变频调速技术发展趋势探讨.doc

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1、变频调速技术发展趋势探讨2006-7-310:34:18【文章字体：太出尘】打卬收藏关闭一、引言交流电动机特别是界步电动机由于结构简单、价格便宜、维修方便等优点被广泛使用。但其调速性能在以前赶不上直流电动机，所以交流电动机的调速技术一直是世界各国研究的课题。201比纪60年代以后，随着电力电子技术的发展，半导体变流技术应用到交流调速系统中，特别是人规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，都为交流调速的进一步发展创造了条件。人们研究出很多类型的交流调速系统，其中冇些方法的调速性能已可与直流调速系统相媲美。

2、因此，交流调速得到日益广泛的应用，目前在调速传动领域交流电动机已冇取代直流电动机的趋势。早期的交流电动机调速方法，如采用绕线式异步电动机转子串电阻调速、笼型异步电动机变极调速，在定子绕组串电抗器调速等都存在效率低，不经济等缺点。交流变频调速的优越性早在20世纪20年代就已被人们认识，但受到元器件的限制，当时只能用闸流管构成逆变器，由丁•技资大，效率低，体积大而未能推广。20世纪50年代屮期，晶闸管的研制成功，开创了电力电子技术发展的新时代。由于晶闸管具冇体积小、重量轻、响应快、管压低等-•系列优点，交流电动机调速技术有了飞

3、跃发展，出现了交流异步电动机调压调速、串级调速等系统。20世纪70年代发展起来的变频调速，比上述两种调速方式效率更高，性能更好，在近30年得到了迅速发展。二、变频调速系统变频调速具有高效率、宽范围和高精度等特点，是目前运用最广泛且最有发展前途的调速方式。交流电动机变频调速系统的种类很多，从早期提出的电压源熨变频器开始，相继发展了电流源熨，脉宽调制等各种变频器。目前变频调速的主耍方案有：交-交变频调速，交-直-交变频调速，同步电动机门控式变频调速，正弦波脉宽调制（SPWM）变频调速，矢量控制变频调速等。这些变频调速技术的发展

4、很大程度上依赖丁•大功率半导体器件的制造水平。随着电力电子技术的发展，特别是可关断晶闹管GTO,电力晶体管GTR,绝缘门极晶体管IGBT,MOS晶闸管及MTC等具有自关断能力全控功率元件的发展，再加上控制单元也从分离元件发展到大规模数字集成电路及采用微机控制，从而使变频装置的快速性，可靠性及经济性不断提高，变频调速系统的性能也得到不断完善。三、SPWM控制技术正弦波脉宽调制（SPWM）技术在变频器中得到广泛的应用。SPWM变频器调压调频一次完成，整流器无需控制，简化了电路结构，而且由于以全波整流代替了相控整流，因而提高了输

5、入端的功率因数，减小了高次谐波对电网的影响。此外，由于输出波形由方波改进为PWM波，减少了低次谐波，从而解决了电动机在低频区的转矩脉动问题，也降低了电动机的谐波损耗和噪声。PWM技术的应用是变频器的发展主流。SPWM的调制原理是使变频器的输出脉冲电压的面枳与所希望输出的正弦波在相应区间内面枳相等，改变调制波的频率和幅值即可调节逆变器输出电圧的频率和幅值。SPWM变频器的输出电压虽然接近于正弦波，但感应电动机本身因为气隙磁通、转速与转子电流是强藕合的，所以调速性能不如直流电动机，采用矢量控制技术可提高其调速性能。矢量控制的原

6、理是采用处标变换的方法，以产生相同的旋转磁势和变换后功率不变为准则，建立三相交流绕组，两相交流绕组和直流绕组三者之间的等效关系，从而求出与交流电机等效的肖•流电机模型，即实现交流电动机的解耦，以便按照对直流电动机的控制方法对交流电动机进行控制，矢量控制要求由磁通观测器测出实际转子磁链幅值及相位，因此如何利用先进理论和技术实现转子磁链位置的精确观测是矢量控制技术的重要课题。四、PWM技术的新发展变频调速系统是山主电路和控制电路两部分纽成，近年来变频调速技术的发展重点在于控制电路部分，即PWM技术的产生和实现方法。五、电流控制

7、PWM技术电流控制PWM技术是一种新颖的控制技术，近年来得到了相当大的发展及较广泛的应用。电流控制PWM技术冇不同的线路方案来实现，其共同特点是：通过临测电感电流玄接反馈去控制功率廿关的占•空比，使功率开关的峰值电流宜接跟随电压反馈回路屮误差放大器输出的信号变化而变化。电流控制PWM技术常用的控制方法有：1线性电流控制：线性电流控制也叫正弦-三角形电流调节器或斜坡比较电流调节器，它适用于大量应用场合，尤其适用丁•中、低性能的传动，具有控制简单、对负载参数不敏感及具有较强鲁棒性的特点，而它的性能随着现代功率器件开关频率的增加

8、而得到改善。2滞环电流控制：滞环屯流控制是一种瞬态反馈系统，逆变器输出电流跟随给定电流。因为给定电流为正弦波，所以实际输出电流被限制在TT弦波形的给定电流周围脉动，基木上是正弦波。该方法的优点是快速的瞬态响应，高度的准确性及较强的魯棒性。然而，滞环电流控制与当今的全数字化趋势不相适应，因为它的瞬态响应性