数控机床主轴电气控制.ppt

变频器工作原理变频器工作原理 各国使用的交流供电电源，无论是用各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均于家庭还是用于工厂，其电压和频率均200V/60Hz（50Hz）或）或100V/60Hz（50Hz）。通常，把电压和频）。通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作变的交流电的装置称作“变频器变频器”。为了。为了产生可变的电压和频率产生可变的电压和频率，该设备首先要把，该设备首先要把三相或单相交流电变换为直流电（三相或单相交流电变换为直流电（DC）。）。然后再把直流电（然后再把直流电（DC）变换为三相或单相）变换为三相或单相交流电（交流电（AC），我们把实现这种转换的装），我们把实现这种转换的装置称为置称为“变频器变频器”（inverter）。）。整流部分储能环节逆变部分M控制系统交流直流直流交流整流器：将交流电变换成直流的电力电子装置，其输入电压为正弦波，输入电流非整流器：将交流电变换成直流的电力电子装置，其输入电压为正弦波，输入电流非 正弦，带有丰富的谐波正弦，带有丰富的谐波逆变器：将直流电转换成交流电的电力电子装置，其输出电压为非正弦波，输出电逆变器：将直流电转换成交流电的电力电子装置，其输出电压为非正弦波，输出电 流近似正弦流近似正弦类别作用主要构成器件主回路整流部分1将工频交流变成直流，输入无相序要求整流桥逆变部分2将直流转换为频率电压均可变的交流电，输出无相序要求IGBT制动部分3/4消耗过多的回馈能量，保持直流母线电压不超过最大值单管IGBT 和制动电阻,大功率制动单元外置上电缓冲6降低上电冲击电流，上电结束后接触器自动吸合，而后变频器允许运行限流电阻和接触器储能部分5保持直流母线电压恒定，降低电压脉动电解电容和均压电阻控制回路键盘7对变频器参数进行调试和修改，并实时监控变频器状态MCU(单片机）控制电路8交流电机控制算法生成，外部信号接收处理及保护DSP(或两个MCU）类别作用结构件散热器将整流桥、逆变器产生的热量散发出去温度传感器检测散热器温度，确保模块工作在允许温度环境下风扇配合散热器，将变频器内部的热量带走，有直流风扇（24V)和交流风扇两种矢量控制的基本思路矢量控制的基本思路 通过坐标变换，将异步电动通过坐标变换，将异步电动机等效成直流电动机，模仿直流机等效成直流电动机，模仿直流电动机的控制策略，实现将异步电动机的控制策略，实现将异步电动机像直流电动机一样的控制！电动机像直流电动机一样的控制！三相-两相坐标变换（3/2变换）牵引异步电机矢量控制框图直接转矩控制的特点直接转矩控制的特点 控制思想简单控制系统简洁明了动、静态性能优良 在转矩公式中，为定子磁链和转子磁链之间的夹角，称为磁通角。在控制过程中，为了充分利用铁心，应保持定子磁链的幅值为额定值，而转子磁链是由负载决定的，不能突变，因此要改变转矩的大小，可以通过改变磁通角来实现。定子磁链矢量 的轨迹将按下列公式规律变化。这样，可以通过控制定子电压空间矢量来控制定子磁链的幅值和旋转速度，从而在保持磁通恒定的情况下改变磁通角 的大小达到改变转矩的目的 定子磁链 电磁转矩 直接转矩控制原理图直接转矩控制原理图 总的来说，直接转矩控制就是通过对定子电压空间矢量的控制达到以下两个目的：（1）维持定子磁链幅值的恒定（2）控制定子磁链旋转速度的大小 用电压型逆变器供电的交流调速系统如下图所示，假设逆变器的功率开关器件用开关SA、SB、SC来代替，并且当上臂开关接通时为1，下臂开关接通时为0。每一个桥臂的上下两个开关是互补动作的，则定子各相电压对中心点分别为 或者 。电压型逆变器供电电压型逆变器供电直接转矩控制系统图在控制系统中，转矩指令由速度调节器获得在控制系统中，转矩指令由速度调节器获得 磁链指令由函数发生器获得。励磁指令在额定转速以下，使它磁链指令由函数发生器获得。励磁指令在额定转速以下，使它保持常数，超过额定转速时，则给出弱磁定子磁链值。电磁转矩保持常数，超过额定转速时，则给出弱磁定子磁链值。电磁转矩和定子磁链的实际值有定子电压、电流检测值经过转换，通过电和定子磁链的实际值有定子电压、电流检测值经过转换，通过电磁转矩模型和磁链模型计算而得。磁转矩模型和磁链模型计算而得。开关状态的选择规则如下：开关状态的选择规则如下：=1 （增加磁链）（增加磁链）=0 （减小磁链）（减小磁链）=1 （增加转矩）（增加转矩）=-1 （减小转矩）（减小转矩）电磁转矩模型 定子磁链模型在 坐标下写出如下关系式 直接控制与矢量控制的较直接控制与矢量控制的较 变变频频器器接接口口控制回路接口开关量输入开关量输出编码器接口SPWM正弦脉宽调制原理正弦脉宽调制原理 所谓正弦脉宽调制（SPWM）波形，就是与正弦波等效的呈两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形。等效的原则是每一区间的等效的原则是每一区间的面积相等。面积相等。因而这个序列的矩形波与期望的正弦波等效。这种调制方法称作正这种调制方法称作正弦波脉宽调制弦波脉宽调制（Sinusoidal pulse width modulation，简称，简称SPWM），这种序列的矩），这种序列的矩形波称作形波称作SPWM波。波。LOGOPage 23SPWM控制方式控制方式单极性控制方式 如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一种极性范围内变化，所得到的种极性范围内变化，所得到的SPWM波也只处于一个极性的范围内波也只处于一个极性的范围内双极性控制方式 如果在正弦调制波半个周期内，三角载波在正负极性之间连如果在正弦调制波半个周期内，三角载波在正负极性之间连续变化，则续变化，则SPWM波也是在正负之间变化波也是在正负之间变化Page 24SPWM调制方式调制方式n1.1.同步调制：同步调制：同步调制：同步调制：在改变在改变fr的同时成正比地改变的同时成正比地改变f1，使载波比，使载波比N=常数，常数，这就是同步调制。这就是同步调制。n2.2.异步调制：异步调制：异步调制：异步调制：为了消除同步调制的缺点，在异步调制中，在变频为了消除同步调制的缺点，在异步调制中，在变频器的整个变频范围内，载波比器的整个变频范围内，载波比N不等于常数。一般在改变调制波频率不等于常数。一般在改变调制波频率fr时保持三角载波频率时保持三角载波频率f1不变，因而提高了低频时的载波比。不变，因而提高了低频时的载波比。n3.3.分段同步调制：分段同步调制：分段同步调制：分段同步调制：将同步调制和异步调制结合起来，成为分段将同步调制和异步调制结合起来，成为分段同步调制方式。同步调制方式。Page 25三菱变频器三菱变频器FR-A740 Page 26三菱变频器三菱变频器FR-A740 FR-A740 Page 27Page 28Page 29Page 30绿之韵绿之韵EBLRWFHIACDJGMPQSUVEXYKOTZEN绿之韵绿之韵Green