三相交流异步电机变频调速控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于电机调控技术领域，特别涉及一种三相交流异步电机变频调速控装置。该装置的结构为：交流电源、整流器、滤波器、逆变器以及三相交流异步电机依次连接；整流器的输出端分出支路，依次与主控板的检测电路、运算电路、驱动电路连接，然后接回到逆变器；主控板还分别与LCD显示器、数字键盘、供电电源连接。通过空间矢量控制方式，将异步电机等效成直流电机。对输入的交流电压进行整流和滤波，得到良好的直流电压；使用直接转矩法对直流电压进行频率相位以及幅值的控制，并且通过对输出电压的相位、幅值以及频率的采样，使用闭环控制，通过调节PID参数，可以精确地控制电机转速。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及属于电机调控
，特别涉及一种三相交流异步电机变频调速控装置。
技术介绍
随着三相电源和结构简单且坚固耐用的交流笼型电机的广泛使用，伴随着制造方便、价格低廉、容量限制小、维修方便、对环境要求不高等优点，交流异步电机在很多领域逐渐取代了直流电机。但是对电机控制要求高的领域，交流异步电机却无法达到直流电机的标准。随着现代交流电机调速控制理论和电力电子换流技术的发展，交流电机调速技术取得突破性的进展，出现了各种类型的交流电机调速系统。其中最为活跃、发展最快的是变频调速技术，在国民经济和日常生活中占有越来越重要的地位。在控制策略的发展过程中，过去的开环恒压频比这种系统性能不高的控制方法发展为空间矢量控制方式，可以通过坐标变换重建的电机模型等效为一台直流电动机，在空间变换的方法中直接转矩控制法受到广泛的关注和研究。借助其简单的检测电机定子电压和电流的方式，和瞬时空间矢量理论计算磁链和转矩，并根据计算值与给定值比较所得差值，实现磁链和转矩的直接控制。这种方法思想新颖、结构简单，控制手段直接，信号处理的物理概念非常明确。随着数字信号处理器(DSP)的发展，运算速度大幅提升，从而在硬件上为变频调速的实现提供了强大的硬件平台。国内大部分产品采用单片机作为控制器件，其控制性能弱于DSP。因此，在变频控制领域，DSP芯片必然有较为广阔的发展空间。
技术实现思路
本技术针对交流异步电机缺乏相关调控设备的问题，提供了一种三相交流异步电机变频调速控制装置。本技术采用的技术方案为交流电源、整流器、滤波器、逆变器以及三相交流异步电机依次连接；整流器的输出端分出支路，依次与主控板的检测电路、运算电路、驱动电路连接，然后接回到逆变器；主控板还分别与LCD显示器、数字键盘、供电电源连接。所述主控板上设有保护电路。所述主控板上设置控制输入接线板和控制输出接线板，其接口分为RS232串口和 USB接口两种。所述逆变器的逆变电路中，高电压大电流全控型功率器件采用IGBT元件。所述主控板的运算电路采用数字信号处理器DSP芯片。本技术的有益效果为(1)将整流逆变电路和人机交互电路集成在一个箱体内，只需要外加交流工频电源就可以使用，调速控制操作简单明晰，电机转速显示在LCD上方便观察及检测，通信电路可以将用户关心的数据传输到其它芯片或者电脑上，适合小型交流电机的控制和电机控制教学平台等方面大规模推广。(2)本装置的控制算法采用直接转矩法，结构简单，动态响应好，采用空间矢量分析，采用定子磁场定向，借助于离散的两点式调节产生PWM信号，直接对逆变器的开关状态进行控制，电压频率变化范围大，变化过程平滑，控制结果良好。(3)本装置的逆变器的电路部分，采用IGBT作为高电压大电流全控型功率器件， 相对于GTO关断能耗大，GTR调速频率低噪声大的缺点，IGBT元件有明显的优点。(4)本装置具备过电压报警及过电流报警功能，当采样得到的电压值或电流值超出允许范围时，发出警报，提醒用户进行紧急处理，保障了设备的安全运行。附图说明图1为本技术的结构原理图；图2为本技术的连接关系图；图3为本技术逆变电路的原理图；图4为本技术电动机转子磁场定向的矢量控制系统图。图中用户给定的转速指令8、根据给定的转速指令输出的d轴电流/〗以及q轴电流 9，给定的d轴电压f/:已经q轴电压￠/: 10，经过旋转逆变换为两相静止坐标系下的定子两相交流电压冗以及《11，根据实测的电流经过Clark变换得到的静止坐标系下定子两相电流ia以及ie12，经过Park变换得到的旋转坐标系下定子两相电流id以及、13，实测到电机的角速度ω 14。