触发导通不能控制关断的半控型器件如晶闸管，到可以控制导通和关断的全控型器件从电流控制到电压控制场控从低频开关到高频开关从单片元件到模块化集成化从小功率，新代的器件带来新代的变流器，又推动了新代电机控制系统的产生，成为现代电机控制技术发展的先锋。晶闸管是初期可控变流装置采用的主要器件，由于它只能触发导通不能控制关断，所以是半控器件，用于可控整流很适合，若用于可控的逆变器，就需要强迫换流电路，使装置复杂化。因此年代以后，人们陆续研制出各种全控器件用于交流调速系统，常用的全控器件有和等。其中和是电流控制型，而和是电压控制型，即场控器件。的优点是驱动功率小开关时间短安全工作区宽，几乎没有二次击穿效应，可靠性较高其缺点是导通压降大，只适用于高频小功率的应用场合。的很多特征和相反，其主要缺点是开关期间可能发生局部过热的二次击穿，使器件损坏，其开关频率低于，因此噪声较大。主要用于数千的大容量变流器，如电气机车大型轧钢机矿井卷扬自感为漏磁系数为转子时间常数为转速转矩和磁链调节采用调节器，做如下仿真试验实验基于电流模型磁链估计的仿真初始给定转速为，负载为秒时给定转速突加到,秒时突加的负载。为了验证电流模型在电机参数变化时的性能，还将电机的转子电阻值改为时进行了仿真。仿真结果如下图定参数时实际转速和估计转速中国矿业大学届本科毕业设计论文第页图变参数时实际转速和估计转速图定参数时实际转矩和估计转矩中国矿业大学届本科毕业设计论文第页图变参数时实际转矩和估计转矩图定参数时的三相定子电流中国矿业大学届本科毕业设计论文第页图定参数时定子磁链从以上仿真结果可知，在定参数时基于电流模型磁链估计的无速度传感器矢量控制系统能很好的完成加载变速等基本控制功能。启动阶段有较大的定子电流，由此产生较大的启动转矩，使电机加速启动。在秒时转速达到稳定值,在秒时给定转速突加到,在秒期间是转速加速阶段，这时定子电流增大，产生定的加速负载，在秒时转速达到稳定值。在秒时突加负载到,这时电机转矩也突加到,并在附近有定波动。转速有轻微的波动后又稳定下来。从仿真结果可以看出，转速和转矩的估计值都能较好地跟踪给定值。和矢量控制理论相致，验证了改控制系统理论的正确性。由于电机在运行时，参数会发生改变。从上面改变转子电阻时的仿真结果可以看出，当电机参数发生变化时，基于电流模型磁链估计的矢量控制系统性能下降。转速和转矩的估计值不能很好的跟踪实际值，估计误差增大。当电机突加负载时，由于转速估计的不准确，电机的实际转速下降时，估计转速没能很好的跟随，使得电机转速无法调整到给定值，造成系统的带载性能下降。实验二基于电压模型磁链估计的仿真初始给定转速为，负载为秒时给定转速突加到,秒时突加的负载。中国矿业大学届本科毕业设计论文第页图实际转速图估计转速图实际转矩图估计转矩图三相定子电流中国矿业大学届本科毕业设计论文第页图定子磁链轨迹由图示仿真结果可以看出，基于电压模型磁链估计的矢量控制系统也能较好的完成加载变速等基本控制功能。但同电流模型的比较，我们可以看出，电压模型在低速零速度启动时性能较差。这主要是因为电压模型在低频时，电压信号非常小。另外，直流偏移量导致在积分器输出端上出现累积，使理想的积分变得很困难。因此电压模型的磁链估计不适于对低速性能要求较高的矢量控制系统。本章小结本章采用基于的转速估计方案，分别采用基于电压模型和电流模型的磁链估计方案建立了无速度传感器矢量控制系统的仿真模型。通过对仿真结果，对两种方案的控制系统进行了分析，并做了相应的比较。结果表明，电流模型更适于低速运行的控制系统。