介紹了矢量型變頻器在感應(yīng)式異步電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)的運(yùn)用, 該系統(tǒng)采用PLC控制、高性能變頻器調(diào)速以及上位機(jī)監(jiān)控技術(shù), 提高了系統(tǒng)的靈活性與工作可靠性, 取得了良好的效果。 Application of vector inverter in asynchronous motor servo system are introduced, the system has adopted PLC control, variable frequency speed regulation and graphical monitor technology, advancing flexibility and reliability for system, acquiring better effect. 一 伺服系統(tǒng)的發(fā)展過程 伺服系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了由液壓到電氣的過程, 電氣伺服系統(tǒng)根據(jù)所驅(qū)動(dòng)電機(jī)類型分為直流(DC)伺服系統(tǒng)和交流(AC)伺服系統(tǒng)。交流伺服系統(tǒng)按其采用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)類型又可分為永磁同步(SM型)電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)和感應(yīng)式異步(IM型)電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)。 由于直流伺服電動(dòng)機(jī)存在機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 維修工作量大包括電刷、換向器等則成為直流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展的瓶頸。隨著微處理技術(shù)、大功率電力電子技術(shù)的成熟和電機(jī)永磁材料的發(fā)展和成本降低, 交流伺服系統(tǒng)得到長足發(fā)展并將逐步取代直流伺服系統(tǒng)。 二 交流感應(yīng)式異步伺服系統(tǒng) 直流伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能平穩(wěn)、低速轉(zhuǎn)矩高、調(diào)速范圍寬是它的優(yōu)點(diǎn), 一般普通交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是無法做到的。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展, 在二十世紀(jì)七十年代后期出現(xiàn)了矢量控制(VC)理論即磁場定向控制理論。由于矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)的開發(fā)使用, 使異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速可獲得和直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速相媲美的高精度和快速響應(yīng)性能。 電動(dòng)機(jī)調(diào)速的任務(wù)是控制轉(zhuǎn)速, 而速度的變化是通過轉(zhuǎn)矩來實(shí)現(xiàn)的, 除轉(zhuǎn)矩外再?zèng)]有其它控制量可影響速度, 所以調(diào)速的關(guān)鍵是轉(zhuǎn)矩控制。 直流電動(dòng)機(jī)因其特殊功能保證了Φ(磁通量與勵(lì)磁電流If有關(guān))和Ia(電樞電流與負(fù)載大小有關(guān))的正交關(guān)系, 故可近似認(rèn)為夾角Ø=90度不變, 則轉(zhuǎn)矩T=CmΦIa ,例如, 讓?duì)挡蛔儎t, 轉(zhuǎn)矩T僅和Ia電樞電流成正比。控制過程中轉(zhuǎn)矩能迅速響應(yīng)電流的變化, 轉(zhuǎn)矩控制和調(diào)節(jié)十分方便。 異步電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生原理上有很大區(qū)別, 異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁是由三相旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的, 它不能像直流電動(dòng)機(jī)一樣固定Φ和Ia的夾角為90度。異步電動(dòng)機(jī)可供檢測的定子電流I=Im(勵(lì)磁電流)+It(轉(zhuǎn)矩電流)混交在一起, 因此要使異步電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)一樣地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩并易于控制, 就必須設(shè)法將定子電流I按矢量變換分解為Im和It, 并使I與Φ的矢量夾角始終保持90度。 矢量型變頻器利用對(duì)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)坐標(biāo)進(jìn)行變換, 使電動(dòng)機(jī)定子電流分解成勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流并分別加以控制。這就使得矢量型變頻器在異步電動(dòng)機(jī)伺服控制系統(tǒng)中完全近似于直流電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)的控制策略。 矢量控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn): (1)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快; (2)低頻轉(zhuǎn)矩大調(diào)速比寬; (3)控制比直流伺服系統(tǒng)更加靈活。 矢量控制系統(tǒng)的運(yùn)用范圍: (1)適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境; (2)四象限運(yùn)轉(zhuǎn), 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn); (3)高精度的電力拖動(dòng), 調(diào)速精度為最大速度的0.005%; (4)要求高速響應(yīng)的工作機(jī)械, 保證驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)快速,精確地工作。 三 矢量型變頻器在擠壓機(jī)應(yīng)用實(shí)例 在物料擠壓生產(chǎn)線上采用A-B公司的高性能變頻電機(jī)、1336IMPACT高性能變頻器和SLC-504可編程控制器等構(gòu)成的AC伺服控制系統(tǒng)。(見所附控制圖) A-B公司產(chǎn)品1336IMPACT變頻器采用FORCE技術(shù)即磁場定向控制技術(shù), 使得IMPACT變頻器可以像直流電動(dòng)機(jī)一樣, 獨(dú)立控制交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁通。使用光電編碼器時(shí)變頻器調(diào)速范圍為1000:1, 調(diào)速精度為最高速度的0.001%, 轉(zhuǎn)矩調(diào)整率為2%。 1336IMPACT變頻器的FORCE技術(shù)是使變頻電動(dòng)機(jī)真正獲得“類似直流調(diào)速”性能的最先進(jìn)的變頻技術(shù)。 擠壓線伺服控制系統(tǒng)由SLC-504可編程控制器的上位機(jī)來監(jiān)控, 控制系統(tǒng)分為自動(dòng)和手動(dòng)方式。 當(dāng)擠壓設(shè)備溫度等條件滿足后在上位機(jī)選擇自/手動(dòng)方式啟動(dòng)程序SLC發(fā)出命令, 擠壓電動(dòng)機(jī)正向驅(qū)動(dòng)自動(dòng)跟蹤給定速度, 隨著喂料系統(tǒng)的啟動(dòng),電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩隨之變化以保證平穩(wěn)的電機(jī)轉(zhuǎn)速。在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸和擠壓桿連接處裝有轉(zhuǎn)矩保護(hù)裝置-離合器, 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩大于保護(hù)值時(shí)離合器自動(dòng)分離充分保護(hù)設(shè)備, 當(dāng)位置接近開關(guān)檢測到離合器動(dòng)作后會(huì)發(fā)出一個(gè)開關(guān)信號(hào)給SLC-504控制系統(tǒng)停車。確定故障后可在上位機(jī)操作通過SLC發(fā)出命令, 變頻器低速反向驅(qū)動(dòng)使離合器復(fù)位, 當(dāng)接近開關(guān)條件滿足變頻器反轉(zhuǎn)停止, 電氣系統(tǒng)恢復(fù)正常。 四 無光電編碼器反饋的矢量控制變頻器簡介 隨著傳感技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代控制理論在變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用, 人們發(fā)現(xiàn)可以用磁通觀測的間接方式得到磁通量。變頻器是通過檢測電動(dòng)機(jī)端電壓和電流, 經(jīng)過推算和PI運(yùn)算等方法求得磁通量。所以在沒有光電編碼器反饋的情況下, 新一代矢量變頻器仍可以對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行精確的速度和轉(zhuǎn)矩控制。前面所介紹的1336IMPACT變頻器在無編碼器反饋的情況下調(diào)速范圍可達(dá)120:1, 調(diào)速精度可為0.5%, 轉(zhuǎn)矩調(diào)整率可為5%。除此之外還有像ABB公司的ACS600和日立的SJ300等系列變頻器都有此項(xiàng)功能, 這樣可以在許多運(yùn)用中省去電動(dòng)機(jī)所裝昂貴的光電編碼器同時(shí)可以簡化系統(tǒng)接線等。