三相交流異步電機變頻調(diào)速控制裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術(shù)屬于電機調(diào)控技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種三相交流異步電機變頻調(diào)速控裝置。該裝置的結(jié)構(gòu)為：交流電源、整流器、濾波器、逆變器以及三相交流異步電機依次連接；整流器的輸出端分出支路，依次與主控板的檢測電路、運算電路、驅(qū)動電路連接，然后接回到逆變器；主控板還分別與LCD顯示器、數(shù)字鍵盤、供電電源連接。通過空間矢量控制方式，將異步電機等效成直流電機。對輸入的交流電壓進行整流和濾波，得到良好的直流電壓；使用直接轉(zhuǎn)矩法對直流電壓進行頻率相位以及幅值的控制，并且通過對輸出電壓的相位、幅值以及頻率的采樣，使用閉環(huán)控制，通過調(diào)節(jié)PID參數(shù)，可以精確地控制電機轉(zhuǎn)速。（*該技術(shù)在2021年保護過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及屬于電機調(diào)控
，特別涉及一種三相交流異步電機變頻調(diào)速控裝置。
技術(shù)介紹
隨著三相電源和結(jié)構(gòu)簡單且堅固耐用的交流籠型電機的廣泛使用，伴隨著制造方便、價格低廉、容量限制小、維修方便、對環(huán)境要求不高等優(yōu)點，交流異步電機在很多領(lǐng)域逐漸取代了直流電機。但是對電機控制要求高的領(lǐng)域，交流異步電機卻無法達(dá)到直流電機的標(biāo)準(zhǔn)。隨著現(xiàn)代交流電機調(diào)速控制理論和電力電子換流技術(shù)的發(fā)展，交流電機調(diào)速技術(shù)取得突破性的進展，出現(xiàn)了各種類型的交流電機調(diào)速系統(tǒng)。其中最為活躍、發(fā)展最快的是變頻調(diào)速技術(shù)，在國民經(jīng)濟和日常生活中占有越來越重要的地位。在控制策略的發(fā)展過程中，過去的開環(huán)恒壓頻比這種系統(tǒng)性能不高的控制方法發(fā)展為空間矢量控制方式，可以通過坐標(biāo)變換重建的電機模型等效為一臺直流電動機，在空間變換的方法中直接轉(zhuǎn)矩控制法受到廣泛的關(guān)注和研究。借助其簡單的檢測電機定子電壓和電流的方式，和瞬時空間矢量理論計算磁鏈和轉(zhuǎn)矩，并根據(jù)計算值與給定值比較所得差值，實現(xiàn)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的直接控制。這種方法思想新穎、結(jié)構(gòu)簡單，控制手段直接，信號處理的物理概念非常明確。隨著數(shù)字信號處理器(DSP)的發(fā)展，運算速度大幅提升，從而在硬件上為變頻調(diào)速的實現(xiàn)提供了強大的硬件平臺。國內(nèi)大部分產(chǎn)品采用單片機作為控制器件，其控制性能弱于DSP。因此，在變頻控制領(lǐng)域，DSP芯片必然有較為廣闊的發(fā)展空間。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本技術(shù)針對交流異步電機缺乏相關(guān)調(diào)控設(shè)備的問題，提供了一種三相交流異步電機變頻調(diào)速控制裝置。本技術(shù)采用的技術(shù)方案為交流電源、整流器、濾波器、逆變器以及三相交流異步電機依次連接；整流器的輸出端分出支路，依次與主控板的檢測電路、運算電路、驅(qū)動電路連接，然后接回到逆變器；主控板還分別與LCD顯示器、數(shù)字鍵盤、供電電源連接。所述主控板上設(shè)有保護電路。所述主控板上設(shè)置控制輸入接線板和控制輸出接線板，其接口分為RS232串口和 USB接口兩種。所述逆變器的逆變電路中，高電壓大電流全控型功率器件采用IGBT元件。所述主控板的運算電路采用數(shù)字信號處理器DSP芯片。本技術(shù)的有益效果為(1)將整流逆變電路和人機交互電路集成在一個箱體內(nèi)，只需要外加交流工頻電源就可以使用，調(diào)速控制操作簡單明晰，電機轉(zhuǎn)速顯示在LCD上方便觀察及檢測，通信電路可以將用戶關(guān)心的數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡渌酒蛘唠娔X上，適合小型交流電機的控制和電機控制教學(xué)平臺等方面大規(guī)模推廣。(2)本裝置的控制算法采用直接轉(zhuǎn)矩法，結(jié)構(gòu)簡單，動態(tài)響應(yīng)好，采用空間矢量分析，采用定子磁場定向，借助于離散的兩點式調(diào)節(jié)產(chǎn)生PWM信號，直接對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進行控制，電壓頻率變化范圍大，變化過程平滑，控制結(jié)果良好。(3)本裝置的逆變器的電路部分，采用IGBT作為高電壓大電流全控型功率器件， 相對于GTO關(guān)斷能耗大，GTR調(diào)速頻率低噪聲大的缺點，IGBT元件有明顯的優(yōu)點。(4)本裝置具備過電壓報警及過電流報警功能，當(dāng)采樣得到的電壓值或電流值超出允許范圍時，發(fā)出警報，提醒用戶進行緊急處理，保障了設(shè)備的安全運行。附圖說明圖1為本技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理圖；圖2為本技術(shù)的連接關(guān)系圖；圖3為本技術(shù)逆變電路的原理圖；圖4為本技術(shù)電動機轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制系統(tǒng)圖。圖中用戶給定的轉(zhuǎn)速指令8、根據(jù)給定的轉(zhuǎn)速指令輸出的d軸電流/〗以及q軸電流 9，給定的d軸電壓f/:已經(jīng)q軸電壓￠/: 10，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)逆變換為兩相靜止坐標(biāo)系下的定子兩相交流電壓冗以及《11，根據(jù)實測的電流經(jīng)過Clark變換得到的靜止坐標(biāo)系下定子兩相電流ia以及ie12，經(jīng)過Park變換得到的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下定子兩相電流id以及、13，實測到電機的角速度ω 14。