【論文關鍵詞】：容量選擇；傳動系統；最高頻率；傳動比；制動電阻

【論文摘要】：對變頻調速器在實踐應用中容量的正確選擇、傳動系統的優化設計以及外接制動電阻等方面的問題，總結了一些經驗。

隨著電力技術的迅速發展，交流電機變頻調速技術取得了突破性的進步，進入了普及應用階段。在我國，變頻調速器也正越來越廣泛地被采用，與此同是地，如何正確地選好、用好已成為廣大用戶十分突出的問題了。

1.關于容量選擇

在變頻調速器的說明書中，為了幫助用戶選擇容量，都有"配用電動機容量"一欄，然而，這一欄的含義卻不夠確切，常導致變頻器的誤選。

各種生產機械中，電動機的容量主是根據發熱原則來選定的。就是說，在電動機帶得動的前提下，只要其溫升在允許范圍內，短時間的過載是允許的。電動機的過載能力一般定為額定轉矩的1.8-2.2倍。電動機的溫升，所謂"短時間"至少也在十幾分鐘以上。而變頻調速器的過載能力為：150％，l分鐘。這個指標，對電動機來說，只有在起動過程才有意義，在運行過程中，實際上是不允許載。

【論文關鍵詞】：容量選擇；傳動系統；最高頻率；傳動比；制動電阻

【論文摘要】：對變頻調速器在實踐應用中容量的正確選擇、傳動系統的優化設計以及外接制動電阻等方面的問題，總結了一些經驗。

隨著電力技術的迅速發展，交流電機變頻調速技術取得了突破性的進步，進入了普及應用階段。在我國，變頻調速器也正越來越廣泛地被采用，與此同是地，如何正確地選好、用好已成為廣大用戶十分突出的問題了。

1.關于容量選擇

在變頻調速器的說明書中，為了幫助用戶選擇容量，都有"配用電動機容量"一欄，然而，這一欄的含義卻不夠確切，常導致變頻器的誤選。

各種生產機械中，電動機的容量主是根據發熱原則來選定的。就是說，在電動機帶得動的前提下，只要其溫升在允許范圍內，短時間的過載是允許的。電動機的過載能力一般定為額定轉矩的1.8-2.2倍。電動機的溫升，所謂"短時間"至少也在十幾分鐘以上。而變頻調速器的過載能力為：150％，l分鐘。這個指標，對電動機來說，只有在起動過程才有意義，在運行過程中，實際上是不允許載。

摘要：分析了由MCU和雙向晶閘管開關來控制通用電動機轉速的原理，提出了一種提高電動機效率的設計方案，給出了該實現方案的硬件電路和軟件程序框圖，同時給出了實驗仿真的結果。

關鍵詞：微控制器；晶閘管開關；電路板

1引言

在日常生產與生活中，大量電動機都以規定的速度和功率去拖動各種機械。而在軍事上，很多應用往往要求旋轉天線在各種條件下都要保持勻速轉動,這就要求在不同的情況下，電動機能相應調整工作速度，以保持恒定的速度。要實現這一功能，最常用的方法是對電動機的轉速進行調節。改變直流電動機的電樞或交流電動機的定子電壓，都可以在一定的范圍里改變轉速；也可用雙向晶閘管交流開關或直接選用模擬控制的通用電動機驅動器來取代笨重的電動機、發電機組以及飽和電抗器。本文介紹一個直接由110／240V電源供電的通用電動機驅動電路和一個MCU以及一個雙向晶閘管開關來實現控速的設計方法。其中單片機選用Microchip公司的PIC12F675。與用戶接口的方式有三種一個是接觸傳感器；一個是按鈕；一個是電位器。筆者在該仿真實驗中采用的是電位器。輔助電源從電源電壓中變壓整流獲得。

2設計方案和結構

2．1電路結構

摘要:本文主要介紹交流電機的控制使用，主要因為交流電機已經取代以前直流電機的重要作用，因此進一步研究交流調速控制，對于我們以后工業發展和節能減排等有著十分現實的意義。

關鍵詞:STM32;交流電機;SVPWM

1緒論

如今生產生活中交流電機的使用已經遠遠超過了直流電機，而在交流電機中由于轉子旋轉的速度與旋轉磁場的轉速不同，分成了異步電動機和同步步電動機。前者由于負載的轉速與輸入電網的頻率之比可以不為定值。［1］它與后者相比內部結構簡單，制造、使用和維護方便、運行可靠，而且質量輕，花費成本低，因此我們把交流異步電動機作為研究對象。［2］

