天津职业技术师范大学
课程设计说明书题目：三相异步电动机变频调速系统设计及仿真
指导老师：
班级：机检1112班
组员
天津工程师范学院
课程设计任务书
机械工程学院机检1112 班学生
课程设计课题：
三相异步电动机变频调速系统设计及仿真
一、课程设计工作日自 2015 年 1 月 12 日至 2015 年 1 月 23 日
二、同组学生：
三、课程设计任务要求（包括课题来源、类型、目的和意义、基本要求、完成时
间、主要参考资料等）：
1、目的和意义
交流调速是一门重要的专业必修课，它具有很强的实践性。为了加深对所学课程（模拟电子技术、数字电子技术、电机与拖动、电力电子变流技术等）的理解以及灵活应用所学知识去解决实际问题，培养学生设计实际系统的能力，特开设为期一周的课程设计。
2、具体内容
写出设计说明书，内容包括：
（1）各主要环节的工作原理；
（2）整个系统的工作原理（包括启动、制动以及逻辑切换过程）；
（3）调节器参数的计算过程。
2．画出一张详细的电气原理图；
3．采用Matlab中的Simulink软件对整个调速系统进行仿真研究，对计算得到的调节
器参数进行校正，验证设计结果的正确性。将Simulink仿真模型，以及启动过程中的电流、转速波形图附在设计说明书中。
4、考核方式
1．周五采用口试方式进行考核（以小组为单位），成绩按百分制评定。其中小组分数占60%，个人成绩占40%（包括口试情况和上交材料内容）；
2．每天上午8:30--11:30在综合楼226房间答疑。
五、参考文献
1、陈伯时．电力拖动自动控制系统----运动控制系统（第3版）．机械工业出版社，2003
指导教师签字：教研室主任签字：
目录
第一章绪论 (2)
第二章系统总体设计方案 (4)
2.1 概述 (4)
2.2系统组成结构及工作原理 (4)
2.2.1恒压频比控制下的机械特性 (4)
2.2.2变频器 (6)
2.2.3变频器主电路工作原理 (6)
2.2.4整流电路 (7)
2.2.5逆变电路 (7)
2.2.6调节器 (9)
2.2.7启动制动 (10)
第三章硬件设计及选型 (11)
3.1主电路的设计 (11)
3.2整流电路设计 (11)
3.3逆变电路的设计 (12)
第四章 simulink仿真 (13)
4.1建立模型 (13)
4.2 未变频时仿真结果 (14)
4.3变频时仿真结果（基频以下调速） (15)
4.4变频时仿真结果（基频以上调速） (17)
关于变频调速的总结 (18)
附电气图 (19)
参考文献 (19)
第一章绪论
在交流调速中，交流电动机的调速方法有三种：变极调速、改变转差率调速和变频调速。其中变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能和可靠性不断完善，价格不断降低。变频调速是以变频器向交流电动机供电，并可以构成开环或闭环系统。变频器可以将原先固定的电压和频率的交流电源转换为可调电压和可调频率的交流电，所以变频器已经成为当今交流调速的核心部件。[1]
变频调速是一种经典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，使电动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。[6]
目前，应用较为广泛的变频调速系统主要有以下几种：
1.转速开环的变频调速系统
所谓转速开环变频调速就是采用开环、恒压频比，并且带低
频电压补偿的控制方式。该控制系统成本低及其结构简单，
所以多用于风机等的节能调速上面。
2.转速闭环转差率控制的PWM变频调速系统
利用电机稳定运行时，在转差率S很小的范围内，当磁通Φ
不变时，转矩与转差角频率成正比的关系来实现电动机较高
性能调速，但其动态性能不够。
3.转速、磁链双闭环矢量控制的电流滞环型PWM变频调速系统。
应用矢量控制理论，对转速、磁链进行分别控制，采用了滞环电流跟踪型PWM逆变器，所以其动态性能很好，还配有精确的转子磁链观测器，则系统都达到与直流电动机调速系统相媲美。[6] 研究意义：生产机械通过电动机的拖动来进行预定的生产方式。直流电动机可方便地进行渊速,但直流电动机体积大、造价高，并且无节能效果。而交流体积小、价格低廉、运行性能优良、重量轻，因此对交流电动机的凋速具有重大的实用性。使用调速技术后，生产机械的控制精度可大为提高，并能够较大幅度地提高劳动生产率和产品质量，而且可对诸多生产过程实施自动控制。通过大量的理论研究和实验，人们逐渐认识到对交流电动机进行调速控制，不仅能使电力拖动系统具有非常优秀的控制性能，而且在许多场合中，还具有非常显著的节能效果。鉴于多种调速方式中，交流变频调速具有系统体积小，重量轻、控制精度高、保护功能完善、工作安全可靠、操作过程简单，通用性强，使传动控制系统具有优良的性能，同时节能效果明显，产生的经济效益显著。尤其当与计算机通信相配合时，使得变频控制更加安全可靠，易于操作(由于计算机控制程序具有良好的人机交互功能)，变频技术必将在工业生产发挥巨大的作用，让工业自动化程度得到更大的提高。[4][5]
第二章系统总体设计方案
2.1 概述
本系统采用恒压频比开环交流控制。通过外部线路控制电机启动制动；通过三相调制波调节电机速度；
变频器将工频交流电转换为需要的电压与频率；测速发电机测得电机实际转速并反馈回控制回路。系统原理图如下图2.1所示：
图2-1 恒压频比开环交流控制系统
2.2系统组成结构及工作原理
2.2.1恒压频比控制下的机械特性
异步电动机带载稳态运行时，由
()()2112
2222
112112'3''l p l l U s R T n sR R s L L ωωω??= ?+++??
此式表明，对于同一负载要求，即以一定的转速A n 在一定的负载转
矩 lA T 下运行时，电压和频率可以有多种组合，其中恒压频比（11/U ω=恒值）最容易实现的。它的变频机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，能满足一般的调速要求。但是低速带载能力还较差，需对定子压降实行补偿
为了近似的保持气隙磁通不便，以便充分利用电机铁心，发挥电机产生转矩的能力，在基频以下采用恒压频比控制，实行恒压频比控制时，同步转速自然也随着频率变化
10602p
n n ωπ=()/min r 因此带负载时的转速降落为
01602p
n sn s n ωπ?== ()/min r 在机械特性近似直线段上。可以导出 21211'3e
p R T s U n ωω≈?? ???
由此可见，当11/U ω为恒值时，对同一转矩T ，1s ω是基本不变的，
因而n ?也是基本不变的，也就是说，在恒压频比条件下改变频率时，机械特性基本上是平行下移的，它们和直流他激电机调速时特性变化情况近似，所不同的是，当转矩达到最大值以后，转速再降低，特性就折回来了。而且频率越低的时候转矩越小
对前式整理可得出11/U ω为恒值时最大转矩max e T 随角频率1ω的变
化关系为 ()21max 212111211312'e p l l U T n R R L L ωωω??= ?????+++ ???
