单相感应电动机的速度控制采用交流斩波器由不对称的PWM方法

R.Suneeth¹,P.Usha²

PG学生(PE), EEE, Dayananda Sagar工程学院,班加罗尔,印度卡纳塔克邦
教授,EEE, Dayananda Sagar工程学院,班加罗尔,印度卡纳塔克邦

文摘

在家用电器和小规模的产业,单相感应电动机是常用的。最近引人注目的努力已经在调速,单相感应电动机驱动器(SPIMD)。不同类型的PWM策略SPIMD用于速度控制的,最广泛的正弦脉宽调制和空间矢量脉宽调制策略。各种转换器技术正在SPIMD是因为它的低成本。项目描述了几个PWM策略与交流斩波器来控制单相感应电动机的速度。不对称的PWM技术已经被用于操作的电力电子开关(IGBT)交流斩波器。这个项目的主要目的是保持单相感应电动机的速度常数在不同的负载条件下通过使用不对称的PWM技术,降低了电动机电流的谐波含量,提高电机效率。在MATLAB / SIMULINK仿真进行分相感应电动机,在电动机运行在正常PWM策略,滞环PWM策略。不对称的PWM技术的硬件设计和结果讨论。

关键字

交流斩波器、速度控制、不对称的PWM和拉力。

介绍

大量汽车被用于一般用途的环境家眷设备机床在工业应用。电动机是必要的,在许多行业不可缺少的能源。这些汽车的功能和应用范围广泛。对于许多应用程序,电动机的速度控制中起着重要作用,它可以通过使用各种控制策略。

电动机转速控制器的目的是将一个信号代表要求速度,和驱动电机的速度。控制器可能会或可能不会实际测量电动机的速度。如果是这样,它被称为一个反馈速度控制器或闭环速度控制器,如果没有它被称为一个开环速度控制器。反馈速度控制更好,但更复杂,可能不需要一个简单的设计。

通常电动机的速度控制可以通过改变电机的输入参数,如电流、电压等。这可以通过各种方法如字段控制方法,电枢控制方法、沃德-伦纳德方法等对直流电机和交流电机。

现在一天,改进的电力电子设备,电机的功率流控制功率开关的开关动作(MOSFET、IGBT、IGCT等等)。速度控制的本质要求的工业传动取决于它的类型。一些驱动可能需要速度的连续变异操作,范围从0到全速,或一分之一范围的一部分。的驱动器,不过速度控制在±10%的额定转速的范围可能是合适的。

现有方法的感应电动机的速度控制电压控制、频率控制、矢量控制、改变定子磁极、转子电阻、双馈电机,克雷默电路等[1]中提到的参考。

最近在参考[2]非凡的努力已经取得了单相感应电动机的速度控制(SPIMD)驱动器。参考[3]中不同类型的PWM策略用于速度控制的感应电动机驱动器。利用脉宽调制策略,在参考[4][5]逆变器是用于驱动感应电动机的速度,AC直升机使用的参考[6][7]对感应电动机的速度控制。

在参考[3][8][9]交流斩波器是用来获取变量固定电压和频率源电压有效值。用于应用程序(如光调光器,工业加热炉。本文采用交流斩波器[7],感应电动机的速度控制是实现。交流斩波器的输入是纯正弦电压和交流斩波器即碎的输出电压感应电动机作为输入。通过改变脉冲的交流斩波器输出电压交流斩波器不同,这种方式速度感应电动机。

一般速度控制的感应电动机驱动器[4][5]使用逆变器。逆变器,一个独立的直流源或整流器(交流电转换成直流电)是必需的,这就增加了整个系统的大小。也对单相和三相感应电动机控制,用三条腿逆变器,增加组件和设计复杂性的数量将会更多。因此本文交流斩波器控制实现单相感应电动机的速度通过使用[3]不对称的pwm方法。

二世。速度控制的感应电动机交流斩波器

传统方法开始和速度控制的单相感应电动机需要外部电气设备往往相当昂贵。此外,他们需要机械开关,这是最棘手的部分。这些开关受到机械磨损,影响电机的性能。电子方法基于使用双向可控硅串联与定子主绕组或使用四个双向可控硅桥拓扑被建议来控制电机的速度。

