实验四基于SVPWM及SPWM的交流变频调速系统
一、实验目的
1.加深理解异步电动机变压变频调速的基本工作原理。
2.熟悉PWM变频器主回路结构和异步电动机转速开环变压变频调速系统的基本结构。
3.异步电动机转速开环变压变频调速系统机械特性。
二、实验系统组成及工作原理
异步电动机变压变频调速实验系统如图4-1所示，主回路由不可控整流桥、直流滤波环节、全控型电力电子器件IGBT或POWER-MOSFET构成的逆变桥组成，M为三相异步电动机，G为负载直流发电机。控制器包括驱动电路、微机数字控制器、控制键盘和运行显示等几部分。
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实验图4-1 异步电动机转速开环变压变频调速系统
三、实验设备及仪器
1. NMCL-32主控制
2.三相异步电动机-负载直流发电机组
3. NMCL-13A挂箱
4.双踪示波器
5.万用表，电压表，电流表
四、实验内容
1.用SPWM变频器给三相异步电动机供电，实现变频调速运行。
2.观测在不同频率和不同负载下的输出电流波形，测试开环机械特性。
3.改变V/f曲线，观察变频器在不同低频补偿条件下的低速运行情况。
4.改变加速时间，观察加速过程。
五、实验步骤及方法
1. 实验系统的连接
按实验图4-1连接系统，合上控制电源开关，电源指示灯亮，表示微机系统处于等待接受指令状态，按“运行”或“停止”按钮可启动或停止调速系统的运行。
2. 变频调速
将负载直流发电机输出电路断开，按“运行”按钮使调速系统进入运行状态，通过给定电位器或键盘改给定频率，记录不同频率下三相异步电动机的空载转速和空载定子电流，并
3.测试开环机械特性 (1) 基频开环机械特性测试
接通负载直流发电机输出电路，并将负载电阻调到最大，按“运行”按钮使变频器进入运行，将频率给定设定为50Hz ，逐步减小负载电阻，记录异步电动机的转速、定子电流和负载直流发电机的输出电压和电流。实验过程中应使定子电流小于1.2倍的额定电流，如调速系统不能带载启动，可先断开负载直流发电机励磁，待启动后再接通励磁。
(2) 基频以下和基频以上开环机械特性测试
在基频以下和基频以上各选择一个频率作为给定，重复上述实验。
(3) 机械特性)(e T f n =的绘制
由于一般的实验装置不带有负载转矩检测仪，故采用间接方法计算电磁转矩，以便绘制机械特性。
忽略机组的摩擦损耗和负载直流发电机的铜耗，异步电动机的输出功率约等于负载直流发电机的输出功率，即d d I V P ≈2，则电磁转矩n
I V T d
d e π260≈
。 4. 在不同低频补偿下的低速运行情况
选择一个较低的给定频率（2Hz或5Hz），测试不加低频补偿的机械特性，再加上低频补偿，测试加低频补偿后的机械特性，比较两者的差异。
5. 异步电动机的变频起动和加速过程
改变加速时间，用慢扫描示波器或存储示波器观察不同参数设置下，电动机的起动和加速过程。
六、实验注意事项
1.观察、记录各处波形时，要注意观察点的参考地（地线）选择，注意微机系统的数字地和变频器主电路的功率地之间的区别。
2.如出现过流保护，一般按“复位”键后，再按“运行”键，可让系统继续运行。如果运行时又立即出现过流故障,则应关机检查原因。在低频补偿与加速时间配合不当时，也会出现过流现象。出现严重故障时，应先按“复位”键,恢复缺省状态，再断开功率电源,以确保故障不扩大。
3. 为了观测系统的过载能力，可使异步电动机的电流达到1.2或1.5倍的额定电流，具体的数值应实验装置而异。做过载能力测试的实验时，动作应快些，以免变频器长期工作在过流状态。
4.注意控制电源和功率电源的开关顺序：开机时，应先合上控制电源，后合功率电源；停机时，应先断开功率电源，后断控制电源。
七、思考题
1.加载后，转速为什么会下降？分析转速下降的原因。
2.PWM的开关频率很高，一般为几千赫兹，而电流频率却不高，等于给定频率，这时什么原因？
3.加低频补偿的机械特性与不加低频补偿的机械特性有何差异，为什么？
4.低频补偿与加速时间对异步电动机的起动有何影响？低频补偿是不是越大越好？
一、三相异步电动机变频调速原理 由于电机转速n 与旋转磁场转速1n 接近，磁场转速1n 改变后，电机转速n 也 就随之变化，由公式1 160f n p =可知，改变电源频率1f ，可以调节磁场旋转，从 而改变电机转速，这种方法称为变频调速。 根据三相异步电动机的转速公式为 ()()1 16011f n s n s p = -=- 式中1f 为异步电动机的定子电压供电频率；p 为异步电动机的极对数；s 为异步电动机的转差率。 所以调节三相异步电动机的转速有三种方案。异步电动机的变压变频调速系统一般简称变频调速系统，由于调速时转差功率不变，在各种异步电动机调速系统中效率最高，同时性能最好，是交流调速系统的主要研究和发展方向。 改变异步电动机定子绕组供电电源的频率1f ，可以改变同步转速n ，从而改变转速。如果频率1f 连续可调，则可平滑的调节转速，此为变频调速原理。 三相异步电动机运行时，忽略定子阻抗压降时，定子每相电压为 1111m 4.44m U E f N k φ≈= 式中1E 为气隙磁通在定子每相中的感应电动势；1f 为定子电源频率；1N 为定子每相绕组匝数；m k 为基波绕组系数，m φ为每极气隙磁通量。 如果改变频率1f ，且保持定子电源电压1U 不变，则气隙每极磁通m φ将增大，会引起电动机铁芯磁路饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机，这是不允许的。因此，降低电源频率1f 时，必须同时降低电源电压，已达到控制磁通m φ的目的。 .1、基频以下变频调速 为了防止磁路的饱和，当降低定子电源频率1f 时，保持 1 1 U f 为常数，使气每极磁通m φ为常数，应使电压和频率按比例的配合调节。这时，电动机的电磁转 矩为()()222 2111 111 212222*********p r r m pU f m U s s T f r r f r x x r x x s s ππ?? ???? ? ?? ??? ????? ''??== ?''????'+++'+++ ??? [1][8]