文献翻译部分中文译文英文原文致谢中国矿业大学届本科毕业设计论文第页绪论引言现代社会，电机作为主要的动力设备广泛的用于工农业生产国防科技以及社会生活的方方面面。而很多场合都需要对电机进行调速，如车辆，电梯机床及造纸机械等，而风机水泵等为了减少损耗，节约电能也需要调速。从世纪年代起就开始使用直流调速系统，直流电机由于其励磁电路和电驱电路互相，可以分别控制励磁电流和电驱电流，从而控制励磁磁链和转矩。其优点是调速范围宽静差小稳定性好易于实现速度调节和转矩控制，具有良好的动态性能等。但由于直流电动机采用机械接触式换向器，结构复杂制造费时价格高易于磨损维护麻烦，并且难向高转速高电压大容量发展，这就限制了直流电动机的应用。交流电机则因其结构简单坚固耐用运行可靠成本低易维护可适应于大容量调速和工作于恶劣环境等优点，因此人们直期望将交流电机应用到高性能调速系统中去，随着电力电子技术和控制技术的发展，交流调速性能完全可以和直流调速媲美。年，世界上第台交流电机问世，交流电机出现后，特别是鼠笼型异步电机，由于结构简单坚固耐用转动惯量小运行可靠制造方便价格低廉容量没有限制，维护方便，对环境要求不高等优点被广泛使用。但是交流电机调速比较困难，早期的应用主要是调压调速，电磁转差离合器调速，绕线式异步电机转子串电阻调速，年代提出了绕线式异步电机串级调速的方法，这些方法都是在电机旋转磁场的同步转速恒定的情况下调解转差率，效率都很低。另类调速方法是调解电机旋转磁场的同步速度，只是种高效的调速方法，即通过变频来实现。交流调速方案虽然早已有多种发明并得到实际应用，但其性能却始终无法与直流调速系统相匹敌。直到年，工科大学的博士，发表了第篇关于矢量控制的论文年，联邦德国学者西门子公司的将这种般化的概念形成系统理论，并以磁场定向控制为名称的专利的形式发表。磁场定向控制理论即通常说的矢量控制的出现，使得交流调速技术发生了次质的飞跃。基于异步电机模型多变量强耦合非线性的本质特点，矢量控制原理引入了坐标变换，在讲原本复杂的异步电机模型等效为模型的基础上，再进步简化为类似如直流电机的模型。由于坐标变换后的电机模型考虑了瞬态的情况，不仅可以较准确地控制电机的稳态性能，而且也能保证实现良好的动态性能，为交流变频调速系统的高性能化奠定了强有力的理论基础，直被认为天经地义的交流拖动的分工格局被逐渐打破，高性能交流调速系统应用的比重逐年上升。电力电子器件和微处理器的发展在现代电机控制系统中，无论是直流电机控制还是交流调速系统，都需要可控的电源，在世纪年代，可控电源都是旋转变流机组，控制器件都是电磁器件，整个控制设备庞大而笨重。年代末出现了静止的电力电子变流装置以后，逐步解决了变流装置的减少设备缩小体积降低成本提高效率消除噪声等问题，使电机控制系统获得了飞跃发展，从此电子进入了强电领域，电力电子器件成为弱电控制强电的纽带，电力电子变流器成为电机控制系统的核心。矢量控制技术的提出，提高了交流调速系统的静动态性能，但是要实中国矿业大学届本科毕业设计论文第页现矢量控制，如用复杂的模拟电子电路来实现，其设计制造和调试都很麻烦，有些计算功能根本无法实现。采用微处理器控制以后，用软件实现矢量控制算法，使硬件电路规范化，既降低成本，又提高了可靠性。由此可见，电力电子器件和微处理器的应用是现代交流调速系统发展的两项必备的物质基础，电力电子器件和微处理器的迅速发展是推动交流调速系统不断更新的动力。年代末，第个普通晶闸管在美国通用电气公司的实验室诞生，标志着现代电力电子技术的开端。