异步电机变频调速系统的设计.docx

1、目录1绪论1.1交流电机控制系统的发展和现状1.2异步电机系统控制策略2 PWM逆变器的电流滞环控制原理2.1电流控制原理与方案比较2.1.1斜坡比较PI电流控制器原理2.1.2预测电流控制器的原理2.1.3电流滞环控制器的基本原理2.2基本电流滞环控制器的分析2.3.1同步开关法2.3.2正弦滞环宽度法2.3.3自适应滞环宽度法2.3.4基于锁相环的方法2.3.5基于矢量变换的方法2.3.6其它方法2.4电流滞环控制方案选择3电流滞环控制的异步电机变频调速系统的实现3.1主电路设计3.2检测电路设计 1绪论1.1交流电机控制系统的发展和现状 电机控制系统主要分为速度控制和位置控制两大类。传统

2、的电气传动系统一般指速度控制系统，广泛应用于机械、矿山、冶金、化工、纺织、造纸、交通等工业部门。位置（伺服）系统，也就是运动控制系统是指通过伺服驱动装置将给定指令变成期望的机构运动直流电机由于控制简单、调速平滑、性能良好，一直占据主导地位，然而，直流电机结构上存在的机械换向器和电刷，使其具有一些难以克服的固有缺点，如造价偏高，维护困难，寿命短，单机容量和最高电压都受一定限制等等。交流电机（特别是异步电机）具有结构简单、坚固、运行可靠的特点，在单机容量、供电电压和速度极限等方面均优于直流电机。从20世纪30年代起，不少国家就开始进行无换向器电机控制系统的研究，但是由于条件限制，进展不大。20世纪

3、70年代初，在工业化国家，经济型交流电机调速装置已大量地使用在风机、泵类负载中，成为重要的节能手段。同时随着电力电子技术和微电子技术的迅速发展，高性能的交流电机控制系统也出现了，经过近几十年的不断努力，性能得到很大改普，成本还在下降。人们期望随着技术的不断成熟，它将在几乎所有工业应周领域中取代直流电机控制系统。 经过大约30年的发展，交流电气传动已经上升为电气传动的主流，从数百瓦的家用电气直到数千千瓦级乃至数万千瓦级的调速传动装置，可以说无所不包的都可以用交流调速方式来实现。交流调速已经从最初的只能用于风机、泵类的调速过渡到针对各类高精度、快响应的高性能指标的调速控制。 目前人们所说的交流调速

4、传动，主要是指采用电子式电力变换器对交流电机的变频调速传动，它得益于如下一些关键技术的突破性进展，它们是新型电力电子器件和脉宽调制控制技术、矢量控制技术和现代控制理论、计算机技术、新型电机和无机械传感器技术。 1)新型电力电子器件和脉宽调制(PWM)控制技术 电力电子器件的不断进步，为交流电机控制系统的完善提供了物质保证，尤其是新的可关断器件的实用化，使得高频化PWM技术成为可能。目前，电力电子器件正向高压、大功率、高频化、组合化和智能化方向发展。 典型的电力电子变频装置有电流型、电压型和交-交型三种。电流型变频器的优点在于给同步电机供电时可实现自然换相，并且容量可以做得很大。但对于应用广泛的

5、中小型异步电机来说，其强迫换相装置则显得过于笨重。因此，PWM电压型变频器在中小功率电机控制系统中无疑占主导地位。目前已有采用MOSFET和IGBT的成熟产品，其开关频率可达到15-20kHz，实现无噪声驱动值得注意的是国外正在加紧研制新型变频器，如矩阵式变频器，串、并联谐振式变频器等也开始进入实用阶段，预示着新一代电机控制系统即将产生。 2)矢量控制技术和现代控制理论 交流电机是一个多变量、非线性的被控对象，过去的电压/频率协调控制都是从电机的稳态方程出发研究其控制特性，动态控制效果均不理想。20世纪70年代初提出的用矢量变换的方法研究电机的动态控制过程，不但控制各变量的幅值，同时控制其相位