实验四基于SVPWM及SPWM的交流变频调速系统 一、实验目的 1.加深理解异步电动机变压变频调速的基本工作原理。 2.熟悉PWM变频器主回路结构和异步电动机转速开环变压变频调速系统的基本结构。 3.异步电动机转速开环变压变频调速系统机械特性。 二、实验系统组成及工作原理 异步电动机变压变频调速实验系统如图4-1所示，主回路由不可控整流桥、直流滤波环节、全控型电力电子器件IGBT或POWER-MOSFET构成的逆变桥组成，M为三相异步电动机，G为负载直流发电机。控制器包括驱动电路、微机数字控制器、控制键盘和运行显示等几部分。 ~ 实验图4-1 异步电动机转速开环变压变频调速系统 三、实验设备及仪器 1. NMCL-32主控制 2.三相异步电动机-负载直流发电机组 3. NMCL-13A挂箱 4.双踪示波器 5.万用表，电压表，电流表 四、实验内容 1.用SPWM变频器给三相异步电动机供电，实现变频调速运行。 2.观测在不同频率和不同负载下的输出电流波形，测试开环机械特性。 3.改变V/f曲线，观察变频器在不同低频补偿条件下的低速运行情况。 4.改变加速时间，观察加速过程。 五、实验步骤及方法 1. 实验系统的连接 按实验图4-1连接系统，合上控制电源开关，电源指示灯亮，表示微机系统处于等待接受指令状态，按“运行”或“停止”按钮可启动或停止调速系统的运行。
2. 变频调速 将负载直流发电机输出电路断开，按“运行”按钮使调速系统进入运行状态，通过给定电位器或键盘改给定频率，记录不同频率下三相异步电动机的空载转速和空载定子电流，并 3.测试开环机械特性 (1) 基频开环机械特性测试 接通负载直流发电机输出电路，并将负载电阻调到最大，按“运行”按钮使变频器进入运行，将频率给定设定为50Hz ，逐步减小负载电阻，记录异步电动机的转速、定子电流和负载直流发电机的输出电压和电流。实验过程中应使定子电流小于1.2倍的额定电流，如调速系统不能带载启动，可先断开负载直流发电机励磁，待启动后再接通励磁。 (2) 基频以下和基频以上开环机械特性测试 在基频以下和基频以上各选择一个频率作为给定，重复上述实验。 (3) 机械特性)(e T f n =的绘制 由于一般的实验装置不带有负载转矩检测仪，故采用间接方法计算电磁转矩，以便绘制机械特性。 忽略机组的摩擦损耗和负载直流发电机的铜耗，异步电动机的输出功率约等于负载直流发电机的输出功率，即d d I V P ≈2，则电磁转矩n I V T d d e π260≈ 。 4. 在不同低频补偿下的低速运行情况
目录 1三相异步电动机基本原理 (1) 1.1电动机的结构及原理 (1) 1.1.1 电动机的结构 (1) 1.1.2工作原理 (3) 2异步电动机的机械特性 (4) 2.1 固有机械特性 (4) 2.2 人为机械特性 (5) 2.2.1降低定子电压的人为特性 (5) 2.2.2增加转子电阻时的人为特性 (5) 2.2.3改变定子频率时的人为特性 (5) 3电动机的调速指标 (7) 4 异步电机的变频调速 (8) 5具体调速的设计 (10) 6结论 (11) 7设计体会 (12) 参考文献 (13)
摘要 原理是当定子三绕组通三相对称电流后，定转子产生旋转磁场，根据右手定则，转子绕组产生感应电动势，由于绕组是闭合的，所以产生感应电流，根据左手定则，转子绕组相当于空间绕组，进而产生电磁转距，合成磁转距大于阻转距时，电机起动 重点是三相异步电动机变频调速，一方面当f1＜fN时，为恒转矩调速，转矩不变，额定转速降低，增大起动转矩Tst，另一方面当f1＞fN时，为恒功率调速，调速前后功率不变，额定转速升高，减小启动转矩Tst。变频调速可以实现宽范围内的平滑调速，变频调速电机以简单的结构、优良的调速性能、较高的调速比，应用越来越广泛 关键字：恒转矩调速;恒功率调速;三相异步电动机。
1.三相异步电动机的基本原理 当定子三绕组通三相对称电流后，定转子产生旋转磁场，根据右手定则，转子绕组产生感应电动势，由于绕组是闭合的，所以产生感应电流，根据左手定则，转子绕组相当于空间绕组，进而产生电磁转距，合成磁转距大于阻转距时，电机起动。 1.1电动机的结构及原理 1.1.1结构 三相异步电动机的种类很多，可是三相异步电动机结构基本是相同的，它们都由定子和转子这两大基本部分组成，在定子和转子之间具有一定的气隙。此外，还有端盖、轴承、接线盒、吊环等其他附件 结构如下图： 图1-1-1-1 封闭式三相笼型异步电动机结构图 1—轴承；2—前端盖；3—转轴；4—接线盒；5—吊环；6—定子铁心； 7—转子；8—定子绕组；9—机座；10—后端盖；11—风罩；12—风扇 (1)、定子 定子铁芯:导磁和嵌放定子三相绕组:0.5mm硅钢片冲制涂漆叠压而成;内圆均匀开槽;槽形有半闭口、半开口和开口槽三种：适用于不同电机。 定子绕组：定子绕组是三相电动机的电路部分，三相电动机有三相绕组，通入三相
第一节 交流异步电动机变频调速原理 根据电机学原理，交流异步电动机的转速可表示为： )1(**60s p f n -= （2-1-1） 式中： n 一 电动机转速/分钟，单位：r/min ； p 一 电动机磁极对数； f 一 电源频率，单位：Hz ； s 一 转差率，10<
