交直交变频调速系统的仿真研究
摘要
近些年来，随着现代电力电子技术、计算机技术和自动控制技术的迅速发展，交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。变频调速技术的迅速发展被越来越多的应用于电机控制领域中，是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，以及广泛的适用范围和调速时因转差功率不变而无附加能量损失等优点而被国内外公认为是最有发展前途的高效调速方式。所以，对交直交变频调速系统的基本工作原理和特性的研究是十分有积极意义的。
本文主要研究了变频调速系统的基本组成部分，主要包括三部分：一是将工频电源变换为直流电源的整流模块电路；二是由整流模块和逆变模块回路产生的电压脉动的滤波回路，也称储能回路；三是将直流电源变换为交流电源的逆变模块电路。以Matlab/Simulink为仿真工具，搭建交直交变频调速系统的各部分的.仿真模型，并对仿真结果进行分析研究。了解交直交变频调速系统的基本工作原理、特性以及分析谐波对交直交变频调速系统的影响。
关键词：交直交变频，整流，逆变，异步电机，仿真，谐波。
Abstract
In recent years, with the development of modern power electronic technology, computer technology and the rapid development of automatic control technology, AC drive and control technology has become one of the most rapidly developing technology at present, the electric transmission technology is being faced with a history of revolution, namely the AC speed regulation system replaces DC speed and computer digital control technology to replace the analog control technology has become the trend of development. The rapid development of inverter technology has been applied more and more in the field of motor control, is the energy-saving, improve the process to improve an important means of product quality and improving the environment, promoting technological progress. Frequency of its superior speed and braking performance, high efficiency, high power factor and energy saving effect, as well as the scope and speed applied widely due to the slip power unchanged and no additional energy loss has been recognized as the governing party is the most promising type. Therefore, study on the basic working principle and characteristics of AC-DC-AC VVVF system is very helpful.
This paper mainly studies the basic part of variable frequency speed regulation system, mainly includes three parts: one is the frequency power conversion for the rectifier module circuit of DC power supply; the two is the loop filter voltage pulse generated by the circuit rectifier module and inverter module, also known as energy storage circuit; three is the circuit of inverter module DC power converter for AC power supply. Taken Matlab/Simulink as the simulation tool, to build simulation model of each part of AC DC AC speed regulation system, and the simulation results were analyzed. To understand the basic working principle, direct AC variable frequency speed regulation system characteristics and harmonic analysis on AC-DC-AC variable-frequency adjustable speed system.
Keywords：AC-DC-AC converter, rectifier, inverter,Asynchronous motor, simulation, harmonic.
目录
交直交变频调速系统的仿真研究 (1)
摘要 (1)
Abstract ................................................................................ 错误！未定义书签。1绪论 (5)
1.1交流调速技术发展概况.................................. 错误！未定义书签。
1.2研究变频调速的目的与意义 (8)
1.3交流调速的研究分析 (9)
1.4论文内容安排 (13)
2系统仿真技术 (15)
2.1系统仿真技术的概述 (15)
2.2仿真软件与仿真步骤 (15)
2.2.1仿真软件 (16)
2.2.2电子系统的仿真步骤 (16)
2.3仿真工具 (17)
2.3.1MATLAB 概述 ............................................ 错误！未定义书签。
2.3.2Simmulink概述 (17)
2.4变频调速系统 (18)
2.4.1变频调速的控制方式 (18)
2.4.2变频调速的种类 (19)
2.4.3基频以下变频调速 (19)
2.4.4基频以上变频调速 (20)
3交直交变频调速系统的研究 (22)
3.1变频调速系统的构成 (22)
3.1.1变频器调速原理 (22)
3.1.2变频器容量的确定 (24)
3.2交直交变频调速的优势特性 (25)
3.3交直交变频调速的应用 (26)
4交直交变频调速系统的实验仿真研究 (28)
4.1变频调速系统的设计与谐波对系统的影响 (28)
4.1.1 系统研究的设计方案 (28)
4.1.2 输出谐波对系统的影响 (29)
4.2整流器的工作原理研究及实验 (31)
4.2.1整流器的基本工作原理 (31)
4.2.2整流器的研究与分析 (35)
4.3逆变器输出谐波的仿真研究 (43)
4.3.1逆变器的工作原理及分析 (43)
4.3.2脉宽调制技术 (48)
4.3.3逆变器输出谐波的仿真分析 (50)
4.3.4载波频率的改变对谐波的影响 (60)
4.4交直交变频调速的仿真研究 (69)
4.4.1交直交变频调速系统模型的仿真研究 (70)
4.4.2交直交变频调速系统的运行仿真与分析 (71)
5结论 .......................................................................... 错误！未定义书签。致谢 (80)
参考文献 (81)
附录一整流电路仿真模型...................................... 错误！未定义书签。
附录二逆变电路仿真模型...................................... 错误！未定义书签。
附录三交直交变频调速系统仿真模型.................. 错误！未定义书签。
绪论
交流调速技术发展的概况与趋势