6、，并利用状态重构和估计的现代控制概念，巧妙地实现了交流电机磁通和转矩的重构和解耦控制，从而促进了交流电机控制系统走向实用化。此外，为了解决系统复杂性和控制精度之间的矛盾，又提出了一些新的控制方法，如直接转矩控制、电压定向控制和定子磁场定向控制等。尤其自从计算机用于实时控制之后，使得现代控制理论中的各种控制方法得到应用，如二次型性能指标的最优控制和双位模拟调节器控制可提高系统的动态性能，状态观测器和卡尔曼滤波器可以获得无法实畏的状态信息，自适应控制则能全面地提高系统的性能。 3)计算机技术 随着微电子技术的发展，数字式控制处理芯片的运算能力和可靠性得到了很大提高，这使得以单片机为控制核心的全数字

7、化控制系统取代以前的模拟器件控制系统成为可能。计算机的应用主要体现在两个方面，一是控制用微机，交流电机数字控制系统既可用专门的硬件电路，也可以采用总线形式，如STD、VME、Multibusll和II、GEISPAC总线等，加上通用模板或单片微机模板组成最小目标系统，对高性能运动控制系统来说，由于控制系统复杂，要求存储多种数据和快速实时处理大量信息，可采用微处理机加数字信号处理器(DSP)的方案，除实现复杂的控制规律外，也便于故障监护、诊断和保护、人机对话等功能的实现。计算机的第二个应用就是数字仿真和计算机辅助设计（CAD），仿真时如发现系统性能不理想，则可用人机对话的方式改变控制器的参数、结

8、构以至控制方式，直到满意为止。这样得到的参数可直接加在系统上，避免了实际调试的盲目性以及发生事故的可能性。 4)新型电机和无机械传感器技术 各种交流控制系统的发展对电机本身也提出了更高的要求。电机设计和建模有了新的研究内容，诸如电机阻尼绕组的合理设计以及笼条的故障检测等问题。为了更详细的分析电机内部过程，多回路理论应运而生。为了对电机实现计算机实时控制，一些简化模型也脱颖而出。目前在小功率运动控制系统中得到重视和广泛应用的是永磁同步电机。 一般来说，为了满足高性能交流传动的需要，转速闭环控制是必不可少的。为了实现转速和位置的反馈控制，须用测速发电机或光电码盘（增量式或绝对式）来检测反馈量，对于

9、方波同步电机控制系统来说，还需要检测磁极位置。目前，同时满足上述全部要求的传感器件无疑是解算器(Resolver)了。但由于速度传感器的安装带来了系统成本增加、体积增大、可靠性降低、易受工作环境影响等缺陷，使得成本合理、性能良好的无速度传感器交流调速系统成为近年来的一个研究热点。该技术是在电机转子和机座上不安装电磁或光电传感器的情况下，利用检测到的电机电压、电流和电机的数学模型推测出电机转子位置和转速的技术，具有不改造电机、省去昂贵的机械传感器、降低维护费用和不怕粉尘与潮湿环境的影响等优点。1.2异步电机系统控制策略 异步电机采用矢量控制技术及新的控制方法后，系统性能均人大提高，可望取代直电机

10、在电气控制领域中的主导地位。目前典型的已经应用或正在研究的高性能异步电机控制系统有以下几种。 1)坐标变换矢量控制系统 所谓矢量控制，即不但控制被控量的大小，而且要控制其相位。在Blascheke提出的转子磁场定向矢量控制系统中，通过坐标变换和电压补偿，巧妙地实现了异步电机磁通和转矩的解耦和闭环控制。此时参考坐标系放在同步旋转磁场上，并使d轴和转子磁场方向重合，于是转子磁场q轴分量为零。电磁转矩方程得到简化，即在转子磁通恒定的情况下，转矩和q轴电流分量成正比，因此异步电机的机械特性和他励直流电机的机械特性完全一样，得到方便的控制。为了保持转子磁通恒定，就必须对它实现反馈控制，因此人们想到利用转