I 一 定子绕组的相电流； r 一 定子绕组电阻与转子绕组电阻折算到定子侧的电阻之和。 交流异步电动机的定子绕组的感应电动势是定于绕组切割旋转磁场磁力线的结果， 其 有效值计算如下： E = K * f * Φ （2-1-3） 式中：Ｋ 一 与电动机结构有关的常数； ｆ 一 电源频率； Φ 一 磁通量 。 由式（2-1-2）知，加在电机绕组端的电源电压Ｕ，一部分产生感应电动势Ｅ，另一部 分消耗在电阻 r （ 定子绕组电阻与转子绕组电阻折算到定子侧的电阻之和 ）上 。其中定 子绕组的相电流 I 由两部分构成： 21I I I += （2-1-4） 电机的定子电流有一小部分1I 用于建立磁场的主磁通，其余大部分2I 用于产生拖动负 载的电磁力。 由式 （2-1-1）知，调整电源频率f 时，可以调节速度n 。 当电源频率f 下降时，由 式 （2-1-3）知，感应电动势随之比例减小；在相电压U 保持不变的情况下，由式（2-1-2） 知，定子绕组的相电流I 相应增大。在很多情况下，电机的负载是基本恒定的，因此用于产 生电磁力的电流2I 是基本不变的，于是1I 将增大；1I 的增大将直接导致主磁通的增大。由 式 （2-1-3），主磁通的增大，将引起感应电动势Ｅ比例增大；由式（2-1-2），感应电动势 Ｅ的增大将使定子电流I 减小。不难理解，通过这样的负反馈，电机将最终稳定在一个新的 工作点。 这样的控制方法看起来似乎没有问题。但实际情况是主磁通容量上限与电机的铁芯有 关。电机的铁芯受制于重量、体积、成本等因素的考虑，不可能做的很大。对于电机设计来 说，设计目标之一就是：当电机处于额定工作状态下时，主磁通接近容量上限。上述的变频 调速方法工作在额定频率以下时，将会导致铁心磁饱和，引起电流波形畸变，有效力矩下降； 严重时，将导致电机发热过快，振动和噪音加大；工作在额定频率以上时，铁心处于弱磁状 态，电磁力矩不足，电机的机械特性变软（转差率s 变大），带载能力下降。 结论：通过只调节电源频率来调节速度的方法不可取。
实验五三相异步电动机的起动与调速 一．实验目的 通过实验掌握异步电动机的起动和调速的方法。 二．预习要点 1．复习异步电动机有哪些起动方法和起动技术指标。 2．复习异步电动机的调速方法。 三．实验项目 1．异步电动机的直接起动。 2．异步电动机星形——三角形（Y-△）换接起动。 3．绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动。 4．绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速。 四．实验设备及仪器 1．SMEL电力电子及电气传动教学实验台主控制屏。 2．电机导轨及测功机、转矩转速测量（NMEL-13F）。 3．电机起动箱（NMEL-09）。 5．鼠笼式异步电动机（M04）。 6．绕线式异步电动机（M09）。 7．开关板（NMEL-0B5）。 五．实验方法 1．三相笼型异步电动机直接起动试验。 按图5-1接线，电机绕组为△接法。 起动前，把转矩转速测量实验箱（NMEL-13F） 中“转矩设定”电位器旋钮逆时针调到底，“转速控 制”、“转矩控制”选择“转矩控制”，检查电机导 轨和NMEL-13F的连接是否良好。 a．把三相交流电源调节旋钮逆时针调到底，合 上绿色“闭合”按钮开关。调节调压器，使输出电 图5-1 异步电动机直接启动接线图压达电机额定电压220伏，使电机起动旋转。（电机 起动后，观察NMEL-13F中的转速表，如出现电机转向不符合要求，则须切断电源，调整次序，再重新起动电机。）
b ．断开三相交流电源，待电动机完全停止旋转后，接通三相交流电源，使电机全压起动，观察电机起动瞬间电流值，读取电压值U K 、电流值I K 、转矩值T K ，填入表5-1中。 U N ：电机额定电压，V ； 测 量 值 U K （V ） I K （A ） T K （） 图5-3 绕线式异步电动机转子绕组串电阻启动接线图 2．星形——三角形（Y-△）起动 按图5-2接线，电压表、电流表的选择 同前，开关S 选用MEL-05。 a ．起动前，把三相调压器退到零位， 三刀双掷开关合向右边（Y ）接法。合上电 源开关，逐渐调节调压器，使输出电压升高 至电机额定电压U N =220V ，断开电源开关， 待电机停转。 b ．待电机完全停转后，合上电源开关， 观察起动瞬间的电流，然后把S 合向左边（△ 接法），电机进入正常运行，整个起动过程结束，观察起动瞬间电流表的显示值以与其它起动方法作定性比较。 3．绕线式异步电动机绕组串入可变 电阻器调速 实验线路如图5-3，电机定子绕组Y 形 接法。转子串入的电阻由刷形开关来调节， 调节电阻采用NMEL-09的绕线电机起动电阻 （分0，2，5，15，∞五档） 实验线路同前。NMEL-13F 中“转矩控制” 和“转速控制”选择开关扳向“转矩控制”， “转矩设定”电位器逆时针到底MEL-09“绕 线电机起动电阻”调节到零。 a ．合上电源开关，调节调压器输出电压至U N =220伏，使电机空载起动。 b ．调节“转矩设定”电位器调节旋钮，使电动机输出功率接近额定功率并保持输出转矩T 2不变，改变转子附加电阻，分别测出对应的转速，记录于表5-2中。 2R st （Ω） 0 2 5 15 n （r/min ） 1478 1470 1461 1430 图5-2 异步电动机星-三角启动 图5-3 绕线式异步电动机转子串电阻起动