在很长的一个历史时期内，直流调速系统以其所具有优良的静、动态性能指标垄断调速传动应用领域。但随着生产技术的不断发展，直流拖动的薄弱环节逐步显示出来。由于换向器的存在，使直流电动机的维护工作量加大，单机容量、最高转速以及使用环境都受到限制。人们转向结构简单、运行可靠、便于维护、价格低廉的异步电动机，但异步电动机的调速性能难以满足生产要求，于是，从20世纪30年代开始，人们就致力于交流调速技术的研究，然而进展缓慢。在相当长时期内，直流调速一直以性能优良领先于交流调速。60年代以后，特别是70年代以来，电力电子技术和控制技术的飞速发展，使得交流调速性能可以与直流调速相媲美、相竞争，目前，交流调速已进入逐步取代直流调速的时代。
电力电子器件的发展为交流调速奠定了物质基础。50年代末出现了晶闸管，由晶闸管构成的静止变频电源输出方波或阶梯波的交流变电压，取代旋转变频机组实现了变频调速，然而晶闸管属于半控型器件，可以控制导通，但不能由门极控制关断，因此由普通晶闸管组成的逆变器用于交流调速必须附加强迫换相电路。70年代以后，功率晶闸管(GTR)、门极关断晶闸管（GTO晶闸管）、功率MOS场效应晶闸管（Powewr MOSFET）、绝缘栅双极晶闸管（IGBT）、MOS控制晶闸管（MCT）等已先后问世，这些器件都是技能控制导通又能控制关断的自关断器件，又称全控型器件。它不再需要强迫换相电路，使得逆变器构成简单、结构紧凑。IGBT由于兼有MOSFET和GTR的优点，是用于中小功率目前最为了流行的器件，MCT则综合了晶闸管的高电压、大电流特性和MOSFET的快速开关特性，是极有发展前景的大功率、高频功率开关器件。电力电子器件正在向大功率化、高频化、模块化、智能化发展。80年代出现的功率集成电路（Power IC—PIC），集功率开关器件、驱动电路、保护电路、接口电路于一体，目前已应用于交流调速的智能功率模块（Intelligent Power Module—IPM）采IGBT作为功率开关，含有电流传感器、驱动电路及过载、短路i、超温、欠电压保护电路，实现了信号
处理、故障诊断、自我保护等多种智能功能，及减少了体积、减轻了重量，有提高了可靠性，使用、维护都更加方便，是功率器件的重要发展方向。ii 随着新型电力电子器件的不断涌现，变频技术获得飞速发展。以普通晶闸管构成的方波型逆变器被全控型高频率开关器件组成横的脉宽调制（PWM）逆变器取代之后，SPWM逆变器及其专用芯片得到了普遍应用。磁通跟踪型PWM 逆变器以不同的开关模式在电机中产生的实际磁通去逼近定子磁力链的给定轨迹—理想磁通圆，即用空间电压矢量方法决定逆变器的开关状态，形成PWM波形。由于控制简单、数字化方便，已呈现出取代传统SPWM的趋势电力流跟踪型PWM逆变器为电流控制性的电压源逆变器，兼有电压和电流控制型逆变器的优点，滞环电流跟踪型PWM逆变器更因其电流动态响应快、实现方便，受到重视。目前，随着器件开关频率的提高，并借助于控制模式的优化以消除指定谐波，以使PWM逆变器的输出波形逼近正弦波。但在电网侧，尽管以不空整流器取代了相控整流器，使基波功率因数（位移因数）接近于1，然而电流谐波分量大，总功率因数仍很低，消除对电网的谐波污染并提高功率因数已构成变频技术不可回避的问题。为此，在国外已引起广泛关注。PWM逆变器工作频率的进一步提高将受到开关损耗的限制，特别是大功率逆变器，工作频率不取决于器件开关速度而受限于开关损耗。近年研究出的写真型逆变器是一种新型软开关逆变器，由于应用写真集舒适功率开关在零电压或令电流下进行开关状态转换，开关损耗几乎为零，使效率提高、体积减小、重量减轻、成本降低，是很有发展前景的逆变器。
在变频技术日新月异地发展的同时，交流电动机控制技术取得了突破性进展。由于交流电动机是多变量、强耦合的非线性系统，与直流电动机相比，转矩控制要困难得多。70年代初提出的矢量控制理论解决了交流电动机的转矩控制问题，应用坐标变换奖三项系统等效为两相系统，在经过安转子磁场定向的同步旋转变换实现了定子电流励磁分量与转矩分量之间的解耦，从而达到对交流电动机的磁链和电流分别控制的目的。这样就可以将一台三相异步电动机等效为直流电动机来控制，因而获得了与直流调速系统同样优良的静、动态性能，开创了交流调速与直流调速相竞争的时代。
直接转矩控制是80年代中期提出的又一转矩控制方法，其思路是把电机与逆变器看做一个整体，采用空间电压矢量分析方法在定子坐标系进行磁通、转矩计算，通过磁通跟踪型PWM逆变器的开关状态直接控制转矩。因此，无需对定
子电流进行解耦，免去了矢量变换的复杂计算，控制结构简单，便于实现全数字化，目前正受到各国学者的重视。
近10多年来，各国学者致力于无速度传感器控制系统的研究，利用检测定子电压、电流等容易测量的物理量进行速度估算以取代速度传感器。其关键在于在线获取速度信息，在保证较高控制精度的同时，满足实时控制要求。速度估算的方法，除了根据数学模型计算电动机转速外，目前应用较多的有模型参考自适应法和扩展卡尔曼滤波法。无传感器控制技术不需要检测硬件，也免去了传感器带来的环境适应性、安装维护等麻烦，提高了系统可靠性，降低了成本，因而引起了广泛兴趣。
微处理机引入控制系统，促进了模拟控制系统向数字控制系统的转化。数字化技术使得复杂的矢量控制得以实现，大大简化了硬件，降低了成本提高了控制精度，而自诊断功能和自调试功能的实现又进一步提高了系统可靠性，节约了大量人力和时间，操作、维修都更加方便。微机运算速度的提高、存储器的大容量化，将进一步促进数字控制系统取代模拟控制系统，数字化已成为控制技术的方向。
随着现代控制理论的发展，交流电动机控制技术的发展方兴未艾，非线性解耦控制、人工神经网络自适应控制、模糊控制等各种新的控制策略正在不断涌现，展现出更为广阔的前景，必将进一步推动交流调速技术的发展。
目前，交流调速系统的主要应用方向可分为如下三大类。
以节能目的的改恒速为可调速
在原来大量的交流不调速领域（如风机、水泵、压缩机等）中，改直流启动为软启动；改恒速为可调速；在调速性能要求不高的场合，为降低成本采用开环调速。仅以泵的控制改造为例，节电高达20%以上。
以少维护省力为目的的取代直流调速系统
在直接关系到生产和人身安全的重要场合，为减少直流电机的故障和节省维护时间，改用交流调速系统。如直流电梯改为交流电梯，有利于保证人身安全，增加正常运转运营时间；直流轧机改为交流轧机，可以大大节省检修时间，提高生产效率；电动汽车中采用交流驱动，可以减小体积和重量，提高可靠性。
直流调速难以实现的领域
在直流电机很难实现的大容量高速领域，交流调速系统可以大显身手。如电动机车、厚板轧机、高速电钻等。
从多方面来看，交流调速系统完全可以取代直流调速系统，并将为工业生产以及节电节能等方面带来巨大的经济效益和社会效益。
研究变频调速的目的与意义
异步电动机的变频调速属转差功率不变型调速，是异步电动机各种调速方案中效率最高、性能最好的一种调速方法，是交流调速的主要发展方向。
异步电动机比直流电机结构简单、成本低、工作可靠、维护方便、效率高。因此，研究异步电动机的调速系统，对于提高经济效益具有十分重要的现实意义。
由电机学可知，异步电动机的转速表达式为: ()1601f n s p =- (1-1)
式中 n — 电动机的输出转速；
1f 为电机的定子供电频率；
s — 电动机的转差率；
P — 电机的极对数。
由公式(1-1)可知，实现异步电动机输出速度的改变，主要通过3类方式来实现，即改变电机的极对数、变化转差率以及改变供电频率。目前常见到的具体实现调速方案有：变极调速、调压调速、串级调速以及变频调速等。其中变极调速方式属于有级调速，调速范围窄，应用场合有限；调压调速方式是以消耗转差功率为代价，不利于节能，一般应在中小型风机、泵类等功率调速系统中；串级调速是以消耗部分转差功率为代价较前者在节能方面略胜一筹，是一种结构简单，实现方便，较为经济方式，多用在绕线式异步电动机技术改造中；变频调速是最为理想的异步电动机调速方式，以其高效率和高性能等优势成为交流调速中目前应用最为广泛的调速方案之一。
目前交流传动己经上升为电气调速传动的主流，直流传动系统占统治地位的局面已经受到强烈的冲击。推广使用可调速电动机及其控制系统的节能具有广阔的前景，在不久的将来，交流电气传动将会完全取代直流电气传动。
电动机作为风机、水泵、压缩机、机床等各种设备的动力，已广泛应用于工业、商业、公用设施和家用电器等各个领域，其中异步电动机是各类电动机中应
用最广、需要量最大的一种。使之成为国内外企业采用电机节能方式的首选。因此，提高电机系统的效率，对节约电能意义十分重大。
随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流变频调速技术得到了迅速发展，其显著的节能效益，高精确的调速精度，宽泛的调速范围，完善的保护功能，以及易于实现的自动通信功能，得到了广大用户的认可，在运行的安全可靠、安装使用、维修维护等方面，也给使用者带来了极大的便利。因此，研究交直交变频调速系统将有利于提高系统的可靠性和工作效率。
为了研究交直交变频调速系统，本论文主要利用Matlab/Simulink仿真工具，搭建交—直—交变频调速系统的仿真模型，通过对系统各部分参数的设定对该系统进行仿真，根据仿真结果，分析三相异步电动机交流交直交变频调速的工作原理与工作特性及变频器对电机的影响等，实现优化系统设计，这对高性能的变频调速系统具有一定的应用价值和现实意义。
交流调速的研究情况
（1）电力电子器件的使用
现代交流调速技术的快速发展和电力电子技术的发展是分不开的，以电力为对象的电子技术称为电力电子技术。它是一门利用电力电子器件对电能进行转换、传输的学科，是现代电子学的一个重要分支。