开始仍由一个电容器的辅助绕组。在文献中许多作者提出和分析了单相感应电动机的性能与空间矢量pwm逆变器电路。在这种情况下,使用单相逆变器与固定电容器汽车或两相逆变器使用电容器时省略。这两种方法都需要复杂的电路和高成本。然而,交流斩波器时似乎是一个可接受的解决方案广泛的速度控制是必需的。

交流斩波器的推进方法用于获得变量RMS的双向可控硅电压从固定的交流过程。它用于应用程序如灯调光器、工业加热炉和感应电动机速度控制器。pwm技术的不同类型,如传统的pwm,不对称的pwm,对称的pwm等,用于驱动交流斩波器。滞环pwm技术提供了一个相当干净的输出电压波形在高功率因数,减少电机的电流谐波失真因素。图1显示了交流斩波电路的基本安排。

斩波器电路由正弦饲料供应直接从电源在50 Hz,没有初步交直流转换。斩波电路的主要工作原理可以分为两种模式

1)能量负载在任何级别的正弦电压波。

2)它消磁通过随心所欲的系统负载。

斩波器就像一个转换器,尤其是作为农用转换器,和任何inductive-ohmic负载。上面的电路,如图1所示是基于下面的部分

¯·电动机M和IGBT S2(随心所欲的开关)二极管D5一起,D6, D7和D8形式经常随心所欲的路径。

一个¯·IGBT组成的另一个部分是S1(总开关)与二极管D1、D2、D3、D4完全驱动负载。

一个¯·opto-isolator(4机n25)之间提供隔离的低压和高压侧(即单片机和ac-chopper之间分别),并提供了控制信号产生的PWM发生器主要的交流斩波器和随心所欲的开关。

一个¯·PWM发生器使用ATMEGA32微控制器集成电路。

为了避免短路的通过S1和S2的开关电源,开关总是以互补的方式工作。S1, S2必须走了,反之亦然

例如,如果在j - 1线电压是积极的J2,在开关S1。开关S1打开。在平均时间开关S2是瞬间。在这种情况下,目前是正为J1 (j - 1和J2出来的进入,)它将流经D1, S1, D3和运动。相反如果电流- j - 1(它进入J2,从j - 1)流经电动机,D2, S1和D4。

当总开关S1, S2打开瞬间这使得随心所欲的电流流经S2

三世。单相感应电动机的仿真

电机参数由空载测试发现和阻止单相感应电动机的转子试验。电机参数如图2所示。

模拟单相感应电动机的速度控制在两个不同的控制技术进行如下所示。

1)PWM(脉冲宽度调制控制

2)HPWM -滞后(不对称)脉宽调制控制

在仿真软件进行仿真,模拟的分相感应电动机被认为是由于不可用罩极异步电动机的仿真软件。Splitphase电动机的转速力矩特性是一样的罩极电机,因此分相电动机是剩下的模拟。

图3显示了线路图速度控制的感应电动机通过PWM交流斩波器技术。作为PWM技术是MOSFET的开环方法通过控制PWM发生器,相应的改变电动机的速度不会改变的控制开关和在特定的负载不会持续增加马达。这缺点导致应用其他PWM技术,一旦发动机维持或增加的负载工作在这样一个条件。为此,使用不对称的PWM技术。在这种方法中,采用PWM技术的滞后型,它创建了一个磁滞带,使误差信号躺在创建限制。将误差信号的比较得到的信号输出信号和参考信号。整个电路如图4所示。电动机转矩将与参考信号也是一个正弦信号和误差信号将举行“接力”的带宽将被设置如图5所示。继电器的输出脉冲,这是美联储的开关,交流斩波开关控制的触发脉冲产生误差信号。

四、硬件模型

本节涉及的硬件拓扑模型和组件用于硬件:单片机、交流斩波电路、速度传感和加载系统。整个硬件设置是如上面图6所示。控制单元,它由一个交流斩波器感应电动机和加载系统。

T1、T2、T3和T4中使用的变压器电路电源供应形式。IC ATMEGA32微控制器用于整个硬件过程。

rpm计数器设计感应电机的速度不断。rpm计数器是由使用反射光学传感器和一个磁盘与黑色和白色阴影图7所示。反射光学传感器包括红外发射器和光电晶体管在一个包(TCRT5000)