第六章 交流异步电动机变压变频调速系统 本章主要问题： 1． 在变频调速中变频时为什么要保持压频比恒定？ 2． 交-直-交电压源型变频器调压、调频的有哪几种电路结构,并说明各种电压结构的优缺点。 3． SPWM 控制的思想是什么? 4． 什么是1800导通型变频器？什么是1200导通型变频器？ 5． 电压、频率协调控制有几种控制方式，各有哪些特点？ 6． 在转速开环恒压频比控制系统中，绝对值单元GAB 的作用？函数发生器GFC 的作用？如 何控制转速正反转。 7． 总结恒11U 、恒1ωg E 、恒1ωr E 三种控制方式的特点。 ———————————————————————————————————————— §6-1 交流调速的基本类型 要求：掌握交流调速哪几种基本类型有以及各种调速方法的特点。 目的：能根据不同应用场合选择出相应的调速方式。 重点、难点：变频调速时基频以下和基频以上调速的特点 主要内容（交流调速的基本类型、变频调速的基本要求） 思考： 1. 交流异步电动机调速的方式有哪几种？并写出各方式的优缺点？ 2. 在变频调速中变频时为什么要保持压频比恒定？ 教学设计：交流调速的基本类型采用多媒体课件讲授，用大量的实例，说明几种类型的应用场合。 复习感应电动机转速表达式： )1(60)1(1 0s n f s n n p -= -= 异步电动机调速方法：?? ?? ??? ?????? ? ??型变频调速：绕线式、笼：绕线式串级调速（转差电压）电磁转差离合器调转子电阻：绕线式、调压（定子电压）变转差率调速变极调速：笼型异步机异步电动机 §6-2 变频调速的构成及基本要求 目的、教学要求：掌握变频调速时基频以下和基频以上调速的特点 重点、难点：变频调速时基频以下和基频以上调速的特点 主要内容（变频调速的基本要求）
《自动控制元件及线路》 课程实习报告 异步电动机变频调速系统 1.4.1 系统原理框图及各部分简介 本文设计的交直交变频器由以下几部分组成，如图1.1所示。
图1.1 系统原理框图 系统各组成部分简介： 供电电源：电源部分因变频器输出功率的大小不同而异，小功率的多用单相220V，中大功率的采用三相380V电源。因为本设计中采用中等容量的电动机，所以采用三相380V电源。 整流电路：整流部分将交流电变为脉动的直流电，必须加以滤波。在本设计中采用三相不可控整流。它可以使电网的功率因数接近1。 滤波电路：因在本设计中采用电压型变频器，所以采用电容滤波，中间的电容除了起滤波作用外，还在整流电路与逆变电路间起到去耦作用，消除干扰。 逆变电路：逆变部分将直流电逆变成我们需要的交流电。在设计中采用三相桥逆变，开关器件选用全控型开关管IGBT。 电流电压检测：一般在中间直流端采集信号，作为过压，欠压，过流保护信号。控制电路：采用8051单片机和SPWM波生成芯片SA4828，控制电路的主要功能是接受各种设定信息和指令，根据这些指令和设定信息形成驱动逆变器工作的信号。这些信号经过光电隔离后去驱动开关管的关断。 1.4.2 变频器主电路方案的选定 变频器最早的形式是用旋转发电机组作为可变频率电源，供给交流电动机。随着电力半导体器件的发展，静止式的变频电源成为了变频器的主要形式。静止式变频器从变换环节分为两大类：交-直-交变频器和交-交变频器。 1.交-交型变频器：它的功能是把一种频率的交流电直接变换成另一种频率可调电压的交流电（转换前后的相数相同），又称直接式变频器。由于中间不经过直流环节，不需换流，故效率很高。因而多用于低速大功率系统中，如回转窑、轧钢机等。但这种控制方式决定了最高输出频率只能达到电源频率的1/3～1/2,所以不能高速运行。 2.交-直-交型变频器：交-直-交变频器是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再直流变换成频率电压可调的交流，又称间接变频器，交-直-交变频器是目前广泛应用的通用变频器。它根据直流部分电流、电压的不同形式，又可分为电压型和电流型两种：（1）电流型变频器 电流型变频器的特点是中间直流环节采用大电感器作为储能环节来缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使电压波形接近正弦波，由于该直流环节内阻较大，故称电流源型变频器。 （2）电压型变频器 电压型变频器的特点是中间直流环节的储能元件采用大电容器作为储能环节来缓冲无功功率，直流环节电压比较平稳，直流环节内阻较小，相当于电压源，故称电压型变频器。 由于电压型变频器是作为电压源向交流电动机提供交流电功率，所以其主要优点是
三相异步电动机的七大调速方法 下面成都贝尔菲特科技发展有限公司小编为您介绍三相异步电动机的七大调速方式： 首先来看三相异步电动机转速公式：n=60f/p(1-s) 从公式中可以看出，改变供电频率f、电动机极对数p及转差率s均可太到改变转速目。 从调速本质来看，不同调速方式无非是改变交流电动机同步转速或不改变同步转两种。 生产机械中广泛使用不改变同步转速调速方法有绕线式电动机转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。改变同步转速有改变定子极对数多速电动机，改变定子电压、频率变频调速有能无换向电动机调速等。 从调速时能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：高效调速指时转差率不变，无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收调速方法（如串级调速等）。有转差损耗调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗转子回路中；电磁离合器调速方法，能量损耗离合器线圈中；液力偶合器调速，能量损耗液力偶合器油中。一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，调速范围不大，能量损耗是很小。 一、变极对数调速方法 这种调速方法是用改变定子绕组接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目，特点如下： 具有较硬机械特性，稳定性良好； 无转差损耗，效率高； 接线简单、控制方便、价格低； 有级调速，级差较大，不能获平滑调速； 可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获较高效率平滑调速特性。
