智能化感应电机变频调速系统的设计

朱宗震 王超超 张鹏

摘 要：本文对智能化感应电机变频调速系统进行了简单介绍，重点讲解了矢量变换控制交流变频调速系统和直接转矩控制交流调速系统的工作原理，对恒压频比变频调速系统效率的优化方法进行了阐释。本文还结合具体的感应电机直接转矩控制系统模型进行仿真实验，说明了智能化感应电机变频调速系统的重要作用。

关键词：感应电机变频调速系统；工作原理；优化方法；仿真实验

中图分类号：TM346 文献标志码：A

1 智能化感应电机变频调速系统概述

智能化感应电机变频调速系统是21世纪应用最为普遍、范围最广泛的一种交流调速系统。当今社会常见的交流调速系统的组成部分主要包括：交流电动机、电量检测器、控制器和电力电子功率变换器等。

其中，变频器中包含了电量检测器、控制器以及电力电子功率变换器。因为智能化感应电机变频调速系统的结构通常较为简单，并且牢固性好，需要的维护量少，价格也相对便宜。因此，在现代工农业生产过程中，智能化感应电机变频调速系统受到了大量的追捧与好评。就智能化感应电机变频调速系统的结构而言，可以说，其是工作机械、变频器以及感应电动机等装置共同合成的机电系统。

在电机调速系统中，电机调速系统被分成了异步和同步两种电动机调速系统。而对于同步电机调速系统而言，其又被划分成为他控式和自控式两种变频调速系统。对于异步电机调速系统而言，其又被划分成为三大类调速系统，它们分别是：

①直接转矩控制交流调速系统。

②矢量变换控制交流变频调速系统。

③恒压频比控制交流调速系统。

因为在现代社会中对矢量变换控制交流变频调速系统以及直接转矩控制交流调速系统的運用最为常见，因此，本节将对以上两种调速系统做重点介绍。

1.1 矢量变换控制交流变频调速系统

通常情况下，由于矢量变换控制交流变频调速系统工作原理的关系，其又可以被称之为磁场定向控制。下面对矢量变换控制交流变频调速系统的原理进行简单说明。

在矢量变换控制交流变频调速系统中，一般把磁场的矢量方向认为是坐标轴的基准方向，而电动机中的电流大小与电流方向通常以瞬时值进行计算。基于以上分析，矢量变换控制交流变频调速系统进行运作的目的就是为了把位于三相坐标系中形成的定子电流转变成为二相静止坐标系中存在的交流电流，并在此基础上利用定子磁场的转换作用，形成相应坐标下的支流电流。也就是说，矢量变换控制交流变频调速系统工作的实质在于：通过等效转变，把交流电流转化为直流电流，从而实现对速度与磁场的控制，并在此基础上通过对转子磁链的控制，使定子电流被分解开来，进而获取相应的转矩及磁场。最后，再利用矢量坐标进行相关换算，以充分发挥矢量变换控制交流变频调速系统良好的调速功能。

1.2 直接转矩控制交流调速系统

在直接转矩控制交流调速系统中，其转矩的控制主要是通过对电流和磁链的控制间接实现的。而所谓的直接转矩控制，实际上是利用空间矢量分析法，通过定子磁场定向的方式达到对定子磁链以及电磁转矩直接控制的目的。这种方式不仅是矢量转换过程中必需的、大量的空间计算过程被全部省略，而且降低了因为参数变化造成调速性能受到影响的可能性，使交流调速系统整体性能大幅度提升。可以说，直接转矩控制交流调速系统对感应电机的变频调速系统的发展与进步做出了巨大的贡献。

2 恒压频比变频调速系统的效率优化

进行恒压频比变频调速系统优化的目的在于：尽可能地把智能化感应电机变频调速系统的运行工况控制并稳定在最佳状态。想要实现恒压频比变频调速系统的效率优化，其关键在于：

2.1 对恒压频比变频调速系统的最优转差频率进行控制

如果电机运行状态相对稳定，并且不计电磁饱和情况、机定转子漏感以及环境温度造成的电机参数的极小变化，可以通过下式计算得到电机的最优转化频率。

最优转化频率计算方法可以有效实现对电机最优转化频率的控制，可以为保证电机位于最佳状态提供强大的支撑。

2.2 对恒压频比变频调速系统的结构进行控制

要想使电机能够充分发挥其最大效能，那么除了对恒压频比变频调速系统的最优转化频率进行严格把控之外，根据具体运行环境和条件，合理控制电机结构，最大限度地减少结构可能产生的影响也十分关键。

3 感应电机直接转矩控制系统模型与仿真

下面通过电机仿真实验验证电机的实际效果，图1为智能化感应电机直接转矩控制系统仿真图。

以图1为基础，在原电机中加入定子磁链计算模块以实现电机效率的优化。实验表明，当电机处于空载运行状态以及增加负载运行的时候，其可以在极短的时间内进入稳定状态。当把系统调整至最佳效率位置时，在没有负载状态下电机保持稳定运行。当施加5N·m负载转矩的时候，电机损耗降低，效率提高。当施加10N·m负载转矩的时候，电机损耗继续减少，效率进一步提高，不过变化相对偏小。基于以上分析可以得出，当电机直接转矩控制系统位于轻负载状态的时候，其优化效果最为明显。

结语

为了方便生产与生活，更好地服务于大众，必须高度重视智能化感应电机变频调速系统的研发与发展。

参考文献

[1]赵相宾，夏长亮，宋国兰.变频调速技术的进展[J].电力电子技术，2005，39（6）：145-148.

[2]杨敏红，项安，侯智斌，等.感应电动机转差频率控制系统的最优效率研究[J].微特电机，2012，40（9）：4-5.