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变频调速永磁同步电动机在皮带机上的应用作者：杨庆范万宗帅庄世军白跃俊来源：《卷宗》2019年第20期摘要：近年来，随着煤炭行业的快速发展，井下运输系统也逐渐在更新换代，但由于井下巷道狭窄，运输环境恶劣，从而导致常规运输巷皮带机驱动装置故障较多。
变频调速永磁同步电动机作为一种新型的节能型电动机，因其特有优势被广泛应用于皮带运输系统中，其具有简单的结构、较大的转矩以及较低的能耗等特点，不仅能够提高皮带输送机的运输效率和运载量，而且能够提升运输系统的可靠性和使用寿命，对于保障皮带运输质量有着至关重要的意义。
本文简要介绍了永磁同步电动机的组成及特性，重点分析了皮带运输控制系统的实际应用，仅供相关人员参考。
关键词：变频调速；永磁同步电动机；皮带运输机在煤矿生产中，皮带输送机承担着煤炭运输的艰巨任务，具有较长的运输时间和较大的运输数量等特点，煤矿皮带输送机的运行状态直接关系到生产任务能否顺利完成。
在皮带运输系统中，常规的传统系统具有较大的启动电流和严重的机械磨损，长期使用运行容易不仅会出现张力变化，而且浪费大量的电能。
通过合理应用变频调速永磁电机，能够有效降低设备噪音，减少功率损耗，提高工作效率。
1 永磁同步电动机的组成及特性在煤矿皮带运输系统中，常规的电机设备大部分是异步电动机，需要配合齿轮减速器装置和液力耦合器设备才能够组成一个完整性的动力驱动系统。
这种常规电机设备在井下复杂条件下频繁产生机械故障，具有较低的工作效率，而且在重载状态下具有较大的启动难度。
而变频调速永磁同步电动机主要由变频器、皮带机头和永磁同步电机组成，去掉了常规的减速器装置和液力耦合器，能够实现对矿用皮带机的转速调节，满足井下生产要求。
煤矿井下生产实践中，将变频调速永磁同步电动机应用到皮带运输系统中，不仅能够提高生产运输效率，而且能够具有较高的安全性能，满足各种生产环境下的实际需求。
一是具有高效节能的特点，变频调速永磁同步电动机去掉了常规的减速器装置和液力耦合器以后，大大降低了震动和噪声，启动时消耗电流较小，转速调节作用也减轻了设备磨损；二是具有较小的维护量，在皮带系统运行时，不需要考虑减速器、液力偶合器以及齿轮等零部件的磨损，减少了零部件更换、检修和日常维护的频率，降低了维修成本，避免了不平稳起动造成的皮带拉裂现象，节约了采购大量的采购费用；三是具有较大输出转矩，永磁同步电动机能够使皮带运输系统在额定转速内保持恒转矩，使运行稳定性不断提高。
变频器怎样调频率，变频器怎么调速度调整变频器参数有2种方法，1.通过手动方式，查看手册，调整变频器频率设置参数；2.通过通讯联网远程自动1、手动调整：（1）操作面板按钮或旋钮；（2）外接电位器；2、自动调整：（1）远程通讯（如PLC、DCS等）；（2）外部温度、压力等信号作为反馈信号，内部设定目标值，可以通过变频器自身进行闭环控制来调整转速。
变频器六种调速方式1.变极对数调节法该方法是通过改变定子绕组的连接方式来改变笼型电动机的定子极对数，以达到调速的目的。
其特点是：具有机械特性强、稳定性好、无滑移损失、效率高、接线简单、控制方便、价格低廉、速度快、差动大、无法获得的特点。
它可与调压和电磁滑离合器结合使用，以获得高效率和平滑的调速特性。
该方法适用于无机械无级调速的机械，如金属切削机床、电梯、起重设备、风机、泵等。
〔1〕变频调速是一种改变电动机定子功率频率，从而改变其同步速度的调速方法。
变频调速系统的主要设备是变频器，它提供变频电源。
变频器可分为交流-直流-交流变频器和交-交变频器两类。
目前，AC-DC—AC变换器主要应用于中国。
其特点：效率高，调速过程无附加损耗；应用范围广，可用于笼型异步电动机；调速范围宽，特性硬，精度高，工艺复杂，成本高，维修保养困难。
该方法适用于精度高、调速性能好的场合。
变频调速分为基本频率和基本频率。
基本频率以下的调速属于恒转矩调速模式，基本频率为恒功率调速模式。
2.串级调速法通过在绕组电机转子电路中增加可调节的附加电势来改变电机的滑动，达到调速的目的。
传输功率的大部分被附加电势吸收，用于产生额外的装置，以将吸收的功率返回到电网或将能量转换成使用。
根据传输功率吸收和利用方式，串级调速可分为串级调速、机械串联调速和晶闸管串级调速，采用晶闸管串级调速。
其特点是调速过程中的变频损耗可反馈给电网或生产机械，效率高；。
