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摘要：随着电力电子技术和自动控制技术的不断发展，众多异步电机调速技术相继出现，而以PWM控制技术为核心的变频调速技术已经在异步电动机调速方面取得了全面发展，并在实际生产中得到了广泛的应用。蓝疆船3800T起重机采用的就是基于PWM控制技术的变频调速系统，下面我将简单分析蓝疆船吊机中异步电动机的变频调速。
关键字：变频调速、PWM、矢量控制、IGBT
对于变频调速系统来说，变频器起着关键作用，如何通过将交流电整流后重新逆变得到所需的频率是变频调速的关键。接下来我将通过分析蓝疆船的变频器的基本结构结合PWM的控制原理，分析蓝疆船逆变器如何实现对电机的变频调速控制。
1、蓝疆吊机逆变器及其调制电路
蓝疆吊机变频器采用IGBT组成的三相电压型逆变电路，其调制电路主要包括：CONVEC：矢量控制微处理器卡；INTVEC是控制单元的接口卡；TGUN6A触发卡；Frofius外部通讯卡负责逆变器模块和外部的PLC之间的通讯；KEYPAD是用户键盘；此外还有直流24V电源GA1、GA2和电源ALIM卡。
吊机中的逆变电路采用的是用IGBT作为开关器件的电压型三相桥式逆变电路。并采用PWM控制技术对逆变器进行控制，以获取需要的电压和频率。在控制板中有DSP芯片和C165西门子微控制器芯片，其中DSP芯片主要用于调节计算，每250us调节一次；C165则致力于逻辑、诊断和通讯功能。DSP芯片计算出的结果送给PWM，对IGBT进行触发和关断的控制，从而获得希望的电压和频率。
2、PWM控制技术的基本原理
PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。
理论基础：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近，仅在高频段略有差异。
用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。
SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。
因此要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。
3、变频调速在蓝疆吊机中的应用
在对电机进行控制中，蓝疆吊机系统为我们提供看两种控制模式：V/F控制模式和FOC控制模式。
基于V＼F控制通常通过设定输出频率和输出电压，并保障电压和频率的比值为一个常数，以控制电机转速。这是一种开环控制模式，在实际使用中很少用到，在这里我们不作详细介绍。
FOC（Flux Vector Control or Field-Oriented Control）控制模式是实际使用中用到的一种控制模式，这种控制模式将对磁通的控制从力矩控制中分离出来，是一种闭环控制。
在直流电机的运行过程中，电枢绕组中会产生一个感应电动势，电机转速为N，磁通为 则电机的电枢绕组的感应电动势 ，式中 为电枢的半径， 为电枢导体总数， 为电枢的槽数， 为电势常数。
电动机在运转中产生的电磁转矩 ，式中 为电枢的半径， 为电枢导体总数， 为电枢的槽数， 为电势常数。
从直流电动机的感应电动势和电磁转矩的公式中我们可以看出，磁通 和转速以及转矩之间的关系。我们可以通过调节磁通来改变电动机的转速和转矩。蓝疆吊机中使用的FOC控制模式，使交流异步电机的调速效果接近直流电机的控制效果。
电动机运行于电动机状态的向量图如下：
图中Vs为电机定子电压；Is为电机定子电流；Vr为电机转子电压；Ir为电机转子电流； 为电机功率因数角； 为电机负载角；Isq为电机定子电流在转子电压方向上的积分相量；Isd为电机定子电流在转子电压方向上的直接分相量；Isa为电机定子电流在定子电压方向上的主磁部分的分相量；Isb为电机定子电流在定子电压方向上的漏磁部分的分相量。
通过控制Isd可以控制电磁电流的幅值，也可控制磁通量的大小；通过控制Isq可以控制电机的转矩。系统提供的FOC控制模式就是利用感应电动机的动态模型并结合反馈信号（输出电流和速度）来计算和控制电机电流的这两个分相量：
这使得这些动态参数接近于直流电机的驱动控制。
因此我们在对两个电流Isd和Isq进行控制调节，最终反映到逆变电路输出的变化就是加到定子上的电压和频率同时变化。
控制器以转矩和磁通为控制对象，采用串级负反馈的控制方式实现对电机的控制调节。控制器部分由DSP芯片和CP165芯片及其附属电路构成，执行器部分则由PWM控制的IGBT完成。速度、转矩的设定值来自于外部PLC的输出信号。传感测量部分则由各种霍尔元件及其接口卡来完成。而对Isd和Isq的控制调节最终要转换成相应的电压值作为控制电路的参考值，数据的计算则主要由DSP芯片完成。采用这种控制方式，可以实现FOC模式下电机磁通和转矩的准确控制，从而实现电动机的变频调速和转矩控制，满足实际的生产应用。
参考文献：
[1] HILL GRAHAM HGC.吊机变频器驱动手册.