可见，max e T 是随着1 的降低而减小的，频率很低时，max e T 太小将
限制调速系统的带载能力，采用定子压降补偿，适当提高电压 1U 可以增强带载能力。
2.2.2变频器
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交-直-交（VVVF 变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT 三相桥式逆变器，且输出为PWM 波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。
2.2.3变频器主电路工作原理
变频调速实际上是向交流异步电动机提供一个频率可控的电源。能实现这个功能的装置称为变频器。变频器由两部分组成：主电路和控制电路，其中主电路通常采用交-直-交方式，先将交流电转变为直流电(整流，滤波)，再将直流电转变为频率可调的交流电（逆变）。
图2.2 电压型交直交变频调速主电路
2.2.4整流电路
整流电路是把交流电变换为直流电的电路。目前在各种整流电路中，应用最广泛的是三相桥式全控整流电路，三相桥式全控整流电路每个时刻均需2个晶闸管导通，而且这两个晶闸管一个是共阴极组，一个是共阳极组，只有它们能同时导通，才能形成导电回路。由于整流电路原理比较简单，设计中不再做详细的介绍，其原理如图2.3所示。
图2.3 三相桥式全控整流电路
2.2.5逆变电路
将直流电转换为交流电的过程称为逆变。完成逆变功能的装置叫做逆变器，它是变频器的主要组成部分，电压性逆变器的工作原理如下：
（1）单相逆变电路
在图2.3的单相逆变电路的原理图中：
当1S 、4S 同时闭合时，ab U 电压为正；2S 、3S 同时闭合时，ab U 电压为负。
由于开关1S ～4S 的轮番通断，从而将直流电压D U 逆变成了交流电压ab U 。
可以看到在交流电变化的一个周期中，一个臂中的两个开关如：1S 、2S 交替导通，每个开关导通π电角度。因此交流电的周期（频率）可以通过改变开关通断的速度来调节，交流电压的幅值为直流电压幅值D U 。
图2.4 单相逆变器原理图
（2）三相逆变电路
三相逆变电路的原理图见图2.4所示。
图2.4中，1S ～6S 组成了桥式逆变电路，这6个开关交替地接通、关断就可以在输出端得到一个相位互相差32π的三相交流电压。
当1S 、4S 闭合时，V U u -为正；3S 、2S 闭合时，V U u -为负。
用同样的方法得：当3S 、6S 同时闭合和5S 、4S 同时闭合，得到W V u -,5S ,2S 同时闭合和1S 、6S 同时闭合，得到U W u -。
为了使三相交流电V U u -、W V u -、U W u -在相位上依次相差32π；各开
关的接通、关断需符合一定的规律，其规律在图2.4b 中已标明。根据该规律可得V U u -、W V u -、U W u -波形如图2.4c 所示。
a）结构图 b) 开关的通断规律 c) 波形图
图2.5三相逆变器原理图
上述分析说明，通过6个开关的交替工作可以得到一个三相交流电，只要调节开关的通断速度就可调节交流电频率，当然交流电的幅U的大小来调节。
值可通过D
2.2.6调节器
调节器将生产过程参数的测量值与给定值进行比较，得出偏差后根据一定的调节规律产生输出信号推动执行器消除偏差量，使该参数保持在给定值附近或按预定规律变化的控制器用于运动控制的调节器有：比例调节器、积分调节器、比例积分调节器、比例微分调节器、比例积分微分调节器等。
I调节器特点
(1) 积累作用；(2) 记忆作用；(3) 延缓作用。
PI调节器特点
(1) 积累作用；(2) 记忆作用；(3) 快速响应。
PD调节器特点
(1) 抑制变化；(2) 快速响应
PID调节器特点
(1) 消除累积误差作用；(2) 抑制变化作用；(3) 快速跟随响应。
本次设计是采用PI调节器的转速负反馈单闭环调速系统
2.2.7启动制动
通过电气元件控制该电机的启动制动，原理图如下所示：
图2.6 电气原理图
SB1为启动按钮，SB2为制动按钮。按下SB1，继电器KM1得电吸合并保持，变频器接入电网，将频率转换后输送给电机启动；
按下SB2，KM1失电解除自锁，变频器与电网断开，电机制动。
第三章 硬件设计及选型
3.1主电路的设计
主电路为单相全桥逆变电路，主开关管采用GTR ，输出100V ，50-400Hz 频率可调的交流电压，由单极性PWM 波来控制该逆变电源。该系统主电路如图3.2所示，采用交-直-交电压源变频器结构。
图3.1 PWM 变频调速系统主电路图
3.2整流电路设计
用三相桥式不可控整流电路将交流电整流成直流电，电路如图5.1左半部分由6个二极管组成。
通过二极管的峰值电流为：
A I I n m 42.15.0414.12414.12=??=?=
通过二极管电流的有效值：
)(2
1200t d I f I m d ω?=
二极管电流额定值：
04.157
.12=?=d n I I 错误！未找到引用源。 整流二极管的额定电压为：
V U U m d 933220414.133=??=?=
根据上面计算的电压和电流以及市场价格和供货情况，实际选用的整流二极管为5A 、1000V 。
3.3逆变电路的设计
逆变电路的功率器件选用6个GTR 和6个快速续流二极管。
IGBT 正反向峰值电压为：
V U m 311220414.1=?=
考虑到2～3倍的安全系数，取耐压值为1000V 。
通态峰值电流：
A I I n m 41.15.0414,12414,12=??=??=
考虑1.5～2倍安全系数，取电流额定值为5A 。续流二极管的耐压和续流计算与上相同，考虑到市场价格和供货情况，实际选用GTR 为GT25Q101，续流二极管为MUR860。
驱动信号PWM 波可由单片机控制发出，此处不作说明。
第四章 simulink仿真
4.1建立模型
建立三相异步电动机的变频调速仿真模型，可以采用simulink 提供的仿真模块，如交流电源，电压测量，异步电机，电机测量等。其中，三相交流电源位于【Power System】的Power Electronics中，将三相交流电源的频率设置成50z H，电压值设置的与电机的电压相同。电压表位于【Power System】的Measurement中，异步电机模块位于【Power System】库的Machines中，双击电机模型，设置其参数，设置如图4.1所示，设置增益K的值为（30/3.14）其仿真图形如下图4.2所示。
图4.1异步电动机参数设置
图4.2变频调速仿真模型
这是个简单的电机调速仿真系统，虽然简单但是仍然要观察电机的性能指标，其中比如超调，调节时间等。
上升时间r t 是输出响应从零开始第一次上升到稳态值所需的时间。r t 越小，表示初始响应速度越快。由自动控制原理可知，系统的快，稳是相对矛盾的，两者是冲突的，一般我们都在寻找一个两者最佳的平衡点。
由于初始设定的频率为50z H ，根据1160f n p
可知1n 应该为1500r/min 。 4.2 未变频时仿真结果
图4.3 仿真结果（由上到下分别为定子电流、转子电流、转速、负载转矩）
