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【摘 要】随着变频技术的发展，变频调速已逐步成为交流异步电动机最为理想的调速方式之一。交流异步电动机机组发电过程中，通过变频调速实现电压输出，采用电磁耦合器进行输出变频转矩控制，实现交流异步电动机的稳压输出，在交流异步电动机发电过程中，受到变频调速的转矩差异性输出的影响，导致电动机的输出稳压性不好，需要进行调速自动控制。本文就交流异步电动机变频调速自动控制技术展开探讨。
【关键词】交流异步电动机；变频调速；自动控制
引言
电动机的类型多样，而直流电动机和三相交流异步电动机是其中最具典型意义的两种。两相对比，交流异步电动机具有结构简单、成本低廉、操作便利、运行可靠等优势，因此在传动领域有着更加广泛的应用。做好电动机的变频调速操作，可以改善电动机起动性能，增加起动转矩同时减少电能消耗，对于电动机功能的发挥意义重大。
1异步电动机调速技术的发展和现状
电动机可以分为直流电动机和交流电动机。因为交流电动机相对于直流电动机来讲，更具有优越性，因此无论是从功能上来讲，还是从用途、形式上来讲都具有多样性、不唯一性。异步电动机作为交流电动机的一类，也有着广泛的应用。异步电动机具有很多的优点，比如说转动惯量十分小、制造工艺简单、运行可靠、机身坚固耐用等。但是因为科技发展存在的滞后性，约束了异步电动机，使其不能够真正的发展成为调速电动机，只能够采用一些低消耗能的调速方法，比如定子调压和电磁调速方法。随着动力设备和用电量的不断增加，世界各国都开始探索既符合生产发展又能够节省电力的电动机，这才真正的开启了异步电动机调速技术的新纪元。
2变频调速控制类型
比较典型的变频调速控制类型有三种，一是转差频率控制，属于闭环控制系统，结合异步电动机转矩与转差频率的正比关系，通过控制电枢电流的方式来对电机转矩进行控制。在频率控制中，可以将转差信号与实际测量得到的转速信号相加后，得到输入频率信号；二是矢量控制，也可以成为磁场定向控制，其基本原理，是将转子磁通作为空间的参考坐标，通过静止坐标系到旋转坐标系的转换，对定子电流中的转矩分量和励磁电流分量转化为标量，分别进行控制。简单来讲，矢量控制将异步电动机看做直流电动机来实现控制，具备较好的调速性能。但是，这种控制策略需要进行大量的运算，对于控制器的处理能力和运算速度要求较高，而且需要进行坐标旋转变换，因此在实际应用中很难实现；三是直接转矩控制，主要是结合交流电动机转矩的需要，选择恰当的定子电压空间矢量，以完成对电动机电磁转矩的快速响应。在直接转矩控制中，交流电机与电压源逆变器被看作是一个整体，定子静止在两项坐标系中，通过对定子空间矢量的选择，进行定子磁链和电磁转矩变化的分析，避免了矢量变化的计算，因此控制结构相对简单，在当前的技术条件下可以非常方便的实现数字化控制。
3异步电动机电压、频率协调控制的稳态机械特性
（1）恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性。异步电机在恒压恒频正弦波供电时的机械特性方程式Te=f（s），当定子电压和电源角频率恒定时，可以得到下式：
当s接近于1时，可忽略式中的分母Rr，就可以得到对称于原点的一段双曲线。（如图1）
图1恒压恒频时异步电机的机械特性
（2）基频以下电压——频率协调控制下的机械特性。当带负载的异步电动机稳定的运行时，电压和频率的配合方式有许多种。当电压和频率的配合不同时，其所产生的机械特性也是不一样的，所以说对于电压——频率的协调控制存在着很多的方式。
4电动机变频调速控制器的优化
在构建交流异步电动机变频调速自动控制约束参量模型和被控对象描述的基础上，进行控制器的优化设计，本文提出基于稳压补偿自适应调节的交流异步电动机变频调速自动控制技术。构建交流异步电动机的稳压补偿自适应调节模型为：
其中 分别表示行高频控制变量、输入功率函数以及误差干扰项。结合时滞误差补偿，得到在稳态调节下的交流异步电动机变频调速自动控制状态方程为：
式中，Wj是電动机调速控制的加权系数，Sf是与其对应的电流值，Ps是输出功率损失，是电动机的传动相位，x是交流异步电动机转矩角速度，x是输出电机负载惯量。由此采用Smith控制器进行异步电动机的变频转速调节，结合前馈补偿方法进行输出电压的恒稳控制，得到最优控制律为：
在优化控制模型下，电动机的输出功率为：
电动机变频调速的效率因素为：
其中： 根据上述控制律优化设计，在负载为Rp和Rs的条件下，实现功率增益补偿和稳压调节，提高输出功率和稳压性能。
结语
在交流异步电动机发电过程中，受到变频调速的转矩差异性输出的影响，导致电动机的输出稳压性不好，需要进行调速自动控制。本文提出基于稳压补偿自适应调节的交流异步电动机变频调速自动控制技术，构建交流异步电动机变频调速自动控制约束参量模型，以共振线圈的转矩、输出功率、稳态电压以及负载等参量为约束指标，进行控制目标函数构建，并进行控制律的优化设计。本文方法在提高交流异步电动机变频调速自动控制性能方面的优越性。
参考文献：
[1]刘刚，肖烨然，孙庆文.基于改进反电势积分的永磁同步电机位置检测[J].电机与控制学报，2016，20（02）.