本方法适用于不需要无级调速生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。 二、变频调速方法 变频调速是改变电动机定子电源频率，改变其同步转速调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源变频器，变频器可分成交流－直流－交流变频器和交流－交流变频器两大类，目前国内大都使用交－直－交变频器。其特点： 效率高，调速过程中没有附加损耗； 应用范围广，可用于笼型异步电动机； 调速范围大，特性硬，精度高； 技术复杂，造价高，维护检修困难。 本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。 三、串级调速方法 串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节附加电势来改变电动机转差，达到调速目。大部分转差功率被串入附加电势所吸收，再利用产生附加装置，把吸收转差功率返回电网或转换能量加以利用。转差功率吸收利用方式，串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式，多采用晶闸管串级调速，其特点为： 可将调速过程中转差损耗回馈到电网或生产机械上，效率较高； 装置容量与调速范围成正比，投资省，适用于调速范围额定转速70％－90％生产机械上； 调速装置故障时可以切换至全速运行，避免停产； 晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波影响较大。
湖南工程学院应用技术学院毕业设计说明书 目：题 专业班级：号：学学生姓名： 完成日期： 指导教师： 评阅教师：
2011 年 6 月
院术学学院应用技湖南工程务任书（论文）毕业设计 设计（论文）题目：交流异步电机的调速控制系统设计 姓名专业班级学号 指导老师职称教研室主任 一、基本任务及要求： 主要设计完成可控硅交流调压调速系统的设计，主要完成： （1）交流调压调速的原理和调压调速的静、动态性能分析； （2）系统组成与工作原理； （3）主电路与控制电路设计； （4）元器件选型及参数计算； （5）软件设计； （6）系统应用与调试说明。 二、进度安排及完成时间： （1）第一至第三周：查阅资料,撰写文献综述和开题报告。 （2）第四周至第五周：毕业实习。 （3）第六周至第七周：交流调压调速的原理和调压调速的静、动态性能分析。 （4）第八周至第九周：系统组成与工作原理；主电路与控制电路设计。
（5）第十周至第十二周：元器件选型及参数计算；软件设计；系统应用与调试说明。 （6）第十三周至第十五周：撰写毕业设计论文。 （7）第十六周：毕业设计答辩 目录 摘 要 .................................................................. .... I ABSTRACT ............................................................ ..... II 第1章绪 论 (1) 1.1 变频调速技术简介 ................................................. 1 1.2 变频器的发展现状和趋 势 (2) 1.2.1 变频器的发展现状 ............................................. 2 1.2.2 变频器技术的发展趋势 ......................................... 2 1.2 研究的目的与意义 ................................................. 3 1.3 本次设计方案简 介 (4) 1.3.1 变频器主电路方案的选定 ....................................... 4 1.3.2 系统原理框图及各部分简介 ..................................... 5 1.3.3 选用电动机原始参数 ........................................... 6 第2章交流异步电动机变频调速原理及方 法 (7)
三相异步电动机的几种调速方式 本文介绍了三相异步电动机的七种调速方式及其特点,指明其适用的场合、情况。 三相异步电动机转速公式为：n=60f/p(1-s) 从上式可见，改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可达到改变转速的目的。从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转速两种。 在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电 动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。 从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：①高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法（如串级调速等）。 ②有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中； ③电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中； ④液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。