磁盘的反光的物体是由equiv-distance黑色和白色阴影(30)连接到电机轴。当供给给电机,循序旋转磁盘开始旋转。当供应给反射光学传感器,红外发射器发出的辐射光的反射对象(白色阴影),反映了回来。反射的光线是观察到的照片晶体管将信号发送给单片机。

获得信号的微控制器,用于计算的rpm在程序中使用这个公式。

感应电动机是利用直流电机加载。直流电机是耦合的感应电动机轴。供应给直流电机时,它变得精力充沛,旋转方向相反的感应电动机。由于感应电动机被加载,其速度降低。直流电机是作为感应电动机的负载是由一个开关控制,电位计的连接在系列直流电机的速度不同,所以,感应电动机被加载,它的速度也不同。感应电动机的负载转矩计算使用公式,

诉结果和讨论

滞后(不对称)PWM策略是由考虑到参考信号,在输出转矩信号与参考信号和误差信号产生。基于此误差信号,通过使用继电器,控制脉冲产生和美联储交流斩波开关产生相应切碎的电压和电流,如图8所示。

这些开关将控制电机的输入电压,进而控制电机的速度。速度的合成波形如图9所示。当应用的负载速度降低和常数。

同样的电路负载已经应用于步骤和结果列表是表1中给出。从结果我们可以得出结论,在HPWM方法速度保持不变甚至有一个步长变化的应用负载,一旦达到0.15 n - m的负载速度降至非常低的价值。

总谐波失真计算了考虑输出电压和电流波形,计算的500个周期被认为是50赫兹频率和在30 - 40秒以上40。结果列在表5.4正常PWM和滞环PWM(不对称)。

不对称的PWM方法用于硬件模型。电动机的运行速度设置给的指令通过单片机的帮助下键。设置速度550 rpm,切碎的输出电压的交流斩波器的电动机在加载条件如图10所示。

VI.CONCLUSION

一般速度控制的感应电动机驱动逆变器,但是在这个项目交流斩波器控制实现单相感应电动机的速度。通过实现的不对称的PWM方法负载站能力可以提高电动机和总谐波失真(THD)电机输出电流将减少相比其他传统PWM技术。

引用

p c . SEN,电机原理与电力电子,威利1999”
阿里BA-THUNYA,拉胡尔KHOPKAR,可馨,哈米德·A . TOLIYAT“单相感应电动机驱动器——文献调查“电机与电力电子实验室德州农工大学电机工程系
DO-HYUN张成泽,“提高输入功率因数在AC直升机使用不对称的PWM技术”IEEE工业电子,42卷,没有。2,pp.179 - 185。1995年4月
P.ELANGOVAN DR.C.KUMAR, V。苏雷什”,基于空间矢量调制的速度控制的感应电动机由Z-SOURCE逆变器使用比例积分控制器”工程和科学的国际期刊(ij)体积- 2问题2 pp.130 - 137, 2013
ADEMIR NIED1 JOSE DE OLIVEIRA拉斐尔•法瑞斯DE CAMPOS SELEME艾萨克SELEME JR .)和路易斯CARLOS DE SOUZA MARQUES3“空间向量PWM-DTC单相感应电动机控制”策略,电机和驱动器”
纳比尔·A·艾哈迈德,吴克群艾晓雄,渡边SAKUI”的新配置单相对称PWM交流斩波电压控制器”IEEE工业电子、46卷,没有。1999年10月5 pp.942 - 952。
M.M.R.艾哈迈德·m·苏,“交流串激电动机的速度控制采用交流斩波电压控制”IEEE电力和能源会议,IEEE 2010
GYU-HA崔承哲,艾伦•K和华莱士“AC直升机改进PWM技术”IEEE电力电子,4卷,没有。4所示。1989年10月pp.496 - 504
西里尔•g . VEINOTT约瑟夫·e·马丁,分数和SUBFRACTIONAL马力电动机,第四版,塔塔麦格劳-希尔国际版本,电气和机械工程系列。
杰克ROSENBLATT, m·哈罗德·弗里德曼“直接和交流电机械”,印度版(第二版),哥伦比亚广播公司(CBS)出版商和经销商。