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【摘 要】我国的电力电子技术和计算机技术在目前都取得了较大的进步，基于此二者之上的交流电机变频调速技术也得到了发展，因此，异步电动机变频调速系统成为了当今一个研究的热点。异步电动机调速系统是一个非线性的系统，它的动态响应、调速精度以及工作效率等都远远超过其他的调速系统。本文主要就异步电动机变频调速系统的工作原理及变速方法展开研究。
【关键词】计算机技术；交流电变频调速技术；异步电动机；变频调速系统
0.前言
我国的工农业生产、交通运输以及国防军事和日常生活，都离不开以电动机为主的电力传动系统。近年来，我国的电力传动系统的控制性能在不断提高，其节能水平也在不断地进步，而使得电力传动系统的控制性和节能水平得以较大提升的关键就在于变频调速技术以及变频调速系统在其中的应用。在过去，直流调速系统因为能够得到良好的动态特性而得到了许多高性能传动系统的亲睐并在变速传动领域占据统治地位。但直流调速系统也面临着一些列的问题，那就是其运营成本较高，因为机械接触式的转向器结构较为复杂并且制造成本较高，所需的维护及检修费用也较高。由于直流电机运行成本很高，所以当要做大容量高速的机组时，就显得不能不能满足现代化生产的要求了。电动机的作用就是将电能转换为机械能，所以电动机必须具有可以根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的转速以及有较高的转换效率这两个基本特点。尤其是电动机的调速性能，调速性能越好，就越能够提高产品的质量和劳动生产率，以及达到节能的目的。所以我们往往需要在电动机上装配上控制装置来控制电动机的运行，这样，控制系统和电动机就构成了一个简单的电力传动自动控制系统。
直流电动机和交流电动机是电动机的两种基本类型，交流电动机在全世界也经历了一百多年的发展，目前的交流电动机包括了同步电动机和异步电动机两类。变频调速是交流电机典型的高效调速方法，无论是对于异步电动机还是同步电动机，它都能够适用。而且在交流电机采用变频调速的时候，它既能通过调节频率与电压间的关系使电机保持运行在高效区，而且还能实现无极调速。变频调速之所以能成为一种理想的交流电动机调速方法，是因为它能够明显地改善交流电机的起动性能而且同时大幅度降低起动电流，增加了起动时的转矩。而异步电动机又是一个高阶、强耦合和非线性的多变量系统，既具有模糊控制适应性强的特点，又具有传统PID控制精度高的特征，所以对于异步电动机变频调速系统的研究是非常有意义的。
1.异步电动机调频方式
1.1恒压频比控制方式
所谓恒压频比控制，就是在控制过程中，通过始终保持V/F为常数的方式来保证转子磁通的恒定，它是交流电动机一种较为简单的控制方式。电动机的主磁通若能保持额定值不变，就能达到对异步电动机进行理想的调速控制。因为对于异步电动机而言，若磁通太强，处于过励磁状态下的电机，其励磁电流的过大将会导致铁芯因热损耗增大而早晨输出效率的下降，严重时甚至将烧毁电机；若磁通太弱，铁芯的利用又不够充分，会出现在相同转子电流下电磁转矩变小，进而减小电动机的负载能力。那么异步电动机要如何保持主磁通的恒定呢？因为异步电动机的主磁通是由定子和转子合成磁动势产生的，所以定子绕组的电动势本质上是定子绕组因切割旋转磁场磁感线而产生了感应电动势。对三相异步电动机而言，其每相电动势的有效值的计算公式为：
E=4.44k×f×N×Φ
式中：E—主磁通在定子每相中感应电动势的有效值。
k—与绕组结构有关的常数。
f—定子频率。
N—定子每相绕组串联匝数。
Φ—每极主磁通量。
而其中E和f共同决定了Φ的值，所以要想使主磁通Φ的值保持不变，只要对E和f进行适当的控制即可实现。
1.1.1基频以下变频调速控制的基本方式
只要主磁通Φ保持不变，电动机的负载能力就可以得到保证，所以在降低供电频率时，可同时降低感应电动势，这样就能够使得E/f的比值为一个常数。如果电动势E的值较高，可以通过恒转矩调速方式来控制，此时可近似的认为定子相电压U1=E，这样可以得到U1/E的值为一个常数；若频率较低时，可以人为地来提高定子电压使主磁通基本保持不变。
1.1.2基频以上变频调速控制的基本方式
当频率在基频以上进行调速控制时，频率的额定值会由f1N往上增高，但电压U1却由于受限制而最多只能保持在U1=U1N。其造成的后果就是迫使主磁通Φ随频率f的升高而降低，这种方式相当于直流电动机中的弱磁升速的情况，其调速方式属于近似的恒功率调速方式。
