异步电动机变频调速控制策略的研究

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摘 要 电动机的出现和发展推动了人类现代文明前进的步伐。电动机的应用已经涉及到了人们生活、生产的各个方面，比如出行时乘坐的汽车、工厂生产时用的机器等都离不开电动机。电动机的调速性能的好坏对于节省电力、提高生产效率等有着不容小觑的影响。本文从调速技术的发展和现状出发，介绍了异步电动机调速变频调速的原理，就变频调速的基本控制方式做了阐述。

关键词 异步电动机；变频调速；控制方式

中图分类号：TM921 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）022-140-1

1 异步电动机调速技术的发展和现状

电动机作为广泛应用于日常生活以及工农业生产等各方面的动力设备，其对于人类的发展和进步有着不可忽视的影响。电动机可以分为直流电动机和交流电动机。因为交流电动机相对于直流电动机来讲，更具有优越性，因此无论是从功能上来讲，还是从用途、形式上来讲都具有多样性、不唯一性。异步电动机作为交流电动机的一类，也有着广泛的应用。异步电动机具有很多的优点，比如说转动惯量十分小、制造工艺简单、运行可靠、机身坚固耐用等。但是因为科技发展存在的滞后性，约束了异步电动机，使其不能够真正的发展成为调速电动机，只能够采用一些低消耗能的调速方法，比如定子调压和电磁调速方法。

随着动力设备和用电量的不断增加，世界各国都开始探索既符合生产发展又能够节省电力的电动机，这才真正的开启了异步电动机调速技术的新纪元。20世纪70年代之后，科技有了长足的发展，为交流调速技术发展奠定了物质基础、创造了技术条件，使得交流调速理论有了较快的发展。

通过上述对于交流调速的发展和现状的介绍，可以看出未来调速技术的发展方向。首先，将目标定为研发高性能交流调速系统，进而实现对于直流调速系统的取代；其次，对于PWM进行进一步的研发和优化；再者，做好高压变频装置的研发。

2 异步电动机变频调速原理

要想弄清楚异步电动机的变频调速原理首先要了解异步电动机的转速公式，即n=60f（1-s）/P，从上式可以看出，在转差率没有发生较大变化的情况下，n与f基本上呈正比，所以如果将供电电源频率f进行变化，就可以实现对于异步电动机的转速的调节。这种调节的方法，能够从很大程度上保证调速的范围以及很好的调速的相对稳定性。

2.1 变频调速的基本控制方式

在进行异步电机调速的时候，希望能够保持电机中每极磁通量是一个额定量。如果磁通量很少，那么就不能够使得电机的铁心得到充分的利用；但是如果增大磁通，就会让铁心过度饱和，导致励磁电流过大，严重时可能会损坏电机。

2.2 异步电动机电压、频率协调控制的稳态机械特性

2.2.1 恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性

异步电机在恒压恒频正弦波供电时的机械特性方程式Te=f（s），当定子电压和电源角频率恒定时，可以得到下式：

当s接近于1时，可忽略式中的分母Rr，就可以得到对称于原点的一段双曲线。（如图1）

2.2.2 基频以下电压——频率协调控制下的机械特性

当带负载的异步电动机稳定的运行时，电压和频率的配合方式有许多种。当电压和频率的配合不同时，其所产生的机械特性也是不一样的，所以说对于电压——频率的协调控制存在着很多的方式。

2.2.3 基频以上电压——频率协调控制下的机械特性

如图2所示，如果电压保持不变，而适当的提高频率，那么就会减弱气隙磁动势，进而导致转矩变小。但当转速适当提高时，就可以看做输入功率保持不变。因此，基频以上的调速都属于恒功率调速。

2.3 交流调速的PWM控制技术

2.3.1 恒幅PWM型变频器优缺点

恒幅PWM型变频器主要有以下优点：1）简化了主电路和控制电路的结构；2）由二极管整流器代替晶闸管整流器，提高了装置的功率因数；3）改善系统的动态性能；4）对负载有较好的供电波形。

但是PWM型逆变器也有如下缺点：1）在调制频率和输出频率之比固定的情况下，特别是在低频时，高次谐波影响较大，因而电动机的转矩脉动和噪声都比较大；2）在调制频率和输出频率之比有级变化的情况下，往往使控制电路比较复杂。

2.3.2 正弦波脉宽调制（SPWM）的优缺点

在实行SPWM脉宽调制时，同步调制和异步调制的优缺点如下：

在同步调制方式中，载波比N等于常数，变频时三角载波的频率与正弦调制波的频率同步改变，因而逆变器输出电压半波内的矩形脉冲数是固定不变的。当输出频率很低时，由于相邻两脉冲间的间距增大，谐波会显著增加，使电机产生较大的脉动转矩和较强的噪声。

异步调制是逆变器的整个变频范围内，载波比N不等于常数。一般在改变调制信号频率时保持三角载波频率不变，因而提高了低频时的载波比。其缺点是当载波比N随着输出频率的降低而连续变化时，它不可能总是3的倍数，势必使输出电压波形及其相位都发生变化，难以保持三相输出的对称性，因而引起电机工作不平稳。

3 总结

任何一个系统都具有其复杂性，异步电动机的变频调速系统也不例外。为了能够开发出高性能的交流调速系统，就要对其原理进行研究。本文只是对异步电动机的基本控制方式做了研究，进而明了如何在技术上保证调速的相对稳定性，并实现对于电机运转的控制。除此之外，我们还可以从交流调速的相关控制技术着手，比如说PWM控制技术来实现对于异步电机的变频调速。

参考文献

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