近年来，电力电子器件的发展非常迅猛，从只能中国矿业大学届本科毕业设计论文第页整流器逆变器高速光耦显示监控仿真器过压过流保护控制器通信接口输出转换基于的系统硬件前几章介绍了按转子磁链定向的无速度传感器矢量控制系统的理论，并建立了系统的仿真模型，通过仿真对其性能进行了分析，现在对其进行硬件分析设计，构建整个矢量控制系统。系统电路分为主电源电路和控制电路两部分。主电源电路主要由整流电路滤波电路及智能功率模块组成。控制电路以芯片为核心，外加电流检测模块转速检测模块保护模块通信模块和显示模块，其系统硬件结构框图如下所示图系统硬件结构图从图可以看出，系统参数由上位机通过接口传给下位机，负责各相电流采样电压采样，并计算电机的转速和位置，最后运用空间矢量算得到控制信号，经过电平转换和光耦隔离电路后，输出到智能功率模块从而实现对电机的控制。控制器还负责整个系统的的保护和监控，旦系统出现过压过电流欠电压等故障，将封锁输出信号，以保护模块。主电源电路的设计要进行硬件设计，首先要确定电机参数，选取参数为额定功率，频率，额定线电压，额定电流。主回路完成电机供电的交流直流交流的转换功能，是功率流动变换的执行机构，主回路由整流滤波逆变三个部分组成，如图中国矿业大学届本科毕业设计论文第页图主电路整流电路部分整流电路的主要作用是将电网的交流电整流后提供给逆变电路和控制电路，故整流电路部分就利用三相交流电经过断路器，通过二极管组成的桥式整流模块整流后，变成直流脉动电压。由于采用三相全波整流方式，所以流过整流模块的每个二极管的峰值电流流过土极管的电流有效值为式中为电机的最大负载电流，般取额定电流的倍，因此，整流二极管的额定电流为整流二极管额定电压因此，如果选用的三相整流二极管模块，有足够的电流余量。滤波电路部分整流电路输出的整流电压是脉动的直流电压，必须加入电容滤波方能滤去整流后的电压纹波，并且理论上滤波电容值越大越好。未加滤波电容时整流器输出的平均电压值为加入滤波电容后，线电压值峰值每个电网周期内滤波电容吸收的能量为中国矿业大学届本科毕业设计论文第页式中为滤波电容的容量为电机额定功率为最大峰值电压为直流母线最大限定电压电源功率因数又设功率因数为，考虑到电压的波动，选取倍的安全系数，由于滤波电容值理论上越大越好，最后采用两个的电容串联。逆变电路部分本系统逆变部分采用三菱公司的智能化模块作为逆变器。智能化将功率开关器件控制和驱动电路欠电压保护电路等集成封装，从而提高了电路的可靠性，使整个电路的设计大为简化。智能功率模块是向第四代器件功率集成电路的过渡产品，是微电子技术和电力电子技术相结合的产物。它不但提供定的功率输出能力，而且具有逻辑控制传感检测保护和自诊断等功能，图为原理图。母线电压可作为逆变器开关电压的计算依据，即考虑倍安全系数，取耐压值为。峰值电流为考虑倍安全系数及考虑市场价格，最终选用三菱公司产品型号为的。的主要特征为电源电压，额定电流，开关频率，在级变频器应用时无噪声，集成了路功率器件，其中六路为三相桥式结构提供功率输出，路给制动过程提供能量释放路径。其中过流保护最小值，短路保护动作电流最小值为，驱动欠电压保护和过热保护可以自动恢复。各输入端都接有驱动级，对外起隔离作用，降低了输出阻抗。模块工作时需要外电路提供四组外部工作电源，上桥臂每相各用组，下桥臂三相共用组，控制电源电压必须在之间。产生的信号经驱动电路和光耦器件隔离后作为门极驱动信号输入。控制电路及外围电路的设计控制芯片的特点是公司推出的数字信号处理芯片，芯片上集成