一、变极对数调速方法 这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，特点如下： 1、具有较硬的机械特性，稳定性良好； 2、无转差损耗，效率高； 3、接线简单、控制方便、价格低； 4、有级调速，级差较大，不能获得平滑调速； 5、可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。 本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。 二、变频调速方法 变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流－直流－交流变频器和交流－交流变频器两大类，目前国内大都使用交－直－交变频器。其特点： 1、效率高，调速过程中没有附加损耗； 2、应用范围广，可用于笼型异步电动机； 3、调速范围大，特性硬，精度高； 4、技术复杂，造价高，维护检修困难。 本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。
课程报告 课程名称：三相异步电动机变频调速的实现学生姓名：刘佐威王一哲王宇洋赵馨雨专业班级： 12级电气一班 2016 年 1月 4日
摘要 变频调速是一种典型的交流电动机调速方法,交流电动机采用变频调速技术不仅能够实现无级调速,而且可以根据负载的不同,通过适当调节电压和频率的关系,使电机始终在高效率区运行,并且保证良好的动态性能,因而被广泛使用。 目前,世界上有60%左右的发电量是通过电动机消耗的。据统计,我国各类电动机的装机容量已超过4亿kW,其中异步电动机约占90%,拖动风机、水泵及压缩机类机械的电动机约1.3亿kW。在目前4亿kW的电动机负载中,约有50%的负载是变动的,其中的30%可以使用电动机调速。虽然,有专门为变频调速系统而设计的变频调速电机,但是由于变频调速电机价格较贵,所以在大多数有调速要求的系统中都是变频器和普通交流异步电机组成的调速系统[4]。但是,在实际生产中,还只是凭借经验确定交流异步电机运行的频率范围,而对普通交流异步电机在频率改变时,电机的各项性能指标的大小和变化情况还没有定量研究。在本文中,我们以Y100L1-4普通三相交流异步电机和松下VF-8X变频器组成的变频调速系统为测试对象,测试普通交流异步电机在频率改变时的各项性能指标,以这些实验数据为依据,进而分析确定普通交流异步电机变频调速的最佳调速范围。在测试中所有的实验均按照国标中三相异步电机型式实验的相关规定进行。 课程目的 笼式三相异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。正由于此，通过此课程设计，实现三相异步电动机的变频调速控制与应用。 课程意义 这次课程设计可以使我们在学校学的理论知识用到实践中，使我们在学习中起到主导地位，是我们在实践中掌握相关知识，能够培养我们的职业技能，课程设计是以任务引领，以工作过程为导向，以活动为载体，给我们提供了一个真实的过程，通过设计和运行，反复调试、训练、便于我们掌握规范系统的电机方面的知识，同时也提高了我们的动手能力。 课程内容 在这次课程设计中，我们的主要工作在于 1. 电机的结构与工作原理 2. 变频器的结构与原理 3. 变频器的调速方法及工作过程
《控制系统设计》课程设计报告 学院：信息工程学院 姓名： 班级：11自动化 学号： 题目：三相异步电动机闭环调速系统设计与实践指导老师： 完成时间：2014年6月20日
目录 摘要............................................................... I 1概述.. (1) 1.1三相异步电动机的调速方法 (2) 1.2调压调速的简介 (3) 1.3课程设计的要求 (5) 2三相异步电动机调压调速系统的组成 (5) 3三相异步电动机调压调速系统的设计和实现 (8) 3.1三相异步电动机调压调速系统的电路 (8) 3.2闭环调速结构图 (10) 3.3 系统各部分参数的计算 (10) 4三相异步电动机调压调速系统的仿真 (13) 4.1MATLAB仿真的介绍 (13) 4.2电路的建模和参数设置........................ 错误！未定义书签。 4.3异步电机调压调速系统仿真模型................ 错误！未定义书签。 4.4仿真效果图 (17) 总结 (22) 参考文献 (23)
摘要 异步电动机具有结构简单、制造容易、维修工作量小等优点，早期多用于不可拖动。随着电力电子技术的发展，静止式变频器的诞生，异步电动机在可拖动中逐渐得到广泛的应用。实现电机调速有不少方法。研究电机调速，找出符合实际的调速方法能最大限度的节约能源，所以研究调压调速就显得很有必要。异步电机调压调速控制系统是一种比较简单实用的调速系统，该系统具有良好的运行、控制及经济性能，显示出巨大的发展潜力。 本课程设计介绍了异步电动机调压调速系统的几大组成部分，并着重讲述了三相异步电动机(M)、测速发电机(TG)、晶闸管交流调压器(TVC)的简单的工作原理。在了解异步电动机调压调速的基本原理的基础上，设计了异步电动机单闭环调压调速系统的结构原理图。还将调压调速与其他的调速方法相比，所具有的优点以及不足之处。 以转速单闭环调压调速系统为例，电机调速开环控制系统调速范围较小，采用速度作为负反馈的闭环控制系统解决了这个问题,使调速性能得到改善。 最后，经过理论分析建立模型后，基于Matlab语言开发仿真软件，并进行仿真实验，并且对仿真结果进行了一定的分析及改进。 关键词: 调压调速MATLAB三相异步电动机转速调节器