图4.4 稳定转速
由图可知，根据公式1160f n p
可知，转速最终稳定在1487r/min ，同时在0.8s 左右，电机的转速到达标准，与预定结果差入不大。
4.3变频时仿真结果（基频以下调速）
改变电源频率，将其变为40z H ，由于这是基频以下调速，所以为
了防止磁路的饱和，当降低定子电源频率1f 时，保持11
U f =常数，因此电压要相应的改变成320v ，重新运行仿真模型，得到仿真结果如图
4.5所示。
图4.5 仿真结果（由上到下分别为定子电流、转子电流、转速、负载转矩）
图4.6 稳定转速 由图可知，根据公式1160f n p
=可知，转速最终稳定在1179r/min ，略小于1200 r/min 同时在0.75s 左右，电机的转速到达标准，与预定
结果差入不大。反应时间也变短了，也就是说反应更快了。
4.4变频时仿真结果（基频以上调速）
改变电源频率，将其变为60z H，由前面的理论知识可知，基频以上调速时电源电压n U是不变的，重新运行仿真模型，得到仿真图形如图4.7所示。
图4.7 仿真结果（由上到下分别为定子电流、转子电流、转速、负载转矩）
图4.8 稳定转速
由图可知，转速约为1770r/min ，略小于1800 r/min ，满足1
160f n p
=这个公式的理论计算结果，不过电机的响应时间与基频以上调整时的响应时间要大的多，同时，如果将频率进行更细微的调整，转速也会有相应细微的变化。
关于变频调速的总结
该仿真只是从原理上揭示了变频调速的机制，与通常的变频调速系统不是同一回事，该变频调速主要是从公式1160f n p
=入手，通过改变电源频率来改变电动机的同步转速，使转子转速随之变化。
根据变频调速与变极调速,调压调速的对比，可以知道变频调速的一些特点与性能：
（1）变频调速设备（简称变频器）结构复杂，价格昂贵，容量有限。但随着电力电子技术的发展，变频器向着简单可靠、性能优异、价格便宜、操作方便等趋势发展。
（2）变频器具有机械特性较硬，静差率小，转速稳定性好，调速范围广（可达10：1），平滑性高等特点；可实现无级调速,这是与变极调速的最大区别.
变频调速系统设计可以分为两个重要部分，软件设计与硬件设计。本设计首先简要阐述?了变频调速的基础技术，ＳPＷM理论及常用的设计方法等。然后对变频调速的硬件做了系 统电路地描述。对整个系统的主电路、控制电路、各种保护电路及控制实现的软件都进行了?系统的分析。主电路部分给出了整流、滤波、逆变器等器件各个环节的参数的计算。控制电?路采用TＭS320Ｆ２812、显示电路、输入电路、检测电路等，并配备了系统保护电路。在硬?件电路的基础上，用MAＴLAB工具对系统进行了开环和闭环系统的ＳPWＭ仿真。仿真实 验结果表明,这些设计使系统能够可靠工作,运行状态良好,达到了设计目的。最后给出了 各个软件设计的系统流程图。?关键词：变频调速，正弦波脉宽调制，ＩPＭ，智能功率模块，ＳPwM,ＴＭS320Ｆ2812 4一 Summａry -?Ｔｈｅｖａriａble ｓｐeeｄ Cａll?ｂｅｄividｅd ｉｎto tｗo?iｍｐortａnt parｔｓ:soft desｉｇｎ?aｎd hardware?dｅsign.Tｈｅ ｄesiｇnｆirｓtly exｐlains?tｈeｂasｉc?teｃhniques．oｆ?the ｖａriable ｓpｅｅd,thｅtｈeory
aｎd ｍethｏd of ｔhｅSPＷM．Tｈen the ｍajor?hardwaｒｅcｉｒcｕｉt iｓ ｉｎtroduced,Especilｌy?TMS3２０Ｆ２812 anｄIＰＭ.The?caｌcuｌation ａbouｔ?parametｅr?is madｅin the?major?ｃiｒcuit．Ａt the sａme time ｔhｅ secｕrｉty of tｈe ｃiｒcuｉt wａs?eｑuipped.?DSＰwas?rｅgaｒded as tｈe coｎtｒｏlｌer ｃore of tｈe SPWM.We estabｌish?a sｙsteｍ moｄel?whｉcｈcontｒoｌ syｓｔem sｐeed ｏｐｅn and close?ｌｏop ｗith SＰWＭ，wｅsiｍulate ａnｄ?analｙｚe the ｃoｎtrol?syｓtem ｔhｒouｇh MATＬAB.The simulation resuｌｔs ｄemonstrate that it isａ?ｈｉgh vａlue tｏ ｐopulａｒiｚe?ａnd?apｐlｙ?the?ｃｏｎｔｒolｌing syｓtem.Fiｎａl ｌy Tｈｅ
辽宁工业大学 实验室开放课题设计（论文） 题目：异步电动机机械特性的MATLAB仿真》 院（系）：电气工程学院 专业班级：自动化 131 学号： 0 ` 学生姓名：徐峰 指导教师：赵丽丽
起止时间：
摘要 异步电动机以其结构简单、运行可靠、效率较高、成本较低等特点，在日常生活中得到广泛的使用。目前，电动机控制系统在追求更高的控制精度的基础上变得越来越复杂，而仿真是对其进行研究的一个重要手段。MATLAB是一个高级的数学分析和运算软件，可用动作系统的建模和仿真。在分析三相异步电动机物理和数学模型的基础上，应用MATLAB软件简历了相对应的仿真模型；在加入相同的三相电压和转矩的条件下，使用实际电机参数，与MALAB给定的电机模型进行了对比仿真。 第一章对异步电机的实验要求做出了相关的描述，第二章对MATLAB仿真软件做了一定的介绍，第三章是对异步电动机的机械特性、启动、制动和正反转进行理论分析和仿真模拟以及仿真结果的分析。 经分析后，表明模型的搭建是合理的。因此，本设计将结合MATLAB的特点，对三相异步电机进行建模和仿真，并通过实际的电动机参数，对建立的模型进行了验证。 关键词：异步电机、数学模型、MATLAB仿真、三相异步电动机
目录 第1章实验任务及要求 (1) 第2章 MATLAB及SIMULINK的介绍 (2) MATLAB介绍 (2) S IMULINK模块的介绍 (3) 第3章仿真实验 (4) 三相异步电动机的机械特性 (4) 三相异步电动机起动的仿真 (6) 三相异步电动机制动仿真 (8) 三相异步电动机正反转仿真 (10) 第4章总结 (12) 参考文献 (13) 附录 (14)
