摘要：本文主要对小型电动机变频调速系统集成技术进一步分析了解。变频调速系统集成度逐渐变大、集成体积逐渐变小、功能逐渐变强、性能逐渐稳定化。
关键词：小型电动机；变频调速系统；集成技术；问题
引言：
小型电动机变频调速集成化是将微电子技术、集成电路技术、电子系统装联技术与电力电子技术相结合，使现在市场上的小型电动机变频调速系统器件化、模块化、高功率密度化、小型化，同时降低调速系统的成本，减小或排除长期以来阻碍了小功率电动机变频调速系统广泛应用的经济方面的因素。
一、电机变频调速系统集成化的简述
我国的集成电路行业主要分集成电路设计行业、集成电路生产行业和封装行业，其中封装行业销售额占国内集成电路产业销售总额的70%左右。电机变频调速系统集成化需要有集成电路产业和变频器产业支持，由于我国微电子技术在很长一段时间内落后于国外，长期以来国内变频器产业绝大部分使用进口的功率半导体器件和控制芯片，以及其他原因造成了国内变频器产品的成本比较昂贵，无法与国外变频器生产企业竞争，特别是二十世纪九十年代中期，若不计台湾的部分变频器生产企业，国内的通用变频器市场几乎所有的份额都被日本、美国、英国、德国等公司所占有。集成电路行业在很长一段时间里也落后于国外水平，这些因素制约了电机变频调速系统集成化的发展。但是，经过这几年的改革开放和发展，我国的集成电路行业己积累了一定的基础，技术水平有了很大的提高，逐渐接近国外的发展水平。
二、变频调速系统集成的问题
（1）耐压问题。变频调速系统主电路中的电压比较高，一般在几十伏以上，甚至达到千伏的级别，比电子信息产业中应用到的集成电路的电压要高很多，因此要将变频调速系统集成化必须解决耐压问题。
（2）隔离问题。由于变频调速系统是一个高压大电流系统，存在着MEI、EMC问题，需要在功率器件之间、功率器件和控制电路之间进行电隔离。
（3）控制电路与功率主电路接口问题。在变频调速系统中，大多采用电压型桥式逆变电路，而电压型桥式逆变电路同一桥臂的上下功率管不能同时开通，同时，它们的驱动电压之间电压差随着开关管开通或关断变化；另外，控制电路产生的控制信号也需要经过功率放大才能够驱动功率开关管。在目前通用的变频调速电源中，常采用在同一桥臂的上下功率管驱动信号上叠加上死区时间，上下功率开关管采用隔离的驱动电源来实现。
（4）热效应问题。在高压集成电路中，当电压越高时导通内阻越大，在大电流的情况下，相应的功率损耗比较大，芯片发热情况会非常严重，从而会引起电路工作不稳定，以及产生热应力等一系列的因为热效应而引起的不良影响。
（5）磁技术问题。变频调速系统中，滤波和辅助电源中包含有电容、电感或变压器，这一类型的器件的集成在目前具有一定的难度。
（6）检测电路的集成问题。在变频调速系统中，具有多种检测功能，包括电流检测、电压检测、位置检测等等，这些检测电路不仅需要具有多种转换功能，也牵涉到控制电路与主电路接口，集成到同一芯片或封装中具有一定的难度。
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三、交流电动机变频调速系统分析
交流异步电动机因为其具有结构简单、制造方便、坚固耐用、运行可靠、价格低廉，在运行过程中需要的维护很少等特点，在工农业和家电中获得了广泛的应用，虽然由于其调速控制比较复杂，在很长一段时间内，在控制精度要求比较高的场合，交流异步电动机难以得到应用，但是经过了多年的发展，交流异步电动机的控制系统已极其繁多，可以达到的控制精度各不相同，电路的复杂程度也各不相同。目前，应用磁场定向矢量控制或直接转矩控制交流异步电动机的调速性能几乎可以比拟直流电动机的调速控制性能，但由于控制电路比较复杂，成本比较高，影响了其应用范围。要想使交流异步电动机拖动系统高性能、低成本化，需要走机电一体化道路。而要实现机电一体化必须将交流异步电机调速电源系统模块化、集成化，在提高系统性能的同时，减小交流异步电机调速电源系统的体积和重量，也降低系统的成本。