从20世纪50年代末晶闸管问世以来，经过几十年的发展，电力电子器件得到了迅猛的发展。从只能触发导通而不能控制关断的半控型器件（如Thyristor 晶闸管），到可以控制导通和关断的全控型器件（如GTO门极可关断晶闸管、GTR 电力晶闸管）；从电流控制到电压（电场）控制（如IGBT绝缘栅双极型晶闸管、MOSFET电力场效应晶闸管），它们的使用使得开关高频化的PWM 技术成为可能。
目前功电力电子器件正向大功率、高频化、集成化、智能化、易触发、低损耗和好保护等方向发展。典型的电力电子变频装置有电压型交—直—交变频器、电流型交—直—交变频器和交—交变频器三种。电压型交直交变频器的中间直流环节采用大电容作储能元件，无功功率将由大电容来缓冲，不具有四象运行能力。对于负载电动机而言，电压型变频器相当于一个交流电压源，在不超过容量限度
的情况下，可以驱动多台电动机并联运行。电压型PWM 变频器在中小功率电力传动系统中占有主导地位，是目前发展最快，应用最广的变频器。但电压型变频器的缺点在于电动机处于制动(发电)状态时，回馈到直流侧的再生电能难以回馈给交流电网，要实现这部分能量的回馈，网侧不能采用不可控的二极管整流器或一般的可控整流器，必须采用可逆变频器，这种再生能量回馈式高性能变频器具有直流输出电压连续可调，输入电流(网侧电流)波形基本为正弦波，电压波形为矩形波，功率因数保持为1并且能量可以双向流动的特点。电流型交—直—交变频器的中间直流环节采用大电感作储能元件，无功功率将由大电感来缓冲，它的一个突出优点是当电动机处于制动(发电)状态时，只需改变网侧可控整流器的输出电压极性即可使回馈到直流侧的再生电能方便地回馈到交流电网，构成的调速系统具有四象限运行能力，能很好地实现电机的制动功能，可用于频繁加减速等对动态性能有要求的单机应用场合。交-交变频器电路具有效率高，可实现四象限工作，低频输出波形接近正弦波。但它接线复杂，输入电流谐波大，输入功率因数低，受电网频率和变流电路脉波数的限制，所以一般只用于低速（低频）的大容量调速传动中。为此，矩阵式交一交变频器应运而生。矩阵式交一交变频器是近年出现的一种新颖的变频电路，它是直接的变频电路，采用全控型的开关器件，以斩波方式控制，具有功率密度大，没有中间直流环节，输入功率因数为1,输入电流为正弦波，以及具有能量双向流动、四象限运行能力和输出频率不受电网频率的限制的优点。
（2）脉宽调制( PWM)技术的应用
PWM技术是伴随自关断器件的发展而发展起来的。PWM技术适应于很多技术领域，如直流斩波、正弦波整流器、谐波吸收、无功补偿和变频装置等。
PWM技术应用于变频器的控制，可以改善变频器的输出波形，降低谐波，并减小转矩脉动。同时也可简化变频器的结构，加快调节速度，提高系统的动态响应性能。目前发展最快、最常用的变频器是电压型PWM变频器，这是一种很有发展前途的变频调速方法。PWM 技术利用功率半导体器件的高频开通和关断，把直流电压变成按一定的宽度规律变化的电压脉冲序列，以实现变频与变压，并有效地抑制和消除谐波的影响。PWM控制技术一般可分为三大类，即:正弦PWM、优化PWM 及随机PWM。正弦PWM 包括电压、电流和磁通的正弦PWM ，正弦PWM一般随着功率器件开关频率的提高而得到很好的性能。在中小功率交流传动的系统中被广泛的采用。但是对于大容量的电力变换装置来说，太高的开关频率会增加
开关的损耗，而且大功率器件的开关频率目前还不能做得很高，在这种情况下，优化PWM 技术正好符合装置的需要。特定谐波消除法 (Selected Harmonic Mi-inationPWM,SHE PWM)、效率最优PWM和转矩脉动最小PWM都属于优化PWM 技术的范畴。对于普通的PWM变频器，其输出电流往往含有较大的谐波成分，谐波电流的存在，会使电动机定子产生振动而发出电磁噪声而且还容易引起电动机的机械共振，导致系统的稳定性降低。为了解决以上问题，可以提高功率器件的开关频率，但这会增加开关的损耗；另一种解决方法是随机地改变功率器件的导通位置和开关频率，使变频器输出电压的谐波成分均匀地分布在较宽的频带范围内，从而抑制那些幅值比较大的谐波成分，以达到抑制电磁噪声和机械共振的目的，这就是随机PWM 技术。
（3）应用矢量控制技术、直接转矩控制技术及现代控制理论
交流传动系统中的交流电动机是一个多变量、非线性、强祸合、时变的被控对象，VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)控制是从电动机稳态方程出发研究其控制特性，动态控制效果很不理想。20世纪70年代初提出用矢量变换的方法来研究交流电动机的动态控制过程。它其原理是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相/二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1及Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1及It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿对直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。但是在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。此外，它必须直接或间接地得到转子磁链在空间上的位置才能实现定子电流解耦控制，这需要在控制系统中配置转子位置或速度传感器，这显然给许多应用场合带来不便。为了解决系统复杂性和控制精度的问题，又提出了直接转矩控制方法。该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展。该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电
动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机等效为直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算；它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。
（4）全数字控制技术的应用
随着微电子技术的快速发展，数字式控制处理芯片的运算能力和可靠性得到了很大的提高，实现了模拟控制无法实现的复杂控制，这使得全数字化控制系统有望取代模拟控制系统。在使用数字控制时，要求的采样频率较高，通常高于1kHz。常需要完成复杂的操作控制、数字运算和逻辑判断。所以要求单片机具有较大的存储容量和较强的实时处理能力。
全数字控制具有如下特点：
1）精度高。数字计算机的精度与字长有关，变频器中使用16位乃至32位微型机作为控制机，精度在不断提高。
2）稳定性好。由于控制信息为数字量，不会随时间发生漂移。与模拟控制不同，它一般不会随温度和环境条件发生变化。
3）可靠性高。微型机采用大规模集成电路，系统中的硬件电路数量大为减少，相应的故障率大大降低。
4）灵活性好。系统中硬件向标准化、集成化方向发展，可以在尽可能少的硬件支持下由软件去完成复杂的控制功能。适当地修改软件，就可以改变系统的功能或提高其性能。
5）存储能力强。存储容量大，存放时间几乎不受限制，这是模拟系统不能比拟的。
6）逻辑运算能力强。容易实现自诊断、故障记录、故障寻找等功能，使变频装置可靠性、可使用性、可维修性大大提高。
（5）开发新型电动机和无机械传感器技术
交流传动系统的发展对电动机本体也提出了更高的要求。电动机设计和建模有了新的研究内容，如三维涡流场的计算、考虑转子运动及外部变频供电系统方程的联解、电动机阻尼绕组的合理设计及笼条的故障检测等。为了更详细地分析电动机内部过程，如绕组短路或转子断条等问题，多回路理论应运而生。随着永磁材料特别是钦铁硼永磁的发展，永磁同步电动机(Permanent-Magnet Synchronous Motor, PMSM)的研究逐渐热门和深入，由于这类电动机无需励磁电流，运行效率、功率因数和功率密度都很高，因而在交流传动系统中获得了日益
广泛的应用。在高性能的交流调速传动系统中，转子速度(位置)闭环控制往往是必需的。为了实现转速(位置)反馈控制，须用光电编码器或旋转变压器等与电动机同轴安装的机械速度(位置)传感器来实现转子速度和位置的检测。但机械式的传感器有安装、电缆连接和维护等问题，降低了系统的可靠性。对此，许多学者开展了无速度(位置)传感器控制技术的研究，即利用检测到的电动机出线端电量(如电机电压、电流)，估测出转子的速度、位置，还可以观测到电动机内部的磁通、转矩等，进而构成无速度(位置)传感器高性能交流传动系统。该技术无需在电动机转子和机座上安装机械式的传感器，具有降低成本和维护费用、不受使用环境限制等优点，将成为今后交流电气传动技术发展的必然趋势。
（6）变频调速系统产生的谐波对交流电机负载运行的影响
电机的转速和电源的频率是线性关系，变频器就是利用这一原理将50Hz的工频电通过整流和逆变电路转换为频率可调的交流电源。从结构来看，变频器可分为间接变频和直接变频两大类。间接变频将工频电流通过整流器变成直流，然后再经过逆变器将直流变换成频率和电压可控的交流。直接变频器则将工频交流直接变换成频率和电压可控的交流，没有中间的直流环节。目前变频调速系统应用较多的还是间接变频器，即交—直—交变频器.