11、子方程构成磁通观测器。由于转子时间常数Tr随温度上升变化范围比较大，在一定程度上影响了系统的性能，目前提出了很多Tr实时辨识方法，使系统的动静态特性得到一定提高。 2)转差频率矢量控制系统 有时为简化控制系统的结构，直接忽略转子磁通的过渡过程，即在转子方程中，令于是得到定子电流M轴分量，而定子电流T轴分量可直接从转矩参考值，即速度调节器的输出中求得，这样构成的系统，磁通采用开环控制，结构大为简化，且很适合电流型逆变器或电流控制PWM电压源型逆变器供电的异步电机控制系统。进一步简化，即只考虑稳态方程后，还可得出转差频率控制系统和开环的电压频率恒定控制系统，其精度虽然不高，但在量大面广的风机、水泵

12、负载调速节能领域中得到广泛应用。 3)直接和间接转矩控制系统 直接转矩控制法是直接在定子坐标系上计算磁通的模和转矩的大小，并通过磁通和转矩的直接跟踪，即双位调节，来实现PWM控制和系统的高动态性能。从转矩的角度看，只关心转矩的大小，磁通本身的小范围误差并不影响转矩的控制性能。因此，这种方法对参数变化不敏感。此外，由于电压开关矢量的优化，降低了逆变器的开关频率和开关损耗。电压定向控制是在交流电机广义派克方程的基础上提出一种磁通和转矩间接控制方法。这种方法把参考坐标系放在同步旋转磁场上，并使d轴与定子电压矢量重合，并根据磁通不变的条件，求得其动态控制规律，间接控制了定转子磁通和电机的转矩。为了实现

13、上述控制规律，须观测某些派克方程状态变量。此控制规律不但避免了传统矢量控制系统中繁杂的坐标变换，还可使磁通和转矩的控制完全解耦，因此，在此基础上可方便地实现速度和位置控制。2 PWM逆变器的电流滞环控制原理 异步电机的转子磁场定向控制经过20余年的不断完善，已发展成为一种应用广泛且性能良好的交流调速方式。转子磁场定向控制是通过对两个正交电流分量iml、itl的控制来达到间接的控制转矩的目的，因此电流控制在系统占据关键位置，它直接影响电机调速系统的性能。2.1电流控制原理与方案比较 异步电机的控制性能主要取决于转矩或电流的控制质量（在磁通恒定的条件下），为了满足电机控制良好的动态响应，并在极低转

14、速下亦能平稳运行这一要求，经常采用电流的闭环控制。选择电流作为被控变量可以消除定子电流的过渡过程（定子电阻、定子电感以及感应反电动势）的影响，其基本原理是：在进行定子磁场定向时，电磁转矩和磁通解耦后直接受控于定子电流的转矩分量和磁通分量，通过控制定子电流就能有效地控制转矩和磁通。另外，电流控制器在一定意义上可看成具有理想电流源的特性，可以不考虑电机的定子侧由于电阻、电感或反电动势造成的动态行为，使控制系统的阶数较低，同时也降低了控制环节的复杂性。由于交流电流调节器必须控制定子电流的幅值和相位，所以交流传动的电流调节器比直流传动的复杂。北外，稳态电流是交流而不是直流电流，所以若将在直流传动中使用

15、的常规比例积分控制(PI控制)直接应用到交流并不能产生与直流传动电流调节器相比的性能。交流传动电流调节器形成整个运动控制的内环，所以它必须有更宽的带宽且有必要具有零或接近零的稳态误差。 无论电流源型逆交器(CSI)还是电压源型PWM逆变器的可以按可控电流方式工作。电流源型逆变器本来就是电流源，它能够适应可控电流运行。与CSI相比，电压源型PWM逆变器需要更复杂的电流调节器，但它可提供更宽的带宽并可消除电流谐波，而且几乎无例外地作为运动控制的应用。电流控制电压源型PWM逆变器由通常 的电压源型PWM逆变器和电流控制环组成，使变频器输出可控的正弦波电流，其原理框图如图3-1所示。 图2-1 电流控

16、制PWM逆变器基本框图 基本的控制方法是：给定三相正弦电流信号ia*、ib*、ic*分别与电流传感器实测的逆变器三相输出电流信号ia、ib、ic相比较，其差值通过电流控制器控制PWM逆变器相应的功率开关器件，若实际电流大于给定值，则通过逆变器使之减小：反之，则增加。这样，实际输出电流将基本按照给定的正弦波电流变化，变频器输出的电压仍为PWM波形。功率开关器件的开关频率越高，电流动态性能就越好。目前，大多数系统采用的电流调节器，其开关频率或是近乎固定的或至少是有界的。 电流控制器是电流控制PWM逆变器的核心，它有许多形式，都具有控制简单、动态响应快和电压利用率高的特点。目前常见的有三大类：斜坡比