1.2直接转矩控制方式
直接转矩控制（DTC）能够直接实现对转矩的控制，它能够有效克服坐标变换和解耦运算的复杂程序，它是一种转矩闭环控制方式，通过这种方式，可以控制转矩误差和磁通控制误差，并且按照一定的原则来选择逆变器的开关转态以控制施加在定子端的三相电压来调节电机的转速和输出功率，最终达到控制电机转速的目的。DTC着重是通过转矩来对转子进行状态干扰而不是参数干扰，但其在于低速时的性能却不太理想。
1.3矢量控制方式
相对于直接转矩控制的转矩闭环控制方式，恒压频比控制是一种开环的控制方式，而这种开环的控制方式对于电机转矩的利用率就较低，速度动态特性也相对较差，而且在对于如加/减速度等参数进行控制时，还要根据负载情况的不同来对相应的参数进行调整。如果遇到突加负载电机转速将无法迅速地恢复到给定的值，总而使系统发生振荡现象。所以在对于对动态性能要求较高的应用上，还可以采取适量控制变频器。
还有一个问题就是转子磁场的定向问题，因为在电流矢量从静止坐标变换到旋转坐标的时候，我们必须知道静止坐标与旋转坐标之间的转角。转子磁场的定向问题可以由直接转子磁场控制和间接法转子磁场定向控制。所谓间接法转子磁场定向控制，它实际上是结合电机电压、转速和电流信息来通过电流模型法或者电压模型法将磁通的相位和幅值计算出来；而直接转子磁场控制则是利用霍尔传感器等测量，或者由磁通观测器来进行估计。但在实际应用中，往往会更多地选用间接法矢量控制。对于异步电机的转差频率矢量的控制，在保证转子磁通大小恒定不变的前提下可根据需要的转矩来推算转差角频率，以实现简介磁场定向控制。
2.结语
异步电动机作为一种电器设备，它具有许许多多的优点，比如说结构简单、坚固、价格低廉等。而微处理器和控制技术的飞速发展又为交流变频调速技术在实际中的应用打下了坚实的基础，所以为了实现节能、提高对电的利用率，进一步研究异步电动机变频调速系统是非常有必要的。
【参考文献】
[1]肖萍.异步电动机变频调速系统的探讨与分析[J].数字化用户，2013，（15）：67-67.
[2]季政.交流异步电动机变频调速应用[J].价值工程，2011，30（10）：30-30.
[3]张龙.变频调速异步电动机转速辨识的研究[J].煤矿机电，2014，（5）：48-50.
[4]杜辉.浅谈异步电动机变频调速控制原理[J].中国科技博览，2011，（32）：494-494.
【关键词】计算机技术；交流电变频调速技术；异步电动机；变频调速系统
0.前言
我国的工农业生产、交通运输以及国防军事和日常生活，都离不开以电动机为主的电力传动系统。近年来，我国的电力传动系统的控制性能在不断提高，其节能水平也在不断地进步，而使得电力传动系统的控制性和节能水平得以较大提升的关键就在于变频调速技术以及变频调速系统在其中的应用。在过去，直流调速系统因为能够得到良好的动态特性而得到了许多高性能传动系统的亲睐并在变速传动领域占据统治地位。但直流调速系统也面临着一些列的问题，那就是其运营成本较高，因为机械接触式的转向器结构较为复杂并且制造成本较高，所需的维护及检修费用也较高。由于直流电机运行成本很高，所以当要做大容量高速的机组时，就显得不能不能满足现代化生产的要求了。电动机的作用就是将电能转换为机械能，所以电动机必须具有可以根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的转速以及有较高的转换效率这两个基本特点。尤其是电动机的调速性能，调速性能越好，就越能够提高产品的质量和劳动生产率，以及达到节能的目的。所以我们往往需要在电动机上装配上控制装置来控制电动机的运行，这样，控制系统和电动机就构成了一个简单的电力传动自动控制系统。
直流电动机和交流电动机是电动机的两种基本类型，交流电动机在全世界也经历了一百多年的发展，目前的交流电动机包括了同步电动机和异步电动机两类。变频调速是交流电机典型的高效调速方法，无论是对于异步电动机还是同步电动机，它都能够适用。而且在交流电机采用变频调速的时候，它既能通过调节频率与电压间的关系使电机保持运行在高效区，而且还能实现无极调速。变频调速之所以能成为一种理想的交流电动机调速方法，是因为它能够明显地改善交流电机的起动性能而且同时大幅度降低起动电流，增加了起动时的转矩。而异步电动机又是一个高阶、强耦合和非线性的多变量系统，既具有模糊控制适应性强的特点，又具有传统PID控制精度高的特征，所以对于异步电动机变频调速系统的研究是非常有意义的。