由于变频器供电侧电流中会含有谐波，这些谐波电流注入电网后将对电网的电能质量产生不利影响，而其逆变电路输出侧产生的高次谐波也会给电动机带来诸如发热加剧、转矩脉动及噪声等问题，甚至造成电机损坏，另外，谐波还对通信以及电子设备产生严重干扰，影响周围设备的正常运行。因此，研究变频器的谐波特性将有利于提高交流传动系统的可靠性和工作效率。
论文内容安排
本论文主要介绍基于变频器的交直交变频调速系统的仿真研究。全文共5章。
第一章绪论：主要介绍交流调速技术的发展概况、研究变频调速的目的与意义、交流调速的研究分析及介绍论文章节内容的安排。
第二章系统仿真技术：主要介绍仿真技术的概述，仿真软件与仿真步骤，及对变频调速系统的大概简介。
第三章交直交变频调速系统的仿真研究：主要介绍变频调速系统的构成、交直交变频调速系统的优势特性及交直交变频调速的应用等。
第四章交直交变频调速系统工作原理研究及实验仿真：本章是该论文的核心部分，主要介绍变频调速系统的设计与谐波对系统的影响、整流器的工作原理研究及仿真分析、逆变器输出谐波的仿真研究及交直交变频调速的仿真研究。
第五章结论与展望。
1系统仿真技术
2.1 系统仿真技术的概述
系统是由客观世界中实体与实体间的相互作用和相互依赖的关系构成的具有某种特定功能的有机整体。系统的分类方法是有多种多样的，习惯上依照其应用范围可以将系统分为工程系统和非工程系统。
工程系统的含义是指由相互关联部件组成的一个整体，以实现特定的目的。例如电机驱动自动控制系统是由执行部件、功率转换部件以及检测部件所组成，用它来完成电机的转速、位置和其他参数控制的某个特定目标。
非工程系统的定义范围很广，大至宇宙，小至原子，只要存在着相互关联、相互制约的关系，形成一个整体，实现某种目的的均可以认为是系统。
如果想定量地研究系统地行为，可以将其本身的特性及内部的相互关系抽象出来，构造出系统的模型，系统的模型分为物理模型和数学模型。由于计算机技术的快速发展和广泛应用，数学模型的应用越来越普遍。
系统的数学模型是描述系统动态特性的数学表达式，用来表示系统运动过程中的各个量的关系，是分析与设计系统的依据。从它所描述的系统的运动性质和数学工具来分，又可以分为连续系统、离散时间系统、离散事件系统及混杂系统等。还可细分为线性、非线性、定常、时变、集中参数、分布参数、确定性、随机等子类。
系统仿真是根据被研究的真实系统的数学模型研究系统性能的一门重要的学科，现在尤指是利用计算机去研究数学模型行为的方法。计算机仿真的基本内容包括了系统、算法、模型、计算机程序设计与仿真结果显示、分析与验证等环节。
2.2 仿真软件与仿真步骤
2.2.1仿真软件
电力拖动自动控制系统的动态过程是非常复杂的，这是由变流器—电机系统的非线性何不连续性引起的。因此，当研究一种控制的方案时，通常的做法是将电气传动系统在计算机上进行仿真。这样在建立线路实验模型之前，即可对性能进行详细的研究。电气传动系统覆盖着纳秒级的电子器件暂态过程、毫秒级的控制其调节过程和秒级的机电过渡过程。因此，对于电力电子系统必须分别研究其变流器部分和系统部分。前者需要采用精确的电力电子器件模型；后者则只需采用理想化的器件模型，包括理想化的交流器和系统的完整传动系统，避免了诸多的假定条件和复杂的数学运算，是系统的设计和研究更加直观、实际。
在电力拖动自动控制系统中，直流电动机、异步电动机和同步电动机的电气动态特性可以分别用不同阶数的非线性微分方程表示。此方程可以以定子作为参考系统，或者采用同步旋转参考系统。整流器和逆变器可以准确的用开关电路表示，并忽略其离散时间性质，经过变换与电机模型合并起来。待反馈控制的变流器—电机模型可以在计算上进行仿真，对控制参数可以进行细微的调整，得到所需要的性能。另一种研究方法是利用小信号扰动原理，对变流器—电机系统进行稳定性分析，一旦得到满意的仿真性能，就可以着手进行模拟线路实验，并与仿真结果进行比较。
近年来多个著名的仿真软件已成功的应用于电力电子仿真，如MATLAB、Pspice、Saber、IsPspice、dSPACE等。
当前电子技术已经全面进入了数字化时代，为了大幅度提高效率，在研制新型电子系统过程中，往往首先提出一个新的设想；然后对其进行仿真以验证设想的可行性，并预测其性能参数；在达到了预期的效果之后，在进行硬件的实现。这种方法已经逐步成为科研工作的一种主要模式，其中进行系统仿真是其重要的一环。
2.2.2电子系统的仿真步骤
一般来说，一个电子系统可以抽象为由线性器件和非线性器件组成的数学模型，而电子系统仿真就是根据适当的模型对实际的电子系统进行实验研究的过程。数学模型的建立是进行系统仿真的基础，也是进行系统仿真必须首先解决的问题。数学模型的正确与否、与实际电子系统的近似程度都会直接影响仿真
的结果。数学模型的建立通常又称为系统建模，它是对电子系统进行仿真的一个重要的环节。在确定了电子系统的数学模型之后，就可以用适当的仿真语言或仿真工具对系统进行仿真。
在电子系统的数学模型建立起来后，必须利用一种或几种合适的仿真算法编制仿真程序，进而进行电子系统的仿真实验。仿真算法、仿真语言和仿真程序构成了数学仿真软件。对于电子系统来说，可以采用的仿真语言有很多种，其中MATLAB语言具有非常突出的优点，目前已经成为电子系统的首选的仿真语言，在科研与教学领域内被广泛使用。一般来说，电子系统的仿真可以分为如下五个步骤：
1、根据要分析的电子系统，建立相应的数学模型；
2、找到合适的仿真算法；
3、应用仿真语言编制计算程序；
4、根据初步的仿真结果对该数学模型进行验证；
5、进行系统仿真并认真分析仿真结果。
上述五个步骤之间是有连带关系的，不可能将它们完全分离开。在实际仿真时，往往反复重复前四个步骤，以保证数学模型的正确性和仿真算法的可行性。
2.3 仿真工具Simmulink的概述
Simulink是MATLAB软件的扩展，是用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，是面向系统结构的方便的仿真工具。它支持线形和非线性系统，能在连续时间、离散时间或两者的复合情况下建模。系统也能采用复合速率，也就是不同的部分用不同的速率来采样和更新。
Simulink提供一个图形化用户界面用于建模，用鼠标拖拉块状图表即可完成建模。在此界面下能像用铅笔在纸上一样画模型。相对于以前的仿真需要用语言和程序来表明不同的方程式而言有了极大的进步。Simulink拥有全面的库，如接收器，信号源，线形及非线形组块和连接器。同时也能自己定义和建立自己的块。模块有等级之分，因此可以由顶层往下的步骤也可以选择从底层往上建模。可以
在高层上统观系统，然后双击模块来观看下一层的模型细节。这种途径可以深入了解模型的组织和模块之间的相互作用。
在定义了一个模型后，就可以进行仿真了，用综合方法的选择或用Simulink 的菜单或MATLAB 命令窗口的命令键入。菜单的独特性便于交互式工作，当然命令行对于运行仿真的分支是很有用的。使用scopes 或其他显示模块就可在模拟运行时看到模拟结果。进一步，可以改变其中的参数同时可以立即看到结果的改变，仿真结果可以放到MATLAB 工作空间来做后处理和可视化。
模型分析工具包括线性化工具和微调工具，它们可以从MATLAB 命令行直接访问，同时还有很多MATLAB 的toolboxes 中的工具。因为MATLAB 和Simulink 是一体的，所以可以仿真、分析，修改模型在两者中的任一环境中进行。
2.4 变频调速系统
2.4.1 变频调速的控制方式
变频调速的控制方式经历了V/F 控制、转差频率控制、矢量控制的发展, 前者属于开环控制, 后两者属于闭环控制, 正在发展的是直接转矩控制.
