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文献翻译

学校代码：

11517

学号：

200807111138

HENANINSTITUTEOFENGINEERING

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题目不同类型电机的调速方法

学生姓名王莉

专业班级电气工程及其自动化1班

学号200807111138

系（部）电气信息工程系

指导教师（职称）梅杨

完成时间2012年2月28日

不同类型电机的调速方法

KazuyaSHARATAHA

东方电机有限公司，提供各种各样的调速电机。

我们的速度控制电机组件包括电机，驱动器（控制器），和一个电位器，允许容易控制速度调节。

有三种调速电机产品组:

“交流调速电机”---采用最流行的单相电容运转异步电动机，小型和高效率的“无刷直流电机”和“逆变器单元”，结合了三相异步电动机的一个小型逆变器。

本文介绍每一个产品组的结构，原理，速度控制和功能和我们的标准产品介绍。

1.简介

大量的电机被广泛用在我们周围，从家庭设备到工厂里的机械工具。

电动马达，是一个现在重要的和必不可少的动力源泉在许多行业。

功能和性能要求这些电机是广泛使用的。

当重视速度控制部分的电机市场，伺服和步进电机控制其速度与脉冲列车，而感应电机和无刷直流电机串联一个外部电阻或控制直流电压控制速度。

本文介绍了电机的结构，速度控制原理和特点，以及三个产品组，可以使用的一个模拟输入相对容易控制速度。

2.各种调速电机的调速方法

输出控制调速控制电路可以大致分为2组：

相位控制和变频控制，产品组如图1。

图1分类调速电机

2.1交流调速电机

2.1.1电机结构

如图2所示，单相电机和三相异步电动机组成包括定子，初级绕组和一个固体铝模铸造转子。

转子由于结构简单、不使用磁铁以降低成本。

图2异步电机结构

当电机需要进行调速时，测速传感器是用来检测速度和连接到电机，如图3所示。

测速传感器是由一个磁铁直接连接到电机轴和定子线圈探测磁极，并每旋转一次,产生一个12周期的交流电压。

由于电压和频率的增加，转速增加，根据该信号电机转速得到控制。

图3交流调速电机系统

2.1.2调速原理

异步电机的转速，可由式

（1）表达。

当电机上的电压的增加和减少，滑移变化，然后旋转速度会改变。

Ｎ：

转数［转／，每分钟］

Ｆ：

频率〔赫兹〕

Ｐ：

电动机极数

Ｓ：

摩擦系数

如图4所示为一个异步电机在一个稳定的范围和一个不稳定的范围存在的转速-转矩曲线。

因为它不可能可靠地运行在不稳定的范围，简单的电压控制（闭环控制）有限的速度控制在一个狭窄的范围，如图5中N1~N3。

即使在上述不稳定的范围，也可以可靠地运行，因此很有必要检测电机的转速和使用电压控制机制（闭环控制），减少速度误差。

图4感应电动机转速-转矩特性

图5简单的电压控制

现有的电压控制方法包括控制变压器和相位控制。

图6显示了当使用一个变压器的电压控制。

这种方法是不太容易做到一个交流调速电机。

或者，交流电压可以调整设置开/关时间每半周期的交流电压（50或60）应用于电机使用开关元件（晶闸管或三端双向可控硅），可以直接打开和关闭的交流电压，如图7和图8。