《机电一体化系统设计基础》形成性考核作业参考答案 形成性考核作业1参考答案 一、判断题（正确的打√，错误的打×） 1．× 2．√ 3．√ 4．× 5．× 6．× 7．× 8．× 9．× 10．√ 11．× 12．× 二、单选题 1．C 2．A 3．B 4．A ，A 5．D 6．B 7．A 8．D 三、简答题 1．完善的机电一体化系统主要包括哪几部分？ 答：机械本体、动力系统、检测传感系统、执行部件和信息处理及控制系统五部分相互协调，共同完成所规定的目的功能。通过接口及相应软件有机结合在一起，构成内部匹配合理、外部效能最佳的完整产品。 2．简述机电一体化系统中的接口的作用。 机电一体系统是机械、电子和信息等性能各异的技术融为一体的综合系统，其构成要素和子系统之间的接口极其重要。从系统外部看，输入/输出是系统与人、环境或其他系统之间的接口；从系统内部看，机电一体化系统是通过许多接口将各组成要素的输入/输出联系成一体的系统。 3．机械运动中的摩擦和阻尼会降低效率，但是设计中要适当选择其参数，而不是越小越好。为什么？ 阻尼比公式:02mK B = ξ,由公式可知阻比除了与机械系统的粘性阻尼系数B 有关外，还 与系统刚度K 0和质量m 有关。因此，在机械结构设计时，应当通过对刚度、质量和摩擦系数等参数的合理匹配，得到机械系统阻尼比ξ的适当取值，以保证系统的良好动态特性。 4．简述机械系统的刚度对系统动态特性的影响。 机械系统的刚度对系统的主要影响表现为以下几方面： （1）失动量 系统刚度越大，因静摩擦力的作用所产生的传动部件的弹性变形越小，系统的失动量也越小； （2）固有频率 机械系统刚度越大，固有频率越高，可远离控制系统或驱动系统的频带宽度，从而避免产生共振； （3）稳定性 刚度对开环伺服系统的稳定性没有影响，而对闭环伺服系统的稳定性有很大影响，提高刚度可增加闭环系统的稳定性。 四、计算题 1．解： 2 52t m 3.16610kg m 2G J π-??==?? ???
目录 目录 (1) 第一章系统的功能设计分析和总体思路 (2) 1.1 概述 (2) 1.2 系统功能设计分析 (3) 1.3 系统设计的总体思路 (3) 第二章PLC和变频器的型号选择 (4) 2.1 PLC的型号选择 (4) 2.2 变频器的选择和参数设置 (5) 2.2.1 变频器的选择 (5) 2.2.2 变频调速原理 (6) 2.2.3 变频器的工作原理 (6) 2.2.4 变频器的快速设置 (7) 第三章硬件设计以及PLC编程 (9) 3.1 开环控制设计及PLC编程 (9) 3.1.1 硬件设计 (9) 3.1.2 PLC软件编程 (10) 3.2 闭环控制设计 (14) 3.2.1 硬件和速度反馈设计 (14) 3.2.3 闭环的程序设计以及源程序 (16) 第四章实验调试和数据分析 (21) 4.1 PID 参数整定 (21) 4.2 运行结果 (22) 第五章总结和体会 (22) 第六章附录 (24) 6.1 变频器内部原理框图 (24) 第七章参考文献 (25)
第一章系统的功能设计分析和总体思路 1.1 概述 调速系统快速性、稳定性、动态性能好是工业自动化生产中基本要求。在科学研究和生产实践的诸多领域中调速系统占有着极为重要的地位特别是在国防、汽车、冶金、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。调速控制系统的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论。 可编程控制器（PLC）可编程控制器是一种工业控制计算机，是继续计算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。它具有抗干扰能力强，价格便宜，可靠性强，编程简朴，易学易用等特点，在工业领域中深受工程操作人员的喜欢，因此PLC已在工业控制的各个领域中被广泛地使用。 目前在控制领域中，虽然逐步采用了电子计算机这个先进技术工具，特别是石油化工企业普遍采用了分散控制系统（DCS）。但就其控制策略而言，占统治地位的仍旧是常规的PID控制。PID结构简朴、稳定性好、工作可靠、使用中不必弄清系统的数学模型。PID的使用已经有60多年了，有人称赞它是控制领域的常青树。 变频调速已被公认为是最理想、最有发展前景的调速方式之一，采用变频器构成变频调速传动系统的主要目的，一是为了满足提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等要求；二是为了节约能源、降低生产成本。用户根据自己的实际工艺要求和运用场合选择不同类型的变频器。 组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。在组态概念出现之前，要实现某一任务，都是通过编写程序来实现的。编写程序不但工作量大、周期长，而且轻易犯错误，不能保证工期。组态软件的出现，解决了这个问题。对于过去需要几个月的工作，通过组态几天就可以完成。组态王是海内一家较有影响力的组态软件开发公司开发的，组态王具有流程画面，过程数据记录，趋势曲线，
电气与电子信息工程学院 《计算机仿真及应用B》题目 学号： 姓名: 班级: 任课老师:
三相异步电动机的建模与仿真 一．实验题目三相异步电动机的建模与仿真 二．实验原理 三相异步电动机也被称作感应电机，当其定子侧通入电流后，部分磁通将穿过短路环，并在短路环内产生感应电流。短路环内的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有相位差，从而形成旋转磁场。转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生感应电动势和感应电流，即旋转磁场与转子存在相对转速，并与磁场相互作用产生电磁转矩，使转子转起来，从而实现能量转换。 三相异步电动机具有结构简单，成本较低，制造，使用和维护方便,运行可靠以及质量 较小等优点，从而被广泛应用于家用电器，电动缝纫机，食品加工机以及各种电动工具，小型电机设备中，因此，研究三相异步电动机的建模与仿真。 三.实验步骤 1. 选择模块 首先建立一个新的simulink 模型窗口，然后根据系统的描述选择合适的模块添加至模型窗口中。建立模型所需模块如下： 1) 选择simPowerSystems 模块库的Machines 子模块库下的Asynchronous Machine SI Units 模块作为交流异步电机。 2) 选择simPowerSystems 模块库的Electrical Sources 子模块库下的Three-Phase Programmable Voltage Source 模块作为三相交流电源。 3) 选择simPowerSystems 模块库的Three-Phase Library 子模块库下的Three-Phase Series RLC Load 模块作为串联RLC 负载。 4) 选择simPowerSystems 模块库的Elements 子模块库下的Three-Phase Breaker 模块作为 三相断路器，Ground 模块作为接地。 5) 选择SimPowerSystems 模块库的Measurements 子模块库下的Voltage Measurement 模块 作为电压测量。 6) 选择Sources 模块库下的Constant 模块作为负载输入。 7) 选择Signals Rounting 模块库下的Bus Selector 模块作为直流电动机输出信号选择器。 8) 选择Sinks 模块库下的Scope 模块。 9) 选择SimPowerSystems 模块库的Measurements 子模块库下的Three-phase V-I Measurements 用于创建子系统。 2. 搭建模块将所需模块放置合适位置，再将模块从输入端至输出端进行相连，搭建完的串电阻起 动simulink 模型如图 1 所示
