介紹了矢量型變頻器在感應式異步電動機伺服系統的運用, 該系統采用PLC控制、高性能變頻器調速以及上位機監控技術, 提高了系統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 伺服系統的發展過程 伺服系統的發展經歷了由液壓到電氣的過程, 電氣伺服系統根據所驅動電機類型分為直流(DC)伺服系統和交流(AC)伺服系統。交流伺服系統按其采用的驅動電機類型又可分為永磁同步(SM型)電動機交流伺服系統和感應式異步(IM型)電動機交流伺服系統。 由于直流伺服電動機存在機械結構復雜, 維修工作量大包括電刷、換向器等則成為直流伺服驅動技術發展的瓶頸。隨著微處理技術、大功率電力電子技術的成熟和電機永磁材料的發展和成本降低, 交流伺服系統得到長足發展并將逐步取代直流伺服系統。 二 交流感應式異步伺服系統 直流伺服系統的動態性能平穩、低速轉矩高、調速范圍寬是它的優點, 一般普通交流驅動系統是無法做到的。隨著變頻技術的發展, 在二十世紀七十年代后期出現了矢量控制(VC)理論即磁場定向控制理論。由于矢量控制變頻調速系統技術的開發使用, 使異步電動機的調速可獲得和直流電動機調速相媲美的高精度和快速響應性能。 電動機調速的任務是控制轉速, 而速度的變化是通過轉矩來實現的, 除轉矩外再沒有其它控制量可影響速度, 所以調速的關鍵是轉矩控制。 直流電動機因其特殊功能保證了Φ(磁通量與勵磁電流If有關)和Ia(電樞電流與負載大小有關)的正交關系, 故可近似認為夾角Ø=90度不變, 則轉矩T=CmΦIa ,例如, 讓Φ不變則, 轉矩T僅和Ia電樞電流成正比。控制過程中轉矩能迅速響應電流的變化, 轉矩控制和調節十分方便。 異步電動機與直流電動機在轉矩產生原理上有很大區別, 異步電動機的勵磁是由三相旋轉磁場產生的, 它不能像直流電動機一樣固定Φ和Ia的夾角為90度。異步電動機可供檢測的定子電流I=Im(勵磁電流)+It(轉矩電流)混交在一起, 因此要使異步電動機與直流電動機一樣地產生轉矩并易于控制, 就必須設法將定子電流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電動機的參數坐標進行變換, 使電動機定子電流分解成勵磁電流和轉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機伺服控制系統中完全近似于直流電動機伺服系統的控制策略。 矢量控制系統的優點: (1)動態響應速度快; (2)低頻轉矩大調速比寬; (3)控制比直流伺服系統更加靈活。 矢量控制系統的運用范圍: (1)適應惡劣的工作環境; (2)四象限運轉, 電動機運行平穩; (3)高精度的電力拖動, 調速精度為最大速度的0.005%; (4)要求高速響應的工作機械, 保證驅動系統快速,精確地工作。 三 矢量型變頻器在擠壓機應用實例 在物料擠壓生產線上采用A-B公司的高性能變頻電機、1336IMPACT高性能變頻器和SLC-504可編程控制器等構成的AC伺服控制系統。(見所附控制圖) A-B公司產品1336IMPACT變頻器采用FORCE技術即磁場定向控制技術, 使得IMPACT變頻器可以像直流電動機一樣, 獨立控制交流電動機的轉矩和磁通。使用光電編碼器時變頻器調速范圍為1000:1, 調速精度為最高速度的0.001%, 轉矩調整率為2%。 1336IMPACT變頻器的FORCE技術是使變頻電動機真正獲得“類似直流調速”性能的最先進的變頻技術。 擠壓線伺服控制系統由SLC-504可編程控制器的上位機來監控, 控制系統分為自動和手動方式。 當擠壓設備溫度等條件滿足后在上位機選擇自/手動方式啟動程序SLC發出命令, 擠壓電動機正向驅動自動跟蹤給定速度, 隨著喂料系統的啟動,電動機轉矩隨之變化以保證平穩的電機轉速。在電動機轉軸和擠壓桿連接處裝有轉矩保護裝置-離合器, 當電機轉矩大于保護值時離合器自動分離充分保護設備, 當位置接近開關檢測到離合器動作后會發出一個開關信號給SLC-504控制系統停車。確定故障后可在上位機操作通過SLC發出命令, 變頻器低速反向驅動使離合器復位, 當接近開關條件滿足變頻器反轉停止, 電氣系統恢復正常。 四 無光電編碼器反饋的矢量控制變頻器簡介 隨著傳感技術的發展和現代控制理論在變頻調速技術的應用, 人們發現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機端電壓和電流, 經過推算和PI運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異步電動機進行精確的速度和轉矩控制。前面所介紹的1336IMPACT變頻器在無編碼器反饋的情況下調速范圍可達120:1, 調速精度可為0.5%, 轉矩調整率可為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功能, 這樣可以在許多運用中省去電動機所裝昂貴的光電編碼器同時可以簡化系統接線等。