风机、泵类负荷变频调速控制器设计论文

1引言

1.1 問題的提出

三相交流非同步電機，由於轉子側的電流不從外部引入，而由電磁感應產生，故而具有結構簡單牢固、體積小、重量輕、價格低廉、便於維護等優點，備受人們的青睞。與其他電機相比，它在工農業生產設備中的佔有率一直處於絕對優勢的地位。

70年代向量控制理論的引入使交流調速實用化。相繼各類全控型器件層出不窮，變頻調速技術日新月異。從生產到日用家電涉及方方面面，已進入一個高科技應用時代，使工業化生產應用技術發生了很大的變革。變頻調速技術是現代電力傳動的主要發展方向，它在節電、提高產品品質、產量實現自動化等方面，是基本技術之一，其重要性日趨增強。特別是在電力電子、微電子及電腦技術迅速發展的今天，各種電力器件

SCR-GTR-GTO-IGBT以及GTO+IGBT的複合器件的開發，使變頻調速技術得到了迅速的發展。交流變頻調速技術已成為調速傳動技術的主流。近10年來，隨著向量控制技術和直接轉矩控制技術的發展，交流調速的性能達到和超過了直流調速，電機的交流調速價格己與直流接近或相當。因此，出現了以交流取代直流的趨勢。國外基本上已全部採用交流調速，雖還貴一點，但能從減小維護和停機時間中得到補償。我國目前直流還占一定的比例，但許多新上的項日已要求全調速。

向量控制也叫磁場定向控制。80年代初向量控制進入實用階段，經過二十多年工業實踐的考驗、改進與提高，目前已達到成熟階段。但其也有不足之處，即要進行座標變換、計算量大、變換複雜、從而限制了它的發展與應用。但隨著積體電路技術的發展，微機的速度越來越快、精度越來越高、功能越來越多，它己能夠完成交流調速系統複雜的控制任務。特別是在1982年美國德州儀器公(TexasInstruments)成功推出DSP(數字信號處理器)以後，電機調速系統己可實現全數字化。DSP系統是以數字信號處理為基礎，概括起來具有以下主要優點:

a)在一個指令週期內可以完成一次乘法和一次加法。

b)程式和數據空間分開，可以同時訪問指令和數據。

c)片內具有快速RAM，通常可以通過獨立的數據匯流排同時訪問兩塊不同的區域。

d)具有低開銷或無開銷迴圈及跳轉的硬體支持。

e)快速的中斷處理和硬體1/O支持。

f)具有在單週期內操作的多個硬體地址產生器。

g)可以並行執行多個操作。

h)支持流水線操作，使取指令、解碼和執行等操作可以重疊進行。

當然，DSP系統也存在一定的缺點。如。系統中的高速時鐘可能帶來高頻干擾和電磁洩漏，功耗較大，成本較高等。但其突出的優點己經使它廣泛地應用於通信、雷達、聲納、遙感、生物醫學、機器人、語言和圖像處理等領域。目前，我國的DSP電機控制系統尚處於研製階段，各科研單位及高校也正加大這方面的研究和開發力度。相信，在不遠的將來，DSP的運用將越來越廣，也是以後發展的趨勢。

目前，用於向量控制的調節器都使用PI調節器。對於非同步電機這樣的強非線性的系統，PI調節器的能力便略顯不足，因此，開發更為有效、非線性控制能力更強的智能控制器一直是向量控制理論研究的熱點。模糊控制器是解決非線性系統控制的有力手段，在許多實際問題的解決中己經取得了重大成功。如何將模糊控制器應用於電機調速就成了本文所研究的問題。

1.2 我國變頻調速系統的發展概況

近年來，交流調速中最活躍，發展最快的就是變頻調速技術。變頻調速技術是交流調速的基礎和主要內容。上個世紀變壓器的出現使改變電壓變得容易，從而造就了一個龐大的電力行業。長期以來，交流電的頻率一直是固定的，變頻調速技術的出現使頻率變得可調了，從而可以充分利用這一極為有用得資源。

在電力電子技術發展之前，直流電機幾乎占壟斷地位。對於直流電機，只要改變電機的電壓或者是勵磁電流就可以實現電機的無極調速，且電動機的轉矩容易控制，具有良好的動態性能。但是直流電機有其本身固有的缺點:

a)複雜，重量大，價格高;

b)電刷易磨損，維修不方便；

c)環境要求高，不適合用於易然、易爆及有腐蝕性氣體的場合;

這些都與現代調速系統要求的可靠性、可使用性、可維護性相矛盾，因此直流電動機已經難以適應現代電氣傳動的要求了。

交流電動機具有結構簡單，堅固耐用，製造方便，價格低廉，容量沒有限制，維修方便，對環境要求不高等優點，在工農業生產中得到了廣泛的應用。但是交流電機是

個非線性、強禍合的多變量系統，其可控性較差:隨著現代交流電機的調速控制理論和電力電子交流技術的發展，交流電機調速取得了突破性進展，電氣傳動交流化的時代將隨之到來。電氣傳動控制系統通常由電動機、控制裝置和資訊裝置3部分組成。電氣傳動關係到合理地使用電動機以節約電能和控制機械的運轉狀態(位置、速度、加速度等)，實現電能一機械能的轉換，達到優質、高產、低耗的目的。電氣傳動分成不調速和調速兩大類，調速又分為交流調速和直流調速兩種方式。不調速電動機直接由電網供電，但隨著電力電子技術的發展這類原本不調速的機械越來越多地改用調速傳動以節約電能，改善產品品質，提高產量。在我國60%的發電量是通過電動機消耗掉的，因此調速傳動是一個重要行業，一直得到國家重視，目前已有一定規模。今年來交流調速中最活躍、發展最快的就是變頻調速技術。變頻調速是交流調速的基礎和主幹內容。上個世紀變壓器的出現使改變電壓變得很容易，從而造就了一個龐大的電力行業。長期以來，交流電的頻率一直是固定的，變頻調速技術的出現使頻率變為可以充分利用的資源。

我國是一個發展中國家，許多產品的科研開發能力仍落後於發達國家。至今自行開發生產的變頻調速產品大體只相當於國際上80年代水準。隨著改革開放，經濟高速發展，形成了一個巨大的市場，它既對國內企業，也對國外公司敞開。很多最先進的產品從發達國家進口，在我國運行良好，滿足了我國生產和生活需要。國內許多合資公司生產當今國際上先進的產品，國內的成套部門在自行設計製造的成套裝置中採用外國進口公司和合資企業的先進設備，自己開發應用軟體，能為國內外重大工程專案提供一流的電氣傳動控制系統。雖然取得很大成績，但應看到由於國內自行開發、生產產品的能力弱，對國外公司的依賴性嚴重。

從總體上看我國電氣傳動的總體水準較國際先進水準差距10^-15年。在大功率交一交、無換向器電機等變頻技術方面，國內只有少數科研單位有能力製造，但在數位化及系統可靠性方面與國外還有相當的差距。而這方面產品在諸如抽水蓄能電站機組啟動及運行、大容量風機、壓縮機和軋機傳動、礦井卷揚方面有很大的需求。在中小功率變頻技術方面，國內幾乎所以的產品都是普通的V/F控制，僅有少量的樣機採用向量控制，品種與品質還不能滿足市場的需要，每年大量進口。

交流變頻調速技術是強弱電混合、機電一體的綜合技術，既要處理巨大電能的轉換(整流、逆變)，又要處理資訊的收集、變換和傳輸，因此它的共性技術必定分成功率和控制兩大部分。前者要解決與高壓大電流有關的技術問題和新型電力電子器件的應用技