交流电动机变频调速控制方案（１）开环控制（2）无速度传感器的矢量控制（3）带速度传感器矢量控制（ 4）永磁同步电动机开环控制6-12、试分析三相SPWM的控制原理。
在PWM型逆变电路中，使用最多的是图6-43a的三相桥式逆变电路，其控制方式一般都采用双极性方式。
U、V和W三相的PWM控制通常公用一个三角波载波uc，三相调制信号U ru , U rv 和, U rw的相位依次相差1200。
U、V和W各相功率开关器件的控制规律相同，现以U 相为例来说明。
当Uru > uc时，给上桥臂晶体管V1以导通信号，给下桥臂晶体管V4以关断信号，则U相相对于直流电源假想中点N’的输出电压UUN’= Ud/2。
当Uru < uc时，给V4以导通信号，给V1以关断信号，则UUN’=Ud／2。
V1和V4的驱动信号始终是互补的。
当给V1（V4）加导通信号时，可能是V1（V4）导通，也可能二极管VD1（VD4）续流导通，这要由感性负载中原来电流的方向和大小来决定，和单相桥式逆变电路双极性SPWM控制时的情况相同。
V相和W相的控制方式和U相相同。
UUN’、 UVN’和Uwn’的波形如图6-43b 所示。
可以看出，这些波形都只有±Ud两种电平。
像这种逆变电路相电压（uUN’、uVN’和uWN’）只能输出两种电平的三相桥式电路无法实现单极性控制。
图中线电压UUV的波形可由UUN’― UVN’得出。
可以看出，当臂1和6导通时，UUV = Ud，当臂3和4导通时，UUV =―Ud，当臂1和3或4和6导通时，Uuv=0，因此逆变器输出线电压由+Ud、-Ud、0三种电平构成。
负载相电压UUN可由下式求得（6-18）从图中可以看出，它由（±2/3）Ud，（±1/3）Ud和0共5种电平组成。
(a) (b)图6-43三相SPWM逆变电路及波形在双极性SPWM控制方式中，同一相上下两个臂的驱动信号都是互补的。
变频器调速的基本工作原理根据电机转速的公式 n=n1（1-s）（1） N1=60f／p（2）式中：n-电机转速；n1-电机的同步转速；s-滑差；f-旋转磁场频率；P-电机极对数可知改变电机转速的方法有改变滑差s、改变旋转磁场频率f、改变电机极对数p三种。
变频器是利用电力半导体器件的通断作用把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。
是由由主电路和控制带电路组成的。
主电路是给异步电动机提供可控电源的电力转换部分，变频器的主电路分为两类，其中电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波部分是电容。
电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波部分是电感。
它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的整流部分，吸收在转变中产生的电压脉动的平波回路部分，将直流功率变换为交流功率的逆变部分。
控制电路是给主电路提供控制信号的回路，它有决定频率和电压的运算电路，检测主电路数值的电压、电流检测电路，检测电动机速度的的速度检测电路，将运算电路的控制信号放大的驱动电路，以及对逆变器和电动机进行保护的保护电路组成。
现在大多数的变频器基本都采用交直交方式（VVVF变频或矢量控制），将工频交流电源通过整流器转换为直流电源，再把直流电源转换成近似于正弦波可控的交流电以供给电动机。
以图1为例简单说明一下变频器的工作原理。
三相交流电经过VD1～VD6整流后，正极经过RL，RL在这里是防止电流忽然变大。
经过RL电流趋于稳定，晶闸管触点会导通。
之后直流电压加在了滤波电容CF1、CF2上，这两个电容的作用是让直流电波形变得更加平滑。
之所以是两个电容是由于一个电容的耐压有限，所以用两个电容串联起来使用。
均压电阻R1、R2是让CF1和CF2上的电压一样，两个电容的容量不同的话，分压就会不同，所以各并联了一个均压电阻。
而中间的放电回路作用则是释放掉感性负载启动或停止时的反电势，用来保护逆变管V1～V6和整流管VD1～VD6。
变频调速的工作原理变频器的功用是将频率固定的（通常为50Hz的）交流电（三相或单相）变成频率联系可调（多数为O-4OOH0的三相交流电。
由公式：n0=60f/p其中n0为旋转磁场的转速通常称为同步转速f 为电流的频率p 为旋转磁场的磁极对数当频率f连续可调时（一般P为定数），电动机的同步转速也连续可调。
又因为异步电动机的转子转速总是比同步转速略低一些，所以，当同步转速连续可调时，异步电动机转子的转速也是连续可调的。
