電機(jī)調(diào)速控制
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
電機(jī)調(diào)速控制的實例教程
1、永磁同步電機(jī)
永磁同步電動機(jī)（PermanentMagnets Synchronous Motor，PMSM），轉(zhuǎn)子采用永磁材料，定子為短距分布式繞組，采用三相正弦波交流電驅(qū)動。PMSM具有直流電動機(jī)的特性，有穩(wěn)定的起動轉(zhuǎn)矩，可以自行起動，并可類似直流電動機(jī)對電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制，多用于伺服系統(tǒng)和高性能的調(diào)速系統(tǒng)。
永磁同步電機(jī)其本身是一個轉(zhuǎn)子使用永磁鐵來產(chǎn)生磁場，定子上通過三相交流繞組的同步電動機(jī)，它有定子、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子位置傳感器和逆變電路等結(jié)構(gòu)部件來構(gòu)成的，對于有些永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器是否需要安裝取決于工程的需要和成本的考慮問題。
2、永磁同步電機(jī)的控制原理
目前對永磁同步電機(jī)的控制技術(shù)主要有磁場定向矢量控制技術(shù)（FieldOrientation Control，F(xiàn)OC）與直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)（directtorque control，DTC）。在這里我們使用磁場定向矢量控制技術(shù)來建立永磁同步電機(jī)的仿真模型。
磁場定向矢量控制技術(shù)的核心是在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中針對激磁電流id和轉(zhuǎn)矩電流iq分別進(jìn)行控制，并且采用的是經(jīng)典的PI線性調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)呈現(xiàn)出良好的線性特性，可以按照經(jīng)典的線性控制理論進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計，逆變器控制采用了較成熟的SPWM、SVPWM等技術(shù)。磁場定向矢量控制技術(shù)較成熟，動態(tài)、穩(wěn)態(tài)性能較佳，所以得到了廣泛的實際應(yīng)用。
直接轉(zhuǎn)矩控制的實現(xiàn)方法是：計算得到磁鏈和轉(zhuǎn)矩的實際值與參考值之間的偏差，通過滯環(huán)比較以及當(dāng)前定子磁鏈的空間位置確定控制信號，在離線計算的開關(guān)表中選取合適的空間電壓矢量，再通過離散的bang-bang控制方式調(diào)制產(chǎn)生PWM信號，以控制逆變器產(chǎn)生合適的電壓和電流驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動。直接轉(zhuǎn)矩控制摒棄了復(fù)雜的空間矢量坐標(biāo)運(yùn)算，電機(jī)的數(shù)學(xué)模型得到了簡化，控制結(jié)構(gòu)也簡單，對電機(jī)參數(shù)變化不敏感，控制系統(tǒng)的動態(tài)性能得到了極大提高。
展開 變頻器調(diào)速原理及調(diào)速方法
3、繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法
繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串入附加電阻，使電機(jī)的轉(zhuǎn)差率加大，電機(jī)在較低的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。串入的電阻越大，電機(jī)的轉(zhuǎn)速越低。此方法設(shè)備簡單，控制方便，但轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上。屬有級調(diào)速，機(jī)械特性較軟。
4、定子調(diào)壓調(diào)速方法
當(dāng)改變電機(jī)的定子電壓時，可以得到一組不同的機(jī)械特性曲線，從而獲得不同轉(zhuǎn)速。由于電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，因此最大轉(zhuǎn)矩下降很多，其調(diào)速范圍較小，使一般籠型電機(jī)難以應(yīng)用。為了擴(kuò)大調(diào)速范圍，調(diào)壓調(diào)速應(yīng)采用轉(zhuǎn)子電阻值大的籠型電機(jī)，如調(diào)壓調(diào)速用的力矩電機(jī)，或者在繞線式電機(jī)上串聯(lián)頻敏電阻。為了擴(kuò)大穩(wěn)定運(yùn)行范圍，當(dāng)調(diào)速在2：1以上的場合應(yīng)采用反饋控制以達(dá)到自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速目的。調(diào)壓調(diào)速的主要裝置是一個能提供電壓變化的電源，目前常用的調(diào)壓方式有串聯(lián)飽和電抗器、自耦變壓器以及晶閘管調(diào)壓等幾種。晶閘管調(diào)壓方式為最佳。調(diào)壓調(diào)速的特點：調(diào)壓調(diào)速線路簡單，易實現(xiàn)自動控制;調(diào)壓過程中轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱形式消耗在轉(zhuǎn)子電阻中，效率較低。調(diào)壓調(diào)速一般適用于100KW以下的生產(chǎn)機(jī)械。
5、電磁調(diào)速電機(jī)調(diào)速方法