1.异步电动机调频方式
1.1恒压频比控制方式
所谓恒压频比控制，就是在控制过程中，通过始终保持V/F为常数的方式来保证转子磁通的恒定，它是交流电动机一种较为简单的控制方式。电动机的主磁通若能保持额定值不变，就能达到对异步电动机进行理想的调速控制。因为对于异步电动机而言，若磁通太强，处于过励磁状态下的电机，其励磁电流的过大将会导致铁芯因热损耗增大而早晨输出效率的下降，严重时甚至将烧毁电机；若磁通太弱，铁芯的利用又不够充分，会出现在相同转子电流下电磁转矩变小，进而减小电动机的负载能力。那么异步电动机要如何保持主磁通的恒定呢？因为异步电动机的主磁通是由定子和转子合成磁动势产生的，所以定子绕组的电动势本质上是定子绕组因切割旋转磁场磁感线而产生了感应电动势。对三相异步电动机而言，其每相电动势的有效值的计算公式为：
E=4.44k×f×N×Φ
式中：E—主磁通在定子每相中感应电动势的有效值。
k—与绕组结构有关的常数。
f—定子频率。
N—定子每相绕组串联匝数。
Φ—每极主磁通量。
而其中E和f共同决定了Φ的值，所以要想使主磁通Φ的值保持不变，只要对E和f进行适当的控制即可实现。
1.1.1基频以下变频调速控制的基本方式
只要主磁通Φ保持不变，电动机的负载能力就可以得到保证，所以在降低供电频率时，可同时降低感应电动势，这样就能够使得E/f的比值为一个常数。如果电动势E的值较高，可以通过恒转矩调速方式来控制，此时可近似的认为定子相电压U1=E，这样可以得到U1/E的值为一个常数；若频率较低时，可以人为地来提高定子电压使主磁通基本保持不变。
1.1.2基频以上变频调速控制的基本方式
当频率在基频以上进行调速控制时，频率的额定值会由f1N往上增高，但电压U1却由于受限制而最多只能保持在U1=U1N。其造成的后果就是迫使主磁通Φ随频率f的升高而降低，这种方式相当于直流电动机中的弱磁升速的情况，其调速方式属于近似的恒功率调速方式。
1.2直接转矩控制方式
直接转矩控制（DTC）能够直接实现对转矩的控制，它能够有效克服坐标变换和解耦运算的复杂程序，它是一种转矩闭环控制方式，通过这种方式，可以控制转矩误差和磁通控制误差，并且按照一定的原则来选择逆变器的开关转态以控制施加在定子端的三相电压来调节电机的转速和输出功率，最终达到控制电机转速的目的。DTC着重是通过转矩来对转子进行状态干扰而不是参数干扰，但其在于低速时的性能却不太理想。
1.3矢量控制方式
相对于直接转矩控制的转矩闭环控制方式，恒压频比控制是一种开环的控制方式，而这种开环的控制方式对于电机转矩的利用率就较低，速度动态特性也相对较差，而且在对于如加/减速度等参数进行控制时，还要根据负载情况的不同来对相应的参数进行调整。如果遇到突加负载电机转速将无法迅速地恢复到给定的值，总而使系统发生振荡现象。所以在对于对动态性能要求较高的应用上，还可以采取适量控制变频器。
还有一个问题就是转子磁场的定向问题，因为在电流矢量从静止坐标变换到旋转坐标的时候，我们必须知道静止坐标与旋转坐标之间的转角。转子磁场的定向问题可以由直接转子磁场控制和间接法转子磁场定向控制。所谓间接法转子磁场定向控制，它实际上是结合电机电压、转速和电流信息来通过电流模型法或者电压模型法将磁通的相位和幅值计算出来；而直接转子磁场控制则是利用霍尔传感器等测量，或者由磁通观测器来进行估计。但在实际应用中，往往会更多地选用间接法矢量控制。对于异步电机的转差频率矢量的控制，在保证转子磁通大小恒定不变的前提下可根据需要的转矩来推算转差角频率，以实现简介磁场定向控制。
2.结语
异步电动机作为一种电器设备，它具有许许多多的优点，比如说结构简单、坚固、价格低廉等。而微处理器和控制技术的飞速发展又为交流变频调速技术在实际中的应用打下了坚实的基础，所以为了实现节能、提高对电的利用率，进一步研究异步电动机变频调速系统是非常有必要的。
【参考文献】
[1]肖萍.异步电动机变频调速系统的探讨与分析[J].数字化用户，2013，（15）：67-67.
[2]季政.交流异步电动机变频调速应用[J].价值工程，2011，30（10）：30-30.
[3]张龙.变频调速异步电动机转速辨识的研究[J].煤矿机电，2014，（5）：48-50.
[4]杜辉.浅谈异步电动机变频调速控制原理[J].中国科技博览，2011，（32）：494-494.