【論文關鍵詞】：容量選擇；傳動系統(tǒng)；最高頻率；傳動比；制動電阻

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

隨著電力技術的迅速發(fā)展，交流電機變頻調(diào)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(diào)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(diào)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(chǎn)機械中，電動機的容量主是根據(jù)發(fā)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(nèi)，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(zhuǎn)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(diào)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(tǒng)；最高頻率；傳動比；制動電阻

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

隨著電力技術的迅速發(fā)展，交流電機變頻調(diào)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(diào)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(diào)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(chǎn)機械中，電動機的容量主是根據(jù)發(fā)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(nèi)，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(zhuǎn)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(diào)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(zhuǎn)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(xiàn)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(chǎn)與生活中，大量電動機都以規(guī)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(zhuǎn)天線在各種條件下都要保持勻速轉(zhuǎn)動,這就要求在不同的情況下，電動機能相應調(diào)整工作速度，以保持恒定的速度。要實現(xiàn)這一功能，最常用的方法是對電動機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)。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(zhuǎn)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(qū)動器來取代笨重的電動機、發(fā)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(qū)動電路和一個MCU以及一個雙向晶閘管開關來實現(xiàn)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(jīng)取代以前直流電機的重要作用，因此進一步研究交流調(diào)速控制，對于我們以后工業(yè)發(fā)展和節(jié)能減排等有著十分現(xiàn)實的意義。

關鍵詞:STM32;交流電機;SVPWM

1緒論

如今生產(chǎn)生活中交流電機的使用已經(jīng)遠遠超過了直流電機，而在交流電機中由于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速與輸入電網(wǎng)的頻率之比可以不為定值。［1］它與后者相比內(nèi)部結構簡單，制造、使用和維護方便、運行可靠，而且質(zhì)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(tǒng)硬件總體設計

系統(tǒng)的主電路采用交－直－交變壓型電路。該系統(tǒng)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(huán)節(jié)返回來的變量以及產(chǎn)生精確地SVPWM波來驅(qū)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(tǒng)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(tǒng)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(shù)。由于它每一次旋轉(zhuǎn)都可以產(chǎn)生產(chǎn)生1024個脈沖。兩個引腳同時計數(shù)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(zhí)行變頻調(diào)速的關鍵環(huán)節(jié)。該電路采用的是交－直－交變壓變頻。如圖中間經(jīng)過的是直流，它采用的是大電容來進行濾波操作。本系統(tǒng)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(tǒng)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(shù)，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(yè)的專業(yè)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(nèi)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(fā)，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(nèi)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(qū)動

近年來，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才已成為各個高校培養(yǎng)人才的方向，各個專業(yè)增開涉及到新技術、新理論的各類課程，多門專業(yè)基礎課和專業(yè)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(nèi)，高質(zhì)量地教，高質(zhì)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(yè)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(nèi)容多而學時少?！峨姍C與拖動基礎》課程內(nèi)容包含電機學、電力拖動兩方面內(nèi)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(nèi)容抽象而實踐性強?！峨姍C與拖動機車》課程是以《高等數(shù)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(chǎn)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(diào)速與制動等電機運行的幾個環(huán)節(jié)，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(qū)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(xù)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?qū)⒈∧ぁ盁Y”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(xù)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(yè)，同時可在基地道路或檢修庫房普通地面上運行。系統(tǒng)采用電傳動方式，以蓄電池為動力電器設計。電器系統(tǒng)具有節(jié)能環(huán)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(huán)控制系統(tǒng)、無級變速驅(qū)動，確保運行安全可靠。

【關鍵字】驅(qū)動器；控制器；電池管理系統(tǒng)

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(qū)動控制器：電機驅(qū)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(fā)送轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(qū)動系統(tǒng)的安全可靠運行。主要控制對象為驅(qū)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(shù)。1.牽引電機。牽引電機選用意大利SME公司生產(chǎn)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(zhuǎn)矩150Nm，額定轉(zhuǎn)速1500r/min，峰值功率可達到47.8kW，峰值轉(zhuǎn)矩314Nm，最高轉(zhuǎn)速4500r/min。牽引電機是鼠籠轉(zhuǎn)子交流電機，壽命長，不需要維護；電機具有0速輸出最大轉(zhuǎn)矩的能力，從而獲得最大起動轉(zhuǎn)矩。由變頻器控制主電機，對電機的控制方式有轉(zhuǎn)矩控制和轉(zhuǎn)速控制2種，可以根據(jù)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(qū)動系統(tǒng)安全可靠運行。2.油泵電機。除牽引電機外，系統(tǒng)中還有一個泵電機用來驅(qū)動油泵。泵電機采用意大利SME公司生產(chǎn)的MT719B2型，額定功率10kW，額定轉(zhuǎn)速1500rpm，可以為導輪、助力轉(zhuǎn)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(xiàn)一套大扭矩的電動車。電氣系統(tǒng)部分的核心在于驅(qū)動電機控制，需要實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制，調(diào)頻調(diào)速，制動控制，能量回收等，驅(qū)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(qū)擺渡車等類電動車，技術比較成熟，通過系統(tǒng)集成方式完成一套控制系統(tǒng)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(qū)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(xù)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?qū)⒈∧ぁ盁Y”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(xù)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(shù)，建立逆變器的Simulink實時模型。該模型既可實現(xiàn)電力驅(qū)動實時仿真系統(tǒng)中逆變器與電機模型的解耦，又可以確定逆變器開關死區(qū)時間。還給出了基于dSPACE實時仿真環(huán)境的逆變器-異步電機實時仿真系統(tǒng)的實現(xiàn)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(shù)實時仿真

在交通和某些工業(yè)領域中的電力驅(qū)動系統(tǒng)的研制過程中，直接使用實際電機系統(tǒng)對新的控制器進行測試，實現(xiàn)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(huán)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)

由于目前數(shù)字計算機處理速度的限制，不能實現(xiàn)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(tǒng)。離散事件逆變器子系統(tǒng)與連續(xù)時間電機子系統(tǒng)耦合，使變流器-電機實時仿真器成為變因果和變結構系統(tǒng)。變因果是指離散開關事件發(fā)生前后，描述連續(xù)時間電機子系統(tǒng)的動態(tài)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(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，使連續(xù)系統(tǒng)結構發(fā)生變化。因而需要對動態(tài)方程不斷地進行調(diào)整和初始化[1]。

一、電力電子技術的發(fā)展

現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學方向轉(zhuǎn)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(fā)展先后經(jīng)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(fā)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(tǒng)電力電子技術已經(jīng)進入現(xiàn)代電力電子時代。

1、整流器時代

大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)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(nèi)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(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?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(fā)與應用得以很大發(fā)展。當時國內(nèi)曾經(jīng)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(chǎn)物。

2、逆變器時代

七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調(diào)速的關鍵技術是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調(diào)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(tài)補償?shù)?。這時的電力電子技術已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內(nèi)。