電磁調(diào)速電機(jī)由籠型電機(jī)、電磁轉(zhuǎn)差離合器和直流勵磁電源(控制器)三部分組成。直流勵磁電源功率較小，通常由單相半波或全波晶閘管整流器組成，改變晶閘管的導(dǎo)通角，可以改變勵磁電流的大小。電磁轉(zhuǎn)差離合器由電樞、磁極和勵磁繞組三部分組成。電樞和后者沒有機(jī)械聯(lián)系，都能自由轉(zhuǎn)動。電樞與電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸聯(lián)接稱主動部分，由電機(jī)帶動;磁極用聯(lián)軸節(jié)與負(fù)載軸對接稱從動部分。當(dāng)電樞與磁極均為靜止時，如勵磁繞組通以直流，則沿氣隙圓周表面將形成若干對N、S極交替的磁極，其磁通經(jīng)過電樞。
展開 今天想分享一種超級實用的步進(jìn)電機(jī)調(diào)速算法，這種算法在步進(jìn)電機(jī)調(diào)速方案中可以說是一種非常優(yōu)異的方案。
梯形調(diào)速算法
為啥需要設(shè)計一個調(diào)速算法呢？步進(jìn)電機(jī)不是給多少脈沖就動多少步嗎？但是帶上負(fù)載了就可能失步，所謂失步，簡單理解就是實際電機(jī)軸轉(zhuǎn)過的度數(shù)，沒有輸入脈沖對應(yīng)度數(shù)多。為什么會這樣呢？電機(jī)的扭矩有可能無法驅(qū)動負(fù)載。一般會做一個啟動加速控制過程，停止的時候做一個減速控制，中間做一個勻速控制。這就是比較常見的梯形調(diào)速控制算法。
這樣一個梯形調(diào)速算法，相當(dāng)于步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動過程包含三個階段：
①加速過程
②勻速過程
③減速過程
①加速過程所用到的加速度為：
一般加速過程與減速過程所用的加速度絕對值是相同的，減速過程相當(dāng)于加速度為-a.
展開 對于直流電機(jī)的調(diào)速，轉(zhuǎn)速n=（電樞電壓U-電樞電流I*電樞內(nèi)阻R）/常數(shù)Kφ；
因為直流電機(jī)的內(nèi)阻R非常小，所以轉(zhuǎn)速n≈電樞電壓U/常數(shù)。
電樞電壓U幾乎和轉(zhuǎn)速n成正比例關(guān)系，這也是直流電機(jī)調(diào)速通過發(fā)電機(jī)調(diào)壓都能滿足控制重要原因。
后來可控硅等器件發(fā)明出來了，通過全控橋或者半控橋，直接可以讓交流電變成可控的直流電，電壓大小可以任意快速可調(diào)，這樣用來控制控制直流電機(jī)的電樞電壓大小，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
控制理論發(fā)展起來后，還對直流電機(jī)使用了串級系統(tǒng)來調(diào)速，也就是速度環(huán)在外邊，速度偏差作為電流環(huán)的給定，電流環(huán)做為內(nèi)環(huán)，兩個環(huán)都使用PID調(diào)節(jié)器來完成控制，響應(yīng)快，精度高，扭力大，調(diào)速范圍寬。
除了恒扭矩調(diào)速外，還可以通過減少勵磁電流來降低勵磁磁通的方法來讓直流電機(jī)運(yùn)行在恒功率區(qū)域，這樣扭矩是隨著轉(zhuǎn)速的增加而減少，功率不變，但是可以擴(kuò)寬調(diào)速范圍。
實際上，今天的變頻器調(diào)速的矢量控制模式，就是模仿直流電機(jī)的調(diào)速方法來進(jìn)行的，而且效果還沒有直流調(diào)速系統(tǒng)的理想。只是因為有刷直流電機(jī)碳刷磨損厲害，維護(hù)麻煩，而且電機(jī)制造成本貴等因素，才逐步讓有刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)退出了市場。
展開 電機(jī)扭矩=勵磁繞組磁鏈*電樞電流
所以只要調(diào)整電樞電流的大小，就可以直接實現(xiàn)對電機(jī)精確的轉(zhuǎn)矩控制，能輕易滿足恒轉(zhuǎn)矩的控制要求，這也是直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)低速扭矩非常良好的根本原因。
對于直流電機(jī)的調(diào)速，轉(zhuǎn)速n=（電樞電壓U-電樞電流I*電樞內(nèi)阻R）/常數(shù)Kφ；
因為直流電機(jī)的內(nèi)阻R非常小，所以轉(zhuǎn)速n≈電樞電壓U/常數(shù)。
電樞電壓U幾乎和轉(zhuǎn)速n成正比例關(guān)系，這也是直流電機(jī)調(diào)速通過發(fā)電機(jī)調(diào)壓都能滿足控制重要原因。
后來可控硅等器件發(fā)明出來了，通過全控橋或者半控橋，直接可以讓交流電變成可控的直流電，電壓大小可以任意快速可調(diào)，這樣用來控制控制直流電機(jī)的電樞電壓大小，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
控制理論發(fā)展起來后，還對直流電機(jī)使用了串級系統(tǒng)來調(diào)速，也就是速度環(huán)在外邊，速度偏差作為電流環(huán)的給定，電流環(huán)做為內(nèi)環(huán)，兩個環(huán)都使用PID調(diào)節(jié)器來完成控制，響應(yīng)快，精度高，扭力大，調(diào)速范圍寬。
除了恒扭矩調(diào)速外，還可以通過減少勵磁電流來降低勵磁磁通的方法來讓直流電機(jī)運(yùn)行在恒功率區(qū)域，這樣扭矩是隨著轉(zhuǎn)速的增加而減少，功率不變，但是可以擴(kuò)寬調(diào)速范圍。
實際上，今天的變頻器調(diào)速的矢量控制模式，就是模仿直流電機(jī)的調(diào)速方法來進(jìn)行的，而且效果還沒有直流調(diào)速系統(tǒng)的理想。
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電機(jī)調(diào)速控制的最新內(nèi)容
直驅(qū)式伺服控制基本原理如圖14所示，其主要利用伺服電機(jī)調(diào)速控制液壓泵輸出流量實現(xiàn)容積控制。為充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，各種控制原理相結(jié)合的復(fù)合控制方案均有相關(guān)研究，主要包括直驅(qū)式與泵控聯(lián)合式、泵閥聯(lián)控式、直驅(qū)式與閥控聯(lián)合式等。
圖 14 直驅(qū)式伺服控制系統(tǒng)
Figure 14.