2系統硬件總體設計

系統的主電路采用交－直－交變壓型電路。該系統主電路主要由整流，濾波以及IPM等部分組成。本文選擇的控制部分也是當今使用最為廣泛的STM32F1系列單片機，可用來處理反饋環節返回來的變量以及產生精確地SVPWM波來驅動IPM模塊，總體框圖如圖1所示。2．1電流采樣電路。它的主要作用是采集系統運行時的電流，通過該模塊處理后返回到MCU中，電流采樣電路如圖2所示。2．2測速模塊。本系統中我們采用的是M法，我們將它的A和B兩個引腳同時進行計數。由于它每一次旋轉都可以產生產生1024個脈沖。兩個引腳同時計數可以讓我們的結果更加精確。將這兩個引腳的輸入到MCU的IO口中進行處理。2．3主電路設計。它是來執行變頻調速的關鍵環節。該電路采用的是交－直－交變壓變頻。如圖中間經過的是直流，它采用的是大電容來進行濾波操作。本系統采用的整流器是二極管，最右側輸出的波形接近正弦波。2．4IPM選擇。在選用它時，我們首先要考慮的是系統能正常運行。額定電壓值計算:Un1．5Ud=1．5×540=810V額定電流值計算:In=(1．2～2)*λ*Im=(1．2～2)×1．5×槡2×8=20．34～33．9A該式中的為我們通常所說的安全裕量。λ為所有電機的過載倍數，最終選擇的IPM型號為PM50RSA120。該型號的最大耐壓為1200V，電流為50A。［3］

【摘要】《電機與拖動基礎》課程是自動化專業的專業基礎課程之一，是一門集理論與實踐于一身的課程。這門課程需要電磁學、微積分、電工技術等多門學科為基礎，內容抽象，對理論與實踐均要求較高，是一門既難教又難學的課程。本文從本校教學實際出發，分析《電機與拖動基礎》課程教學過程中存在的問題，對教學內容、教學方法以及實踐應用等方面進行改革，開展“模塊化”教學，取得了良好的效果。

【關鍵詞】電機與拖動基礎；教學改革；模塊化教學；任務驅動

近年來，培養創新型人才已成為各個高校培養人才的方向，各個專業增開涉及到新技術、新理論的各類課程，多門專業基礎課和專業課程的學時被壓縮，學時少、任務重是日常教學中必須解決的矛盾。如何在有限的學時內，高質量地教，高質量地學，是當前教學過程必須解決的問題。

1教學中面臨的問題

《電機與拖動基礎》在自動化專業的課程中，是一門既難學又難教的課程，具有以下幾個特點：1.1內容多而學時少。《電機與拖動基礎》課程內容包含電機學、電力拖動兩方面內容，概念繁多，公式種類紛繁復雜。本校教學學時為40學時，包含8個學時的實驗。如何更好地利用這40個學時，使學生對電機、電力拖動這兩大模塊知識具有基礎理論與基本的實踐操作技能，是這門課教學過程中急需解決的問題。1.2內容抽象而實踐性強。《電機與拖動機車》課程是以《高等數學》中的微積分運算、《大學物理》中的電磁學、《電路理論》中的基本概念、元件等知識點為基礎。需要學生對上述知識點熟練掌握，理解透徹，否則會對本課程的學習產生畏難情緒，甚至影響學習效果。實踐上包含電機的啟動、工作特性與機械特性的測定、調速與制動等電機運行的幾個環節，需要了解電機結構、掌握電機工作原理以及運行性能，才能夠更好地理解實驗目的、分析實驗結果。

2《電機與拖動基礎》模塊化劃分

1直流電機電樞絕緣結構

直流電機電樞絕緣結構，是由繞組絕緣、換向器絕緣、支架絕緣、扎鋼絲絕緣和層間絕緣等組成。由于采用的電樞繞組的型式，電壓等級和綁扎材料不同，電樞絕緣結構某些地方有所變化。