[2]黄文卿，张兴春，张幽彤.一种交流逆变器死区效应半周期补偿方法[J].电机与控制学报，2015，18（05）.
（作者单位：德州恒力电机有限责任公司）
【关键词】交流异步电动机；变频调速；自动控制
引言
电动机的类型多样，而直流电动机和三相交流异步电动机是其中最具典型意义的两种。两相对比，交流异步电动机具有结构简单、成本低廉、操作便利、运行可靠等优势，因此在传动领域有着更加广泛的应用。做好电动机的变频调速操作，可以改善电动机起动性能，增加起动转矩同时减少电能消耗，对于电动机功能的发挥意义重大。
1异步电动机调速技术的发展和现状
电动机可以分为直流电动机和交流电动机。因为交流电动机相对于直流电动机来讲，更具有优越性，因此无论是从功能上来讲，还是从用途、形式上来讲都具有多样性、不唯一性。异步电动机作为交流电动机的一类，也有着广泛的应用。异步电动机具有很多的优点，比如说转动惯量十分小、制造工艺简单、运行可靠、机身坚固耐用等。但是因为科技发展存在的滞后性，约束了异步电动机，使其不能够真正的发展成为调速电动机，只能够采用一些低消耗能的调速方法，比如定子调压和电磁调速方法。随着动力设备和用电量的不断增加，世界各国都开始探索既符合生产发展又能够节省电力的电动机，这才真正的开启了异步电动机调速技术的新纪元。
2变频调速控制类型
比较典型的变频调速控制类型有三种，一是转差频率控制，属于闭环控制系统，结合异步电动机转矩与转差频率的正比关系，通过控制电枢电流的方式来对电机转矩进行控制。在频率控制中，可以将转差信号与实际测量得到的转速信号相加后，得到输入频率信号；二是矢量控制，也可以成为磁场定向控制，其基本原理，是将转子磁通作为空间的参考坐标，通过静止坐标系到旋转坐标系的转换，对定子电流中的转矩分量和励磁电流分量转化为标量，分别进行控制。简单来讲，矢量控制将异步电动机看做直流电动机来实现控制，具备较好的调速性能。但是，这种控制策略需要进行大量的运算，对于控制器的处理能力和运算速度要求较高，而且需要进行坐标旋转变换，因此在实际应用中很难实现；三是直接转矩控制，主要是结合交流电动机转矩的需要，选择恰当的定子电压空间矢量，以完成对电动机电磁转矩的快速响应。在直接转矩控制中，交流电机与电压源逆变器被看作是一个整体，定子静止在两项坐标系中，通过对定子空间矢量的选择，进行定子磁链和电磁转矩变化的分析，避免了矢量变化的计算，因此控制结构相对简单，在当前的技术条件下可以非常方便的实现数字化控制。
3异步电动机电压、频率协调控制的稳态机械特性
（1）恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性。异步电机在恒压恒频正弦波供电时的机械特性方程式Te=f（s），当定子电压和电源角频率恒定时，可以得到下式：
当s接近于1时，可忽略式中的分母Rr，就可以得到对称于原点的一段双曲线。（如图1）
图1恒压恒频时异步电机的机械特性
（2）基频以下电压——频率协调控制下的机械特性。当带负载的异步电动机稳定的运行时，电压和频率的配合方式有许多种。当电压和频率的配合不同时，其所产生的机械特性也是不一样的，所以说对于电压——频率的协调控制存在着很多的方式。
4电动机变频调速控制器的优化
在构建交流异步电动机变频调速自动控制约束参量模型和被控对象描述的基础上，进行控制器的优化设计，本文提出基于稳压补偿自适应调节的交流异步电动机变频调速自动控制技术。构建交流异步电动机的稳压补偿自适应调节模型为：
其中 分别表示行高频控制变量、输入功率函数以及误差干扰项。结合时滞误差补偿，得到在稳态调节下的交流异步电动机变频调速自动控制状态方程为：
式中，Wj是電动机调速控制的加权系数，Sf是与其对应的电流值，Ps是输出功率损失，是电动机的传动相位，x是交流异步电动机转矩角速度，x是输出电机负载惯量。由此采用Smith控制器进行异步电动机的变频转速调节，结合前馈补偿方法进行输出电压的恒稳控制，得到最优控制律为：
在优化控制模型下，电动机的输出功率为：
电动机变频调速的效率因素为：
其中： 根据上述控制律优化设计，在负载为Rp和Rs的条件下，实现功率增益补偿和稳压调节，提高输出功率和稳压性能。
结语
在交流异步电动机发电过程中，受到变频调速的转矩差异性输出的影响，导致电动机的输出稳压性不好，需要进行调速自动控制。本文提出基于稳压补偿自适应调节的交流异步电动机变频调速自动控制技术，构建交流异步电动机变频调速自动控制约束参量模型，以共振线圈的转矩、输出功率、稳态电压以及负载等参量为约束指标，进行控制目标函数构建，并进行控制律的优化设计。本文方法在提高交流异步电动机变频调速自动控制性能方面的优越性。
参考文献：
[1]刘刚，肖烨然，孙庆文.基于改进反电势积分的永磁同步电机位置检测[J].电机与控制学报，2016，20（02）.
[2]黄文卿，张兴春，张幽彤.一种交流逆变器死区效应半周期补偿方法[J].电机与控制学报，2015，18（05）.
（作者单位：德州恒力电机有限责任公司）