感应电机变频运动控制策略和实现方式的比较.doc

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1、感应电机变频运动控制策略和实现方式的比较陈奇（福建信息职业技术学院福州邮编350003）摘要：通过对各种交流感应电机变频运动控制策略和硬件实现方式的分析比较，结合现代大规模可编程逻辑器件FPGA/CPLD及其EDA开发工具的发展状况，指出大规模FPGA/CPLD在交流变频领域的应用时机已经成熟，特别是在变频器和电机的一体化、单芯片变频运动控制系统的高集成化和灵活性方面具有其它方式无可比拟的优势。Abstract：ThroughthecompareandanalysisoftheinvertercontrolstrategyofACInductionmotorandthenewdevelopm

2、entoflagerscaleprogrammablelogicaldevice,thispaperpointoutthatpresentdoiswelltimefortheapplicationofLSIinACinvertercontrol，especialintheareaofincorporateofACmotorandtheinverter、singlechipinvertermotioncontrolsystemforhighintegrationandflexibilitymotioncontrol.关键词：感应电机；变频；运动控制；可编程逻辑器件；FPGA/CPLDKeywo

3、rd:InductionMotor,Inverter,motioncontrol,programmablelogicdevice，FPGA/CPLD一，综述交流异步电动机以其稳定可靠的运行性能，十分理想的运行经济性能，以及极其有限的运行维护要求获得了绝对广泛的应用，几乎所有通用机械的源动力均来源于交流异步电动机，其机械源动力的主导地位经久不衰。然而，交流异步电动机的运行原理使其调速方式完全不同于直流电动机。异步电动机诞生以来，它的调速难度始终困扰着人们。现代变频调速理论的出现以及随着计算机电子电力和传感器技术的发展终于使人们在异步电动机的应用上有了灵活、高效、节能的调速手段。变频调速在调速范

4、围，调速精度，动态响应，低速转矩，通讯功能，智能控制，功率因数，电能节约，工作效率，使用方便等许多优异的性能，是其他的交流调速方式无法比拟的。变频调速技术的继续发展和完善无疑具有非常显著的经济效益和社会效益。本文将在回顾已有的异步交流电动机运动控制理论和电力电子技术成果的基础上，探讨大规模集成可编程逻辑电路芯片（FPGA/CPLD）在将来的交流异步电机变频调速控制及其机电一体化系统中的应用前景。二，变频控制策略1）恒V/F电压/频率控制是在三相异步电机变频变速控制中使用最为广泛的方法。为了调整电机速度，改变主供电压的同时必须相应调整频率，以保持恒定的定子磁通量与恒定的最大转矩。定子电压按以下

5、规律调节：（其中：Vso－零频时定子电压，Vsn－额定定子电压，fn－额定频率）Vs＝（Vsn－Vso）+Vso（当）Vs＝Vsn（当）该算法简单实用，可以开环运行，成本低、易于实现。由于该技术建立在电机的稳态数学模型基础上，动态转矩能力和静态调速性能都不尽人意，通常只用在对调速要求不高的场合，且已面临逐渐被淘汰的命运。1）SVPWM空间电压矢量（磁通轨迹法）图1、PWM逆变桥电压矢量该控制技术以被控电机的旋转磁场接近圆形为目标，将逆变器和电机看成一个整体，在建立了空间电压矢量概念和逆变器功率器件的开关组合后，通过直接控制逆变器的开关状态，就可产生PWM电压波形，又通过改变空间电压矢量的方向

6、和作用时间，即可达到使电机定子磁通空间矢量的幅值近似稳定，顶点沿圆形轨迹移动，平均速度可调的目的。与SPWM方法相比,其谐波电流和脉动转矩小,直流电压利用率高,但该技术仍以电机的稳态模型为基础，且没有引入调节转矩的环节，还是难以实现动态控制。SVPWM法利用三相PWM逆变桥六个开关管的通断组合产生8个电压矢量U0~U7,如图1,其中6个非零空间电压矢量U1-U6和2个零矢量U0和U7。因逆变桥每相的上下臂不能同时导通，可用开关量Sa＝1表示A相上臂导通，下臂断开，B、C相同样可用Sb、Sc来表示，则定子电压综合矢量Us和定子综合磁链Ψs可表示为：上式表明,控制电压矢量Us即可控制磁链矢量的运

7、动轨迹和速率。当施加非零电压矢量Us时,Ψs沿Us方向移动;当施加零电压矢量时,Ψs停止不动。因此交替使用8个电压矢量,使Ψs的轨迹逼近圆，从而使输出的电压空间矢量以期望的速度旋转。此时的三相开关模式即为所求的PWM信号。通常将圆周分成六个扇区见图2，而电压综合矢量则可用与所在扇区相关的二个非零矢量和一个零矢量来合成，非零矢量和零矢量在一个PWM周期内作用时间的计算公式是：(T1,T2为非零矢量作用时间,T0