中国矿业大学研究生交流调速论文 老师：何凤有

率)中大量运用。正是电力半导体器件的发展推动着交流调速系统不断发展。

现代交流调速系统中逆变器使用的调制方式主要为脉宽调制技术(Pulse Width Modulation,简称PWM),不同的脉宽调制技术有着各自的特点,以下将介绍3种主要的脉宽调制技术:正弦脉宽调制技术(SPWM)、电流滞环跟踪PWM控制技术(CHBPWM)和电压空间矢量PWM调制技术(SVPWM)。 6.1 SPWM调制技术

SPWM调制技术是以电压正弦波作为逆变器输出的期望波形,以频率比期望波形高得多的等腰三角波作为载波,并用频率和期望波形相同的正弦波作为调制波,当调制波与载波相交时,由他们的交点确定逆变器开关器件通断时刻,从而获得正弦调制波,每半个周期内呈现两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形波。但SPWM调制技术本身存在着直流母线电压使用率不高的问题,输出的相电压基波幅值最大为直流母线电压的1/2。 6.2 CHBPWM技术

电流滞环跟踪PWM控制技术(CHBPWM)有一给定电流,将实际电流与该给定的偏差作为带有滞环特性的比较器输出,然后功率开关器件的开通与关断就根据偏差值来控制,从而达到控制逆变器输出的电流为给定电流的目的。CHBPWM技术属于闭环控制,该调制技术具有硬件电路简单,电流相应快等特点。但受到功率开关器件允许开关频率的限制仅在电动机堵转且在给定电流峰值处才发挥出最高的开关频率,在其他情况下,器件允许的开关频率没有得到充分的利用。 6.3 SVPWM技术

电压空间矢量PWM调制技术(SVPWM)从电机定子磁链角度出发,控制逆变器输出电压使电机获得幅值恒定的圆形旋转磁场。交流电机在三相对称正弦电压供电下会产生圆形旋转磁链,SVPWM调制技术正是以该理想圆形旋转磁链轨迹为基准。逆变器利用不同的开关状态使实际产生的定子磁通去逼近基准磁链圆,从而达到较高的控制性能。SVPWM调制技术具有转矩脉动小、电压利用率高、电流谐波含量少、噪声低等特点。与SPWM调制技术相比,SVPWM调制技术的直流母线电压利用率有接近15%的提高。同时，提出了各种可以优化 PWM 控制的电流控制，如：预测电流控制、跟踪轨迹电流控制等

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，为更好地实现矢量控制奠定了基础。

7 无速度传感矢量控制技术

高性能的交流伺服系统都需要实现转速的闭环控

制，所需的转速反馈信号来自和电机转轴同轴相连的速度传感器

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。系统不断对电机速度和转子位置进行

测量，以便完成矢量变换，实现对电机力矩的动态控制。永磁同步电机因其结构简单、体积小、重量轻、功率密度高、控制简单、调速范围宽等优点在电气传动领域尤其是变频调速领域得到了广泛的应用。永磁同

步电机矢量控制系统的关键在于其转子位置角度和速度的反馈,没有转子位置角度就无法通过坐标变换,在转子磁场定向坐标系下对永磁同步电机的时变电感进行解親,也就无法精确控制定子绕组电流矢量的幅值和相位,电机容易产生振荡甚至失步现象。一般来说,永磁同步电机转子磁场位置和转子的机械位置相同,只要检测转子的实际位置就可以得到转子磁场的位置,这样使得永磁同步电机的矢量控制较异步电机的矢量控制更为简单。因此获得精确的转子位置和转速,成为实现基于转子磁场定向的PMSM矢量控制系统的关键。传统检测转子位置和速度的方法是通过在电机转轴上安装机械传感器,如光电编码器、旋转变压器等来获取转子位置/速度信息

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,使矢量控制中的坐

标变换成为可能。目前,机械传感器向着小型化、高分辨率、多功能等方向发展。不过机械传感器在促进永磁同步电机调速系统发展的同时,也给调速系统带来了一些新的问题：

(1)机械传感器增加了电机转轴上的转动惯量,增加了电机的空间尺寸和体积,使系统过于笨重,破坏了电机结构简单坚固的特点;

(2)机械传感器的使用增加了电机与控制系统之间的连接线,使系统容易受到干扰,降低了系统可靠性,且传送距离受到了限制;

(3)机械传感器的使用受温度、湿度等外界环境的影响,不能用于某些环境条件比较恶劣的场合;

(4)机械传感器及其相关辅助电路增加了系统成本,有些高精度传感器价格甚至接近电机本体的价格;

(5)机械传感器在转轴上的安装存在同心度问题,若安装不当将影响速度检测精度,同时给电机维护也带来一定的困难。

为了克服机械传感器在交流调速系统中的缺陷,各国学者开展了无速度传感器交流调速系统的研究,扩大了矢量控制系统的应用范围,同时也提高了系统的可靠性和环境适应性。由于无速度传感器方法省去了检测硬件,消除了传统机械传感器安装和维护带来的不便,在降低系统成本的同时提高了系统的可靠性

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。目前,已经存在多种估算转子位置和速度的方法根