文档介绍：1 绪论
三相变频调速系统的研究背景和意义
在国民经济建设和国防科技事业的进程当中,交流变频调速的应用极为广泛和重要。而随着电力电子和微处理器技术的发展,调速系统也成为发展的潮流和目标。三相异步变频调速系统广泛应用于工业,农业,国防等各个领域。当前国外交流调速系统发展十分迅速各大商场推出的交流调速系统层出不穷,与国外相比,我国交流调速控制方式的研究起步较晚,技术基础薄弱,实际产品应用出现更晚。而且多数产品应用的是基本的SPWM控制,在高性能变频技术方面处于劣势。因此研究异步电动机的直接转矩控制系统对于推动我国高性能变频调速技术的发展具有积极的促进作用和重要的现实意义。随着新型电力电子器件的不断出现,三相异步变频调速系统将在实际需要的推动下快速发展。在传统的应用技术下,由于功率器件性能的限制而使电机的性能受到影响。为了极大发挥各种功率器件的特性,使器件性能对电机性能的影响减至最小,新型的电机技术和新型的控制技术,可使功率开关工作在零电压或零电流状态,从而可大大的提高工作频率,提高异步电机工作效率。
在交流调速领域中,应用最广的是交流变频调速系统技术。它主要用于需要交流电源的电压、频率可调(或恒压、恒频)的用电设备,如交流电机、中频电源及各种专用电源的中间环节等。这一技术的产生和发展为交流调速开拓了广阔的天地。国外交流调速在电气传动行业已占绝对优势,虽然国内直流调速还在大量使用,但近年来凡新建的电气传动系统均采用交流调速,其发展势头是迅速的。变频技术在供电电源方面的应用主要是:(1)将过去用电机、变压器产生交流电的地方用变频电源取代;(2)将计算机、电焊机、电子装置等用直流电源的地方改为以变频技术为核心的开关电源。变频技术在电源中的应用,极大地减小了电源装置的体积,提高了效率,产生了巨大的经济效益。
所谓变频就是利用电力电子器件(如功率晶体管GTR、绝缘栅双极型晶体管IGBT)将5OHz的市电变换为用户所要求的交流电或其他电源。它分为直接变频(又称交―交变频),即把市电直接变成比它频率低的交流电,大量用在大功率的交流调速中;间接变频(又称交—直—交变频),即先将市电整流成直流,再变换为要求频率的交流。它又分为谐振变频和方波变频。前者主要用于中频加热,方波变频又分为等幅、等宽和SPWM变频。常用的方法有正弦波(调制波)与三角波(载波)比较的SPWM法、磁场跟踪式SPWM法和等面积SPWM法等。
它是作为80年代中发展起来的高性能的新型电机调速方法,在很大程度上解决了矢量控制中计算控制复杂,实际性能难于达到理论分析结果的一些重大问题。而本文研究的正是从异步电机的数学模型出发,根据变频调速原理从简单到复杂,利用比较容易实现的正弦脉宽调制的方法调试了系统的部分硬件电路,然后根据传统直接转矩的控制原理,对于近似圆形磁链的直接转矩理论进行了实验分析。在硬件方面课题采用了目前比较流行的数字信号处理器(DSP)作为本实验的控制器,其处理速度高的特点正好符合本实验的需要;主电路中,本系统采用了集成度高的功率器件;智能模块作为逆变环节,实现了高开关效率逆变以及故障诊断的功能,从而使控制系统的体积大大缩小,控制更加灵活。
异步电机变频调速技术就是使用DSP器件及电子技术对异步电机进行变频和控制的技术。是一门综合了电力半导体器件、电力变频技术、现代电子技术、自动控制技术、DSP芯片技术等许多学科的交叉学科。随着科学技术的发展,变频调速技术又与现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等许多领域密切相关。目前,它已逐步发展成为一门包含更多学科的综合性技术学科,并在为现代通讯、电子仪器、计算机工业自动化、电网优化、电力工程、国防及某些高新技术提供高质量、高效率、高可靠性的电能方面起着关键的作用。
变频调速技术诞生至今已经近50年,它对人类的文明起了巨大的推动作用。特别是在近年来,这种技术更是取得了突飞猛进的发展,己经形成较为完整的学科体系和理论。
变频调速技术的发展主要是两个方面:一是变频调速系统所需器件的发展,因为变频调速系统器件是变频调速系统技术的基础和源头,变频调速器件的性能的提高,促进了变频调速系统技术的应用,提高了变频调速系统装置的功率,减小了体积。另一方面是变频调速系统技术在不同应用领域具体控制技术的发展。尤其是电机转速变换技术的发展与应用。异步电机变频调速技术是变频技术中最重要、最基本的共性技术。为了满足高效、高能量密度、高精度、快速响应、宽调节范围、低谐波失真和低成本的要求,变频调速技术从不控、半控强迫换流技术发展到普遍采用PWM控制和采用自关断器件的变频技术。
三相异步电机变频调速系统技术的国内发展现状
20世纪60年代中国三相异步变频系统史上发生了一场革命,异步电机由于其具有良好的起,制动性能,能够在