图6变压器电压变化

图7电压变化的相位控制

图8可控硅控制电路

这种交流调速方法可以提供稳定的速度控制闭环控制甚至在不稳定区域中。

图9在框图显示的配置为速度控制系统的一个交流调速电机。

图9交流调速电机系统

图10为每个块的波形

图10显示每个块的波形。

速度设定值和检测电压的速度所产生的测速传感器相比由比较放大器模块输出。

然后确定一级的电压信号。

电压信号的低时，速度检测值的速度设定值上升，速度较高时，速度设定值降低。

由于触发信号输出的点在三角波乙相交的电压信号，时间（相位）由可控硅打开一水平的电压信号确定。

降低转速反馈和控制重复这样的差异速度检测值与设定值的速度可能永远不变。

图11显示出现上述速度控制。

在图11中，该操作点的电机回路q-r-s-t-q围绕，使转速保持在N1~N2之间。

这个循环是尽量增大通过增加速度检测的准确性。

图11运行速度控制

交流调速电动机使用闭环控制的时候具有以下特点：

1）由于交流电压直接控制，速度控制电路可以被配置只是因为平滑电路是不必要的，使紧凑的设计在一个低价格。

2）在相同的方式，一个长寿命设计是可能的，因为大型铝电解电容器是不必要的。

3）开关操作只有一个时间每半周期的交流电源供应，使产生的噪音低。

2.1.3特点

交流电机调速电机一般有旋转机械特性如图12所示。

图12旋转机械特征

“安全运行”包括在图12。

“安全运行”代表了限制在电机可以执行在连续工作不超过其最大允许温度。

2.1.4东方电机产品介绍

我们的典型交流调速电机如下所示

图13产品组的交流调速电机

交流调速电机系列包括许多电机输出功率，齿轮比和选择，以满足各种应用。

此外，交流电机的产品线包括模式，配有离合器刹车断电，电磁制动器，其他选项。

2.2．无刷直流电机的速度控制单元

2.2.1设计电机

为制造一个无刷电机，线圈有一个配置三相：

U，V，和W和位于定子，与转子由磁体磁化在一个多极结构如图14所示。

在定子，三霍尔集成电路被安排作为磁性元件使相位差的输出信号从每个霍尔集成电路将120度除了对每一个旋转的转子。

图14制造一个无刷直流电机

2.2.2调速原理

如图15，旋转直流无刷电机出现负倾斜时，速度不受控制，类似有刷直流电机。

图15旋转无刷直流电动机的机械特性

在没有负载的应用和输入电压设定在2在图15中，操作点的运动为P，和转速n。

当负载转矩为T1时，操作点转移到Q，旋转的速度减慢到N，然而，如果电压提高到3，转速将返回1。

因此，由于转速变化时，负载转矩变化，速度控制机制只需要改变输入电压时，变化的速度是在公共线维持在一个恒定的速度。

此电压控制的实现是通过一个逆变器的输出控制部分电路（驱动）。

该逆变器产生三相交流电压的直流电流通过打开和关闭的序列图16所示（乙）通过六开关元件（场效应晶体管或晶体管）显示在图16

（一）。

图16

（一）输出控制电路（驱动）

图16（乙）的切换序列

开关元件连接到电机绕组，如图16所示

（一），和开/关状态的开关元件确定定子线圈通电，在哪个方向的电流流动，这是因为它会成为一个N极或S极。

事实上，该位置的转子磁极是由检测霍尔集成电路，以及一个适当的开关元件检测开启或关闭，如图16所示（乙）。

例如，在步骤1，产品中的晶体管，打开，和电流从u-phase的w-phase。

在这个时候，u-phaseN极被触发和S极成为w-phase，和转子旋转30度如步骤2。

一个旋转的转子是由重复操作12次（1步~12）。

图17直流无刷电机系统

切换序列的逆变器是由信号从霍尔集成电路的位置检测部分的框图，以及旋转电机。

然后，从信号的霍尔集成电路发送的速度探测器成为一个信号，它是相对于速度设定信号的比较放大器块，然后产生偏差信号。

价值的电机输入电流是由根据偏差信号设置脉宽调制块。

无刷直流电机单位有以下特点。

1）具有高效因为永磁转子使用和二次损失小。

2）转子惯量可以减少，和一个高速的反应得到。

3）它可以缩小电机因为它是非常有效的。

4）负载波动的转速变化低。

图16显示了一个典型的切换序列（120度激励法）。

一个更有效的无刷直流电机采用正弦波驱动方法获得高分辨率的转子位置信息软件从霍尔集成电路的信号。

这种方法的结果在低噪音驱动方法由于电流流向电机不迅速改变。

图18比较电压正弦波驱动方法和120度的驱动方法

2.2.3.特点

旋转机械特性的直流无刷电机系统被限制在一个区域外加连续作业区。

运营范围的有限责任区域是非常有效当启动时惯性负载时。

然而，当运行在有限区域持续五秒或以上，电源的过载保护功能被激活，电机减速到停止。

图19旋转机械特征

2.2.4．东方电机产品介绍

图20无刷直流电机产品组

无刷直流电机产品阵容有多种模式相结合的驱动和无刷电机。

高效型和俄系列使用转矩波动驱动方法低噪音操作。

此外，本钢系列可以执行速度控结合一垂直应用电机电磁制动器。

位置控制和转矩也可能限制和随意的使用系统增强工具软件。

2.3变频调速装置

2.3.1．速度控制原理

N=120f（1-s）/P.......……………………………………………..