机电传动与控制课程综合训练三 一、综合训练项目任务书 综合训练项目：交流电机变频调速系统 目的和要求：加强对交流变频调速系统及变频器的理解；应用交流变频调速系统及变频器解决交流电机变频调速问题。提高分析和解决实际工程问题的能力。促成“富于探索精神，具有较强的自学能力、开拓创新意识和敏锐的观察事物以及分析处理事物的能力”的目标实现。 成果形式：交流电机变频调速系统设计说明书。 相关参数：参看《机电传动控制》（第五版），冯清秀等编著，华中科技大学出版社，P291~316。 一、综合训练项目设计内容 1.变频调速系统 1.1 三相交流异步电动机的结构和工作原理 三相交流异步电动机是把电能转换成机械能的设备。一般电动机主要由两部分组成：固定部分称为定子，旋转部分称为转子。三相交流异步电动机的工作原理是建立在电磁感应定律、全电流定律、电路定律和电磁力定律等基础上的。当磁极沿顺时针方向旋转，磁极的磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动势。电动势的方向由右手定则来确定。因为运动是相对的，假如磁极不动，转子导条沿逆时针方向旋转，则导条中同样也能感应出电动势来。在电动势的作用下，闭合的导条中就产生电流。该电流与旋转磁极的磁场相互作用，而使转子导条受到电磁力，电磁力的方向可用左手定则确定。由电磁力进而产生电磁转矩，转子就转动起来。 1.2 变频调速原理 变频器可以分为四个部分，如图1.1所示。 通用变频器由主电路和控制回路组成。给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，称为主电路。主电路包括整流器、中间直流环节（又称平波回路）、逆变器。
图1.1 变频器简化结构图 ⑴整流器。它的作用是把工频电源变换成直流电源。 ⑵平波回路（中间直流环节）。由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载。无论电动机处于电动状态还是发电状态，起始功率因数总不会等于1。因此，在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换，这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件—电容器或电感器来缓冲，所以中间直流环节实际上是中间储能环节。 ⑶逆变器。与整流器的作用相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率。逆变器的结构形式是利用6个半导体开关器件组成的三相桥式逆变器电路。通过有规律的控制逆变器中主开关的导通和断开，可以得到任意频率的三相交流输出波形。 ⑷控制回路。控制回路常由运算电路，检测电路，控制信号的输入、输出电路，驱动电路和制动电路等构成。其主要任务是完成对逆变器的开关控制，对整流器的电压控制，以及完成各种保护功能。控制方式有模拟控制或数字控制。 2.系统的控制模型 本系统的结构如图1.2所示。
运动控制论文 课题：异步电动机数学模型和电压空间矢量PWM控制技术研究 姓名：xxxxxxxxx 专业：电气工程及自动化 班级：电097 学号：0912002167 日期：2013年3月30日
摘要 由于直流调速的局限性和交流调速的优越性,以及计算机技术和电力电子器件的不断发展,交流异步电动机变频调速技术正在快速发展之中。目前广泛研究应用的交流异步电动机调速技术有恒压频比控制方式，矢量控制，直接转矩控制等。本论文中所讨论的异步电动机调速技术叫做空间矢量脉宽调制方法(SVPWM)。相对于直接转矩控制,它有可连续控制,调速范围宽等显著优点。 本文首先对交流异步电动机的数学模型的建立进行了详细的分析和阐述，通过对交流异步电动机的动态电磁关系的分析以及坐标变换原理概念的介绍，逐步引出了异步电动机的数学模型和在不同坐标系上的数学模型表达方程式，指出了异步电动机的模型特点是一多变量、强藕合的非线性系统。采用MATLAB /SIMULINK软件包,实现异步电动机动态数学模型的仿真。仿真研究显示,该方法简洁、方便、实时交互性强,能充分融合到其它控制系统中,并具有良好地扩展性。 其次阐述了异步电动机电压空间矢量PWM控制技术的原理和矢量变换方法实现的步骤，据交流电机坐标变换及矢量控制理论提出了异步电机在任意同步旋转坐标系下仿真结构图的建模设想,得出了一种按转子定向磁场下的动态结构图,利用该结构图可以方便的构成电机的仿真模型,进行仿真计算。然后运用MATLAB软件搭建模型进行仿真分析，结果表明电机有良好的稳、动态性能。 通过对仿真软件的应用也表明在进行复杂系统设计时运用仿真工具对设计进行仿真分析是行之有效的方法，可以提高系统设计效率，缩短系统设计时间，并能够较好的进行系统优化。经试验表明，空间电压矢量调制的方法正确可行， 可调高电压利用率和系统精度。 关键词：异步电动机；矢量控制；数学模型；仿真
摘要 电梯是一种用于电力拖动的特殊升降设备，是现代城市生活中必不可少且应用最广泛的垂直交通运输工具。随着社会的不断发展，电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。 随着电力电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展十分迅速。变频调速电梯使用了先进的PWM技术，明显改善了电梯运行质量和性能；调速范围广、控制精度高、动态性能好，舒适、安静、快捷，几乎可与直流电机相互媲美。同时也明显改善了电动机供电电源的质量，减少了谐波，提高了效率和功率因数，节能显著。 本设计在采用PLC和变频器相互结合而实现电梯常规控制的基础上，通过对变频器和PLC芯片的合理选择和设计，大大提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制和运行效果。 关键词：电梯，PWM控制，变频调速
ABSTRACT Summary elevator is a special electric traction equipment, is indispensable in modern urban life, and the most widely used vertical transportation. As society develops, elevator from the handle switch elevators, buttons control the elevator to the current group of Elevator, for senior transportation present. With power electronics and computer control technology and the rapid development, AC inverter technology development very rapidly. Variable speed elevator use advanced PWM, significantly improve the quality and performance elevator; speed range