17、较PI电流控制器(PI Currcnt Controller with Ramp Comparison)、预测电流控制器(Predictive CurrentController)和电流滞环控制器(Hysteresis Current Controller)。2.1.1斜坡比较PI电流控制器原理 斜坡比较PI电流控制器输出的开关信号的频率是固定的，图3-2为其基本原理图。它是一种带电流反馈的异步三角载波正弦PWM调制器，将实际电流与给定电流的误差值经过PI控制器产生电压给定值，电压给定值与三角波相比较来获得开关信号。当电压给定信号大于三角波信号时TA+为l，反之，TA_为l。逆变器的功率开关器

18、件被强制以三角波的频率进行开关动作，产生与来自PI控制器的电压给定信号成比例的输出电压。互锁电路是用来保护功率开关器件的，防止上下桥臂直通而损坏开关管。 斜坡比较PI电流控制器存在一些问题，比如专电流误差信号的变化率大于三角波的变化率时，电流误差信号将多次穿越三角波，导致开关频率增大。另外，它还有一个内在的问题，电流的幅值和相位有一定误差。图22用于逆变器一相的基本PI电流控制器，斜坡比较PTVM2.1.2预测电流控制器的原理预测电流控制方法的原理如图3-3所示，是指在固定的采样周期T内，根据电机模型计算出的逆变器最优控制电压矢量，再选择合适的电压空间矢量，以决定三相桥臂各功率开关器件的开关状

19、态，使其在采样周期内的平均电压等于估算出的最优控制电压的控制方法。也就是说，用固定频率f采样实际定子电流，并以本次采样的实际电流与下一采样时刻预测的参考电流进行比较，求出最优控制电压以及电压空间矢量，使得电流误差最小，从而，迫使下一次采样时刻的实际电流以最优特性跟踪下一时刻参考电流的控制方法。预测电流控制法实现起来很困难，因为：(1)在每个时钟周期循环内必须对所有开关状态计算其可能的未来电流轨迹；(2)需要知道电 机反电动势的瞬时值，而该值是不易检测到的。图2-3 预测电流控制器固定开关频率2.1.3电流滞环控制器的基本原理 滞环控制是占典控制理论中一类典型的非线性控制律，具有受控对象响应速度

20、快、鲁棒性好等固有特点。电流滞环控制器就是运用滞环控制的电流控制器，它在实际电流与给定的比较中采用滞环比较器，比较器的输出作为逆变器的开关信号，图3-4是A相的基本原理图，ia*为给定的瞬时参考电流，ia为负载定子的反馈电流，B为滞环宽度（B为正值）。基本思想就是将三相定子电流给定信号与检测到的相应定子电流信号比较，若误差信号超出滞环范围，则输出相应的控制信号迫使误差向相反方向变化的。这样t电流波形围绕给定正弦波作锯齿状变化，并将偏差限制在一定的范围内，同时电压波形形成宽度被调制的PWM波形。 图2-4逆变器一相的电流滞环控制器原理图 电流滞环控制器具有电流的快速响应、准确性和固有的峰值电流限

21、制等性能，并且能够用最小的硬件来实现，在理论上不需要负载参数等信息。基于以上原因，电流滞环控制器优于其它两种电流控制器，在异步电机调速系统中得到了越来越多的应用t本文就以电流滞环控制的电压源型逆变器作为对象来展开研究。下面就对基本电流滞环控制器进行分析。2.2基本电流滞环控制器的分析 三相逆变器驱动系统的基本等效结构图如图3-5所示，它包括一个三相逆变器和交流电机，其中异步电机用其等效电路来代替，开关管采用IPM，图中开关S决定电机中性点是否直流电源中点相连，ea、eb和ec分别是三相的反电动势。图3-4所示的基本电流滞坏控制器单独作用于其中的某一相，控制相应逆变器功率开关器件的开关，下面就分