1.V/F 控制
异步电动机的转速与定子电源频率、极对数有关, 改变频率就可平滑地调节同步转速. 但频率上升或下降可能会引起磁路饱和转矩不足现象，所以在改变频率的同时， 需调节定子电压，使气隙磁通维持不变、电机效率不下降, 这就是V/F 控制. V/F 控制简单, 通用性优良, 但因是开环控制, 调速精度低、范围小，只能用在调速精度和动态响应要求不高的场合。
2.转差频率控制
由电机基础知识知, 异步电动机转矩M 与气隙磁通φ、转差频率2f 的关系为：22f M φ∝只要保持气隙磁通φ一定，控制转差频率2f 就能控制电机转矩，这就是转差频率控制。转差频率控制利用速度检测器检出电机的转速，然后以电机速度与转差频率的和给定逆变器的输出频率，其控制精度和过电流的抑制等特性较V/ F 控制都有所提高，但没有考虑电机电磁惯性的影响，动态转矩仍没得到控制, 动态响应效果仍不理想。
3.矢量控制
矢量控制是在交流电动机上模拟直流电机控制转矩的规律，将定子电流分解成相应于直流电机的电枢电流的量和励磁电流的量，并分别进行任意控制。矢量控制能够对转矩进行控制，获得和直流电机一样的优良性能，它适用于要求快速响应或对起动、制动有严格要求的场合。
4.直接转矩控制
直接转矩控制(DTC)的变频调速是目前正在发展的调速方式，它无需像矢量控制那样进行复杂的矢量变换运算，直接由定子空间矢量分析三相电动机的数学模型，并决定其控制量. DTC 能够用开环方式对转速和转矩进行控制，简化了控制结构，但不可避免地产生转矩脉动，影响低速性能，调速范围受到限制]5[。
2.4.2 变频调速的种类
在各种异步电机调速系统中，效率最高、性能最好的系统是变频调速系统。 从式（1—1）中可以看出，当异步电动机的磁极对数Pn 一定，转差率s —定时，改变异步电动机定子绕组供电电源的频率1f 可以达到调速目的，如果频率1f 连续可调，则可平滑地调节异步电动机的转速，即为变频调速原理。
像三相异步电动机在运行时，忽略定子阻抗压降时，定子每相电压为:
m m k N f E U φ111144.4=≈ （2-1） 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。对此，需要考虑基频（额定频率f=50Hz ）以下的调速和基频以上调速两种情况。
（一）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11
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，电动机的电磁矩为：
()()222211
1111
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?????? ??? ??? ?????''??=
= ?''????'+++'+++ ??
? （2-2） 上式对s 求导，即0dT ds =，有最大转矩和临界转差率为
221111111122m m p U T f f π??== ??? （
2-3） 2
m s '=11
U f =常数时，在1f 较高时，即接近额定频率时，()112r x x '+，随着1f 的降低，m T 减少的不多；当1f 较低时，()12x x '+较小；1r 相对变大，则随着1f 的降低，m T 就减小了。显然，当1f 降低时，最大转矩m T 不等于常数。保持11
U f =常数，降低频率调速时的机械特征如图1所示。这相当于他励直流电机的降压调速。
n n n m m ''''''''''''n n n '
n o
a ）基频以下调速（11U f =常数）
b ）基频以上调速（1U =常数） 图1 变频调速的机械特性
（二）基频以上变频调速
目录 1 绪论 (1) 1.1课题的背景 (1) 1.1.1 电机的起源和发展............................. 错误！未定义书签。 1.1.2 变频调速技术的发展和应用..................... 错误！未定义书签。 1.2本文设计的主要内容............................... 错误！未定义书签。 2 变频调速系统的方案确定 (4) 2.1变频调速系统 (4) 2.1.1 三相交流异步电动机的结构和工作原理 (4) 2.1.2 变频调速原理 (4) 2.1.3 变频调速的基本控制方式 (5) 2.2系统的控制要求 (6) 2.3方案的确定 (6) 2.3.1 电动机的选择 (6) 2.3.2 开环控制的选择 (7) 2.3.3 变频器的选择 (7) 4 变频调速系统的硬件设计 (8) 4.1S7-200PLC (8) 4.2M ICRO M ASTER420变频器 (8) 4.3外部电路设计 (9) 4.3.1 变频开环调速 (9) 4.3.2 数字量方式多段速控制 (11) 4.3.3 PLC、触摸屏及变频器通信控制 (12) 5 变频调速系统的软件设计 (14) 5.1编程软件的介绍 (14)
5.2变频调速系统程序设计 (15) 6 触摸屏的设计 (23) 6.1触摸屏的介绍 (23) 6.2MT500系列触摸屏 (25) 6.3触摸屏的设计过程 (26) 6.3.1 计算机和触摸屏的通信 (26) 6.3.2 窗口界面的设计 (27) 6.3.3 触摸屏工程的下载 (31) 7 PLC系统的抗干扰设计 (33) 7.1 变频器的干扰源 (33) 7.2干扰信号的传播方式 (33) 7.3 主要抗干扰措施 (34) 7.3.1 电源抗干扰措施 (34) 7.3.2 硬件滤波及软件抗干扰措施 (34) 7.3.3 接地抗干扰措施 (34) 结论 (36) 致谢 ................................................ 错误！未定义书签。参考文献 .. (37)
(一)变频调速系统的调试 1、电和功能预置 1、1通电 变频器通电后，须观察以下情况： 1、1、1显示。变频器通电后，观测显示屏、显示内容及变化情况，应对照 变频手册，观察其通电后的显示过程是否正常。 1、1、2内部风机的工况。变频器内部都有冷却风机向外鼓风，应注意观察。 一是听其声音是否正常：二是用手在风口试探其风量。 1、1、3 测量电压。主要是三相进线及出线电压是否正常。，各控制回路输入直流电压。 1、2熟悉显示内容的切换 通过切换显示内容预调变频器的工作参数，如运行频率、电压、电流等。并通过各项显示内容来检查变频器的状况。 1、3进行功能预置 根据提升系统的具体要求，调整变频器内各功能的设定，使变频器速度系统在最佳状态下运行。 二、电动机空载实验 将变频器的输出端与电动机相连、电动机脱开负载。 2、1进行基本的运行观察 电机旋转方向是否正确，升、降速时间是否与预置时间相符，电动机的运行是否正常等。 2、2电动机参数的自动检测 通过电动机的空转来自动测定电动机矢量控制参数。 3、3频器的基本操作功能 如启动、停止、加速、减速、点动等。 3带载试验 将电动机负载连接起来进行试车。这时，须特别注意观察以下几个方面。 4、1电动机的启动 3、1、1将频率缓慢上升至一个较低的数值，观察机械的运行情况是否正常，同时注意观察电动机的转速是否从一开始就随频率的上升而上升。如果在频率很低时，电动机不能很快旋转起来，说明启动困难，应适当增大u/f，或增大启动频率。 3、1、2显示内容切换至电流显示，将频率给定调至最大值，使电动机按预置的升速时间启动到最高转速。观察在启动过程中的电流变化，首先启动电流限制在电动机的额定电流以内，如因电流过大而跳闸，应适当延长加速时间。 3、2停机试验 在停机实验过程中，应把显示内容切换至直流电压显示，并注意以下内容： 3、2、1观察在减速过程中直流电压是否过高，如因电压过高而跳闸，应适当延长减速时间，并观测接入制动电阻和制动单元。 3、2、2观察当频率降至Ohz时，绞车是否有“蠕动”现象。 3、3带载能力试验 3、3、1观察电动机的发热情况。 二过电流、过载与过热
