方案论证

1. 调速控制方法及选择

   近些年来，我国在交流电动机调速系统的应用方面，有了很快的发展，异步电动机有多种调速方法，例如；调压调速，串级调速，变频调速等。随着新型功率元件的出现和微型计算机的广泛应用，变频调速系统得到了空前的发展，在各个国家得到广泛应用。用感应电动机代替直流电动机控制的传动系统相继出现和实用化，本系统采用调速控制的方法对异步电动机进行控制。

2. 矢量控制与其他方案的比较

异步电动机的数学模型是一个高阶、非线形、强耦合的多变系统。三相异步电动机的多变量数学模型由电压矩阵方程式、磁链矩阵方程、和运动方程组成。由于它有一上很复杂的电感矩阵，整个数学模型相当复杂，很难用来分析问题，通常都采用坐标变换的方法加以改造。坐标变换的基本概念是，以产生相同的旋转磁动势为准则，建立三相交流绕组、两相交流绕组和旋转的直流绕组三者之间的等效关系，从而求出异步电动机绕组的直流电机模型。具体的变换阵有三相/二相变换阵C3/2及其反变换阵C2/3、二相旋转变换阵C2r/2s和C2s/2r 、直角坐标/极坐标变换公式。

     在进行异步电动机数学模型变换时，定子三相绕组和转子三相绕组都得变换到等效的二相绕组上去。等效的二相模型之所以简单，主要是由于两轴互相垂直，它们之间没有互感的耦合关系，不象三相绕组那样在任意两相之间都有互感联系。等效二相模型可以建立在静止坐标系上，也可以建立在旋转坐标系上，其中建立在二相同步旋转系上的模型有一个突出的优点；当原来三相变量是正弦函数时，等效的二相变量是直流，在此基础上，如果再将二相同步旋转坐标系上按转子磁场定向，即采用M、T坐标系——沿转子总磁链矢量为M轴，逆时针转90度与总磁链矢量方向垂直的方向为T轴，则电压矩阵方程中会出现几个零元素，意味着多变量之间部分的解耦，而转矩方程可以简化得和直流电机的转矩的方程非常相似了。

下面通过对这两种方案的比较讨论，从而选择更为合适的方案进行设计。

    方案一: 矢量控制系统。通过坐标变换可使之降阶并简化，既然异步电动机经过坐标变换可以等效成直流电动机，那么模拟直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应坐标变换，就可以控制异步电动机。

方案二: 转差频率控制系统。虽然转差频率调速系统能维持磁通与转矩恒定，并且解决了异步电动机平滑调速的问题，特别是转差频率控制系统已经基本上起到了直流电机双闭环调速系统的作用，能够满足许多工业应用中的要求，然而，当生产机械对调速系统的静、动态性能要求较高时，上述的交流变频系统还是赶不上直流调速系统，在系统设计时，还不得不作出较强的假定，使得设计结果与实际有一定的距离，不能令人满意。但其基本关系都是从稳定性能上推导出来的，没有考虑到电磁惯性的影响，所以动态转矩仍未得到控制。

由以上两个方案比较可知，采用矢量控制系统，交流变频调速的静、动态性能会更好的体现出来，并且可以实现无速度传感器调节控制，在零速度时满负荷输出。而转差频率控制的变频器谐波大、效率低。所以总的来说，本设计采用矢量控制系统。