(4) 驅(qū)動輥：
驅(qū)動輥是驅(qū)動膠帶運(yùn)行的主動輥，由鋼質(zhì)滾筒外包耐酸橡膠制成，再由變頻調(diào)速器控制經(jīng)電機(jī)驅(qū)動（頻率可在0-50Hz范圍內(nèi)調(diào)整），減速器減速后低速轉(zhuǎn)動。電機(jī)由變頻調(diào)速器控制經(jīng)行星齒輥減速機(jī)減速，通過已經(jīng)張緊的膠帶與驅(qū)動輥表面橡膠層之間的摩擦力，帶動膠帶、濾布連續(xù)移動，在濾布轉(zhuǎn)向處排卸濾餅。
西門子電機(jī)變頻調(diào)速控制以前多在驅(qū)動控制器中實現(xiàn)，例如Cu320、Cu310等控制單元，使用Scout軟件進(jìn)行配置。對于使用者來講，Scout使用難度相對較大?，F(xiàn)在西門子逐漸將驅(qū)動功能放在PLC中完成。下面按步驟介紹創(chuàng)建軸并模擬運(yùn)行的過程。
首先打開博途V15.0軟件，選擇新建項目。
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當(dāng)年沒有變頻器的時候，基本上是直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的天下，阿波羅登月時候也要用精確的調(diào)速系統(tǒng)，甚至需要進(jìn)行位置定位控制，當(dāng)時也是使用了直流伺服來完成的，如果上個世紀(jì)60年代以前，晶閘管都沒有誕生的時候，還是通過發(fā)電機(jī)來帶動直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速的，調(diào)整發(fā)電機(jī)勵磁電流就可以控制發(fā)電機(jī)的輸出電壓
(4) 驅(qū)動輥：
驅(qū)動輥是驅(qū)動膠帶運(yùn)行的主動輥，由鋼質(zhì)滾筒外包耐酸橡膠制成，再由變頻調(diào)速器控制經(jīng)電機(jī)驅(qū)動（頻率可在0-50Hz范圍內(nèi)調(diào)整），減速器減速后低速轉(zhuǎn)動。電機(jī)由變頻調(diào)速器控制經(jīng)行星齒輥減速機(jī)減速，通過已經(jīng)張緊的膠帶與驅(qū)動輥表面橡膠層之間的摩擦力，帶動膠帶、濾布連續(xù)移動，在濾布轉(zhuǎn)向處排卸濾餅。
驅(qū)動芯片采用的是ST的STGAP1AS，母線電壓采樣ACPL-C87(A)BT
文檔
1.電動汽車驅(qū)動電機(jī)及其調(diào)速控制系統(tǒng)
1、永磁同步電機(jī)
永磁同步電動機(jī)（PermanentMagnets Synchronous Motor，PMSM），轉(zhuǎn)子采用永磁材料，定子為短距分布式繞組，采用三相正弦波交流電驅(qū)動。PMSM具有直流電動機(jī)的特性，有穩(wěn)定的起動轉(zhuǎn)矩，可以自行起動，并可類似直流電動機(jī)對電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制，多用于伺服系統(tǒng)和高性能的調(diào)速系統(tǒng)。
永磁同步電機(jī)其本身是一個轉(zhuǎn)子使用永磁鐵來產(chǎn)生磁場，定子上通過三相交流繞組的同步電動機(jī)
西門子電機(jī)變頻調(diào)速控制以前多在驅(qū)動控制器中實現(xiàn)，例如Cu320、Cu310等控制單元，使用Scout軟件進(jìn)行配置。對于使用者來講，Scout使用難度相對較大?，F(xiàn)在西門子逐漸將驅(qū)動功能放在PLC中完成。下面按步驟介紹創(chuàng)建軸并模擬運(yùn)行的過程。
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電磁調(diào)速電機(jī)控制圖
3. 三相四線電度表互感器接線
4. 能耗制動
5. 順序起動，逆序停止
6. 鍋爐水位探測裝置
7. 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路
8.
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可控硅調(diào)速電路
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電磁調(diào)速電機(jī)控制圖