交流电动机变频调速技术的优势与经济性浅析 摘要随着计算机技术的发展，变频调速技术得到越来越广泛的应用，本文围绕该技术的理论原理，结合目前在发电站中的应用现状，简要分析了变频调速技术在现代电力行业应用中的性能优势和经济意义。 关键词变频调速；交流电动机；节能 中图分类号TM356 文献标识码 A 文章编号1673-9671-(2012)072-0117-01 从20世纪70年代开始，计算机技术的飞跃发展使得现代控制理论得以被广泛应用到实际工业生产中。交流电力拖动系统逐步具备了调速范围宽、稳速范围大、稳速精度高、动态响应快以及在四象限中实现可逆运行等优良性能。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性持续得到提升，而价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，因此深受工业行业的青睐。 1 变频调速技术的原理 变频调速就是通过改变输入到交流电机的电源频率，从而达到调节交流电动机的输出转速的目的。 交流异步电动机的输出转速由下式确定： n=60f（1—S）/p （1） 式中：n—电动机的输出转速； f—输入的电源频率； S—电动机的转差率； p—电机的极对数。 由公式（1）可知电动机输出转速与输入的电源频率、转差率、电机极对数之间的关系，因而交流电动机的直接调速方式主要有变极调速（调整p）、转子串电阻调速或串级调速或内反馈电机（调整S）和变频调速（调整f）等。 变频调速器从电网接收工频50Hz的交流电，经过恰当的强制变换方法，将输入的工频交流电变换成为频率和幅值都可调节的交流电输出到交流电动机，实现交流电动机的变速运行。 2 变频调速方式 将交流电由固定的50Hz工频变换为可变频率主要有两种方式： 1）直接变换方式。它是通过可控整流和可控逆变相结合，将输入的工频电流直接强制转化为所需频率的交流输出，因而又称为“交-交变频”方式。 2）另一种称为间接变换方式，又称为“交-直-交变频”方式。它是先将工频交流电输入通过全控（或半控/不控）整流变换为直流电，再将直流电通过逆变单元变换成为频率和幅值都可调节的交流电输出。 3 变频调速的节能分析 由于风机（或水泵）等电机拖动设备的负载是平方转矩型，转速n与流量Q、压力（扬程）H以及轴功率P具有如下关系： Q1/Q2＝n1/n2 （2） H1/H2＝2（n1/n2）（3） P1/P2＝3（n1/n2）（4） 假设工况不变或类似：
交直交变频器 一变频器开发基础 三相交流异步电动机发明于1881年，一经问世，便以起结构简单，坚固，价格低廉二迅速的在电力拖动领域成为拖动系统中＂骄子＂。但正式由于其结构，在调速性能上使其失去欢颜。从异步电动机的转速公式n=60f/p(1-s) ，可知。除变频{f}调速以外，异步电机调速基本途径有：1改变极对数{p}。2改变转差率{s}。显然其调速缺点为调速范围低，工作效率下降，负载能力不一致，消耗电能多，机械特性较软，控制电路较复杂。科技的进步，社会的发展，要求生产机械对电动机进行无级调速满足工艺要求是多么的迫切。 随着20世纪60年代功率晶闸管{SCR}，70年代功率晶体管{GTR},可关断晶闸管{GTO}，80年代绝缘栅双极晶体管{IGBT}的相继开发，把变频器由希望，推广，发展到今天的普及阶段。 二变频器基本结构 目前应用的最广泛的是交直交变频器，其基本结构如图所示： 其工作过程是先将三相{或单相}不可调工频电源经过整流桥整流成直流电，再经过逆变桥把直流电逆变成频率任意可调的交流电，以实现无级调速。 逆变器的原理框图 三功率部分 交直交变频器的主电路如图所示，变频器调速过程中出现的许多现象都应通过主电路来进行分析,因此，熟悉主电路的结构，透彻了解各部分的原理，具有十分重要的意义。 1 交-直变换电路 ⑴图Ｉ（VD1-VD6）为交直变换全波整流电路，在中小容量变频器中，整流器件采用不可控整流二极管或二极管模块。(2)图中（CF1 CF2）为滤波电容器，由于交流电被整流出的直流电中会有交流含量，为了获取平稳的直流电而设置滤波电容。（3）因为电解电容器的电容量有较大的离散性，故电容器组CF1 和CF2的电容量常不能完全相等，这将导致各自压降不相等。为了使其压降相等，在CF1 CF2旁各并联一个阻值相等的均压电阻RC1和RC2。（4）（RH HL）为电源指示电路，除此之外HL也具有提示保护的作用，当变频器
转子侧变频调速原理 1、 转子侧变频调速控制理论 为了探求异步机调速的实质，以及便于深入分析，应首先建立异步机的物理模型。 根据异步机的能量转换与传输原理，异步机等效于图1的功率圆模型。 图1A 鼠笼转子的异步机模型 图1B 绕线转子的异步机模型 电动机是将电能转化为机械能的设备。异步机的定子与电源相联，从中吸收电功率P 1，同时吸收感性无功功率建立旋转磁场。旋转磁场的功能是将定子的电磁功率传输给转子，转子则将电磁功率转化为机械功率，因此，旋转磁场等效于联接定转子的功率传输通道，为与电传导方式相区别，称为感应通道。主磁通m 是电磁感应中极为重要的参数，可以形象地 认为是感应通道畅通与否的标志，为了保证感应通道畅通，应使主磁通保持设计伊始的常量，否则将使功率传输的损耗增大，并且影响电机的转矩性能。 定、转子之间传输的电功率称为电磁功率，也是转化为机械功率的源泉。定子的电磁功率为 11em P P p =-D ， （1） 即输入功率与损耗功率之差，转子的电磁功率则为 2em M P P p =+D ， （2） 为机械功率与转子损耗功率之和。定、转子的电磁功率相等，只是表达形式不同。 对于鼠笼型异步机，转子电压和电流是短路、封闭的，不能为外界所控制，因此，鼠笼型异步机转子只有一个机械输出端口。绕线型异步机的转子则是开启的，并受外部控制才能形成电气回路，因此具有机械和电气两个输出端口。 转速产生于转子，因此是调速的主要分析对象。根据力学原理，异步机的角速度
M P T W=， （3） 其中：P M 为异步机机械功率； T 为输出转矩。 根据异步机的能量转换与守恒，转子的功率方程为 2M em P P p =-D ， （4） 其中：P em 为异步机转子的电磁功率； 2p D 为转子的损耗功率。 因此，异步机输出角速度表为 2em P p T T D W = -。 （5） 式中的 em O P T =W ， （6） 称为理想空载角速度； 2 p T D =D W ， （7） 称为角速度降。 量纲变换后，有 O n n n =-D ， （8） 式中的 602O O n p = W ， （9） 即为理想空载转速； 60 2n p D =D W ， （10） 为转速降。 异步机的理想空载转速表达为电磁功率与电磁转矩之比，其含义是：在假定转子无损耗的理想状态下，异步机的全部电磁功率都转化为机械功率所能获得的转速。由于这种假设只有在理想空载的条件下才能实现，故称理想空载转速。理想空载转速取决于电磁功率，是异步机调速非常重要的参量。转速降即为转速损失，取决于损耗功率。 按照公式（3），转矩T 似乎也应该成为调速的控制参量，实际上是不可能的。电机稳定运行必须遵循转矩平衡方程式，即电磁转矩与负载转矩相等
中南大学 《工程训练》 ——设计报告 设计题目：异步电机变频调速 指引教师：黎群辉 设计人：冯露 学号： 专业班级：自动化0906班 设计日期：9月
交流异步电动机变频调速系统设计 摘要 近年来,交流电机变频调速及其有关技术研究己成为当代电气传动领域一种重要课题,并且随着新电力电子器件和微解决器推出以及交流电机控制理论发展，交流变频调速技术还将会获得巨大进步。 本文对变频调速理论，逆变技术，SPWM产生原理进行了研究，在此基本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，同步采用EXB840构成IGBT驱动电路，整流电路采用二极管，可使功率因数接近1，并且只用一级可控功率环节，电路构造比较简朴。 V控制，同步，软件程序使得参数输入和变频器运营方式变本文在控制上采用恒 f 化极为以便，新型集成元件采用也使得它开发周期短。 此外，本文对SA4828三相SPWM波发生器使用和编程进行了详细简介，完毕了整个系统控制某些软硬件设计。 V控制，SA4828波形发生器 核心字:变频调速，正弦脉宽调制， f