widely, control, precision, dynamic performance, comfortable, quiet, fast, almost comparable to the DC motor. At the same time significantly improved motor power quality, reduced harmonic, which improves the efficiency and power factor, energy-saving significantly. This design in use PLC and inverter elevator on the basis of conventional control, through the inverter and PLC chip design, selection and greatly improves the elevator control levels, and improves the comfort, Elevator makes elevator reaches more ideal control and operating results. Keywords: elevator, PWM, frequency
天津职业技术师范大学 课程设计说明书题目：三相异步电动机变频调速系统设计及仿真 指导老师： 班级：机检1112班 组员
天津工程师范学院 课程设计任务书 机械工程学院机检1112 班学生 课程设计课题： 三相异步电动机变频调速系统设计及仿真 一、课程设计工作日自 2015 年 1 月 12 日至 2015 年 1 月 23 日 二、同组学生： 三、课程设计任务要求（包括课题来源、类型、目的和意义、基本要求、完成时 间、主要参考资料等）： 1、目的和意义 交流调速是一门重要的专业必修课，它具有很强的实践性。为了加深对所学课程（模拟电子技术、数字电子技术、电机与拖动、电力电子变流技术等）的理解以及灵活应用所学知识去解决实际问题，培养学生设计实际系统的能力，特开设为期一周的课程设计。 2、具体内容 写出设计说明书，内容包括： （1）各主要环节的工作原理； （2）整个系统的工作原理（包括启动、制动以及逻辑切换过程）； （3）调节器参数的计算过程。 2．画出一张详细的电气原理图； 3．采用Matlab中的Simulink软件对整个调速系统进行仿真研究，对计算得到的调节 器参数进行校正，验证设计结果的正确性。将Simulink仿真模型，以及启动过程中的电流、转速波形图附在设计说明书中。 4、考核方式 1．周五采用口试方式进行考核（以小组为单位），成绩按百分制评定。其中小组分数占60%，个人成绩占40%（包括口试情况和上交材料内容）； 2．每天上午8:30--11:30在综合楼226房间答疑。 五、参考文献 1、陈伯时．电力拖动自动控制系统----运动控制系统（第3版）．机械工业出版社，2003 指导教师签字：教研室主任签字：
滨州职业学院毕业论文设计 题目：数控机床工作台与控制系统设计学号： 姓名： 专业班级: 教学单位：电气工程学院 指导教师：
滨州职业学院毕业论文（设计）任务书 电气自动化技术专业级 1、毕业论文（设计）题目数控机床工作台与控制系统设计 2、学生完成全部任务期限：2016年 6月10日 3、任务要求： 1）进程要求 1）提出选题的初步设想。 2）搜集、整理与毕业设计或论文有关的、充分的、准确的信息资料，扩充查阅范围。 3）分析、筛选已有的信息资料，提出研究设想与计划。 4）向指导教师提出开题报告（见附页）。 5）构思论文框架，编写论文提纲，撰写论文初稿。 6）提请指导老师审阅，并根据老师的指导意见做进一步修订，装订成册。 （2）成果要求 1）毕业设计应提交设计图纸和相应的说明书。图纸须规范、完整、清晰、正确，格式符合国家标准的要求；说明书须规范、详实，应包括：任务书、开题报告、正文（摘要、正文内容，结语，参考文献）、附录等。书写认真、清楚，字数不少于8000字。主要包括：前言、摘要、正文内容 2）毕业论文应包括：任务书、开题报告、正文（前言、摘要、关键词，正文内容、结语、参考文献）、附录等；书写认真、清楚，字数以15000字左右为宜。 4、实验（调研）部分内容要求： （1）实验内容与论文题目一致，数据真实。 （2）调研内容详实，调研结论应具备普遍性。 5、文献查阅及翻译要求： （1）参考文献应与论文内容相一致。 （2）参考文献不少于8篇。 （3）参考文献的格式参考滨州职业学院毕业论文格式要求。
（4）翻译文献应与原文内容一致。 指导教师：（签名） 学生：（签名） 摘要 当今世界电子技术迅速发展，微处理器、微型计算机在各技术领域得到了广泛应用，对各领域技术的发展起到了极大的推动作用。一个较完善的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。机电一体化是系统技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、检测传感技术、伺服传动
三相异步电动机的型号及选用 三相异步电动机的分类 三相异步电动一般为系列产品，其系列、品种、规格繁多，因而分类也较繁多。 1、按电动机尺寸大小分类 大型电动机：定子铁心外径D＞1000mm或机座中心高H＞630mm。 中型电动机：D=500~1000mm或H=355~630mm。 大型电动机：D=120~500mm或H=80~315mm。 2、按电动机外壳防护结构分类 3、按电动机冷方式分类 电动机按冷却方式可分为自冷式、自扇冷式、他扇冷式等。可参见国家标准GB/T1993-93《旋转电机冷却方式》。 4、按电动机的安装形式分类 IMB3：卧式，机座带底脚，端盖上无凸缘。 IMB5：卧式，机座不带底脚，端盖上有凸缘。 IMB35：卧式，机座带底脚，端盖上有凸缘。 5、按电动机运行工作制分类 S1；连续工作制 S2：短时工作制 S3~S8：周期性工作制 6、按转子结构形式分类 三相笼型异步电动机 三相绕线型异步电动机 三相异步电动机的型号及选用
我国电机产品型号的编制方法是按国家标准GB4831-84《电机产品型号编制方法》实施的，即有汉语拼音字母及国际通用符号和阿拉伯数字组成，按下列顺序排列。 1 产品（类型）代号 CHANPINGUI 异步电动机同步电动机同步发电机直流电动机直流发电机汽轮发电机水轮发电机测功机潜水电泵纺织用电机交流换向器电动机 产品代号 Y T TF Z ZF QF SF C Q F H 2 特殊环境代号 使用场合热带用湿热带用干燥带用高原用船用户外用化工防腐用 汉语拼音字母 T TH TA G H W F 产品规格代号：L－－－－-长机座；M－－－－-中机座；S－－－－-短机座。 下面为两个产品举例： （1）三相异步电动机 Y2－－-132M－－-4 规格代号，中心高132mm，M中机座，4极 产品代号，异步电动机，第二次改型设计 （2）户外防腐型三相异步电动机 Y－－-100L2－－-4－－-WF1 特殊环境代号，W户外用，F化工防腐用，1中等防腐 规格代号，中心高100，长机座第二铁心长度，4极 产品代号，异步电动机 3 常用三相异步电动机产品型号、结构特点及应用场合 序号名称型号机座号与功率范围结构特点应用场合 新老 1 小型三相异步电动机（封闭式） Y2 (IP55) Y(IP44) JO2 JO H80~355
