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从前面几种电机特点的叙述我们可以看出,与其它几种电机相比,交流电机具有适应性强、文修简单、价格低、容易实现高速和大容量化等特点,因此过去直流电机占主要地位的调速传动领域,将逐渐被交流电机变频调速所占领。交流电机变频调速在频率范围、动态响应、调速精度、低频转矩、输出性能、功率因数、工作效率、使用方便等方面是以往的交流调速方式无法比拟的,其优越性体现在两个方面:一是节电显著;二是卓越的调速性能。
随着电力电子技术的发展变频调速系统性能逐渐改进,而成本不断下降；一方面,全球性的能源危机使人们对能源的绿色利用越来越重视,对于消耗了30%左右能量的电机,其驱动系统也越来越引起人们的重视,每一台电机配备一个变频调速驱动系统正获得越来越多的认同和采用,同时对变频调速驱动系统也提出了高效率、高精度、高可靠性、多功能、智能化、小型化、低成本等要求。
1.2.2 电力电子技术的发展现况和趋势
自从1956年第一只晶闸管的问世,电力电子技术作为电子技术的一个分支建立以来,电力电子技术已取得了令人注目的发展,早期的半控型电力电子器件SCR已逐渐被全控型半导体器件所代替,并发展出了多种高电压、大电流、快速(高频)、驱动简单、复合化和智能化的功率半导体开关器件。例如,单极型器件有功率MOSFET;双极型全控器件有:GTR、达林顿管、GTO等;复合器件有IGBT,MCT,MGT,SITH等;近几年发展的智能型功率器件有SMARTFET,TOPSWITCH等。其中场效应晶体管(MOSFET)作为一种电压控制型多子器件,具有快速、安全工作区大、容易驱动的特点,因此,近些年来MOSFET和以MOSFET为基础的复合型器件被广泛应用在高频开关和电机控制中,并随着生产工艺和制造技术的发展,性能不断被改进。例如MOSFET的通态内阻不断减小,新的MOSFET通态内阻不仅比PN结的正向好,甚至比肖特基二极管的正向内阻还小,己成为最佳的整流器件之一;以MOSFET为基础的复合型器件IGBT、EIGT、MER(固态继电器)、FETKEY(MOSFET+SCHOTTKY)等器件耐压不断增加,电流逐渐增大。如目前IGBT耐压已达到4500V以上,EIGT已有4500V/1000A的产品。同时由于电压控制型器件的应用,使功率开关管的驱动电路大大简化,例如IGBT器件的门极驱动电路比双极型晶体管的基极驱动电路所用的元器件要小得多,而且,所需要的驱动功率也比双极型晶体管的基极驱动电路的要少很多,从而使将驱动电路和功率开关管集成在同一芯片或模块中成为可能,并且经过了近些年来的发展,功率电子器件制造公司以推出了多种有智能特性的复合器件或模块,例如SMARTFET,它们内部不仅集成了各种自保护功能,也将控制芯片集成在里面。其中SMARTFET是采用了微电子工艺集成的器件,IPM是一种智能功率模块。从电力电子器件的发展历程,我们可以看出电力电子器件正在向高耐压、大电流、小的正向内阻、智能化的电压控制型器件发展。
1.3国内外交流调速现状
1.3.1 国外现状
1.3.2 国内现状
1.4本论文的研究内容
本文在掌握交流电机变频调速基本原理的基础上,采用电机控制专用DSP芯片TMS320F2812,运用变频调速的SVPWM控制算法,提出了交流电机变频调速系统的总体设计方案,并详细阐述了其中关键技术的研究和设计。SVPWM控制方式的变频调速系统是转速开环控制,控制电路比较简单。电机选择通用标准异步电动机,因此其通用性比较强,性能/价格比比较高。
具体研究工作包括:
变频调速系统硬件电路的研究,包括主电路、信号采集电路、系统保护电路和控制电路;
交流电机SVPWM调速原理的研究，以及基于DSP的SVPWM调速系统控制软件的研究。