交流电动机调速系统的研究

11近年来，随着能源日益减少，新型节电设备的不断更新和科学技术的飞跃发展，合理化的设计和节电设备的日益广泛应用，给人们工作和生活带来了更多的方便。1交流电动机调速系统的发展过程1.1交流电动机励磁调速早期用原动机来驱动一台发电机，而通过控制发电机的励磁来调节发电机的输出电压，借此来调节被驱动电机的转速和电机有功功率输出，还可以关闭和起动电机。1.2电流电动机可控整流调速随着科学技术不断发展，发明了通过晶闸管的导通时间来控制电压（可控整流技术）。首先是调速系统响应速度得到了很大提高，并且很好地解决了低速情况下的电流断续问题。可控硅调速是用改变可控硅导通角的方法来改变电动机端电压的波形，从而改变电动机端电压的有效值，达到调速的目的。1.3内容摘要1.3.1变频调速方法变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要通过变频器进行，变频器可分成交流－直流－交流变频器和交流－交流变频器两大类，目前国内大都使用交流－直流－交流变频器。变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数），通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。1.3.2变极对数调速方法这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。变频器调速的特点是平稳、可根据需要调节速度，是未来交流电动机的发展方向。2交流电动机调速系统方案论证2.1单片机调速随着全球范围的数字化控制系统的发展，人们对数字化信息的依赖程度也越来越高。实现调速系统全数字化控制不仅能使交流调速系统与信息系统紧密结合，而且可以提高交流调速系统自身的功能。由于交流电机控制理论不断发展，控制策略和控制算法也日益复杂。扩展卡、滤波器、FFT、状2012年第21期（总第228期）NO.21.2012（CumulativetyNO.228）交流电动机调速系统的研究李忠永吕凤梅（北京忠永五环机电设备有限公司，北京101400）摘要：文章首先论述了交流电动机调速系统的发展过程；其次论述了目前变频调速的基础技术，并对控制系统的主电路、控制电路、电气控制电路以及实现控制多元化的实施方案进行了论证；最后完成了电动机调速相应的电气控制电路功能的设计。关键词：三相异步电动机；通用变频器；PWM技术；全数字化控制系统中图分类号：TM921文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）21-0010-0312态观测器、自适应控制、人工神经网络等均应用到了各种交流电机的矢量控制或直接转矩控制当中。因此，DSP芯片在全数字化的高性能交流调速系统中找到施展身手的舞台。在交流调速的全数字化的过程当中，各种总线也扮演了相当重要的角色。STD总线、工业PC总线、现场总线以及CAN总线等在交流调速系统的自动化应用领域起到了重要的作用。2.2PWM调速PWM控制是交流调速系统的控制核心，它可以完成任何控制算法的最终实现。关于PWM控制方案已经在各领域有了多个版本的应用，尤其是微处理器技术应用在PWM技术之后，总是不断有新的技术更新，从开始追求电压波形的正弦，到电流波形的正弦，再到磁通的正弦；从最初效率最大化、转矩脉动少到后来的以消除噪音为主攻课题，这些都是PWM控制技术的不断升级和完善。目前，越来越多的新方案不断地被提出和应用，说明这项技术的应用空间十分广泛。其中，空间矢量PWM技术以其电压利用率高、控制算法简单、电流谐波小等特点在交流调速系统中得到了越来越多的应用。V/f恒定、速度开环控制的通用变频调速系统和滑差频率速度闭环控制系统，基本上解决了异步电机平滑调速的问题。然而，当生产机械对调速系统的动静态性能提出更高要求时，上述系统还是比直流调速系统略逊一筹。原因在于，其系统控制的规律是从异步电机稳态等效电路和稳态转矩公式出发推导出稳态值控制，完全不考虑过渡过程，系统在稳定性、起动及低速时转矩动态响应等方面的性能尚不能令人满意。异步电机是一个多变量、强耦合、非线性的时变参数系统，很难直接通过外加信号准确控制电磁转矩，但若以转子磁通这一旋转的空间矢量为参考坐标，利用从静止坐标系到旋转坐标系之间的变换，则可以把定子电流中励磁电流分量与转矩电流分量变成标量独立开来，进行分别控制。这样，通过坐标变换重建的电动机模型就可等效为一台直流电动机，从而可像直流电动机那样进行快速的转矩和磁通控制即矢量控制。3交流电动机调速系统主电路设计综合设备除了计算机外，其他设备的传动、机床、机器人和自动装置的传动、电动汽车以及火车传动等，都离不开调速系统。经过漫长的发展，交流调速电气传动已上升为电气调速的主导潮流，一步一步取代传统