22、情况对系统进行分析。 (1)开关闭合即中性点与电源中点相连 在这种情况下，电机任一相的电流只与本相电压有关，与其它两相电压无关，并且逆变器和三相交流电机是对称的，所以不失一般性，下面以三相交流电机的a相为对象进行说明。 图2-5三相逆变器驱动系统等效结构图 电流滞环控制器的工作原理具体如下：当给定电流与反馈电流的差值时，滞环的输出为正电平，经互锁电路产生逆变器A相上下桥臂的控制信号TA+和TA_，这两个控制信号经过放大和隔离来驱动a相两个开关管Ql和Q4，使Ql导通而Q4截止，使a相电压为正，流过a相的电流增加，误差减小。相反，当时，滞环环节输出负电平，经控制电路使Q1截止Q4导通，a相电压为

23、负，a相电流减小，同样使误差减小。这样，通过电流滞环控制器的作用，电流误差满足时，达到反馈电流跟踪给定电流的目的，且使误差基本保持在滞环宽度内。 图3-6是a相电流以及电压波形示意图，从图中可以看到，内因功率开关器件的交普通断，负载电流呈锯齿状跟踪给定的参考电流，并且负载电压波形呈PWM形状，因此这种调制方法也称为电流正弦PWM，这里的正弦是指迫使负载电流以正弦形式跟踪给定的正弦电流值。 下面分析逆变器中功率开关器件的开关规律，在分析前作如下假设： 1)在稳态运行对，电机以R-L负载代替； 2)忽略功率开关器件开关切换的死区延时； 3)逆变器的开关频率很高，负载定子漏感的影响远远大干定子电阻，

24、故忽略定了电阻； 4)电机在稳态运行时，反电动势的幅值一定，以与定子电流同频率做正弦规律变化，且由于功率开关器件的导通时间很短，可以认为在丌关的周期内不变，故定性分析时不考虑电机的反电动势的影响。 图2-6 -相电流与电压波形示意图 根据图3-5可得相电压和电流的关系如下： (3-1) 实际中，ua只可能是E/2或-E/2中的一种，这依赖于功率开关器件的开关状态。但是，如果a相通过的电流是理想的参考电流，那么a相就存在假想的相电压Ua*如下： 其中，ua*和ie*都是正弦函数。 2.3电流滞环控制器的改进方案 根据上文的分析，传统的固定滞环宽度的电流控制器调制出的开关频率并不固定，且变化范围较

25、大，这就使负载电流产生过大的谐波而导致电机发热。同时，它还有另外一些缺点，比如电流误差并不能严格控制在滞环之内，负载电流与给定电流之间存在相位滞后，由于负载电流含有谐波成分而使矢量变换效果很差。并且在异步电机调速系统中一般都不考虑三相之间的耦合。这些缺点使得含有电流滞环控制器的高性能调速系统难以实现。各国学者针对这些问题提出了很多解决办法，下面就简单介绍这些方法的原理和特点及其不足之处。2.3.1同步开关法图2-7同步开关控制法一相原理图 图3-7所示的是电流滞环控制的简单的改进形式同步开关控制法，它的基本思想是在每一个等距离的采样瞬间将给定的参考电流ia*与实际电流ia作比较。若（ia- i

26、a*）B/2，则D触发嚣输出高电平，通过互锁电路和驱动电路来控制功率开关器件，迫使输出电流减小；反之，若(ia- ia*)- B/2，过程相反，即迫使输出电流增大。 在这种方法中，显然fa越高，ia越接近ia*，即输出电流的跟随性越好，同时逆变器的开关周期总是l/f的整数倍。但是同时存在一个问题，输出实际电流与给定电流的误差可能超出滞环宽度范围，导致电流失真。2.3.2正弦滞环宽度法 Ajay Tripathi和Paresh CScn在文献中提出了一种正弦滞环宽度法，其滞环宽度为正弦波，正弦波的频率和幅值根据实际电流来变化。这种方法能够减小电流纹波成分，这就减小了定子电流谐波成分，同时能够保持

