基于PLC的井下自动排水系统总体设计
河北科技师范学院
本科毕业论文（设计）文献综述
交流电机控制的研究
院（系、部）名 称 ： 机电工程学院 专 业 名 称： 电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 申再贺 学 生 学 号： 0413120213 指 导 教 师： 崔丽娜
年 月 日
河北科技师范学院教务处制
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基于PLC的井下自动排水系统总体设计
1、前言
电机行业是一个传统的行业。经过多年的发展，它已经成为现代生产、生活中不可或缺的核心、基础，是国民经济中重要的一环。电动机主要分同步电动机、异步电动机与直流电动机三种，分别应用于不同的场合，而其中又以三相异步电动机的使用最为广泛。到目前为止，我国的电机制造业已经具有一定规模。在现代电动机控制中，长期以来存在着交流调速和直流调速方案之争，早在19世纪末，电力系统中就有过交流供电和直流供电之争，结果经过半个世纪的争论，由于三相交流电的发明，使电力系统的交流化取得了胜利[1]。由于电力电子器件的不断发展，这对交流电机的控制和调速奠定了物质基础。电力电子器件是实现弱电控制强电的关键所在。以普通晶闸管构成的方波形逆变器被全控型高频率开关器件组成的脉宽调制(PWM)逆变器取代，正弦波脉宽调制（SPWM）逆变器及其专用芯片得到了普遍应用。在现代电机控制理论中，交流变压变频技术是一种转差功率不变高效型调速技术，它是现代交流调速的主要控制方法，自20世纪60年代获得突破性进展以来，一直受到人们的高度重视。交流变压变频技术按其控制方式可简单分为：V/F恒定正弦脉宽调制(SPWM)、电压空间矢量(SVPWM)、矢量控制和直接转矩控制三代控制方式[2]。
2、电机的交流调速
从世界上第一台电动机诞生以来，交流电机变频调速技术的发展一直没有得到大规模的应用。这主要是由于交流电动机本身的控制复杂性以及电力电子技术不成熟，控制方法不完善造成的。但是，从20世纪70年代以后，随着电力电子技术和微电子技术的发展，带动了交流调速系统的兴起和发展，逐渐打破了直流调速系统占据的统治地位。针对交流电机（尤其是笼型感应电机）动态数学模型的非线性多变量强耦合特点，并随着智能控制技术的发展，许多学者提出了各种控制策略和技术方法。包括无速度传感器矢量控制技术、直接转矩控制技术、基于神经网络控制的矢量控制技术、空间电压矢量控制技术等[8]。
现代交流调速技术的发展依赖于微电子学、电力电子技术、计算机控制、现代控制理论和逆变技术的发展以及交流电动机制造技术的发展，是一门多学科交叉技术。近年来，交流电机的驱动在工业中得到了非常广泛的应用。
2.1 直流电机与异步电机调速性能比较
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异步电机相对于直流电机，具有坚固耐用，价格便宜，易于维护等显著特点，在各行各业得到广泛应用。但是，异步电机的调速性能远比直流电机差，这限制了异步电机在调速场合的应用。由电机原理可知，电机调速的本质是控制电机的电磁转矩实现加减速，达到调节转速的目的。电动机的电磁转矩是由主磁场和电枢磁场的相互作用产生的。主磁场和电枢磁场产生方法的不同，以及两者之间相互作用形式的不同产生了电机不同的调速性能。
直流电机调速性能优异、可控性好是因为它具备以下几个条件： （1）主磁场由直流励磁电流产生，用补偿绕组克服电枢反应，一般可认为主磁场是稳定的直流磁场；
（2）当电刷位于几何中性线时，电枢磁场和主磁场在空间上是垂直的，不产生耦合；
（3）励磁电流和电枢电流互相独立，由各自所在回路控制，易于实现； （4）在工程实现中，直流电机可以视为单输入/单输出的二阶线性系统（SISO），输入为电枢电压，输出为转速。若忽略电枢反应和磁场饱和，直流电机的输出转矩可以表示为
Te=GafIaIf (1)
式中，Te为电磁转矩，Gaf为直流电动机的电动势常数，Ia为电枢电流，If为励磁电流。直流电机的构造决定了励磁电流If产生的磁链f生的磁链链f
不受影 响，且在f通过If
改变控制磁链f
时，不会影响到a
。这就是调速所希望的独立性、解耦
性。应用经典的线性系统控制理论以及相应的工程设计方法可以很方便地分析和设计直流电机的调速系统。
异步电机和直流电机相比，具有以下特点：
（1）三相异步电动机的定子上施加三相对称正弦交流电流，产生一个空间旋转磁场；
（2）转子电流产生的旋转磁场在稳态时与定子电流产生的旋转磁场同步旋 转，但相位不同，在空间上不存在垂直关系，也就不存在解耦特性；
（3）异步电机多为鼠笼型，转子短路，只能调节定子电流；
（4）异步电机的动态数学模型是至少七阶的多输入多输出系统（MIMO）。 显然，异步电机的动态数学模型极复杂，只有通过有效的简化与控制技术
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为额定值时，可以获得快速的瞬态响应和较高的单位安培转矩；
与电枢电流Ia产
是垂直的，即两个矢量之间是解耦的。通过改变Ia控制转矩时，磁
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