智能化感應電機變頻調速系統的設計

朱宗震 王超超 張鵬

摘 要：本文對智能化感應電機變頻調速系統進行了簡單介紹，重點講解了矢量變換控制交流變頻調速系統和直接轉矩控制交流調速系統的工作原理，對恒壓頻比變頻調速系統效率的優化方法進行了闡釋。本文還結合具體的感應電機直接轉矩控制系統模型進行仿真實驗，說明了智能化感應電機變頻調速系統的重要作用。

關鍵詞：感應電機變頻調速系統；工作原理；優化方法；仿真實驗

中圖分類號：TM346 文獻標志碼：A

1 智能化感應電機變頻調速系統概述

智能化感應電機變頻調速系統是21世紀應用最為普遍、范圍最廣泛的一種交流調速系統。當今社會常見的交流調速系統的組成部分主要包括：交流電動機、電量檢測器、控制器和電力電子功率變換器等。

其中，變頻器中包含了電量檢測器、控制器以及電力電子功率變換器。因為智能化感應電機變頻調速系統的結構通常較為簡單，并且牢固性好，需要的維護量少，價格也相對便宜。因此，在現代工農業生產過程中，智能化感應電機變頻調速系統受到了大量的追捧與好評。就智能化感應電機變頻調速系統的結構而言，可以說，其是工作機械、變頻器以及感應電動機等裝置共同合成的機電系統。

在電機調速系統中，電機調速系統被分成了異步和同步兩種電動機調速系統。而對于同步電機調速系統而言，其又被劃分成為他控式和自控式兩種變頻調速系統。對于異步電機調速系統而言，其又被劃分成為三大類調速系統，它們分別是：

①直接轉矩控制交流調速系統。

②矢量變換控制交流變頻調速系統。

③恒壓頻比控制交流調速系統。

因為在現代社會中對矢量變換控制交流變頻調速系統以及直接轉矩控制交流調速系統的運用最為常見，因此，本節將對以上兩種調速系統做重點介紹。

1.1 矢量變換控制交流變頻調速系統

通常情況下，由于矢量變換控制交流變頻調速系統工作原理的關系，其又可以被稱之為磁場定向控制。下面對矢量變換控制交流變頻調速系統的原理進行簡單說明。

在矢量變換控制交流變頻調速系統中，一般把磁場的矢量方向認為是坐標軸的基準方向，而電動機中的電流大小與電流方向通常以瞬時值進行計算。基于以上分析，矢量變換控制交流變頻調速系統進行運作的目的就是為了把位于三相坐標系中形成的定子電流轉變成為二相靜止坐標系中存在的交流電流，并在此基礎上利用定子磁場的轉換作用，形成相應坐標下的支流電流。也就是說，矢量變換控制交流變頻調速系統工作的實質在于：通過等效轉變，把交流電流轉化為直流電流，從而實現對速度與磁場的控制，并在此基礎上通過對轉子磁鏈的控制，使定子電流被分解開來，進而獲取相應的轉矩及磁場。最后，再利用矢量坐標進行相關換算，以充分發揮矢量變換控制交流變頻調速系統良好的調速功能。

1.2 直接轉矩控制交流調速系統

在直接轉矩控制交流調速系統中，其轉矩的控制主要是通過對電流和磁鏈的控制間接實現的。而所謂的直接轉矩控制，實際上是利用空間矢量分析法，通過定子磁場定向的方式達到對定子磁鏈以及電磁轉矩直接控制的目的。這種方式不僅是矢量轉換過程中必需的、大量的空間計算過程被全部省略，而且降低了因為參數變化造成調速性能受到影響的可能性，使交流調速系統整體性能大幅度提升。可以說，直接轉矩控制交流調速系統對感應電機的變頻調速系統的發展與進步做出了巨大的貢獻。

2 恒壓頻比變頻調速系統的效率優化

進行恒壓頻比變頻調速系統優化的目的在于：盡可能地把智能化感應電機變頻調速系統的運行工況控制并穩定在最佳狀態。想要實現恒壓頻比變頻調速系統的效率優化，其關鍵在于：

2.1 對恒壓頻比變頻調速系統的最優轉差頻率進行控制

如果電機運行狀態相對穩定，并且不計電磁飽和情況、機定轉子漏感以及環境溫度造成的電機參數的極小變化，可以通過下式計算得到電機的最優轉化頻率。

最優轉化頻率計算方法可以有效實現對電機最優轉化頻率的控制，可以為保證電機位于最佳狀態提供強大的支撐。

2.2 對恒壓頻比變頻調速系統的結構進行控制

要想使電機能夠充分發揮其最大效能，那么除了對恒壓頻比變頻調速系統的最優轉化頻率進行嚴格把控之外，根據具體運行環境和條件，合理控制電機結構，最大限度地減少結構可能產生的影響也十分關鍵。

3 感應電機直接轉矩控制系統模型與仿真

下面通過電機仿真實驗驗證電機的實際效果，圖1為智能化感應電機直接轉矩控制系統仿真圖。

以圖1為基礎，在原電機中加入定子磁鏈計算模塊以實現電機效率的優化。實驗表明，當電機處于空載運行狀態以及增加負載運行的時候，其可以在極短的時間內進入穩定狀態。當把系統調整至最佳效率位置時，在沒有負載狀態下電機保持穩定運行。當施加5N·m負載轉矩的時候，電機損耗降低，效率提高。當施加10N·m負載轉矩的時候，電機損耗繼續減少，效率進一步提高，不過變化相對偏小。基于以上分析可以得出，當電機直接轉矩控制系統位于輕負載狀態的時候，其優化效果最為明顯。

結語

為了方便生產與生活，更好地服務于大眾，必須高度重視智能化感應電機變頻調速系統的研發與發展。

參考文獻

[1]趙相賓，夏長亮，宋國蘭.變頻調速技術的進展[J].電力電子技術，2005，39（6）：145-148.

[2]楊敏紅，項安，侯智斌，等.感應電動機轉差頻率控制系統的最優效率研究[J].微特電機，2012，40（9）：4-5.