1.1電樞繞組絕緣電樞繞組絕緣結構隨繞組結構型式不同而有所區別。為了提高防潮性能，大型直流電機電樞繞組一般采用連續式絕緣。

1.1.1匝間絕緣作用是絕緣同一線圈中的相鄰元件，只承受片間電壓。大型直流電機匝間絕緣一般采用裸銅線外半疊包一層0.1毫米云母帶，或直接采用高強度漆包雙玻璃絲包線。中、小型電機一般采用雙玻璃絲包線即可。在F級薄膜絕緣大型電機可采用0.05毫米薄膜半疊包一層并將薄膜“燒結”在導體上，或加包一層玻璃絲帶。中、小型電機半疊包0.05毫米薄膜一層或將薄膜“燒結”在導體上。

1.1.2對地絕緣主絕緣，承受線圈對鐵心間的全電壓。1000伏級大型電機：0.14毫米醇酸云母帶半疊繞三層。660伏級中型電機：0.14毫米醇酸云母帶半疊繞二層(連續式絕緣)或0.2毫米云母箔卷包2層(套筒式絕緣)。F級薄膜大型電機：0.05毫米聚酰亞胺薄膜半疊繞四層。中、小型F級或H級電機：0.05毫米聚酰亞胺薄膜半疊繞2～3層。

1.1.3保護布帶主要保護主絕緣免受機械損傷。一般B級絕緣電機采用0.1毫米玻璃絲帶半疊繞或平繞一層。F級薄膜絕緣一般不用保護布帶，有時為可靠起見，也用0.1毫米玻璃絲帶半疊繞一層。

【摘要】公鐵兩用牽引車是可以在鐵路和公路行駛的車輛，主要用于對列車在庫房、工位、移車臺之間的鐵路線路上牽引作業，同時可在基地道路或檢修庫房普通地面上運行。系統采用電傳動方式，以蓄電池為動力電器設計。電器系統具有節能環保，工作噪音不大于60dB，維護量低，傳動效率高，采用先進可靠的交流電機，閉環控制系統、無級變速驅動，確保運行安全可靠。

【關鍵字】驅動器；控制器；電池管理系統

一、設計背景

公鐵兩用車的電氣控制部分主要組成如圖1所示：電機驅動控制器：電機驅動控制器是整車的核心部件，控制器接收來自操縱臺的的各種主令信號（主令信號主要包括加速、制動、啟動、緊急制動等指令），以及各傳感器傳送的檢測信號，通過CAN總線通訊向變頻器發送轉矩、轉速指令控制電機。通過CAN總線把車速、電池電量等信息在顯示器上顯示。變頻器：兩用車配備的變頻器用于控制牽引電機，對電機采取轉矩控制。變頻器具有豐富的保護功能，包括過流保護、過壓保護和過熱保護等，保證驅動系統的安全可靠運行。主要控制對象為驅動電機和油泵電機，也是整車最關鍵部分，下面分別介紹目前該車的電機主要參數。1.牽引電機。牽引電機選用意大利SME公司生產的MC225型交流電機，該交流電機額定電壓48V，額定功率16kW，額定轉矩150Nm，額定轉速1500r/min，峰值功率可達到47.8kW，峰值轉矩314Nm，最高轉速4500r/min。牽引電機是鼠籠轉子交流電機，壽命長，不需要維護；電機具有0速輸出最大轉矩的能力，從而獲得最大起動轉矩。由變頻器控制主電機，對電機的控制方式有轉矩控制和轉速控制2種，可以根據指令切換；回饋制動功能將電機制動的能量給電池充電，提高了電能利用率，延長電池一次充電的工作時間；變頻器具有豐富的保護功能，包括過流保護、過壓保護和過熱保護等，保證驅動系統安全可靠運行。2.油泵電機。除牽引電機外，系統中還有一個泵電機用來驅動油泵。泵電機采用意大利SME公司生產的MT719B2型，額定功率10kW，額定轉速1500rpm，可以為導輪、助力轉向器和剎車油泵提供動力。

二、設計思路

通過對被控制對象的分析，需要實現一套大扭矩的電動車。電氣系統部分的核心在于驅動電機控制，需要實現轉矩控制，調頻調速，制動控制，能量回收等，驅動電機為交流異步電機。縱觀市場，此類控制器也比較多，應用廣泛，如叉車、牽引車、代步車、景區擺渡車等類電動車，技術比較成熟，通過系統集成方式完成一套控制系統設計。