三相异步电动机调速方法 三相异步电动机转速公式为：n=60f/p(1-s) 从上式可见，改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可太到改变转速的目的。从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转两种。 在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。 从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法（如串级调速等）。有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中；电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中；液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。 一、变极对数调速方法 这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，特点如下： 具有较硬的机械特性，稳定性良好； 无转差损耗，效率高； 接线简单、控制方便、价格低； 有级调速，级差较大，不能获得平滑调速； 可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。 本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。 二、变频调速方法 变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流－直流－交流变频器和交流－交流变频器两大类，目前国内大都使用交－直－交变频器。其特点： 效率高，调速过程中没有附加损耗； 应用范围广，可用于笼型异步电动机； 调速范围大，特性硬，精度高；
异步电动机变频调速 第一节异步电动机基本知识 1、概述 由于大功率电力电子技术（GTO、IGBT、IGCT等器件）和计算机技术的迅速发展，异步电动机也可象直流电动机一样，其速度可在大的速度范围内进行调节。因而，在工业电力拖动和铁道电力牵引等行业，大量采用异步电动机代替直流电动机，以降低设备的投资和维修成本。 2、异步电动机基本方程和特性 2.1、转速方程式 异步电动机的转速方程为：n=60f1/p(1-s)=n1(1-s) 式中：n-电动机转速(rpm) f1-定子供电频率(Hz) s-转差率 p-电动机极对数 n1-定子旋转磁场的同步速度(rpm) 2.2电压方程式 U1=E1+IZ U1≈E1=4.44 f1WK1Φ（V） U1-定子每相电压(V) E1-定子每相反电势(V) W-定子每相绕组匝数 K1-基波绕组系数 Φ-每极气隙磁通(韦伯) 2.3 等效电路图 异步电动机等效电路图如图1： 图1 异步电动机等效电路图 r1-定子绕组电阻x1-定子绕组漏抗 r m-定子激磁电阻x m-定子激磁电抗 r’2-转子绕组电阻（归算到定子側） x’2-转子绕组漏抗（归算到定子側） r2-负载等效电阻
2.4 机械特性 异步电动机转矩-转速特性如图2所示： 图2 异步电动机转矩-转速特性 第二节鼠笼式异步电动机的起动和调速 1、鼠笼式异步电动机传统的起动方法 在各种旋转电机中，鼠笼式异步电动机是最为简单的一种，它有很多的优点。 从使用的角度耒看，它价格低廉、构造简单、坚实可靠、维护容易；从性能上耒看，它漏磁通较小,功率因数较高,过载能力较大。其缺点是起动特性较差，即在额定电压下起动时，起动电流大，起动时的功率因数很低，起动时的转矩小。 为了降低在额定电压下起动时的起动电流,传统的方法有: 1)在定子线路中串联电抗器起动,如图3所示： 图3 串联电抗器起动 其缺点是如降低起动电流50%，则起动转矩将降低75%（与额定电压下起动
安全管理编号：YTO-FS-PD664 三相异步电动机几种调速方式通用版 In The Production, The Safety And Health Of Workers, The Production And Labor Process And The Various Measures T aken And All Activities Engaged In The Management, So That The Normal Production Activities. 标准/ 权威/ 规范/ 实用 Authoritative And Practical Standards
三相异步电动机几种调速方式通用 版 使用提示：本安全管理文件可用于在生产中，对保障劳动者的安全健康和生产、劳动过程的正常进行而采取的各种措施和从事的一切活动实施管理，包含对生产、财物、环境的保护，最终使生产活动正常进行。文件下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用。 在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。 从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法（如串级调速等）。有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中；电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中；液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。 一、变极对数调速方法 这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼
毕业论文（设计）材料题目：异步电动机变频调速控制系统设计 学生姓名：xxx 学生学号：xxxxxxxxx 系别：电气信息工程学院 专业：自动化 届别：2012届 指导教师：xxx