变频器就是通过改变f （电流的频率）来使电动机调速的在变频器日常维护过程中,经常遇到各种各样的问题,如外围线路问题,参数设定不良或机械故障。
如果是变频器出现故障，如何去判断是哪一部分问题，在这里略作介绍。
一、静态测试1、测试整流电路找到变频器内部直流电源的P端和N端，将万用表调到电阻X10档，红表棒接到P,黑表棒分别依到R S T,应该有大约几十欧的阻值，且基本平衡。
相反将黑表棒接到P端，红表棒依次接到R、S、T,有一个接近于无穷大的阻值。
将红表棒接到N 端，重复以上步骤，都应得到相同结果。
如果有以下结果，可以判定电路已出现异常，A.阻值三相不平衡，可以说明整流桥故障。
B.红表棒接P端时，电阻无穷大，可以断定整流桥故障或起动电阻出现故障。
2、测试逆变电路将红表棒接到P端,黑表棒分别接U V W上，应该有几十欧的阻值，且各相阻值基本相同，反相应该为无穷大。
将黑表棒接到N端，重复以上步骤应得到相同结果，否则可确定逆变模块故障二、动态测试在静态测试结果正常以后，才可进行动态测试，即上电试机。
在上电前后必须注意以下几点:1、上电之前，须确认输入电压是否有误，将380V电源接入220V级变频器之中会出现炸机（炸电容、压敏电阻、模块等）。
2、检查变频器各接播口是否已正确连接,连接是否有松动, 连接异常有时可能导致变频器出现故障, 严重时会出现炸机等情况。
3、上电后检测故障显示内容, 并初步断定故障及原因。
变频调速的基本方式在电机调速时，一个重要的因素就是希望保持磁通不变量m Φ为额定值不变。
如果磁通太弱没有充分利用铁心，是一种浪费；若要增大磁通，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组果然热而损坏电机。
对于直流电机，励磁系统是独立的，只要对电枢反应的补偿合适，保持m Φ不变时很容易做到的。
在交流异步电机中，磁通是定子和转子磁势合成产生的。
三相异步电机每相电动势的有效值：·m N g k N f E Φ=11144.4 （1—1）式中：g E ——气隙磁通在定子每相中感应电动势有效值，单位为V ；1f ——定子频率，单位为Hz ； 1N ——定子每相绕组串联匝数； 1N k ——基波绕组系数； m Φ——每极气隙磁通，单位Wb由（1—1）式可知，只要控制好感应电动势和定子频率，便可以达到控制磁通的目的，因此需要考虑基频以下和基频以上两种情况。
基频以下调速由式（1—1）可知，要保持m Φ不变，当频率从额定值n f 1向下调节时，必须同时降低g E 使常值=1f E g（1—2） 即采用固定的电动势频比的控制方式。
然而，绕组中感应电动势是难以控制的，当电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压g U U ≈1，则得到：常值=11f U （1—3） 这是恒压频比的控制方式。
低频时，1U 和g E 都较小，定子阻抗压降所占的分量就比较显著，不能再忽略。
这时，可以认为的把电压1U 抬高一些，以便近似的补偿定子压降。
带定子压降补偿的恒压频比控制特性曲线有补偿的如图中的b 线，物补偿的如图中的a 线。
O Us f 1图6-1 恒压频比控制特性a b基频以上调速在基频以上调速，频率可以从n f 1往上增高，但电压1U 却不能增加得比额定电压n U 1还要大，最多只能保持n U U 11 。
由式（1-1）可知，这将迫使磁通与频率成反比的降低，相当于直流电机弱磁升速的情况。
把基频以下和基频以上两种情况合起来，可得到如图所示的异步电动机变频调速的控制特性。
PWM变频调速多电机同步传动系统控制系统摘要：本设计给出了一种用PWM变频调速控制系统，用来控制多台普通三相交流异步电机。
该控制系统用8031单片机最小系统，以及HEF4752大规模继承芯片来实现，产生的控制信号用来控制逆变元件的开关，从而产生可以调整的PWM信号来控制交流电机，完成对多台电机实现同步传动的控制，它既可以统一控制，又能微调各个电机。
该系统具有工作可靠，调节范围宽，控制精度高，同步效果好的特点，本文给出了它的硬件组成电路以及控制程序的流程软件设计。