具体实施方式本技术提供了一种三相交流异步电机变频调速控制装置，以下结合附图和具体实施方式对本技术做进一步说明。如图1和图2所示，本装置分为整流逆变部分和人机交互部分，具体结构为交流电源、整流器、滤波器、逆变器以及三相交流异步电机依次连接；整流器的输出端分出支路， 依次与主控板的检测电路、运算电路、驱动电路连接，然后接回到逆变器；主控板还分别与 IXD显示器、数字键盘、供电电源连接。在主控板上设有保护电路，且主控板上设置控制输入接线板和控制输出接线板，其接口分为RS232串口和USB接口两种。主控板的运算电路采用数字信号处理器DSP芯片。所述逆变器的逆变电路中，高电压大电流全控型功率器件采用IGBT元件。整流逆变部分的作用为将三相交流工频电源接到本装置的输入接口，利用晶闸管搭建的整流滤波电路获得直流电，通过逆变电路和DSP控制芯片，借助直接转矩策略控制IGBT的导通与关断，得到频率幅值可变的交流输出，并且对电流和电压的幅值进行实时 A/D采样，当超过允许范围时会发出报警信号。人机交互部分的作用为实现人工对电机转速的控制，并且在LCD上观察到当前电机转速值，通过控制输入接线板和控制输出接线板可以进行本装置与其它芯片或者电脑之间的数据传输，方便用户获取相关数据。逆变电路的原理如图3所示，工频电压输入经过整流滤波电路得到良好的直流电，在逆变电路中，通过对六个IGBT元件导通顺序的控制得到频率幅值可控的交流输出。 由于交流电机的启动电流较大，通常数倍于额定电流，因此为了防止电机或者电路的损毁， 在整流逆变电路中串入电阻以降低电流幅值，在电机转速稳定后再将保护电阻短路。整流电路中的电容用于滤除奇次谐波，得到良好的直流电压。 图4为本技术电动机转子磁场定向的矢量控制系统图。基于SVPWM策略的转速——电流双闭环矢量控制系统，分别作为转速控制子系统和电流控制子系统。转速控制子系统由用户给定的转速指令ω*与来自于电机转轴上的光电编码器测得的转速反馈信号 ω进行比较。输出ζ作为电流调节器的指令值，它和电流传感器检测到的三相定子电流经过坐标系的3/2变换得到的ia和ie。旋转变换后得到的旋转坐标系下的定子电流转矩分量的估计值、进行比较，再经过电流调节器，得到旋转坐标系下的定子电压分量V:。同样， d轴电流进行相似的计算得到￠/:。由和￠/:经过旋转逆变换为两相静止坐标系下的定子两相交流电压冗和^，经SVPWM控制器产生PWM脉冲，驱动逆变器，得到交变的脉冲序列输出给电动机。权利要求1.三相交流异步电机变频调速控制装置，其特征在于该装置的结构为交流电源、整流器、滤波器、逆变器以及三相交流异步电机依次连接；整流器的输出端分出支路，依次与主控板的检测电路、运算电路、驱动电路连接，然后接回到逆变器； 主控板还分别与IXD显示器、数字键盘、供电电源连接。2.根据权利要求1所述的三相交流异步电机变频调速控制装置，其特征在于所述主控板上设有保护电路。3.根据权利要求1所述的三相交流异步电机变频调速控制装置，其特征在于所述主控板上设置控制输入接线板和控制输出接线板，其接口分为RS232串口和USB接口两种。4.根据权利要求1所述的三相交流异步电机变频调速控制装置，其特征在于所述逆变器的逆变电路中，高电压大电流全控型功率器件采用IGBT元件。5.根据权利要求1所述的三相交流异步电机变频调速控制装置，其特征在于所述主控板的运算电路采用数字信号处理器DSP芯片。专利摘要本技术属于电机调控
，特别涉及一种三相交流异步电机变频调速本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．三相交流异步电机变频调速控制装置，其特征在于：该装置的结构为：交流电源、整流器、滤波器、逆变器以及三相交流异步电机依次连接；整流器的输出端分出支路，依次与主控板的检测电路、运算电路、驱动电路连接，然后接回到逆变器；主控板还分别与ＬＣＤ显示器、数字键盘、供电电源连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈艳，刘瑶，张阔，邹志龙，刘骁，陈攀峰，王民富，李卫国，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：实用新型
国别省市：11