目录 摘要................................................ 错误!未定义书签。 1.1 研究目与意义 (1) 1.2本次设计方案简介 (2) 1.2.1 变频器主电路方案选定 (2) 1.2.2 系统原理框图及各某些简介 (3) 1.2.3 选用电动机原始参数 (4) 2交流异步电动机变频调速原理及办法 (5) 2.1 异步电机变频调速原理 (5) 2.2 变频调速控制方式及选定 (6) V比恒定控制 (6) 2.2.1 f 2.2.2 其他控制方式................................ 错误!未定义书签。3变频器主电路设计. (13) 3.1 主电路工作原理 (13) 3.2 主电路各某些设计 (13) 3.3. 采用EXB840IGBT驱动电路 (15) 4控制回路设计 (16) 4.1 驱动电路设计 (16) 4.2 保护电路......................................... 错误!未定义书签。 4.2.1 过、欠压保护电路设计........................ 错误!未定义书签。 4.2.2 过流保护设计................................ 错误!未定义书签。 4.3 控制系统实现 (19) 5变频器软件设计....................................... 错误!未定义书签。 5.1 流程图 (22)
___电机驱动与伺服控制_课程 单元测试卷 简易通用型变频器安装与调试 单元 班级__________ 学号______________ 姓名__________ 分数__________ 一、 单选题（3分×10） 1． 对电动机从基本频率向上的变频调速属于（ ）调速。 A ．恒功率 B ．恒转矩 C ．恒磁通 D ．恒转差率 2． 变频器的节能运行方式只能用于（）控制方式。 A ．U/f 开环 B ．矢量 C ．直接转矩 D ．CVCF 3． 三相异步电动机的旋转磁场的转速0n 为（）。 A ．1 60f p B ．160p f C ．1f 60p D ．以上都不是 4． 带式输送机负载转矩属于（ ）。 A ．恒转矩负载 B ．恒功率负载 C ．二次方律负载 D ．以上都不是 5． 由三相电压不平衡电机的过载跳闸，如果变频器的输出端不平衡，则应检查（ ） 。 A ．变频器到电动机的线路 B ．所有的接线端的螺钉 C ．触点的接触情况 D ．变频器的逆变模块及驱动电路 6． 变频器规格一般采用输入的（ ）表示。 A ．有功功率 B ．无功功率 C ．视在功率 D ．输入功率 7． 空气压缩机案例中，变频器一般采用（ ）控制方式。 A. U/f B ．转差频率 C ．矢量 D ．直接转矩 8． 恒压供水案例中，变频器一般采用（ ）控制。 A. U/f B ．转差频率 C ．矢量 D ．直接转矩 9． 变频恒压供水中变频器接受什么器件的信号对水泵进行速度控制？（ ） A ．压力传感器 B ．PID 控制器 C ．压力变送器 D ．接近传感器 10．三相异步电动机的转速n 为（）。 A ．160f p B ．160p (1)f S C ．1f 60p D ．以上都不是 二、多选题（2分×5） 1． 怎样防止变频器使用时线路传播引起的干扰（ ）。
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。
西门子6SE70变频调速装置调试步骤 1.1 出厂参数设定 P053=7 允许CBP+PMU+PC 机修改参数 P60=2 固定设置，参数恢复到缺省 P366=0 PMU 控制 P970=0 启动参数复位 执行参数出厂设置，只是对变频器的设定与命令源进行设定，P366 参数选择不同，变频器的 设定和命令源可以来自端子，OP1S，PMU。电机和控制参数未进行设定，不能实施电机调试。 1.2 简单参数设定 P60=3 简单应用参数设置，在上述出厂参数设置的基础上，本应用设定电机控制参数 P071 进线电压(变频器400V AC / 逆变器540V DC) P95=10 IEC 电机 P100=1 V/F 开环控制 3 不带编码器的矢量控制 4 带编码器的矢量控制 P101 电机额定电压 P102 电机额定电流 P107 电机额定频率HZ P108 电机额定速度RPM P114=0
P368=0 设定和命令源为PMU+MOP P370=1 启动简单应用参数设置 P60=0 结束简单应用参数设置 执行上述参数设定后，变频器自动组合功能图连接和参数设定。P368 选择的功能图见手册S0-S7，P100 选择的功能图见手册R0-R5。电机控制效果非最优。 1.3 系统参数设置 P60=5 P115=1 电机模型自动参数设置，根据电机参数设定自动计算 P130=10 无编码器 11 有编码器（P151 编码器每转脉冲数） P350=电流量参考值A P351=电压量参考值V P352=频率量参考值HZ 3 3 P353=转速量参考值1/MIN P354=转矩量参考值NM P452=正向旋转最大频率或速度%（100%=P352，P353） P453=反向旋转最大频率或速度%（100%=P352，P353） P60=1 回到参数菜单，不合理的参数设置导致故障 1.4 补充参数设定如下 P128=最大输出电流A P571.1=6 PMU 正转
摘要：采用电力电子装置实现电压-宾律协调控制，改变了同步电动机历来只能恒速运行而不能调速的面貌，使它和异步电机一样成为了可调速电机家族中的一员。起动费时、重载时震荡或失步等问题已经不再是同步电机广泛应用的障碍，同步电动机调速系统的应用正在飞速发展着。本文首先概括同步电机变压变频调速的特点及其基本类型，然后介绍了几种应用较广的系统，阐明了同步电机的多变量数学模型，最后讨论了自控变频同步电动机调速系统。 关键词：同步电机，变频调速，
目录 1 同步电动机变压变频调速的特点及其基本类型 (3) 1.1概述 (3) 1.2同步调速系统的特点 (4) 2 他控变频同步电动机调速系统 (5) 2.1转速开环恒压频比控制的同步电动机群调速系统 (5) 2.2由交-直-交电流型负载换流变压变频器供电的同步电动机调速系统 (6) 2.3由交-交变压变频器供电的大型低速同步电动机调速系统 (7) 2.4按气隙磁场定向的同步电动机矢量控制系统 (8) 3 自控变频同步电动机调速系统 (11) 3.1梯形波永磁同步电动机（无刷直流电动机）的自控变频调速系统 (12) 3.2正弦波永磁同步电动机的自控变频调速系统 (14) 参考文献 (15)
1 同步电动机变压变频调速的特点及其基本类型 历史上最早出现的是直流电动机19世纪末，出现了交流电和交流电动机为了改善功率因数，同步电动机应运而生。同步电动机也是一种交流电机。既可以做发电机用，也可做电动机用，过去一般用于功率较大，转速不要求调节的生产机械，例如大型水泵，空压机等。 最初的同步电动机只用于拖动恒速负载或用于改善功率因数的场合。在恒定频率下运行的大型同步电动机又存在着容易发生失步和振荡的危险，以及起动困难等问题。因此，在没有变频电源的情况下，很难对同步电动机的转速进行控制。 1.1概述 同步电动机历来是以转速与电源频率保持严格同步著称的。只要电源频率保持恒定，同步电动机的转速就绝对不变。 采用电力电子装置实现电压-频率协调控制，改变了同步电动机历来只能恒速运行不能调速的面貌。起动费事、重载时振荡或失步等问题也已不再是同步电动机广泛应用的障碍。 同步电机的特点与问题：优点： （1）转速与电压频率严格同步；（2）功率因数高到1.0，甚至超前。 存在的问题： （1）起动困难；（2）重载时有振荡，甚至存在失步危险。 问题的根源：供电电源频率固定不变 解决办法： 采用电压-频率协调控制，例如：对于起动问题而言，可以通过变频电源频率的平滑调节，使电机转速逐渐上升，实现软起动。对于振荡和失步问题而言，