具體實施方式本技術(shù)提供了一種三相交流異步電機變頻調(diào)速控制裝置，以下結(jié)合附圖和具體實施方式對本技術(shù)做進一步說明。如圖1和圖2所示，本裝置分為整流逆變部分和人機交互部分，具體結(jié)構(gòu)為交流電源、整流器、濾波器、逆變器以及三相交流異步電機依次連接；整流器的輸出端分出支路， 依次與主控板的檢測電路、運算電路、驅(qū)動電路連接，然后接回到逆變器；主控板還分別與 IXD顯示器、數(shù)字鍵盤、供電電源連接。在主控板上設(shè)有保護電路，且主控板上設(shè)置控制輸入接線板和控制輸出接線板，其接口分為RS232串口和USB接口兩種。主控板的運算電路采用數(shù)字信號處理器DSP芯片。所述逆變器的逆變電路中，高電壓大電流全控型功率器件采用IGBT元件。整流逆變部分的作用為將三相交流工頻電源接到本裝置的輸入接口，利用晶閘管搭建的整流濾波電路獲得直流電，通過逆變電路和DSP控制芯片，借助直接轉(zhuǎn)矩策略控制IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷，得到頻率幅值可變的交流輸出，并且對電流和電壓的幅值進行實時 A/D采樣，當(dāng)超過允許范圍時會發(fā)出報警信號。人機交互部分的作用為實現(xiàn)人工對電機轉(zhuǎn)速的控制，并且在LCD上觀察到當(dāng)前電機轉(zhuǎn)速值，通過控制輸入接線板和控制輸出接線板可以進行本裝置與其它芯片或者電腦之間的數(shù)據(jù)傳輸，方便用戶獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。逆變電路的原理如圖3所示，工頻電壓輸入經(jīng)過整流濾波電路得到良好的直流電，在逆變電路中，通過對六個IGBT元件導(dǎo)通順序的控制得到頻率幅值可控的交流輸出。 由于交流電機的啟動電流較大，通常數(shù)倍于額定電流，因此為了防止電機或者電路的損毀， 在整流逆變電路中串入電阻以降低電流幅值，在電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后再將保護電阻短路。整流電路中的電容用于濾除奇次諧波，得到良好的直流電壓。 圖4為本技術(shù)電動機轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制系統(tǒng)圖。基于SVPWM策略的轉(zhuǎn)速——電流雙閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)，分別作為轉(zhuǎn)速控制子系統(tǒng)和電流控制子系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速控制子系統(tǒng)由用戶給定的轉(zhuǎn)速指令ω*與來自于電機轉(zhuǎn)軸上的光電編碼器測得的轉(zhuǎn)速反饋信號 ω進行比較。輸出ζ作為電流調(diào)節(jié)器的指令值，它和電流傳感器檢測到的三相定子電流經(jīng)過坐標(biāo)系的3/2變換得到的ia和ie。旋轉(zhuǎn)變換后得到的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子電流轉(zhuǎn)矩分量的估計值、進行比較，再經(jīng)過電流調(diào)節(jié)器，得到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子電壓分量V:。同樣， d軸電流進行相似的計算得到￠/:。由和￠/:經(jīng)過旋轉(zhuǎn)逆變換為兩相靜止坐標(biāo)系下的定子兩相交流電壓冗和^，經(jīng)SVPWM控制器產(chǎn)生PWM脈沖，驅(qū)動逆變器，得到交變的脈沖序列輸出給電動機。權(quán)利要求1.三相交流異步電機變頻調(diào)速控制裝置，其特征在于該裝置的結(jié)構(gòu)為交流電源、整流器、濾波器、逆變器以及三相交流異步電機依次連接；整流器的輸出端分出支路，依次與主控板的檢測電路、運算電路、驅(qū)動電路連接，然后接回到逆變器； 主控板還分別與IXD顯示器、數(shù)字鍵盤、供電電源連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相交流異步電機變頻調(diào)速控制裝置，其特征在于所述主控板上設(shè)有保護電路。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相交流異步電機變頻調(diào)速控制裝置，其特征在于所述主控板上設(shè)置控制輸入接線板和控制輸出接線板，其接口分為RS232串口和USB接口兩種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相交流異步電機變頻調(diào)速控制裝置，其特征在于所述逆變器的逆變電路中，高電壓大電流全控型功率器件采用IGBT元件。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相交流異步電機變頻調(diào)速控制裝置，其特征在于所述主控板的運算電路采用數(shù)字信號處理器DSP芯片。專利摘要本技術(shù)屬于電機調(diào)控
，特別涉及一種三相交流異步電機變頻調(diào)速本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
１．三相交流異步電機變頻調(diào)速控制裝置，其特征在于：該裝置的結(jié)構(gòu)為：交流電源、整流器、濾波器、逆變器以及三相交流異步電機依次連接；整流器的輸出端分出支路，依次與主控板的檢測電路、運算電路、驅(qū)動電路連接，然后接回到逆變器；主控板還分別與ＬＣＤ顯示器、數(shù)字鍵盤、供電電源連接。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳艷，劉瑤，張闊，鄒志龍，劉驍，陳攀峰，王民富，李衛(wèi)國，
申請(專利權(quán))人：華北電力大學(xué)，
類型：實用新型
國別省市：11