目录 第 1 章绪论 (1) 1.1 PLC （可编程序控制器）概述 (1) 1.2 PLC 特点 (1) 第2章VFO 变频器介绍 (3) 2.1 松下变频器VF0 系列简介 (3) 2.2 设定变频器模式 (3) 2.3 变频器的控制方式 (4) 2.3.1 U/f=C 的正弦脉宽调制（SPWM控制方式 (4) 232 电压空间矢量（SVPWM控制方式 (4) 233 矢量控制（VQ方式 (5) 2.3.4 直接转矩控制（DTC方式 (5) 2.3.5 矩阵式交—交控制方式 (5) 2.4欧姆龙CP1H勺特点及功能简介 (6) 2.4.1 欧姆龙CP1H功能简介 (6) 2.4.2 欧姆龙功能简介 (7) 2.5 变频器接线 (7) 2.5.1 主回路接线 (7) 2.5.2 控制回路接线 (8) 2.5.3 接线注意事项 (8) 第 3 章电机介绍 (9) 3.1 电机的规格指标参数 (9) 3.2 电动机的工作原理 (10) 3.3 电动机的接线 (10) 3.4 PLC 、变频器、电机三者的运行关系 (10) 第 4 章PLC 变频调速系统的设计与调试 (11) 4.1 系统设计程序 (11) 4.2 接线图 (12) 4.3 程序调试 (12) 第 5 章课程总结 (14) 参考文献 (15)
第1章绪论 1.1 PLC （可编程序控制器）概述 PLC（可编程控制器）应用广泛，其CPU功能较强，可靠性高，但在输入输出I/O方面,PLC存在价格过高，扩展模块不隔离，输入信号还要进行编程运算来完成采集，品牌繁多，互不兼容，用户使用起来不方便等缺点。其在工业现场因其编程方便，抗干扰能力强，获得了广泛的应用。但受到内部硬件电路的限制，在运算速度、数据处理能力等方面和PC机相比，要逊色很多。因此在工业现场对复杂模型进行控制时，可以借助上位机PC来建立生产模型，通过构建SCC监督式控制系统，让下位机PC为一DCC直接数字控制系统，实现复杂系统的控制。另外，还可通过上位机PC和下位机PC组建监控系统，达到对工业现场实时监控的目的。其中关键技术为PC机和PC之间的通讯。本文首先介绍PC机与PLC的通讯种类和机制，然后就采用高级语言VB和组态软件MCGS对完成以上二者通讯。 PC机和PLC有两种通讯方式，一种是PC机作主动者，即主局，PLC为从动者，即子局。另一种是PLC为主局，而PC机为子局。无论工作在哪种方式，数据一般都采用串行方式来传输，即可通过RS232 RE422或RS485电缆线来进行信息传递。 在进行通讯时，首先将PC机和PLC传递信息的波特率设置一致。另外还要对奇偶校验位、传输数据位数和停止位进行设置。在PC机和PLC进行通讯时，要使用命令帧和响应帧的形式来进行信息传递。 每次通信送出的一组数据称作“帧”。帧可以从持有发送权的一方传出。每送出一帧，上位机或PLC就将发送权交给另一方。当接收方收到终端（命令或响应的终字符）或分界符（分割帧的字符）信息后，就将发送权转到另一方。 1.2 PLC特点 PLC是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点 1. 可靠性高，抗干扰能力强 为了限制故障的发生或者在发生故障时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，采取了多种措施，使PC除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运
实验报告 课程名称：数字调速 实验项目：三相异步电机恒压频比调速系统仿真专业班级：自动化1303班 姓名：任永健学号：130302307 实验室号：实验组号： 实验时间：批阅时间： 指导教师：成绩：
沈阳工业大学实验报告 （适用计算机程序设计类） 专业班级：自动化1303班学号：130302307 姓名：任永健 实验名称：三相异步电机恒压频比调速系统仿真 1.实验目的： 熟悉SIMULINK环境。 建立三相异步电机恒压频比调速系统模型并仿真分析。 2.实验内容： 设计并在simulinnk下搭建三相异步电机恒压频比环调速系统 3. 实验方案（程序设计说明） 异步电机的调速有多种方法，转速开环恒压频比控制是交流电动机变频调速最基本的一种控制转速方式，在一般的变频调速装置里面都嵌入有这项功能，工作方式为恒压频比的调速方式能满足大多数场合交流电动机调速控制的要求，使用起来也相对方便，是通用变频器的基本模式。但在低压时候需要一定的补偿电压，采用恒压频比控制，在基频以下的调速过程中的转差率会保持不变，电动机的所以会机械特性会相对较硬，电动机有较好的调速性能。 正选脉冲宽度调制三相逆变电路，是一种以三角波做载波的应用冲量等效原理而获得理想交流电源的电路装置，在调制比与载波比一定的条件下，通过调节外加直流电源的大小就可以获得在额定频率下产生额定电压的正选电压波，通过调节正弦波的频率就可以得到理想的电压频率波，而且调节输入正弦波的频率能得到线性的输出电压幅值。MATLAB在电气领域中的运用随处可见，在这里可以运用MATLAB里的Simulink仿真出具体的模型，通过示波器来观察具体的波形，从而进行进一步的分析。 4. 实验原理（系统的实现方案分析） 首先采用三相双极性SPWM逆变电路产生三相交流电源，全控型器件可以选用IGBT，这样通过调节外加直流电源的大小便可获的理想的输出交流电压源幅值，然后通过改变给定的频率信号来改变异步电机的转速，基本模型如下图所示
Y3系列三相异步电动机 一、产品简介 Y3系列三相异步电动机（以下简称Y3电机）是一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。 该系列电机的基本防护等级为IP55，绝缘等级为F级，电机温升按B级考核；等级和安装尺寸符合IEC标准。 该系列电机采用冷轧硅钢片作为导磁材料，符合国家产业政策，是Y 、Y2系列电动机的升级换代产品。同时，满足了GB18613-2002《中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价值》的能效限定值的要求。 该系列电机主要适用于不含易燃、易爆或腐蚀气体的一般场所和无特殊要求的机械上。 二、产品特点 Y3电机具有设计新颖、结构紧凑，造型美观、效率和转矩高、起动性能好、节能、噪声低、振动小、运行安全可靠、使用维护方便等特点；但功率因数较低，调速也较困难。 大容量低转速的动力机常用同步电动机，同步电动机不但功率因数高，而且其转速与负载大小无关，只决定于电网频率，工作较稳定。 在要求宽范围调速的场合多用直流电动机，但它有换向器，结构复杂，价格昂贵，维护困难，不适于恶劣环境。 三、用途 Y3电机广泛应用于机床、风机、水泵、压缩机和交通运输、农业、食品加工等各类机械电力传动。 四、使用条件 在下列使用条件下，Y3电机应能正常运行： 1、海拔不超过1000m； 2、环境空气最高温度随季节而变化，但不超过400C； 3、环境空气最低温度为-150C； 4、最湿月月平均最高相对湿度为90%，同时该月月平均最低温度不高于25℃； 五、工作原理 当电动机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。 三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。 与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。 按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的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。绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。