27、电流滞环控制器的响应速度快和实现简单等特点。但是它也存在一个问题，在电流过零点的时候开关频率非常高。后来KMRahman等将固定滞环宽度法和正弦滞坏宽度法结合起来，提出了一种在固定滞坏宽度的基础上增加一个正弦滞环宽度的方法，它具有固定滞环控制器的开关频率相对比较低和正弦滞环宽度的频谱性好等优点。使用该方法的逆变器开关频率情况大为改善，并且实现也比较简单，但是仍然没能使开关频率保持恒定，也没有充分发挥功率开关器件的效能。2.3.3自适应滞环宽度法 BKBosc在文献n9中提出了一种自适应滞环宽度的电流控制器，根据对系统的数学分析可知，滞环宽度与负载参数和输入参数有关，所以该控制器的滞坏宽度根据系

28、统参数来变化以获得恒定的开关频率。几年后D.SOh和M.JYoun提出了改进方法，其滞环宽度根据输人电压积分器来改变，并不需要负载参数，通过数字仿真表明该方法能保持开关频率基本不变。在Tae-Woo Chun和Meong-Kyu Choi的文卷中滞环宽度根据电机速度、负载电流和中性点电压来改变，通过仿真和实验验证其，F关频率在任何情况下部能恒定不变26。随后学者们又提出了基于模糊逻辑的数字自适应电流滞环控制器和无差拍自适应电流滞环控制器等各种方法。但是这些方法无一例外的都很复杂，需要进行大量计算。2.3.4基于锁相环的方法 Luigi Malesani和Paolo Tenti在文献提出了一种利

29、用锁相环来控制逆变器开关频率的电流滞环控制器，它在最小化各相之间耦合的同时保留了滞环控制器的备种优点，由于各相之间的耦合减小了，就能使用锁相坏来控制滞环宽度，保证一个周期内开关顿率固定不变。作者在文献中又提出一种目有固定开关频率的改进型电流滞环控制器方法，即在锁相环上添加一个简单的自适应可预测滞环宽度的模拟电路，这种手段改善了相应的相位调制脉冲，减小了电流纹波，同时具有鲁棒性，稳定性很好，适合集成化。2.3.5基于矢量变换的方法 MananP Kazmierkowski和Waldemar Sulkowski在文献中提出了基于矢量变换的电流滞环控制器的实现方法。传统的矢量控制系统中的电流滞环比较

30、器的输入是给定三相电流和实际三相电流而给定三相电流是由励磁电流和转矩电流通过坐标变化得到的，它需要三个电流滞环比较器。文中提出的方法参见图3-8(a)，它只需要两个三态滞环比较器，并且它们的输入量是直流量，其输出用来选择开关状态。与传统的控制器相比有如下优点：(1)由于使用了三态滞环比较器，就可以系统的向逆变器提供零电压矢量，这样开关频率就减小了；(2)在稳定状态下，因为比较器的输入是宣流信号，所以就可以系统的进行开关；(3)励磁电流和转矩电流的谐波成分可以分别进行调节；(4)不需要计算反电动势。后来，Ting-Yu Chang等人对该控制器进行改进，不仅使用电流误差信号，还使用电流误差的导数

31、信息，以便使用霉电压矢量进一步减小开关频率。2.3.6其它方法 除了上述电流滞环控制方法外，各国学者还提出了其它方法对固定滞环宽度的电流控制器进行改进，下面分别简单说明。 Nasser HRashidi等提出的所谓内反馈的电流滞环控制器，它在每个控制器中加入内部反馈环节，通过强迫开关模式使得逆变器工作特性对负载依赖更小，很好的改善了输出电流特性。 Qunying Yao和D.GHolmes提出的使用前馈和反馈技术的可变滞环宽度的电流控制器来获取固定开关频率和良好动态响应特性，这种方法易于用硬件电路实现，对电机负载和母线电压不敏感。 Toshihiko Noguchi等提出的有高频脉动的电流滞环

32、控制器，它在固定滞环宽度的基础上增加了帽值精密的高频三角波。这种滞环控制器的特性依赖于三角波的幅值，当三角波的幅值与滞环宽度相等时，它可以克服固定滞环宽度电流控制器的一些不足。 Davide Amato等人提出了一种多变量的顺序电流滞环控制器，这种控制器的时序设计结合一个延时环节，它们产生了第二个滞环，进而减小了开关频率，并通过估计扰动来选择最佳电压矢量a同时通过分析可能的扰动方向，又得到一种改进的时序机进一步减小开关频率。2.4电流滞环控制方案选择 选择电流滞环控制方案的标准有三个：(l)系统软硬件实现简单，可靠性高；(2)开关频率变化范围小，最好固定不变；(3)性能较佳，即具有电流响应快，

