浅谈交流电机的变频调速

2012年5月（下）
工业技术
科技创新与应用
浅谈交流电机的变频调速
王建峰
秦庆国
李永军
任建业
（潞安集团王庄煤矿机修厂，山西长治046031）
交流电机变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。

变频调速以其优
异的调速和起制动性能，高效率、
高功率因数和节能效果，被国内外公认为最有发展前途的调速方式。

1交流变频调速技术的发展与研究现状20世纪70年代后，大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，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力
拖动媲美。

在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，成为现代调速传动的主流。

在冶金、交通、机械、电子、石油化工、纺织、制药、造纸、家用电器、电力牵引等工业领域得到了广泛的应用，产生了巨大的经济效益。

同时变频调速传动系统无论在性能、装置体积、设备维护还是在节能乃至环保等方面也都体现了巨大的优势。

从总体上看我国电气传动的技术水平较国际先进水平差距10-15年。

在大功率交流无换向器电机等变频技术方面，国内只有少数科研单位有能力制造，但与国外还有相当差距。

而这方面产品在诸如抽水蓄能电站机组起动及运行、大容量风机、压缩机和轧机
传动、
矿井卷场方面有很大需求。

在中小功率变频技术方面，国内几乎所有的产品都是普通的V/f 控制，仅有少量的样机采用矢量控制，品种与质量还不能满足市场需要，每年大量进口。

国内交流变频调速技术产业状况表现如下：1.1变频器的整机技术落后，由于力量分散，也没有形成一定的技术和生产规模。

1.2变频器产品所用半导体功率器件的制造业几乎是空白。

1.3相关配套产业及行业落后。

1.4产销量少，可靠性及工艺水平不高。

2交流变频调速的优异特性：
2.1调速时平滑性好，效率高。

低速时，特性静关率较高，相对稳定性好。

2.2调速范围较大，精度高。

2.3起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显。

2.4变频器体积小，便于安装、调试、维修简便。

2.5易于实现过程自动化。

2.6在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低。

3交流变频调速的简单设计
交流电机变频调速系统包括主电路和控制电路两部分，主电路主要完成功率的转换，它的结构是随着电力电子技术的发展而发展的，特别是从半控器件到全控器件的过渡标志着变频装置在性价比
上可以与直流调速装置相媲美；控制电路主要完成对变频主电路提
供各种控制信号，它是随着数字控制技术的发展而发展的，而且数字技术的应用不仅提高了调速系统的精度和可靠性，而且还为现代控制理论与方法在交流调速中的应用提供了物质基础。

3.1在交流变频调速系统中，主回路作为直接执行机构，其可靠性和稳定性直接影响着系统的运转，因此，必须选择合适的主电路。

交-直-交变频电路实现由整流器将电网中的交流电整流成直流电，经过滤波，然后由逆变器逆变成交流电供给负载。

中间环节采用在理想情况下是一种阻抗为零的恒压源的大电容滤波；在主电源方面，由于电动机是不需要频繁制动和反转的，所以选择不可控二极管整流桥方式。

滤波电路采用阻容方式。

逆变电路为三相全桥形式；在功率器件方面，由于变频调速系统，一方面要求开关频率足够高，另一方面要求有足够的输出容量，所以采用驱动功率小而饱和压降低的IGBT 。

在变频调速系统中，电动机的降速和停机，是通过逐渐减下频率来实现的。

这时，从电动机的角度来看，电动机处于再生制动的工作状态；从变频调速系统的角度来看，拖动系统在转速下降时减少的动能，由电动机"再生"电能后，在变频主电路的直流环节中被消耗掉了。

归根结底，是通过消耗能量而获得制动转矩的，属于能耗制
动状态。

为此，
在系统电路中设计了由VE 、RE 、VDE 组成的放电回路，以免过高的直流电压使各部分器件损坏。

3.2控制电路作为交流电机变频调速系统的核心部分，在影响整个系统的性能方面占有极其重要的地位，而控制系统的性能又取决于其运算速度和控制精度，这在某种程度上依赖于实现该系统的电子芯片。

在控制逆变部分，根据PWM 波形的生成原理，采用VHDL 语言，从硬件和软件上采用基于CPLD ，用于IGBT 控制的数字化PWM 波形产生器的实现方法；根据系统的设计要求，选择了转速负反馈控制，提高了系统的精度和稳定度。

保护电路主要包括系统过压、过流、以及泵升电压的保护等。

控制电路和保护电路作为交流电机变频调速系统的核心部分，在影响整个系统的性能方面占有极其重要的地位，它主要是向变频主电路提供各种控制信号，以使主电路安全、可靠的工作。

控制电路框图
摘
要：本文通过对交流电机的变频调速的优异特性、简单设计和发展现状、
趋势的分析，
对交流电机的变频调速进行了深入研
究和探讨，对交流变频调速技术具有重要的借鉴意义。

关键词：交流电机；变频调；IGBT ；CPLD ；PWM 主电路的原理图
96
-
-。