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)
（一）填空题 ★机电一体化系统常用的能源有电源、气压源和液压源。 ★市场预测的方法主要有定期预测和定量预测。 ★机电设计的质量管理主要体现在质量目标管理、实行可行性设计和进行手机质量评审 ★控制及信息处理单元一般由控制计算机、控制软件和硬件接口组成。 ★在多级传动中，为了减小传动误差，传动比的分配应遵守先小后大原则。 ★机电系统中，机械传动要满足伺服控制在精度、稳定性和快速响应性等方面的要求。 ★影响系统传动精度的误差可分为传动误差和回程误差两种 ★对于线性控制系统，若要求在达到高精度的同时减小定位时间，则必须提高系统的固有频率。提高固有频率和阻尼可以提高闭环系统的稳定性。 ★液压系统的伺服控制元件主要有电液伺服阀和电液比例阀 ★典型开关量I/O模板的I/O电气接口的主要功能有滤波、电平变换、光电隔离和功率驱动。 ★计算机的指令进行D/A转换后，需经过信号调理环节才能驱动执行机构。 ★传感器由敏感元件、转换元件和基本转换电路组成。 ★传感器的静态特性参数主要有灵敏度、线性度、迟滞和重复精度。 ★传感器输入特性的主要参数是输入阻抗或静态刚度。 ★执行机构，选择较大传动比可使系统的相对阻尼系数增大，有利系统稳定。 ★机电产品设计类型可分为开发性设计、适应性设计、变参数设计三类。 ★当负载折算到电机轴上的惯量等于转子质量时，系统能达到惯性负载和驱动力矩的最佳匹配。 ★步进电机的最大动态转矩小于最大静转矩，并随着脉冲频率的升高而降低。 （二）选择题 ★开放式体系结构中的VLSI是指（超大规模集成电路） ★以下移动电话不属于机电一体化产品。 ★数控机床需要进行抗干扰设计。 ★幅频特性和相频特性（或频率响应函数）是传感器动态特性指标 ★丝杠螺母机构在闭环外，所以它回程误差和传动误差都影响输出精度 ★闭环控制，齿轮减速器在前向通道，它回程误差不影响输出精度，但传动误差影响 ★步进电机转动后，其输出转矩所工作频率增高而下降 ★采用脉宽调制进行直流电动机调速驱动是，通过改变脉冲宽度来改变电枢贿赂的平均电压而实现机的平滑调速。 ★数控机床进给系统的伺服电机属于设备的驱动部分。 ★分离活塞式油缸属于系统中的驱动部分 ★在工业机器人的设计中传感器的选择及精度分析是理论分析阶段要进行 ★为提高机话接卸传动系统的固有频率，应增大系统刚度。 ★机械系统的刚度对系统的主要影响表现为固有频率、精度、稳定性。 ★多齿轮传动中，各级传动比相等的分配原则适用于按输出轴的转角误差最小原则设计的传动链 ★前大后小的分配原则适用于重量最轻原则（大功率装置） ★频矩特性表示步进电机最大动态转矩与脉冲频率的关系 ★永磁式直流伺服电机又称为力矩电机 ★STD总线的A/D 转换接口模板中，出A/D转换器及STD总线接口逻辑外，还应有多路开关与采样保持器 （三）简答题 ★机电相关技术有哪些机械技术、计算机与信息处理技术、系统技术、自动控制技术、传感器测试技术和伺服驱动技术。 ★试述机电一体化产品的定义和分类方法。答：机电一体化产品是新型机械与微电子器件，特别是与微处理器、微型计算机相接合而开发的新一代电子化机械产品。按用途可分为信息机电一体化产品、产业机电一体化产品和家庭用机电一体化产品。 1
检测传感技术在机械工业当中的应用随着机械制造业在我国的迅速发展，诞生了许许多多的机械设备，用于不同的领域生产中，而在不同的领域中，不同的机械设备有着不同的作用。这些机械设备能帮助人们完成人们不能的任务，并使机械生产任务更加快速，甚至能实现全自动化生产制造。而要更加精确的完成机械加工，传感技术的发展为其提供了很好的平台。一．传感技术的概念 传感技术是关于从自然信源获取信息，并对之进行处理（变换）和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术，它涉及传感器（又称换能器）、信息处理和识别的规划设计、开发、制/建造、测试、应用及评价改进等活动。传感技术是当前代表国家综合科研水平的重要技术，传感技术的具体应用是传感技术转化的重要途径和方法。加强对传感技术应用的研究也是了解传感技术发展现状并对其未来发展进行预测的基础和前提。主要传感技术大概可分为光电传感技术、多传感技术和生物传感技术，其中光电传感技术又称为光传感技术，是将光信号转化为电信号的一种传感技术。光电传感技术可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等，也可用来检测能转换成光电量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度、以及物体形状、工作状态等，光电传感技术具有非接触、响应快、性能可靠等特点，目前主要应用于工业自动化装置和机器人技术中。
二．传感技术的发展 早期由于敏感技术的落后，主要是直接机械量输出或电参量输出的机械型传感器。随着微电子加工技术的发展，产生了固态敏感元件。利用材料的不同特性和物理量、化学效应，制成了敏感元件传感器。纤维光学的飞速发展，随后也使光纤进入传感检测领域。现在，生物传感器成为传感器发展的一个新方向，是集现代生物技术与先进电子技术于一体的高科技产品。传感检测技术的发展，无疑也使机械手得到了升级换代。传感检测技术用于检测系统本身、操作对象和作业环境的状态，为有效控制系统的运行提供了必须的相关信息。随着熄灯号程度的进一步加强，传感检测技术已渗透到军事、医疗、环保、能源、服务、娱乐等各个领域。 三．传感技术在我国机械领域的应用 传感器就是运用传感技术发展而成的一种检测装置，它是将各种非电量按一定规律转接成电量输出的装置，以便于对其进行分析处理和调整受控制装置的工作状态，先进的传感器大多与微处理器结合形成自控装置。 光电传感器在机械中的应用：光电传感器由于反应速度快,能实现非接触测量,而且精度高、分辨力高、可靠性好,加之半导体光敏器件具有体积小、质量小、功耗低、便于集成等优点,因而被广泛应用于军事、检测与农业机械等多种领域中。光电传感器具有一下几个优点：①检测距离长。②对检测物体的限制少。③响应时间短。④分辨率高。能通过高级设计使投光光束集中在小光点，或通过构成特殊的受光光