电力电子在电机控制上的应用
摘要：电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，具体地说就是对电能的电压、电流、频率、波形和相数等方面进行变换，为不同要求的负载提供适配的电源。同时，随着电力电子技术与控制技术的发展，其在电机控制方面也得到了广泛的应用。
基于此，用matlab软件的simulink**直流调速系统，该**应用到了速度负反馈单环调速，**速度图像说明了电力电子技术在电机控制方面的应用。
关键词：电力电子；整流器；电机；调速。
1 引言。电力电子技术主要包括3个方面的内容：电力电子器件、电力电子变流装置和电力电子变流系统。
目前的电力电子器件均是由半导体材料制成的，故也称电力半导体 。电力电子技术主要用于电力变换和控制，所变换的电力功率从数瓦到数百兆瓦甚至吉瓦。使用的器件为电力电子器件，也是利用半导体材料、使用集成电路制造工艺、采用微电子制造技术制成的，这一点与电子器件同根同源。
电力电子技术是以电力为研究对象的电子技术，它利用各种电力电子器件和控制技术对电能，包括电压、电流、频率和波形等的控制和变换。
电力电子器件是由半导体材料制成的一系列固态高压大电流开关器件，它的特点是容量大、耐压高、损耗小、易于实现自动控制和大功率电能变换。电力电子器件的发展方向是大容量、高频、易驱动、低导通压降、模块化和集成化。目前我国在普通晶闸管的基础上又派生出许多高能的电力电子器件，特别是电力晶体管（gtr）等自关断全控型电力电子器件的研制成功，更丰富了电力电子技术。
电力电子技术和运动控制联合的系统应用特别广泛，它涵盖了电子电路、电机拖动、自动控制、微机原理等多个学科领域，是综合性、实践性和应用性很强的研究对象。由于电力电子器件自身的开关非线性，给电路和系统的分析带来一定的困难，一般常用波形分析和分段线性处理的方法来研究电力电子电路。实际生活生产过程中交流调压应用广泛，例如灯光条件、电炉的自动恒温控制等。
直流斩波器也叫直流调压器，它是将恒定直流电压通过电力电子器件的开关作用变换为可调直流电压的装置。直流斩波器较多地应用于直流电网供电的地铁车辆、无轨电车和电动汽车设备。它与转动的串电阻调压调速方法比，不仅使电动机获得好的起运、制动、调速特性，而且结构轻便，控制简单，节约电能。
如果采用自关断电力电子器件，又可使电器具有效率高，体积小，重量轻，成本低等优点，因而也被广泛用于制作开关电源，如彩色电视机、计算机的电源等。变频调压电路通常称为变频器，它能将直流电或工频交流电变换成频率可调的交流电。电力电子变频器是一种静止变频装置，具有体积小，频率高和使用方法可靠等优点，已广泛应用于热处理的中频炉和交流电动机变频调速的专用电源等。
变频器可分为交流-交流直接变频器和交流-直流-交流间接变频器。
交流-交流直接变频输出的电压最高频率仅为电网工频的1/3，适用于低频大容量交流供电系统。交流-直流-交流间接变频器将工频交流经整流转变为直流电，再由直流电转变为所需频率的交流电。目前使用较普遍的是交流-直流-交流间接变频器（逆变器）。
2.研究背景以及意义。
电机是一种利用电磁感应原理进行机电能量转换或信号传递的电气设备或机电元件，广泛应用于国民经济的各个方面。由于直流电机调速简单，在 20 世纪 60 年代以前，全世界电力传动系统一直是以直流调速系统为主。凭借着结构简单、制造容易、坚固耐用等特点，交流电机尤其是异步电机在恒速驱动系统中。
得到了广泛应用。随着上世纪六七时年代电力电子技术、控制理论、微电子技术的迅猛发展，采用电力电子变流装置的交流调速系统得以实现，此时，直流电动机相比交流电动机的缺点日益明显，例如，具有电刷和换向器因而必须经常检查维修、换向火花使它的应用环境受到限制，换向能力限制了直流电动机的容量和。
速度等等。最初的的交流调速系统是采用恒压恒频比控制，这种标量控制系统基于电机的稳态模型，因此在速度变化过程中转矩不直接可控，采用该控制策略的调速系统在电机瞬态过程中响应较慢，与传统的直流调速性能差距很大。1975 年，德国工程师 blaschke 提出了矢量控制原理，成功地解决了交流电动机电磁转矩的有效控制。
它的基本原理是应用坐标变换将三系统等效为两相系统，再经过按转子磁场定向的旋转变换，实现了定子电流励磁分量与转矩分量之间的解耦，从而达到对交流电动机的磁链和电流分别进行控制的目的。这样就可以将一台三相异步电动机等效为直流电动机来控制，从而获与直流调速系统同样优良的动态性能。1985 年，德国学者 depenbrock 通过对瞬时空间理论的研究，提出了直接转矩控制理论，其基本原理是让电动机的磁链矢量沿六边形运动。