1直流電機電樞絕緣結構

直流電機電樞絕緣結構，是由繞組絕緣、換向器絕緣、支架絕緣、扎鋼絲絕緣和層間絕緣等組成。由于采用的電樞繞組的型式，電壓等級和綁扎材料不同，電樞絕緣結構某些地方有所變化。

1.1電樞繞組絕緣電樞繞組絕緣結構隨繞組結構型式不同而有所區別。為了提高防潮性能，大型直流電機電樞繞組一般采用連續式絕緣。

1.1.1匝間絕緣作用是絕緣同一線圈中的相鄰元件，只承受片間電壓。大型直流電機匝間絕緣一般采用裸銅線外半疊包一層0.1毫米云母帶，或直接采用高強度漆包雙玻璃絲包線。中、小型電機一般采用雙玻璃絲包線即可。在F級薄膜絕緣大型電機可采用0.05毫米薄膜半疊包一層并將薄膜“燒結”在導體上，或加包一層玻璃絲帶。中、小型電機半疊包0.05毫米薄膜一層或將薄膜“燒結”在導體上。

1.1.2對地絕緣主絕緣，承受線圈對鐵心間的全電壓。1000伏級大型電機：0.14毫米醇酸云母帶半疊繞三層。660伏級中型電機：0.14毫米醇酸云母帶半疊繞二層(連續式絕緣)或0.2毫米云母箔卷包2層(套筒式絕緣)。F級薄膜大型電機：0.05毫米聚酰亞胺薄膜半疊繞四層。中、小型F級或H級電機：0.05毫米聚酰亞胺薄膜半疊繞2～3層。

1.1.3保護布帶主要保護主絕緣免受機械損傷。一般B級絕緣電機采用0.1毫米玻璃絲帶半疊繞或平繞一層。F級薄膜絕緣一般不用保護布帶，有時為可靠起見，也用0.1毫米玻璃絲帶半疊繞一層。

摘要：介紹了采用實際控制器輸出的PWM開關邏輯信號定義正、負半橋開關函數，建立逆變器的Simulink實時模型。該模型既可實現電力驅動實時仿真系統中逆變器與電機模型的解耦，又可以確定逆變器開關死區時間。還給出了基于dSPACE實時仿真環境的逆變器-異步電機實時仿真系統的實現方法，針對開關頻率為1kHz的逆變器，采樣周期為11μs的實時仿真與仿真步長為100ns的離線仿真結果無明顯差別。

關鍵詞：逆變器開關函數實時仿真

在交通和某些工業領域中的電力驅動系統的研制過程中，直接使用實際電機系統對新的控制器進行測試，實現起來比較困難，而且費用較高。因此，需要介于離線仿真和實機試驗之間的逆變器-交流電機實時仿真器，與實際控制器硬件相連，在閉環條件下對實際控制器進行實時測試。由于這種實時仿真系統回路中有實際控制器硬件介入，因此被稱為硬件在回路仿真（Hardware-in-the-LoopSimulation）。

盡管在真實系統上進行試驗是必不可少的，但是由于采用實機難以進行極限與失效測試，而采用實時仿真器可以自由地給定各種測試條件，測試被測控制器的性能，因此實時仿真器可作為快速控制原型（RapidControlPrototyping）的虛擬試驗臺，在電機、逆變器、電源和控制器需要同時工作的并行工程中必不可少。

圖1電源-濾波-逆變器-交流電機系統

由于目前數字計算機處理速度的限制，不能實現亞微秒級物理模型實時仿真，需要對逆變器開關過程進行理想化處理，因此引入了離散事件系統。離散事件逆變器子系統與連續時間電機子系統耦合，使變流器-電機實時仿真器成為變因果和變結構系統。變因果是指離散開關事件發生前后，描述連續時間電機子系統的動態方程的輸入變量與輸出變量會變換位置；變結構是指在仿真進程中，離散開關事件引發狀態轉換，使連續系統結構發生變化。因而需要對動態方程不斷地進行調整和初始化[1]。

一、電力電子技術的發展

現代電力電子技術的發展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,表明傳統電力電子技術已經進入現代電力電子時代。

1、整流器時代

大功率的工業用電由工頻(50Hz)交流發電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變為直流電,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發與應用得以很大發展。當時國內曾經掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產物。

2、逆變器時代

七十年代出現了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節能效果顯著而迅速發展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變為0~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態補償等。這時的電力電子技術已經能夠實現整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內。