交流伺服与变频技术导论

导论
一、交流电机控制系统概述
1. 交流传动与交流伺服
电机与作用 电机作用：将电能转变为机械能。 交流电机：通入电机的电流为交流电。控制难， 但结构简单、转速高、几乎不需要维修。 直流电机：通入电机的电流为直流电。控制容易， 但结构复杂，转速低，维修工作量大。
☞ 研发交流电机控制系统是当前技术发展的方向。
5. 可用来实现交流电机速度控制的装置是……（ ） A. CNC B. PLC C.变频器 D.伺服驱动器 6. 可实现感应电机的无级调速方案是 ……… （ ） A. 变极 B. 变频 C.调压 D.变转差率 7. 通用变频器的控制对象是 ………………… （ ） A. 伺服电机 B. 感应电机 C.直流电机 D.专用电机 8. 变频器与交流主轴驱动器的主要区别是 … （ ） A. 调速原理 B. 电路结构 C.控制器件 D.电机
国内 KND-SD98/SD100、GSK-DA98/DAT、GS2000等。
6. 常用变频器品牌
☞ 本课程的“变频器”是指用于通用感应电机控制
的通用变频器。 日本 安川： CIMR - *7系列（常用）、CIMR –*1000系列 （最新）（ * = J、V、F、G）
三菱：FR-*500系列（常用）、 FR-*700系列（最新） （ * = S、E、F、A） 欧美 西门子（德）：MM420/430/440 系列（常用） 施耐德（法）：ATV系列（常用）
负载变化不会引起电机转速的变化。
感应电机：即使交流电的频率不变，电机的转速也将 随着负载的增加而降低。
☞ 感应电机俗称异步电机；伺服电机是同步电机。
交流电机的转速公式 同步电机：n0 = 60 f / P （同步转速）
感应电机： n = n0 （1-S）（异步转速）
f ：交流电的频率（Hz）； P：电机磁极对数； S：转差率（额定负载时的转速降低百分率）。
☞ 台湾、大陆电子产品均为日本早期的山寨产品。
☺练一练 （不定项选择）：
1. 以下可用于机电设备速度控制的系统是……（ ） A. 交流传动 B. 直流传动 C.交流伺服 D.直流伺服 2. 以下可用于机电设备位置控制的系统是……（ ） A.交流伺服 B. 变频调速 C. 直流伺服 D.直流调速 3. 以下属于安川交流伺服产品的型号是 …… （ ） A. ∑II B. ∑V C. CIMR-G7 D. CIMR-A1000 4. 以下产型号中属于三菱变频器产品是 …… （ ） A. FR-A540 B. MR-J3 C. FR-A740 D. CIMR-G7
☞ 本课程的“伺服驱动”是指可独立使用的通用
型伺服驱动器。 国产数控配套的都是通用伺服。 FANUC、SIEMENS数控配套的是专用伺服。
日本 安川（YASKAWA） ： ∑II系列（广泛使用）、∑V 系列（最新） 三菱：MR-J系列（常用）、 MR-J3系列（最新） 松下：MINAS-A系列（常用）、A5系列（最新）
电机需要控制什么？ 速度：改变电机转速，控制机械运动速度；
位置：保证在指定位置停止，控制机械定位。
☞ 控制速度的系统称为传动系统；
控制位置的系统称为伺服系统。
☺要点：
交流电机驱动的伺服系统、传动系统统称为交流电 机控制系统；
伺服系统同样需要控制电机的速度和转矩。
2. 交流电机的调速
交流电机的种类 同步电机：在允许范围内，如交流电的频率不变，
变频调速：直接改变电机供电频率实现无级调速， 调速性能好、体积小、技术先进，但控制复杂，实 现较困难。
3. 变频调速技术的发展（见P3,图0-2）
怎样调速：控制理论研究
变频调速：V/f控制 → 矢量控制 → 直接转矩控制
伺服驱动：BLDCM（方波、PID调节）→ PMSM （正弦波、矢量控制） 如何实现：控制技术研究
模拟量控制 → 数字控制 → 网络控制
用什么做：控制器件研究 GTR（电力晶体管）→ IGBT （复合电力电子器件） →
IPM （功率集成器件）
☞ 变频器至今还没有世所公认的最佳方案。
4. 变频调速装置分类
☺ 非常重要 ！
变频器：专指控制普通感应电机的通用调速装置。 应用最广泛，生产厂众多。
区别
控制对象不同 交流伺服：专用同步电机；一般15kW以下，最大
72kW（SIEMENS 1FT6）； 交流主轴：专用感应电机；一般100kW以下，最大
227kW （SIEMENS 1PH8） 变频器：通用感应电机；最大到1000kW。
用途不同、性能区别很大（将在后期课中介绍）。
5. 常用伺服驱动品牌
交流电机的调速方案
☞ 改变频率的调速称为变频调速；改变磁极对数的调
速称为变极调速；改变转差的调速称为变转差调速。
交流调速方案与比较
变极调速：通过改变电机绕组的连接实现，只需要 继电——接触器电路控制，控制最简单。但因P必 须为正整数，只能成倍改变转速（有级调速）。
变转差调速：本质改变电机的输出特性，可通过改 变电枢电压、定子电阻、转子电阻等方式实现无级 调速，但控制装置的体积大、硬件成本高。
二、交流调速系统的性能与比较
1. 技术指标
☞ 技术指标：衡量产品内在质量与性能的参数。
主轴驱动器：控制专用感应电机的专用调速装置。 多用于数控机床主轴调速，CNC生产厂提供。
伺服驱动器：控制伺服电机（同步电机）的专用调 速装置，可以实现位置控制。 应用较广泛，生产较多， 国产数控机床使用较多。
☺变频器、交流主轴驱动器、伺服驱动器广义上都是
变频调速装置。
了解三者的大致区别
相同点 调速原理相同，都通过变频实现调速； 主回路相同，都采用PWM逆变电路。
交流伺服与变频技术
（2018版）
逻辑控制百度文库
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课程学习有什么要求？
1. 轻松学习、遵守时间； 2. 全部一次性通过考试； 3. 带好教材、记好笔记； 4. 掌握相关知识与技能。