随后日本学者takahashi 提出了磁链轨迹的圆形方案。与矢量控制不同，直接转矩控制舍弃了复杂的坐标变换，即不在将定子电流分解为励磁电流分量和转电流分量，而是以转矩和磁通的独立跟踪自调整并借助于转矩的 band-band 控制来实现转矩和磁通直接控制。由于采用转矩直接控制，可使逆变器切换频率较低，点击磁场接近圆形，电机损耗、噪声及温升均比一般逆变器驱动的电机小，与矢量控制系统相比，可获得更大的瞬时转矩和极快的动态响应速度。
3.1原理。
由于直流电动机具有良好的运行和控制特性，它们在许多行业中都得到了广泛的应用。而且，直流调速系统在理论和工程实践上都比较成熟，从控制角度来看，它是交流调速系统发展的基础 。
根据直流他励电动机的原理，通过调节电动机的电枢电压u或者减弱励磁磁通或者改变电枢回路总电阻r均可以实现电动机速度的调节功能。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统而言，以调节电动机的电视电压u为主要的调试方式。
3.2 调试**根据反馈控制原理可知，要维持直流电动机的转速稳定，就应该直接引入该物理量的负反馈，构成转速闭环控制系统，这样就可以更加直接和有利地实现转速稳定控制。所以，电机的控制原理如下所述 。
3 速度负反馈单环直流调速系统的**。
由于直流电动机具有良好的运行和控制特性，它们在。
许多行业中都得到了广泛的应用。而且，直流调速系统在。
理论和工程实践上都比较成熟，从控制角度来看，它是交。
流调速系统发展的基础 。
根据直流他励电动机的原理，可得它的电气方程为：
式1）式中：r表示电枢回路的总电阻；e表示电枢电动势；
表示电枢供电电源的空载电压；表示电动机的电枢电。
压。且r和e分别为：
——(式2）
式3）式中：表示供电电源的内阻；表示电枢电阻；表示线路或者外接电阻； 表示由电动机结构所决定的电动势系数； 为励磁磁通；n为转速。
由上面的式子可得：
（式4）该式表明，通过调节电动机的电枢电压u或者减弱励磁磁通或者改变电枢回路总电阻r均可以实现电动机速度的调节功能。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统而言，以调节电动机的电视电压u为主要的调试方式。
3.2 调试**。
根据反馈控制原理可知，要维持直流电动机的转速稳定，就应该直接引入该物理量的负反馈，构成转速闭环控制系统，这样就可以更加直接和有利地实现转速稳定控制。所以，电机的控制原理如下所述由测速电机与电位器组成转速检测环节，获得与转速成正比的负反馈电压u ，该反馈电压与转速给定电压进行比较之后，得到偏差电压，结果pi调节器产生空载电压，最终达到控制电动机的转速目的，这就组成了转速控制的调试系统。速度负反馈单环直流调速系统的建模包括两部分：
①主电路的建模，它由三相对称交流电压源、晶闸管整流桥、平。
波电抗器、直流电机等组成；②控制电路的建模，它由给定信号、速度调节器、限幅器、偏置信号、反相器、速度反馈和给定负载等组成。其**模型如下图1。速度为120rad/s时，**结果波形见图2。
速度为100rad/s时，**结果波形见图3。
图1：速度负反馈单环直流调速系统**图。
图2速度为120rad/s的速度和时间的图像。
图3速度为100rad/s的速度和时间的图像。
接续电缆分布在大坝的各个断面，同时，采集设备使用ac220v外部电源，这些因素导致采集系统易受到雷电的干扰和破坏。因此，系统必须在屏蔽、接地保护和选用避雷器等方面采取措施，对信号线、电源线等进行防雷保护。
电源总线的保护。在交流电进入系统之前加隔离变压器，然后经参数稳压电源再给整个系统供电，另外应尽量避免多处分散供电以免引入干扰。电源总线在坝表面走线时采用镀锌钢管保护。
钢管对内部线路能起到很好的屏蔽保护作用，钢管连接处进行可靠焊接，电缆不要有暴露处，因为每一段的暴露处都可能成为雷电干扰的通道。总线采用双绞屏蔽线，采用双绞屏蔽线，是由于双绞线的相邻绞环，构成了两个面积相等的交叉回路，它们在外磁场的作用下所产生的感应电动势及伴生的感应电流大小相等，方向相反。即由干扰所产生的感应电流在负载上相互抵消，从而减小了干扰的影响。
监控主站的保护。监控主站防雷包括电源防雷和监控主机与外界的通讯防雷。供电电源为地埋进线，防雷参照二类防雷建筑物配置，接地网接地电阻2.