word 文档 可自由复制编辑 异步电动机变频调速控制系统设计 学生：xxx 指导教师：xxx 摘 要：本文对变频调速理论、逆变技术、SPWM 产生原理进行了研究，在此基础上设计了一种新型数字化三相SPWM 变频调速系统，以8051控制专用集成芯片 SA4828为控制核心，采用IGBT 作为主功率器件，同时采用EXB840构成IGBT 的驱动电路，整流电路采用二极管，可使功率因数接近1，并且只用一级可控的功率环节，电路结构比较简单。本文在控制上采用恒f V 控制，同时，软件程序使得参数的输入和变频器运行方式的改变极为方便，新型集成元件的采用也使得它的开发周期短。此外，本文对SA4828三相SPWM 波发生器的使用和编程进行了详细介绍，完成了整个系统控制部分的软硬件设计。 关键字：变频调速；正弦脉宽调制；f V 控制；SA4828波形发生器 Induction motor speed-adjusted system design The student ：xxx The teacher ：xxxxxx Electronic information and engineering institute from Huainan Normal University Abstract:This thesis has a research on these technologies: Variable Voltage Variable Frequency motor drive, inverter, and the creation principle of SPWM, Based on the results of the study, I designed a system of a new digital three phases VVVF motor drive system. It uses ASIC-SA4828 controlled by 8051 as main controlling core, it uses IGBT as power device, and uses EXB840 as drive. It uses diodes as converting circuit unit, which makes power factor close to 1. Because I only need to control inverter, the whole circuit is very simple.I adopt the means of linear f V operation. At the same time, it is very convenient to input parameters or change the drive’s operating mode due to the software procedure. Moreover, owing to the advantages of the new integrated parts, it costs less time to develop this motor drive.This thesis has also detail introduced the method of the usage and the programs of the three phases SPWM wave generator SA4828. The software and the hardware of the control part in system have been completed. Keywords: variable frequency speed control ；Sine Pulse Width Modulation (SPWM)； f V operation ； SA4828 Wave Generator
异步电动机的变频调速控制方式
为了更好地在整体上对异步电动机的变频调速控制方式加以认识，本文简要介绍了异步电动机调速的基本方法。按时间顺序综述了异步电动机变频调速的经典控制方式的基本原理，分析了它们的优缺点，并给出了实际应用。对所述各种控制方式之间的内在联系和区别进行了归纳和总结。对未来异步电动机变频调速控制方式的发展做出了展望，为异步电动机变频调速控制方式的研究提供了参考。 1 引言 由电机理论[1]可知，异步电动机转速公式为： 60(1)f s n p -= （1） 其中：n —异步电动机的转速 f —电源频率 s —转差率 p —极对数 由式(1)知，异步电动机的调速可通过变频、变极对数和变转差率实现。本文只讨论异步电动机的变频调速策略。 自上个世纪90年代以来，近代交流调速步入以变频调速为主的发展阶段，其间，由于各种新型电力电子器件的支持，使变频调速在低压（380V ）中小容量（200KW 以下）方面取得了较大发展[2]。 通常，为了充分发挥电动机的性能，应保持定子磁链幅值为额定值。由电机学的知识可知，异步电机气隙磁通在定子绕组中的感应电势有效值：
4.44s s s m E fN K φ= （2） 其中: s E —气隙磁通在定子绕组中的感应电势; s f —定子电流频率; m φ—每极气隙磁通; s N —绕组匝数; s K —系数 可见，只要控制s E 和s f ，即可控制磁通。 由定子电压平衡关系（式中只表示大小）： 1111()s U I r jX E =++ （3） 其中： 1U —电动机的端电压 1I —定子电流; 1r —定子电阻; 1X —定子漏抗; 当定子电流频率s f 较高时，感应电势s E 的有效值就较大，可以认 为定子相电压有效值1U ＝s E 。由此，可以通过控制使/U f 恒定，使磁 通恒定。要恒U/f 控制，就必须使频率和输出电压同时改变，这就是变压变频，即VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)调速技术。