33、输出电流谐波较小等优点。 上文介绍了各种电流滞环控制的改进方案，可以看出自适应滞环宽度法，基于锁相环的方法和基于矢量变换的方法等控制效果比较好，但是实现起来都比较复杂，违背了选择电流滞环控制的初衷实现简单。 根据以上选择标准，实际中选择能较好满足上述要求的同步开关法电流滞环控制。该方法实现简单由微处理器输出给定电流波形，与实际定子电流相比较得到开关信号，之后通过触发器就可以得到频率固定的开关信号。 3电流滞环控制的异步电机变频调速系统的实现 当电机稳定运行时，转差频率很小，只要维持电机磁通不变，异步电机的转矩就近似与转差频率成正比，控制转差频率就可以控制转矩，这就是转差频率矢量控制系统的原理，

34、其结构图如图3-1所示。在额定转速以F，系统磁通应保持恒定不变，此时定子电流励磁分量就是一个恒定的给定量，而定子电流转矩分量由PID调节器给定。定子电流励磁分量和转矩分量经过坐标变换后就得到给定的定子电流参考值。然后将给定电流与实际电流进行比较，结果输入同步开关法电流滞环控制器就可得到歼关信号经功率放大驱动异步电机。由于三相异步电机中性点浮空，所以三相电流之和为零，实际中就只需要两相电流值，另一相电流可以通过计算获得。3-1基于电流滞环控制的转羞频率矢量控制系统总体框图3.1主电路设计 主电路主要实现功率转换、电流检测、保护和提供辅助电源等功能，其原理图如图4-2所示。图中Rl为压敏电阻，用来

35、吸收交流输入交流电源的浪涌电压；R2与常开继电器SI配合用于软启动，防止电容充电电流过大：电容CI为整流电压滤波电容；R3为母线电流检测电阻，为了防止母线电流过大，通过一定的电路输出保护信号，主要用来保护功率开关器件，防止意外短路；R4、R5和LEDI是电容CI的放电电路LEDI指示电容电量，防止操作人员误触电：Vl-V6是功率开关器件，实际中采用智能模块IPM;电流传感器用来检测负载电流的大小；辅助电源使用单片开关电源，产生一系列直流电源供给驱动电路、数字和模拟电路，具体有+5V、+12V、-12V和四路+15V直流电源。图3-2系统主电路原理图 IPM选用三菱公司的智能模块PM60CSJ2

36、0，选用高速光耦PC900作为它的驱动：电流传感器采用TOKIN公司的KA12D霍尔电流传感器，该电流传感器的输入电流范围为-10A1OA，输出电压为0-5V；辅助电源采用美国PI公司生产的TOPSwitch系列单片开关电源芯片TOP224组成单端反激式开关电源。由于采用了IPM和单片开关电源芯片，这两个模块集成度高，所以该主电路结构简单，可靠性高。3.2检测电路设计 该控制系统检测电路主要包含电流检测电路和转速检测，下面就具体介绍这两种电路的设计与实现。3.2.1电流检测及处理 电流控制是系统的核心，所以电流的检测及处理尤为重要，图4-5是电流俭测及处理的示意图。霍尔电流传感器输出的电压平均值为2.5V，峰-峰值与输入电流成正比，最大值峰-峰值为5.OV。采用外接2.5V电压基准芯片LM385-2.5时，单片机DAC输出的给定电流的正弦波平均值为1.25V，峰-峰值最大为2.5V。由于要将负载电流与给定电流进行比较，所以首先要将两者的幅值进行统。将给定电流放大两倍j与负载电流进行比较，其偏差经放大滤波后做为滞环比较器的输入而产生PWM波形。同时，将检测到的负载电流缩小两倍并滤波限幅后输入单片机。 参考文献电力电子变流技术晶闸管变流技术应用图集555电路应用25