1ω，两级防雷保护措施，第一级采用20ka的电源避雷器，第二级采用隔离变压器；计算机与外界的通讯防雷采用双绞线传播方式的信号电源保护器。
mcu房的保护。mcu房布设可靠的地网，地网的接地。
电阻小于4.8ω；同时，mcu供电电源安装交流隔离变压器和电源避雷器，mcu与计算机间安装通讯避雷器。避雷器引下线在地网上连接点之间距离不小于10m。
接地体采用扁钢，不小于40mm×4mm。接地体之间所有焊点做防锈处理，上端距地面不小于0.5m，地网的网格不大于3m×3m，其周边为封闭式。
房间内的环形与坝上防雷设施相互焊接连通好。
传感器的保护。本系统传感器信号传输电缆较长，且分散布置于各坝段，容易感应雷电流。为保护传感器在其孔口均安装5线制信号避雷器，同时，传感器接入mcu通道板接线端子后端亦设防雷保护。
机箱、机柜的保护。安装在野外的mcu机箱、机柜采。
用金属外壳，并就近可靠接地，这样可对内部的测量电路。
起到很好的保护作用。新立城水库大坝安全监控系统由于在设计之初和施工过程中充分考虑了防雷抗干扰的措施，系统运行几年来，未出现雷击导致设备损坏的现象。需要说明的是，防雷保。
护是一个比较复杂的问题，采用任何一种单一的防雷器件都难以保证其安全，必须采取综合防护的措施，对症下药将各类可能引起雷害的因素排除，才能将雷害减少至最低限，就能有效确保系统的稳定工作，从而发挥出系统防护工作的最佳效果。
3总结。新立城水库大坝安全监控系统由于在设计之初和施工过程中充分考虑了防雷抗干扰的措施，系统运行几年来，未出现雷击导致设备损坏的现象。需要说明的是，防雷保护是一个比较复杂的问题，采用任何一种单一的防雷器件都难以保证其安全，必须采取综合防护的措施，对症下药将各类可能引起雷害的因素排除，才能将雷害减少至最低限，就能有效确保系统的稳定工作，从而发挥出系统防护工作的最佳效果。
通过对电力电子器件的全面了解，再加上在电机控制方面的应用，本次**的写作。本文对电力电子技术进行了简单的概述，并通过matlab软件建立感应电动机的变频调速**模型，**的结果具有较好的静、动态特性。**过程可以修改模型中的参数，如选择滤波电容器组的参数，通过修改电动机的参数和控制pwm的脉宽进行调速。
**结果表明，电力电子技术应用在电机控制方面的效果很显著。
2] 王云亮。电力电子技术[m].北京：电子工业出版社，2006,7.
3] 陈伯时。电力拖动自动控制系统[m].第三版。北京：机械工业出版社，2002.
电力电子作业
igbt驱动技术现状。s1407006 刘金电气工程。目前已经有很多成熟的电路可以可靠的驱动绝缘栅器件，根据驱动信号与功率器件是否需要隔离可分为两种不同的驱动电路。隔离驱动信号 隔离功率器件的驱动电路的设计相对来说简化了栅极驱动器的设计，如由美国国籍整流器公司设计的ir系列驱动电路就是当前优秀集成电...
电力电子作业
14.三相半波可控整流电路也必需要采用双窄脉冲触发。x 15 pwm逆变电路的控制方法主要有哪几种？简述异步调制与同步调制各有哪些优点？答 1 pwm逆变电路的常用控制方法有两种，一是计算法 二是调制法。其中调制法又可分为两种，一是异步调制法 二是同步调制法。2 通常异步调制法是保持载波频率不变，信...
电力电子作业
1 电力电子在飞机电源上的应用。在维护手册的飞机电路图中上常见的电力电子器件有晶闸管 二极管和功率三极管。功率二极管的应用与在通用电气系统中的应用相似，首先是与继电器线圈并联的起续流及钳位作用 只要有电磁开关的地方就会有二极管的应用，只要有电磁开关的地方就会有二极管的应用。续流二投管的通流能力是要求...