关键词：PWM 变频调速控制多台电机Multi-motor synchronous PWM inverter driving system controlsystemAbstract:This introduced a PWM frequency control system which can be used to regular the speed of some electrical electromotor. This system used MCS-51 SCM and HEF4752 PWM chip which can make control signal to control the system. And the PWM signal produced by them can control whether the switch is open or close in this way, the PWM signal feed to the electromotor can be produced .Moreover the signal can be controlled. The system can control both single electromotor or several electromotor. The strongpoint of the system is that: reliable, wide control, high-precision. This article gives the composition of its hardware and circuit design software flow control procedures.Key Word:PWM Frequency conversion modulates velocity The multi-motor synchronization目录第一章内容概要 (1)第一节变频调速的基本知识 (4)第二节PWM原理 (5)第三节PWM变频调速主电路 (6)1 变频器的分类 (6)2 GRT驱动电路 (8)第二章数字控制系统 (10)第一节HEF4752的电路功能 (10)第二节8031单片机最小系统 (14)18031最小系统 (14)28031最小系统控制HEF4752芯片 (16)第三节测速电路 (18)第四节系统的工作过程 (21)第三章系统的抗干扰及保护 (23)第一节系统的抗干扰 (23)第二节保护电路 (24)第四章软件的设计 (26)第一节程序流程图 (26)第二节地址空间分布表 (31)程序清单 (32)第五章英文文献翻译 (45)结束语 (50)参考文献 (51)附录：英文原文 (52)第一章内容概要在纺织工业中的印花，染色，纺织，整理联合机，通常采用多台直流电机或者交流电动机传动。
变频调速电机的设计摘要在这个经济快速发展的社会，随着电力电子技术、计算机技术和自动控制技术的发展，交流调速代替DC调速已经成为现代电气传动的主要发展方向，这使得交流变频调速系统广泛应用于工业电机传动领域。
许多国外企业会在生产中应用变频技术。
此外，由于PLC功能强大、使用方便、可靠性高，常被用作数据采集和设备控制。
工作中发现身边很多设备都应用了变频技术，在接触中感受到了变频技术的重要性。
通过调节电机的速度来达到节能增产的效果，在未来必然更加重要。
变频器和可编程控制器以其优越的调速、启停性能、高效率、高功率因数和显著的节电效果，广泛应用于大中型交流电动机，被公认为最有前途的调速控制。
关键词:电气传动，变频技术，调速目录第一章导言..........................................................一1.1交流变频调速发展历史综述........................................一1.2逆变器的结构和功能........................................一1.3....................................二、逆变器的关键技术。
第二章变频器调速...................................................四2.1变频调速原理.................................................四2.2逆变器的控制模式 (5)2.3变频器调速模式 (6)第三章变频调试技术 (8)3.1变频器的结构和功能预设有.........................................8.3.2操作...................................................变频器9的第四章变频调速电机的设计 (11)4.1硬件设计 (11)4.2软件设计 (14)摘要 (20)致谢 (21)参考 (22)第一章导言1.1交流变频调速发展历史概述自1965年变频器问世以来，已经经历了40多年的发展。
