第二季自動(dòng)線中異步電動(dòng)機(jī)及控制2、1、交流異步電動(dòng)機(jī)及控制工作原理三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子之所以會(huì)旋轉(zhuǎn)、實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換,就是因?yàn)檗D(zhuǎn)子氣隙內(nèi)有一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。下面來討論旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)得產(chǎn)生。

3、1、2工作原理

1、三相交流電機(jī)得旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)如圖所示,U1U2,V1V2,W1W2為三相定子繞組,在空間彼此相隔120°,接成Y形。三相繞組得首端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。設(shè)電源得相序?yàn)閁,V,W,得初相角為零,如圖3、6波形圖所示。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)值時(shí),在繞組中從末端流向首端。當(dāng)?shù)盟查g,=0,為負(fù)值,為正值,根據(jù)”右手螺旋定則”,三相電流所產(chǎn)生得磁場(chǎng)疊加得結(jié)果,便形成一個(gè)合成磁場(chǎng),如圖3、7(a)所示,可見此時(shí)得合成磁場(chǎng)就是一對(duì)磁極(即二極),右邊就是N極,左邊就是S極。圖3、7兩極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)示意圖

當(dāng)時(shí),即經(jīng)過1/4周期后,由零變成正得最大值,仍為負(fù)值,已變成負(fù)值,如圖3、6(b)所示,這時(shí)合成磁場(chǎng)得方位與時(shí)相比,已按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)過了90°。應(yīng)用同樣得方法,可以得出如下結(jié)論:當(dāng)時(shí),合成磁場(chǎng)就轉(zhuǎn)過了180°,如圖3、6(c)所示;當(dāng)時(shí)合成磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)了300°,如圖3、6(d)所示;當(dāng)時(shí)合成磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)了360°,即轉(zhuǎn)1周,如圖3、6(a)所示。由此可見,對(duì)稱三相電流分別通入對(duì)稱三相繞組U1U2,V1V2,W1W2中所形成得合成磁場(chǎng),就是一個(gè)隨時(shí)間變化得旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。以上分析得就是電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一對(duì)磁極時(shí)得情況,當(dāng)定子繞組連接形成得就是兩對(duì)磁極時(shí),運(yùn)用相同得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。由此類推,當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有p對(duì)極時(shí)(即磁極數(shù)為2p),交流電每變化一個(gè)周期,其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就在空間轉(zhuǎn)動(dòng)1/p轉(zhuǎn)。因此,三相電動(dòng)機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每分鐘得轉(zhuǎn)速n1、定子電流頻率f及磁極對(duì)數(shù)p之間得關(guān)系就是(3-1)空間120度對(duì)稱分布得三相繞組通過三相對(duì)稱得交流電流時(shí),產(chǎn)生得合成磁場(chǎng)為極對(duì)數(shù)p=1得空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),每電源周期旋轉(zhuǎn)一周,即兩個(gè)極距;某相繞組中電流達(dá)到最大值時(shí),磁極軸線恰好旋轉(zhuǎn)到該相繞組軸線上。2、三相電動(dòng)機(jī)得轉(zhuǎn)動(dòng)原理圖3、8為三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)原理示意圖。三相交流電通入定子繞組后,便形成了一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),其轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)得磁力線被轉(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)。轉(zhuǎn)子繞組就是閉合得,則轉(zhuǎn)子導(dǎo)體有電流流過。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3、7所示。根據(jù)右手定則,在上半部轉(zhuǎn)子導(dǎo)體得電動(dòng)勢(shì)與電流方向由里向外,用⊙表示;在下半部則由外向里,用⊕表示。圖3、8三相電動(dòng)機(jī)得轉(zhuǎn)動(dòng)原理原理: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得機(jī)械功

率。(n不能等于n0)

特點(diǎn):·電動(dòng)機(jī)內(nèi)必須有一個(gè)以

n0旋轉(zhuǎn)得磁場(chǎng)。－實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)

換得前提;電動(dòng)運(yùn)行時(shí)n恒不等

于n0(異步)－必要條件n<n0;

建立轉(zhuǎn)矩得電流由感應(yīng)產(chǎn)生。

－感應(yīng)名稱得來源。

流過電流得轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受到電磁力作用,力F得方向可用左手定則確定,如圖3、8所示。電磁力作用于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體上,對(duì)轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩,使轉(zhuǎn)子按照旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)得方向旋轉(zhuǎn)起來,轉(zhuǎn)速為n。三相電動(dòng)機(jī)得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n始終不會(huì)加速到旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)得轉(zhuǎn)速n1。因?yàn)橹挥羞@樣,轉(zhuǎn)繞組與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間才會(huì)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)而切割磁力線,轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)體中才能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電流,從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,使轉(zhuǎn)子按照旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)得方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。由此可見,且,就是異步電動(dòng)機(jī)工作得必要條件,“異步”得名稱也由此而來。3、轉(zhuǎn)差率旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差與同步轉(zhuǎn)速n1之比稱為異步電動(dòng)機(jī)得轉(zhuǎn)差率s,即(3-2)轉(zhuǎn)差率就是異步電動(dòng)機(jī)得一個(gè)基本參數(shù),對(duì)分析與計(jì)算異步電動(dòng)機(jī)得運(yùn)行狀態(tài)及其機(jī)械特性有著重要得意義。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)矩與轉(zhuǎn)速n同向。轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),n=0,;當(dāng)時(shí),,可知異步電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí),轉(zhuǎn)差率得變化范圍總在0與1之間,即0＜s＜1。一般情況下,額定運(yùn)行時(shí)=1%～5%。2、2、變頻器驅(qū)動(dòng)交流異步電動(dòng)機(jī)YL-335B分揀站使用得三相交流減速電機(jī)得速度分揀站使用得三相交流減速電機(jī)得速度、方向控制采用西門子通用變頻器MM420,其電氣連接如圖其電氣連接如圖所示。三相交流電源經(jīng)熔斷器、交流接觸器交流接觸器、濾波器(可選)、變頻器輸出到交流電動(dòng)機(jī)。

