基于單片控制的交流調(diào)速設(shè)計(jì)研究

李圣斐

摘 要：隨著電力電子技術(shù)、工業(yè)科技的增強(qiáng)，基于單片控制技術(shù)的交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)日趨完善。現(xiàn)代化技術(shù)，電力電子技術(shù)的發(fā)展不斷的促進(jìn)電子交流調(diào)速設(shè)計(jì)的發(fā)展，現(xiàn)代交流調(diào)速設(shè)計(jì)的發(fā)展引領(lǐng)著電力的發(fā)展。本文先介紹了交流調(diào)速設(shè)計(jì)的概念，然后詳細(xì)介紹了交流調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)難點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中體現(xiàn)它的價(jià)值，促進(jìn)工業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：單片控制；交流調(diào)速；變頻器

交流調(diào)速技術(shù)誕生于19 世紀(jì)，但是交流調(diào)速技術(shù)的性能還不完善，不如直流調(diào)速技術(shù)性能能優(yōu)越，因此，直流調(diào)速技術(shù)一直是電氣傳動(dòng)領(lǐng)域的主力軍。直到在20世紀(jì)50年代中期，晶體管的發(fā)現(xiàn)，使電子電力實(shí)現(xiàn)了革命性的變化。晶體原件體積小，質(zhì)量輕，耐磨耐用等優(yōu)點(diǎn)，半導(dǎo)體等晶體的應(yīng)用使電機(jī)調(diào)速所需的裝備得以在實(shí)踐中應(yīng)用。這一革命性的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，使得交流調(diào)速技術(shù)得以推廣和應(yīng)用。70年代來，隨著科技的進(jìn)步，集成電路等電子設(shè)備的開發(fā)和應(yīng)用，為交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展開闊了空間，促進(jìn)了各種類型的交流調(diào)速系統(tǒng)的飛速發(fā)展，其中單片控制的交流調(diào)速設(shè)計(jì)越來越受到人們的關(guān)注，將微處理器取代模擬電路作為電動(dòng)機(jī)的控制器，更簡單，方便。使交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展又向前邁了一大步。

1交流調(diào)速設(shè)計(jì)概述

交流調(diào)速系統(tǒng)是指以交流電動(dòng)機(jī)作為電能，機(jī)械能的轉(zhuǎn)換裝置，并對(duì)其進(jìn)行控制以產(chǎn)生我們所需要的轉(zhuǎn)速的一種電力拖動(dòng)系統(tǒng)。交流調(diào)速設(shè)計(jì)相比于直流調(diào)速設(shè)計(jì)更加簡單，堅(jiān)固耐用，易于運(yùn)行，維護(hù)維修簡單方便，慣性小等特點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，科技的發(fā)展，微電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用。我們致力于將微電子技術(shù)與交流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)合，使交流調(diào)速系統(tǒng)由微電路控制，使交流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍擴(kuò)大，系統(tǒng)更加穩(wěn)定更加精確，動(dòng)態(tài)響應(yīng)更加迅速，以便使交流調(diào)速系統(tǒng)更加方便的應(yīng)用于生活。

2交流調(diào)速系統(tǒng)的組成和技術(shù)難點(diǎn)

2.1交流變頻電機(jī)

交流變頻電機(jī)是指通過調(diào)節(jié)交流電的頻率來調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。它是一種為變頻驅(qū)動(dòng)器而設(shè)計(jì)的變頻調(diào)速電機(jī)。它的絕緣材料采用的是可以抵抗變頻器諧波突波的特殊材料，采用特殊的電磁設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。跟普通交流電機(jī)相比具有調(diào)速范圍寬，低速力矩大，低速，高速都可以長期運(yùn)行的特點(diǎn)。交流電機(jī)分異步電機(jī)和同步電機(jī)，相對(duì)于異步電機(jī)，同步電機(jī)有功率因數(shù)高、變頻容量小、動(dòng)態(tài)性能好等特點(diǎn)，所以在我國，很多大功率的變頻調(diào)速用同步電機(jī)。

2.2電力電子變頻器

隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)也取得了飛速的發(fā)展，人們根據(jù)自己的生產(chǎn)生活需求，產(chǎn)生了各種不同性能的變頻調(diào)速裝置。電力電子變頻器分為交-交變頻器和交-直-交變頻器，其中交-直-交變頻器又分為電壓源型和電流源型。