[2] 论让之.船舶电机学.人民交通出版社.
关键字：变频调速、PWM、矢量控制、IGBT
对于变频调速系统来说，变频器起着关键作用，如何通过将交流电整流后重新逆变得到所需的频率是变频调速的关键。接下来我将通过分析蓝疆船的变频器的基本结构结合PWM的控制原理，分析蓝疆船逆变器如何实现对电机的变频调速控制。
1、蓝疆吊机逆变器及其调制电路
蓝疆吊机变频器采用IGBT组成的三相电压型逆变电路，其调制电路主要包括：CONVEC：矢量控制微处理器卡；INTVEC是控制单元的接口卡；TGUN6A触发卡；Frofius外部通讯卡负责逆变器模块和外部的PLC之间的通讯；KEYPAD是用户键盘；此外还有直流24V电源GA1、GA2和电源ALIM卡。
吊机中的逆变电路采用的是用IGBT作为开关器件的电压型三相桥式逆变电路。并采用PWM控制技术对逆变器进行控制，以获取需要的电压和频率。在控制板中有DSP芯片和C165西门子微控制器芯片，其中DSP芯片主要用于调节计算，每250us调节一次；C165则致力于逻辑、诊断和通讯功能。DSP芯片计算出的结果送给PWM，对IGBT进行触发和关断的控制，从而获得希望的电压和频率。
2、PWM控制技术的基本原理
PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。
理论基础：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近，仅在高频段略有差异。
用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。
SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。
因此要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。
3、变频调速在蓝疆吊机中的应用
在对电机进行控制中，蓝疆吊机系统为我们提供看两种控制模式：V/F控制模式和FOC控制模式。
基于V＼F控制通常通过设定输出频率和输出电压，并保障电压和频率的比值为一个常数，以控制电机转速。这是一种开环控制模式，在实际使用中很少用到，在这里我们不作详细介绍。
FOC（Flux Vector Control or Field-Oriented Control）控制模式是实际使用中用到的一种控制模式，这种控制模式将对磁通的控制从力矩控制中分离出来，是一种闭环控制。
在直流电机的运行过程中，电枢绕组中会产生一个感应电动势，电机转速为N，磁通为 则电机的电枢绕组的感应电动势 ，式中 为电枢的半径， 为电枢导体总数， 为电枢的槽数， 为电势常数。
电动机在运转中产生的电磁转矩 ，式中 为电枢的半径， 为电枢导体总数， 为电枢的槽数， 为电势常数。
从直流电动机的感应电动势和电磁转矩的公式中我们可以看出，磁通 和转速以及转矩之间的关系。我们可以通过调节磁通来改变电动机的转速和转矩。蓝疆吊机中使用的FOC控制模式，使交流异步电机的调速效果接近直流电机的控制效果。
电动机运行于电动机状态的向量图如下：
图中Vs为电机定子电压；Is为电机定子电流；Vr为电机转子电压；Ir为电机转子电流； 为电机功率因数角； 为电机负载角；Isq为电机定子电流在转子电压方向上的积分相量；Isd为电机定子电流在转子电压方向上的直接分相量；Isa为电机定子电流在定子电压方向上的主磁部分的分相量；Isb为电机定子电流在定子电压方向上的漏磁部分的分相量。
通过控制Isd可以控制电磁电流的幅值，也可控制磁通量的大小；通过控制Isq可以控制电机的转矩。系统提供的FOC控制模式就是利用感应电动机的动态模型并结合反馈信号（输出电流和速度）来计算和控制电机电流的这两个分相量：
这使得这些动态参数接近于直流电机的驱动控制。
因此我们在对两个电流Isd和Isq进行控制调节，最终反映到逆变电路输出的变化就是加到定子上的电压和频率同时变化。
控制器以转矩和磁通为控制对象，采用串级负反馈的控制方式实现对电机的控制调节。控制器部分由DSP芯片和CP165芯片及其附属电路构成，执行器部分则由PWM控制的IGBT完成。速度、转矩的设定值来自于外部PLC的输出信号。传感测量部分则由各种霍尔元件及其接口卡来完成。而对Isd和Isq的控制调节最终要转换成相应的电压值作为控制电路的参考值，数据的计算则主要由DSP芯片完成。采用这种控制方式，可以实现FOC模式下电机磁通和转矩的准确控制，从而实现电动机的变频调速和转矩控制，满足实际的生产应用。
参考文献：
[1] HILL GRAHAM HGC.吊机变频器驱动手册.
[2] 论让之.船舶电机学.人民交通出版社.