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1、摘 要现代电力电子技术及计算机控制技术的迅速发展,促进了电气传动的技术革命。交流调速取代直流调速,计算机数字控制取代模拟控制己成为发展趋势。交流电机调速是当今节约电能、改善生产工艺流程、提高产品质量,以及改善运行环境的一种主要手段。本文正是以三相异步电动机为研究对象,从电动机调速的实质出发,对异步电机的调速策略进行了研究。 随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展,交流变频调速技术得到了迅速发展,其显著的节能效益,高精确的调速精度,宽泛的调速围,完善的保护功能,以及易于实现的自动通信功能,得到了广大用户的认可,在运行的安全可靠、安装使用、维修维护等方面,也给使用者带来了极大的便利。
2、因此,研究交直交变频调速系统的基本工作原理和作用特性意义十分重大。本文对异步电机变频调速矢量控制系统进行了仿真,在该系统中,我们采用了电流跟踪控制的PWM逆变电路向三相异步电机供电,能够实时反映电机的运行情况。关键词：异步电动机；交流调速；PWM变频调速Abstract With the development of modem power electronics and control technology based on computer,the technical revolution of electrical drive is promotedIt is a trend that
3、AC drive replaces DC drive and computer-aided digital control takes the place of traditional analog contro1contro1Speed-adjusting has become the major mean to improve energy efficiency,the production processes,quality of products and operational environmentTherefore,this paper researched on the asyn
4、chronous motor,and the vector control system of speed-adjusting was establishedThe strategy of vector control for asynchronous motor was researched and implemented in this paper With power electronic technology, computer technology, automatic control tech-nology is developing rapidly, AC variable-fr
5、equency system technology has been de-veloping rapidly. Significant energy efficiency and precision and broad scope of spe-ed control, perfect protection and easy to implement automatic communications, all which have win the many users acceptance . Therefore, studying the AC-DC-AC variable frequency
6、 systerm for the role of the basic working principle and characteristics of great significance.Key words: asynchronous motor ； AC speed regulation；PWM variable frequency speed regulation / 目 录1引言111现代交流调速的发展概况及趋势112 我国变频调速技术的发展状况22交流调速的基本方案421 改变磁极对数422改变转差率523 改变供电电源的频率5231 开关器件的发展是改变同步频率的关键技术6232
7、逆变电路63交-直-交变频器的工作原理931 静止式变频装置简介932 交-直-交电压型变频器的工作原理10321 单相全桥逆变电路10322 三相全桥逆变电路1233 脉冲宽度调制技术PWM技术15331 单相桥式PWM逆变电路16332 三相桥式PWM逆变电路1834 PWM跟踪控制技术-目标闭环控制20341 滞环比较方式203.4.2 三角形比较方式224变频调速在异步电机调速方面的应用及仿真2341 异步电机变频调速的仿真模型234.1.1 系统的子模块简介254.2 系统的仿真结果2743 简要分析315结论32参考文献33附录1：三相桥式电压型PWM逆变器及其工作波形34附录2：
8、异步电动机变频调速系统仿真模型351引言11现代交流调速的发展概况及趋势电气传动是以电动机的转矩和转速为控制对象,按生产机械的工艺要求进行电动机转速或位置控制的自动化系统。根据在完成电能-机械能的转换过程中所采用的执行部件直流电动机或交流电动机的不同,工程上通常把电气传动分为直流传动和交流传动。直流电动机的调速性能好,因此在调速领域中曾一直占主导地位。交流电动机与直流电动机相比,具有结构简单、牢固、成本低廉等许多优点,以前未得到大规模应用,主要是由于调速困难。随着现代科学技术的高速发展,现代电力电子技术、微电子技术、现代控制理论、微机控制技术等为交流电机调速提供了全新的理论和技术。可以说,自2
