[发明专利]一种适用于振动时效的交流变频控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种交流电机在振动时效中应用的变频控制方法。

背景技术

振动时效(Vibrating Stress Relief，简称VSR)，旨在通过专业的振动时效设备，使被处理的工件产生共振，并通过这种共振方式将一定的振动能量传递到工件的所有部位，使工件内部发生微观的塑性变形--被歪曲的晶格逐渐回复平衡状态，位错重新滑移并钉扎，从而使工件内部的残余应力得以消除和均化，最终防止工件在加工和使用过程中变形和开裂，保证工件尺寸精度的稳定性。

传统的振动时效是通过使用直流有刷永磁电机的旋转带动固定在工件上的激振器的偏心块产生周期性激振力，使工件共振。但这种直流电机由于采用电刷换向，在转动时有噪音，同时由于在振动时效时电机需承受强烈振动，电刷处很容易产生火花，烧毁电刷和电枢头。由于这些缺点和普通交流异步电机的许多优良特性，人们一直在积极研究将普通交流异步电机用于振动时效，如中国专利文献CN1105706公开的《交流电动机驱动式振动时效处理零件的方法及设备》和CN200945478Y公开的《一种新型振动装置》，都是通过中央处理器(单片机或微机)对变频电路的电源进行控制，对振动时效的指令进行处理，将产生的电信号直接控制变频电路，变频电路对工频电压进行变频后输出给交流电动机。普通异步交流电机用于振动时效，它可获得较直流电机更大的激振力，可承受较直流电机更强的振动，更宽的频带，同时可以恒转矩工作，是其在低频下即可获得很大的激振力，有效解决了高刚性工件和超大型工件振动时效的难题。同时由于交流电机无刷，在工作时无噪音，无火花，使其使用寿命更长，还有免维护的优点。但用普通的变频器驱动交流电机存在稳速精度低、过峰能力不足、成本高等问题，所以一直以来没有得到推广使用。

目前，交流电机的转速控制是通过单片机控制功率模块(IGBT)输出一个频率和电压都受控的标准交流信号给交流电机，交流电机上设置有与单片机连接的转速传感器，形成一个闭环控制回路。其中单片机控制功率模块IGBT的信号是由通过单片机的CPU(中央处理器)计算正弦函数y＝Asinx(y为驱动信号电压，A为电压幅值，X为相位角)发出的，电机运转时单片机按设定输出对应频率和电压的交流信号驱动交流电机转动，交流电机上转速传感器将转速信号反馈给单片机，单片机通过对交流电机即时转速和控制转速的不断比较来稳速。

众所周知，交流电机的稳速是个复杂过程，稳速的时间取决于多种因素(IGBT的响应速度，CPU处理速度，函数y＝Asinx的运算速度和转速比较速度等等)，由于这些原因，用传统变频控制方法无法满足振动时效设备对调速和稳速的要求。同时由于受IGBT开关速度和死区时间的影响，实际输出并不是正弦波。在变频驱动交流电机的定子绕组时还会产生高次谐波，使变频器的驱动能力并没有理论计算的那么高，无法满足在共振峰时电机能量的输出要求。

中国专利文献CN101232270公开了一种《交流变频器的变频控制方法》，是在磁通跟踪脉宽调制实现磁通和转矩的双闭环控制过程中导入基波降音调控制，即载波自动调制技术，控制过程如下：检测逆变器与电动机之间的电压和电流物理量，到变换器计算后送入基波控制器，经计算脉冲宽度调制的基频幅宽后控制磁链和电磁转矩比较器，实现载频与脉宽的自动调制。该《交流变频器的变频控制方法》是使交流电机转矩的动态和稳态性能都得到改善，是基于磁通电流矢量和直接转矩控制的变频控制方法。不能用于振动时效时的稳速，与V/F控制模式相差甚远。

发明内容

本发明针对现有普通交流异步电机在用于振动时效时的稳速技术存在的问题，提供一种简便可靠、稳速速度高、能够满足在共振峰时电机能量输出要求的适用于振动时效的交流变频控制方法。该方法是基于V/F变频控制模式的改进方法，可使普通交流异步电机能经济安全的适用于振动时效设备中。

本发明的适用于振动时效的交流变频控制方法，是：