永磁同步电机具有效率高、转矩高、功率密度高和调速性能好等优点，广泛应用于冶金、陶瓷以及汽车等行业。
在永磁同步电机变频调速应用中，快速调试时需要输入电机额定电压等铭牌参数。
三相永磁同步电机铭牌如表1所示，铭牌上标注电压为20～380V；若按照380V电压输入，当变频器输出频率未达到给定频率时，输出电流已经过载。
因此，如何设置额定电压值成为一个调试中必须面对的问题。
本文以G120变频器为例，研究同步电机调试方法。
表1 永磁同步电机铭牌参数电机功率/V20～380额定转速/（rad/min）1500频率/Hz4～75额定电流/A 2.5A电机接法三角形防护等级IP54电机功率/kW 1.1绝缘等级F1 三相永磁同步电机调试流程根据公式法确定电机额定反电动势，将电压值输入G120变频器进行快速调试，观察电机运行效果；如果效果良好，则完成调试；如果效果不好，应该采取第二种方法，即最小电流法，找到固定频率点下最小电流处对应的电压值。
具体调试流程如图1所示。
图1 G120驱动永磁同步电机调试流程2 公式验证法原理分析永磁同步电机反电势测量方法是在待测电机B不接任何驱动器情况下，用主动电机A拖动待测电机B旋转；主动电机A需要精确地保证恒速运行，再用示波器测量待测电机B任意两相的线电压波形，根据线电压的波形幅值计算出反电动势系数。
该方法需要我们研究两个重要参数。
第一，转矩常数。
在规定条件下，电机通入单位线电流时所产生的平均电磁转矩。
第二，反电动势常数EMF。
在规定条件下，电枢绕组开路时，电机在单位角速度下运转时在电枢绕组中所产生的线感应电动势。
对于方波驱动电机，反电势为峰值；对正弦波驱动电机，反电势为有效值。
理想情况下，当采用国际单位时，对正弦波驱动电机转矩常数K t和反电势常数K e关系如式（1）、式（2）所示。
t eK（1）()2π/60eUKn=（2）式中，K e为反电动势常数；U为电机线反电动势，对于方波驱动电机用线反电动势幅值，对于正弦波驱动电机采用有效值；N为被测点转速。
变频器多段速度控制1．变频调速的原理异步电机的转速n可以表示为式中，n2为同步转速，Δn1为转差损失的转速，p为磁极对数，s为转差率，f为电源的频率。
可见，改变电源频率就可以改变同步转速和电机转速。
频率的下降会导致磁通的增加，造成磁路饱和，励磁电流增加，功率因数下降，铁心和线圈过热。
显然这是不允许的。
为此，要在降频的同时还要降压。
这就要求频率与电压协调控制。
此外，在许多场合，为了保持在调速时，电动机产生最大转矩不变，亦需要维持磁通不变，这亦由频率和电压协调控制来实现，故称为可变频率可变电压调速（VVVF），简称变频调速。
实现变频调速的装置称为变频器。
变频器一般由整流器、滤波器、驱动电路、保护电路以及控制器（MCU／DSP）等部分组成。
首先将单相或三相交流电源通过整流器并经电容滤波后，形成幅值基本固定的直流电压加在逆变器上，利用逆变器功率元件的通断控制，使逆变器输出端获得一定形状的矩形脉冲波形。
在这里，通过改变矩形脉冲的宽度控制其电压幅值；通过改变调制周期控制其输出频率，从而在逆变器上同时进行输出电压和频率的控制，而满足变频调速对U/f协调控制的要求。
PWM的优点是能消除或抑制低次谐波，使负载电机在近似正弦波的交变电压下运行，转矩脉冲小，调速范围宽。
2．电机调速的分类按变换的环节分类（1）交-直-交变频器，则是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再把直流变换成频率电压可调的交流，又称间接式变频器，是目前广泛应用的通用型变频器。
（2）可分为交-交变频器，即将工频交流直接变换成频率电压可调的交流，又称直接式变频器按直流电源性质分类（1）电压型变频器电压型变频器特点是中间直流环节的储能元件采用大电容，负载的无功功率将由它来缓冲，直流电压比较平稳，直流电源内阻较小，相当于电压源，故称电压型变频器，常选用于负载电压变化较大的场合。
（2）电流型变频器电流型变频器特点是中间直流环节采用大电感作为储能环节，缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使电压接近正弦波，由于该直流内阻较大，故称电流源型变频器（电流型）。