9、0世纪80年代开始,交流调速技术就已经进入了一个新的时代,也就是可以与直流调速相媲美并逐渐取而代之占据电力传动主导地位的时代。交流调速中最有发展前景的技术当属变频调速。变频调速是以变频器向交流电动机供电,并可以构建开环或闭环系统。变频器可将原先固定电压及频率的交流电源转换为可调电压和可调频率的交流电源,变频器已经称为现代交流调速的核心部件。目前变频器正向着PWM型变频器和多重化技术方向发展,交-交变频器在低速大容量系统中的应用有着明显上升的趋势。在各种变频器中,电压型PWM方式的交-直-交变频器发展的最快。从20世纪70年代末80年代初开始,由于电力电子器件的飞速发展,变频技术的不断完善,使得
10、变频器性能得到大幅度提升,同时交流电动机的控制技术也在逐步提高,由于这些因素,促使现代交流调速达到了很高的水平。全控型大功率快速电力电子器件的发展为现代交流调速提供了重要的物质保证。大功率快速电力电子器件最初是普通晶闸管,由晶闸管构成的变频电源输出的是方波或阶梯波的交变电压。然而晶闸管属于半控型器件,可以控制导通,但不能由门极控制关断,因此由普通晶闸管组成的逆变器用于交流调速必须附加强迫换相电路。20世纪70年代以后功率晶体管GTR、门极关断晶闸管GTO、场效应晶体管MOSFET、绝缘栅双极晶体管IGBT、绝缘栅门极关断晶闸管IGTO等器件陆续问世,这些器件既能控制导通,又能控制关断,属于全控
11、型器件。它不需强迫换相电路,这样使逆变器的构成简单化了。其中IGBT和IGTO又是把MOSFET技术与GTR、GTO技术通过在芯片上的集成化产生的,既具有电压型控制、开关损耗小、器件容量大、工作频率高、控制电路简单及热稳定性好的特点,又具有同态电压低、耐压高和承受电流大等优点。因此发展很快、备受青睐。IGBT正在逐步取代MOSFET和GTR,成为目前中、小型功率最为流行的器件。IGTO综合了晶闸管的高电压、大电流特点和MOSFET的快速开关特性,是很有发展前景的大功率高频功率器件。电力电子器件发展的更进一步目标是把控制、驱动、保护等功能集成化起来,构成新一代功率集成器件PIC,目前已用于交流调
12、速的智能功率模块IPM PIC是功率器件的重要发展方向。电力电子器件的不断发展,使得交流调速装置工作更加可靠,体积更趋于小型化,性能更加优势。这也使得现代交流调速在性价比上不仅能与直流调速相媲美,甚至优于直流调速。随着新型电力电子器件的不断涌现,变频技术也获得了飞速发展。以普通晶闸管构成的方波逆变器被全控型高频率开关器件组成的脉宽调制PWM逆变器取代后,SPWM逆变器及其专用芯片得到普遍应用,继而又出现了TPWM、SAPWM等其他脉宽调制方式。特别需要指出,磁通跟踪型PWM逆变器以不同的开关模式在电机中产生的实际磁通去逼近定子磁链的给定轨迹理想磁通圆,由于此方法控制简单、数字化方便,已呈现出取
13、代SPWM的趋势。电流跟踪型PWM逆变器为电流型的电压源逆变器,兼有电压和电流控制形逆变器的优点,滞环电流跟踪型PWM逆变器更因其电流动态响应快、实现方便而受到重视。PWM逆变器工作频率的进一步提高将受到开关损耗的限制,特别是大功率逆变器。近几年研究出的谐振型逆变器是一种新型软开关逆变器,由于应用谐振技术使功率开关在零电压或零电流下进行开关状态转换,开关损耗几乎为零,使其效率提高、体积减小、重量减轻、成本降低,是很有发展前景的变频器。12 我国变频调速技术的发展状况在电气传动领域,人们关心的是如何合理地使用电动机以节约电能和有目的地控制机械的运动状态位置、速度、加速度等,在实现电能机械能之间的
14、转换过程中达到优质、高产、低耗的目的。近年来交流调速中最活跃发展最快的就是变频调速技术,是交流调速的基础和主干容,其根本原因在于变频调速在节能和调速特性等方面优良的特性优于其他调速方式,当然,电力电子器件发展、计算机技术、自动控制技术的迅速发展也为它的实现提供了基础。我国关于变频调速的研究开始于20世纪60年代初期,当时典型的技术是交-交变频器供电的交流变频调速传动；继此之后80年代主体技术为电压或电流型六脉冲逆变器供电的交流变频调速传动；从90年代中期至今,随着电力电子器件、调制技术以及控制技术的发展,BJTIGBTPWM逆变器供电的交流变频调速传动空前发展,并得到广泛应用。2交流调速的基本
15、方案现代交流调速系统由交流电动机电力电子功率变换器控制器和检测器四大部分组成。电力电子功率变换器控制器电量检测器集成于一体,称为变频器或变频调速装置。现代交流调速系统可分为异步电动机调速系统和同步电动机调速系统。下面我们以异步电动机为例,来展开说明交流调速的基本方案。三相异步电动机的工作原理是：当向三相定子绕组过入对称的三相交流电时,就产生了一个以同步转速沿定子和转子圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以转速旋转,转子导体开始时是静止的,故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势感应电动势的方向用右手定则判定。由于转子导体两端被短路环短接,在感应电动势的作用下,转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用力的方向用左手定则判定。电磁力对转子轴产生电磁转矩,驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。 通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：当电动机的三相定子绕组各相差120度电角度,通入三相交流电后,将产生一个旋转磁场,该旋转磁场切割转子绕组,从而在转子绕组中产生感应电流转子绕组是闭合通路,载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁
