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三相感应电机利用按顺序输送到定子线圈中的三相电流形成旋转磁场。从而使线圈或笼式线圈内产生电场来驱动转子。转子、同步速度和旋转磁场之间的速度差称为滑差。

我们提供全系列的功率半导体元件和集成电路,包括分立式IGBT和功率MOSFET、以及电源模块和智能电源模块(IPM)、高压栅极驱动器和功能强大的STM32微控制器,这些都是实现高效变频驱动(VFD)电机控制时所需要的。

为了帮助缩短和简化设计周期,我们提供完整的硬件生态系统 — 评估板和参考设计 — 以及各种固件和软件库。

三相感应电机的工作原理

在三相交流感应电机中,有三个定子绕组,每个绕组通常分为两半,而转子绕组则由端环短路。当电流经过定子相对两侧的线圈时,会建立一个两极电磁体,从而形成一个两极电机。依次对每个电磁体施加相位会产生足以使转子开始移动的旋转磁场。

三相交流感应电机更多绕组可以在电机中产生更多磁极,需要更复杂的控制,但转子定位的准确性更高。例如,四极电机被视为电动汽车电机驱动所需转矩和响应能力的最佳选择。但是,只有采用更复杂的控制方案,才能实现更高的极数。

典型驱动具有三个半桥,每个半桥向定子输送正弦波电压。采用具有高压栅极驱动器的功率MOSFET或IGBT,或是结合了三个半桥和相关栅极驱动的功率模块。这些可以使用标量算法来改变电压以确定相的频率或伏特/赫兹。矢量控制或磁场定向控制(FOC)等更复杂的算法用于控制高端电机中多相的频率,目前在三相感应电机范围内越来越流行。

多相电动机通常包括使用多极的三相电机。

自启动和软启动控制器

三相交流感应电机中使用了软启动控制器,以减少自启动电机上的负载以及启动期间电机的电流浪涌。这样可以减少电动机和轴上的机械应力,以及连接的电源电缆和配电网络上的电动应力,从而延长了系统的使用寿命

感应电机的涌入电流可以是工作电流的七到十倍。为了克服启动条件,启动转矩可能会高出3倍,从而在电机组件上产生机械应力。因此,电子软启动器采用控制系统以暂时降低电压或电流输入直到感应电动机达到其同步速度的方式来降低转矩。

数字软启动控制器在启动过程中连续监测电压,以适应电机的负载,提供平稳的加速和速度控制。一般通过连接的可控硅整流器(晶闸管)分别控制每个相来实现最佳控制。

直接转矩控制

三相感应电机的转子中产生的转矩与每个定子磁极产生的磁通量、转子电流和转子功率因数成正比。直接转矩控制(DTC)是变频驱动中使用的一种技术。来自于根据电机的电压和电流估算的磁通量。将其与参考值进行比较以控制转矩。

通过更改参考值,可以快速改变磁通量和转矩,使电机更高效,而且,由于只使用精确电流,因此可以减少功率损耗。同时也避免了转子过冲,从而可以更精确地控制电机。

故障诊断

三相感应电机几乎是所有工业过程中关键组成部分。因此,有许多故障检测和诊断方法 可以确保电机保持生产线的运转

然而,尽管这些电机具有很高的可靠性,但大多数方法都需要大量专业知识才能成功应用,包括电压、电流、振动或热特性。因此,需要更简单的方法,以便生产线操作员能够做出可靠的决策。电机制造商希望减少电机中传感器的数量,因为传感器可能会出现故障并导致可靠性问题。

转子故障在生产过程中属于小故障,可能由生产故障或电机运行时转子上的机械、环境、电磁或热压力引起。即使这些故障最初很小,但随着时间的推移,故障也会扩大,转子断裂或破裂可能导致邻近部件因电流增加和热活动而发生故障。

机械学习越来越多地被用来监测电机的性能,比较控制系统中使用的不同类型数据的模式,以预测任何潜在的故障。

方框图:三相感应电机控制

Picture Solution
100W High Voltage Motor Control Solution for 3-phase Inverters
SL-MCIMC00302V1
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      功率器件的ST PowerStudio动态电热模拟软件
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      STM8S和STM8A BLDC和ACIM电机控制固件库V1.0(UM0708)

      STM8微控制器软件 ST
      STSW-STM8020

      描述:

      STM8S和STM8A BLDC和ACIM电机控制固件库V1.0(UM0708)