交-交變頻器直接把恒壓恒頻（簡稱CVCF）的交流電源變換成變壓變頻（簡稱VVVF）的交流電源。交-交變頻器分為兩種形式：整流器組合式和矩陣式。常用的交-交變頻器輸出的每一相都是一個(gè)由正，反兩組晶閘管課控整流裝置反并聯(lián)的可逆線路，也就是說，每一相都相當(dāng)于一套直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的反并聯(lián)可逆線路。矩陣式交-交變頻器控制復(fù)雜，結(jié)構(gòu)緊湊，效率高。并且它的輸入相電流相位可控，能夠?qū)崿F(xiàn)功率因數(shù)為1或超前的功率因數(shù)。最主要的可以實(shí)現(xiàn)能量的雙流動(dòng)性，便于電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。見圖1。

交-直-交變頻器是指先將工頻交流電源通過整流器變換成直流，再通過逆變器變換成可控頻率和電壓的交流。交-直-交變頻器根據(jù)調(diào)壓方式可分為PAM和PWM型，根據(jù)直流側(cè)電源形式分為電壓源型和電流源型。根據(jù)換流電路的不同分為串聯(lián)電感式，串聯(lián)二極管式和帶輔助晶閘管式。最后根據(jù)晶閘管通電時(shí)間的不同分為180度導(dǎo)電型和120度導(dǎo)電型。交-直-交變頻器與傳統(tǒng)的半可控晶閘管器件相比，采用自關(guān)斷電力半導(dǎo)體器件的電氣傳動(dòng)裝置。可以節(jié)約原材料，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，功率因數(shù)高，諧波污染小等優(yōu)點(diǎn)。更好的應(yīng)用于生產(chǎn)生活。見圖2。

2.3調(diào)速控制系統(tǒng)

電機(jī)的調(diào)速是指通過不同的電氣控制系統(tǒng)對(duì)直流電機(jī)和交流電機(jī)進(jìn)行控制，使其物出軸的轉(zhuǎn)速連續(xù)而任意的變化。它課分為直流調(diào)速和交流調(diào)速。交流電機(jī)磁場定向控制理論于20世紀(jì)70年代出現(xiàn)，隨后又提出交流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制，這些理論使調(diào)速控制系統(tǒng)得到了很好的發(fā)展。性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于直流調(diào)速系統(tǒng)。但是國內(nèi)對(duì)于同步調(diào)速電機(jī)的研究還有很大差距，大多研究異步電機(jī)，對(duì)于這方面還有很多空白。交流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，運(yùn)行可靠。廣泛應(yīng)用于電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中。

3實(shí)際應(yīng)用

隨著科技的進(jìn)步，技術(shù)的發(fā)展，單片控制的交流調(diào)速系統(tǒng)不斷的在電力方面得到應(yīng)用，交流變頻電機(jī)的應(yīng)用，使性能更加穩(wěn)定，交-交變頻器和交-直-交變頻器各有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，完善了我們的電力系統(tǒng)，使我們的電力系統(tǒng)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展。在實(shí)踐中不斷改進(jìn)和完善，單片控制的交流調(diào)速系統(tǒng)將使我們的生活更加方便快捷。

4結(jié)語

單片控制的交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展不斷的給電力電子器件提出新的要求。電力電子器件的發(fā)展不斷滿足交流調(diào)速的要求.一代電力電子器件帶來一代變頻調(diào)速裝置，性能/價(jià)格比一代高過一代。在人類社會(huì)進(jìn)入信息化時(shí)代后，電力電子技術(shù)連同計(jì)算機(jī)技術(shù)是2I世紀(jì)重要的兩犬技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[l]陳堅(jiān).電力電子學(xué)[M].北京：高等教育出版杜，2002.

[2]陳伯時(shí)，陳敏遜.交流調(diào)速系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，I998.

[3]陳堅(jiān).交流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型及調(diào)速系統(tǒng)[M].北京：國防工業(yè)出版社，1989.

[4]李華德.交流調(diào)速控制系統(tǒng)[M].北京：電于工業(yè)出版社，2004.endprint