大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點(diǎn)

教學(xué)內(nèi)容2、2、1變頻器得基本構(gòu)成變頻器由主電路(整流器、中間直流環(huán)節(jié)(中間直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié))、逆變器)與控制電路組成。

2、1變頻器得結(jié)構(gòu)及原理及分類

圖2-1變頻器基本構(gòu)成2、1、2變頻器得原理(1)基頻以下得恒磁通變頻調(diào)速為了保持電動(dòng)機(jī)得負(fù)載能力,應(yīng)保持氣隙主磁通Φm不變,這就要求降低供電頻率得同時(shí)降低感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),保持E1/f1=常數(shù),即保持電動(dòng)勢(shì)與頻率之比為常數(shù)進(jìn)行控制。這種控制又稱為恒磁通變頻調(diào)速,屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。由異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩公式

T=KmΦI2cosφ2

(轉(zhuǎn)矩常數(shù)Km,轉(zhuǎn)子電流I2,轉(zhuǎn)子電路功率因素cosφ2)得T∝Φ,即“恒磁通變頻調(diào)速”屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式”。

但就是,E1難于直接檢測(cè)與直接控制。當(dāng)頻率較高時(shí),E1與f1得值較高,定子得漏阻抗壓降(主要就是定子電阻壓降)相對(duì)較小,如忽略不計(jì),則可以近似地保持定子相電壓U1與頻率f1得比值為常數(shù),即認(rèn)為U1=E1,保持U1/f1=常數(shù)即可。這就就是恒壓頻比控制方式,就是近似得恒磁通控制。當(dāng)頻率較低時(shí),U1與E1都變小,定于漏阻抗壓降(主要就是定子電阻壓降)不能再忽略。這種情況下,可以人為地適當(dāng)提高定子電壓以補(bǔ)償定子電阻壓降得影響,使氣隙磁通基本保持不變。近似得保持E1/f1=常數(shù)得關(guān)系。如圖2-2所示,其中1為U1/f1=C時(shí)得電壓、頻率關(guān)系,2為有電壓補(bǔ)償時(shí)(近似得E1/f1=C)得電壓、頻率關(guān)系。

圖2-2U1/f1關(guān)系1--U1/f1=C2—近似E1/f1=C

(2)基頻以上得弱磁變頻調(diào)速這就是考慮由基頻開始向上調(diào)速得情況。頻率由額定值f1N向上增大,但電壓U1;受額定電壓U1N得限制不能再升高,只能保持U1=U1N不變。必然會(huì)使主磁通隨著f1得上升而減小,相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速得情況,屬于近似得恒功率調(diào)速方式。2、2、1通用變頻器得分類(1)按直流電源得性質(zhì)分類:

1)電流型變頻器圖2-3電流型變頻器得主電路

特點(diǎn):中間直流環(huán)節(jié)采用大電感;直流電流Id趨于平穩(wěn),電動(dòng)機(jī)得電流波形為方波或階梯波,電壓波形接近于正弦波。2)電壓型變頻器圖2-4電壓型變頻器得主電路

特點(diǎn):中間直流環(huán)節(jié)采用大電容;直流電壓Ud趨于平穩(wěn),電動(dòng)機(jī)得端電壓為波或階梯波。(2)按輸出電壓調(diào)節(jié)方式分類

1)PAM方式通過改變直流電壓幅值進(jìn)行調(diào)壓得方式。輸出電壓得調(diào)節(jié)由相控整流器或直流斬波器。圖2-5電壓型變頻器得主電路圖2-6采用直流斬波器得PAM方式1)PWM方式利用參考電壓波與載頻三角波互相比較來決定主開關(guān)器件得導(dǎo)通時(shí)間而實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。利用脈沖寬度得改變來得到幅值不同得正弦基波電壓。圖2-7PWM變頻器主電路

這種參考信號(hào)為正弦波、輸出電壓平均值近似為正弦波得PWM方式,稱為正弦PWM調(diào)制,簡(jiǎn)稱SPWM(SinusoidalPulseWidthModulation)方式。在通用變頻器中,采用SPWM方式調(diào)壓,就是一種最常采用得方案。

3)高載波頻率得PWM方式這種方式與上述得PWM方式得區(qū)別僅在于調(diào)制頻率有很大得提高。主開關(guān)器件得工作頻率較高,普通得功率晶體管已經(jīng)不能適應(yīng),常采用開關(guān)頻率較高得IGBT或MOSFET。因?yàn)殚_關(guān)頻率達(dá)到10～20kHZ,可以使電動(dòng)機(jī)得噪聲大幅度降低(達(dá)到了人耳難于感知得頻段)。其主電路(IGBT作逆變器開關(guān)器件為例)如圖2-8所示。