（1）

变频器控制的速度单位三相感应电机通过改变频率f、对于电机的电压。

逆变单元的变化频率、f,改变开关周期的六倍切换元件,转速（N）电机的比例变化表现在公式

（1）.

N：

转速[分钟]

F：

〔赫兹频率〕

P：

电动机极数

S：

摩擦系数

此外，使电压应用于载流线圈信号有一个正弦波形状，逆变器控制开/关周期如图21所示。

开/关时间控制，所以平均电压的应用电机成为一个正弦波形状的比较三角波载波信号与正弦波形状的信号波形。

这种方法被称为脉宽调制控制。

速度控制方式的逆变器单元分为2类：

开环控制简单变化的速度闭环控制，减少

速度的变化与负载变化的电机。

图21负荷控制开/关

1）开环控制

图22显示一个配置的开环控制。

图22开环控制框图

这种方法是用来改变输入电压频率的电机按设定频率。

这方法是适合的变化速度和可获得高速度（频率可以设立80hz。

）只是当调速变载荷的不如此多的关注。

产生的转矩的电机所示公式

（2）。

从这个关系，可以说转矩也会不断的通过V/f，，频率，恒定的。

T:

扭矩[Nm].

V:

电源电压[V]

I:

电机电流[j].

F:

频率[赫兹）

K:

常数

然而，较低的速度，更困难的是保持恒定的输入阻抗的感应运动与变化中的F。

因此，这是根据电机的特点在低速时不断从低到高调整Ｖ／ｆ得到的转矩，如固体线图23所示。

图23开环控制

2）闭环控制

图24显示的结构框图闭环控制系统中用的压力系列。

图24闭环控制框图

这种方法检测阶段之间的差异电压逆变器输出块和基本现象，它计算的驱动频率

加载相应的使用特性数据表（图25）事先准备，并控制逆变器的频率，而不是加一个速度传感器在电机上。

图25特性数据表

具有这种性质表及检测阶段不同时刻t的逆变器计算逆变器输出频率对应的旋转命令所设定的速度Nset电位器速度,并且输出它作为逆变器输出频率。

在收到输出频率时，V/f控制块计算电机的电压,以相应的输出频率f和执行速度控制

PWM变频器。

结果,当负荷应用变频器的输出频率大幅提升，这样降低转速是可能的补偿。

2.3.2．特点

旋转机械特性的研究逆变器单元显示图26和图27。

为在交流调速电机解释，对力矩特性是一个“安全运行线”。

本线代表限制的连续运行，并把本地区称连续作业区。

图26旋转机械特性

图27旋转机械特性

2.介绍东方电机产品

东方电机提供逆变器控制产品如下所示。

图28逆变器产品

由于不断的为我们所有的电机内预置速度控制电路的逆变单元，可以得到最好的电机性能。

此外，压边力是在闭环控制方式，用于垂直应用相结合一个电机的电磁制动器。

3．总结

东方电机提供了三个产品组（交流速度控制电机，无刷直流调速电机，和逆变器）的使用范围广泛的速度控制应用程序。

在成本和预期的目的，可以控制产品根据能性能，为您的应用提供适当的速度。

表1显示了在这三个产品组调速范围宽性能（齿轮比和最大速度）和调速典型模型。

东方电机将继续致力于产品发展使我们能提供最好的产品为满足广大客户的在未来的各种需求。

工具书类

（1）ACMotorTechnologyStudyGroup:

“BooktounderstandACsmall

motor”,KogyoChosakaiPublishing（1998）

（2）KazuoAbe:

“Low-noisedrivetechnologyofBrushlessmotor”,

RENGANo.163,pp.19-25（2003）

（3）KojiNamihana,MasayoshiSato:

“Newcontrolmethodof

three-phaseinductionmotor”,RENGANo.159,pp.23-28（1999）