四、交流异步电机变频调速分析
1.脉冲宽度调制控制
脉冲宽度调制技术作为变频调速的关键技术，是随着全控型快速半导体功率开关器件BJT、GOT、MOSFET、IGBT的发展而得到迅速的发展和广泛的应用。脉宽调制技术实现了对电压和频率的一步控制，前面的整流环节可用不控整流电路，简化了电路结构，而且由于以全波整流代替了传统的相控整流，因而提高了输入端的功率因数，减小了高次谐波对电网的影响。此外，由于输出电压波形由方波改进为P咖波，减少了低次谐波，从而解决了电动机的转矩脉动问题，也降低了电动机的谐波损耗和噪声，同时也提高了输出电流的响应速度，提高了变频器的动态性能。PWM从控制思想上分，可以把它分成四类，即等脉宽PWM法，正弦波P毗法、电流跟踪型P测法和空间矢量调制法等。等脉宽PWM法是为了克服PMA方式中逆变器部分只能输出频率可调的方波电压而不能调压的缺点发展来的，是P姗法中最简单的一种。它每一脉冲的宽度均相等。改变脉冲序列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当的控制方法即可使电压和频率协调变化。
2.矢量控制
矢量控制目前主要是指磁场定向矢量控制和直接转矩控制，该技术不再以逆变电源的输出电压为控制目标，而是对磁链和电磁转矩分别采用闭环控制，将异步电动机的数学模型通过数学变换，实现交流异步电机的磁场和电流的解偶，将异步电动机的数学模型转化为类似于直流电机的数学模型，在经过了转化的异步电机数学模型的基础上，模仿直流电机控制的一种高性能的控制方法。磁场定向矢量控制技术由于需要进行坐标变换、矢量运算以及一些非线性的复杂运算，在很长一段时间内，因为控制电路的器件的限制，难以满足磁场定向矢量控制技术的要求，而无法在实际的交流异步电机变频调速系统中得到应用。直到二十世纪七十年代末，微处理器被应用于交流电机变频调速控制，才逐渐被实际应用。二十世纪末，各种高档的微处理器和DSP系统被应用于交流电机控制，磁场定向矢量控制技术才得以广泛应用。目前，磁场定向矢量控制技术在造纸、轧钢、数控机床等电机控制要求比较高的场合的应用越来越广泛。
五、电机变频调速系统集成化的发展
电能的绿色利用越来越引起了我国人们的注意，绿色家电正吸引着人们的目光。据统计，仅仅空调一项这两年来就已达到千万台以上，具有着极大的市场。而在家电中普遍应用电机调速电源供电面临着现在分立器件组成的系统成本高、体积较大等问题，要想解决这些问题必须走集成化道路。
我国的变频器行业由于种种原因，生产行业一直落后于国外，国内的变频器产业主要生产一些专用的电机变频调速器，虽然从销售额来说很小，但是电机变频调速技术水平与国外相差不大，从控制比较简单的开环控制，到控制比较复杂的各种新型的闭环控制，国内一直有很多优秀的研究人员在进行着电机控制方面的研究，电机变频调速系统集成化在电机变频调速系统设计方面基本不存在问题，主要限制在集成电路设计和制造业方面。
结束语：
总之，电机调速是电力电子技术应用的最大领域之一，具有极大的吸引力，同时也具有较强的挑战性。对小型电动机变频调速系统集成技术进一步分析具有重要的意义。
参考文献：
[1]崔博文.电动机变频调速系统故障检测与诊断技术研究[D].西安：西北工业大学，2012.
[2]“变频调速技术与应用”课程理实一体化教学改革与设计[J].宋正强，张平.扬州职业大学学报.2017（01）
论文作者:卢伟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/25
标签：变频调速论文; 系统论文; 电压论文; 电机论文; 功率论文; 电动机论文; 矢量论文; 《基层建设》2019年第18期论文;