù)學模型。交流感應電機的等效轉(zhuǎn)矩。與直流電機相比， 交流感應電機沒有獨立的激磁回路。如果 僅控制定子電壓和頻率，其輸出特性（ n=f(T)）也不是線性。然后和直流電機一樣，通過對這兩個量的反饋控制，實現(xiàn)對電機的轉(zhuǎn)矩控制。 等效變換的準則：變換前后有相同的磁動勢（磁勢），即必須生成同樣的旋轉(zhuǎn)磁場。 其中 F–磁勢（相當于電勢）、 ω–線圈匝數(shù)、 I –電流、 Φ–磁通、 Rm –磁阻。圖 a為三相交流電機中彼此相差 120186。電角度的三相平衡 交流電流 iA 、 iB 、 iC。3/9/2023ω 0圖 三相交流機 二相直流機變換 a) 三相交流電機 b) 等效的二相交流電機 c)等效的直流電機 應用 三相三相 /二相數(shù)學變換，轉(zhuǎn)化為 二相交流繞阻（ α 、 β ）的等效交流磁場 。布置，分別通以時間相差 90186。 與三相 A、 B、 C產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場一致 。 這樣三相交流電機轉(zhuǎn)換二 相交流電機。直流電機中，如果電樞反應（電樞磁場對主磁場的影響）得以完全補償，激磁磁勢與電樞磁勢正交。這樣就可看成直流電機了。這里，就是將 iα iβ轉(zhuǎn)化為 id與 iq。其磁場在空間以ω0角速度旋轉(zhuǎn)。 在在 圖 ，由 id、 iq 求 i1 （用極角和極半徑表示），公式為：根據(jù)矢量變換的原理可以組成矢量控制的 PWM 變頻調(diào)速系統(tǒng)3/9/2023 位置控制 作用 ：位置控制是伺服系統(tǒng)的重要組成部分，是保證位置精度的環(huán)節(jié)。 開環(huán)控制用于步進電機為執(zhí)行件的系統(tǒng)中，其位置精度由步進電機本身保證。下面主要介紹閉環(huán)數(shù)字伺服系統(tǒng)的位置控制。同時還接收位置采樣周期測量反饋裝置測出的位置值，與給定值進行比較，得出位置誤差，該誤差作為速度環(huán)的給定。 比較方法分模擬比較和數(shù)字比較：脈沖比較和數(shù)字比較。采用微處理器進行數(shù)字處理。在半閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，經(jīng)常采用由光電脈沖編碼器組成的位置檢測裝置，在全閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，經(jīng)常采用光柵及其電路作為位置檢測裝置。比較環(huán)節(jié)伺服放大器D/A工作臺位置檢測器（編碼器）伺服電機脈沖處理指令脈沖 P反饋脈沖 位置信息圖 數(shù)字脈沖比較位置控制的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)pf3/9/20232. 位置環(huán)的工作原理 位置環(huán)按負反饋、誤差原理工作，有誤差就運動，沒誤差就停止。 ⑵ 指令為正向脈沖時 P＞ 0， 工作臺沒有移動前，反饋脈沖 Pf 為零，經(jīng)比 較器比較得誤差 e = P Pf ＞ 0 , 速度誤差也大于零，電機轉(zhuǎn)動，工作臺向正方向移動。 如按插補周期不斷的發(fā)出指令，工作臺就不斷的運動，誤差為一穩(wěn)定值時，工作臺為恒速運動。減速時，因誤差不斷減小，使工作臺減速運動。3/9/2023 見書中圖 特點 ◆ 三環(huán)全部數(shù)字控制； ◆ 專用微處理器參與速度、電流環(huán)的數(shù)字處理和比較； ◆ 位置反饋比較由高速通訊總線（光纖通訊）、位控 CPU完