变频调速技术是一种以改变交流电动机的供电频率来达到交流电动机调速目的的技术，电力拖动系统由电动机、负载和传动装置。 直流电动机的工作原理：直流有2个独立绕组。定子和转子，定子绕组通入直流电，产生稳恒磁场，转子绕组通直流电，产生稳恒电流，定子的稳恒磁场和转子的电流相互作用，产生机械转矩，拖动转子旋转，且此机械转矩分别和定子的稳恒磁场和转子的电流成正比。直流电动机的调速特性：因为直流电机的定子路和转路相互独立，可以分别调节定子磁场的强弱和转子电流的大小，两者相互作用产生的机械转矩分别和定子的稳恒磁场和转子电流成正比。直流电动机的调速方法：调压调速，在额定转速以上弱磁调速，电枢电路串电阻r 调速。 三相异步交流电动机原理：定子绕组通入相位差为120的三相对称的交流电，产生不变磁场，此旋转磁场切割笼型导体，在转子中感应出电流，旋转磁场和感电流作用，产生机械转矩，拖动转子旋转。方法。。调频，改变磁极对数，改变转差率。 电力电子器件有哪些？SCR(可控硅)GTO(门极可关断晶闸管)IGBT(绝缘栅型双极型晶体管)IGCT(集成门极换流晶闸管)MOSFET(金属氧化物场效应管)SIT(静电感应晶体管)SITH （静电感应晶闸管） 晶闸管导通时必须同时具备的两个条件：1晶闸管的阳极A和阴极K之间加正向电压2晶闸管的门极G和阴极K之间加正向触发电压，具有足够的门极电流。 为什么说电力电子器件的发展是变频器发展的基础？变频器的逆变部分都基于允许通过电流大、耐受电压很高的器件。电力电子器件在逆变电路中主要用作开关使用，能够承受足够大的电压和电流而且可以频繁的开关，控制方便。晶闸管的特性，单向导电和正向导通，没有自关断能力。 IGBT的特性。1输入阻抗高，开关速度快，用作变频器件会使变频器的载波频率也较高。2开关波形比较平滑，电动机基本无电磁噪声，电动机的转矩增大3驱动电路简单，已经集成化4通态电压低，能承受高电压、大电流等5能耗小6增强了对常见故障的自处理能力，故障率大为减少。在瞬间断电时，驱动电源的电压衰减较慢，整个管子不易因进入放大区而损坏。 交流异步电动机变频调速原理。变频调速的最大特点是由三相异步电动机的转速公式n=（1-s）*60f/p知道，调节了三相交流电的频率，也就调节了同步转速，也就调节了异步电动机转子的转速。特点：电动机从高速到低速，其转速差率失踪保持最小的数值，因此变频调速时，异步电动机的功率因数都很高。 变频调速系统的控制方式。1在基频以下调速：保持气隙磁场最大值φm不变，让频率f1从基频f1N往下调，必须同时降低E1，使E1/f1保持不变，为变量，但定子绕组的感应电势不容易控制。可以通过控制U1/f1=常量的方式来控制E1/f1不变，达到调频调速的目的2在基频以上调速：让频率f1从基频f1N往上调时，不可能继续保持E1/f1的值不变，因电压U1不能超过额定电压U1N。这时，只能保持电压U1不变，结果是：使气隙磁通最大值φm随频率升高而降低，电动机的同时转速升高，最大转矩减少，输出功率基本不变。所以，基频以上调速属于弱磁恒功率调速。 SPWM型脉冲调制原理。在开关原件的控制端加上两种信号:三角载波uc和正弦调制波ur，当正弦调制波ur的值在某点上大于三角载波uc的值时，开关元件导通，输出矩形脉冲；反之，开关元件截止。改变正弦调制波ur的幅值，可以改变输出电压脉冲的宽窄，从而改变输出电压的相应时间间隔内的平均值的大小；改变正弦调制波ur的频率，可以改变输出电压的频率。变频器多采用SPWM控制原因：对于三厢逆变器，必须要有一个能产生相位上互差120°的三相变频变幅的正弦调制波发生器。载波三角波可以共享。逆变器输出三相频率和幅值都可以调节的脉冲波。
文章编号 :1004— 289X (2007 02-0035-02 基于转子磁链矢量控制变频调速系统的建模与仿真陈学珍 (黄石理工学院电气学院 , 湖北黄石 435003 摘要 :介绍了转子磁链定向控制异步电动机调速系统的原理及数学模型的建立 , 并给出了仿真结果 , 通过仿真结果证明了此模型的正确可行性。 关键词 :转子磁链 ; 异步电动机 ; 仿真 中图分类号 :TM 343文献标识码 :B M odeling and Simulation Based on Variable Frequency Reg ulation Speed Syst em of R otor Linkage V ector Control CH E N X ue -z hen (Huang shi College of Science and Engineering , Huang shi 435003, China Abstract :T he paper introduces the principle and mathematical model of asy nchronous m otor r eg ulation speed sy stem by directional contr ol o f rotor linkage, and gives sim ulated r esults. T he simulated results sho w that the model is co rrect and w orkable . Key w ords :rotor linkage; asynchronous motor ; simulation 1引言 矢量控制是为了改善转矩控制性能 , 最终实施对 定子电流的控制 , 而转子磁链仅受控于定子电流的励 磁分量 , 电磁转矩仅受控于转矩分量 , 通过分别控制励
目录 第一章绪论 (1) 第二章课程设计内容 (2) 2.1 设计要求 (2) 2.2 设计任务和目的 (2) 2.3 系统控制求 (2) 2.4 控制系统的I/O点 (3) 第三章总体设计方案 (4) 3.1 选择机型 (4) 3.2 系统控制结构 (4) 3.2.1 系统主电路图 (4) 3.2.2 系统控制电路图 (4) 3.2.2 系统外围接线图 (4) 3.3 设计步骤 (5) 3.4 系统流程框图 (6) 第四章硬件部分设计 (7) 4.1 输出规格 (7) 4.2 标度变换 (7) 4.3 变频器参数设置表 (7) 第五章软件部分设计 (8) 5.1 程序的主体 (8) 5.1.1 控制主程序 (8) 5.1.2 0-20秒上升子程序...........................。.. (9) 5.1.3 3O-40秒下降子程序 (10) 5.1.4 60-65秒下降子程序 (10) 第六章调试过程和结果 (12) 6.1 调试过程 (12) 6.2 调试结果 (12) 第七章心得体会 (13) 第八章参考文献 (14)
第一章绪论 可编程控制器（PLC）是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发出来的，现已广泛应用于工业控制的各个领域。它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。 如今，PLC在我国各个工业领域中的应用越来越广泛。在就业竞争日益激烈的今天，掌握PLC设计和应用是从事工业控制研发技术人员必须掌握的一门专业技术。 任何生产机械电气控制系统的设计，都包括两个基本方面：一个是满足生产机械和工艺的各种控制要求，另一个是满足电气控制系统本身的制造、使用以及维修的需要。因此，电气控制系统设计包括原理设计和工艺设计两个方面。前者决定一台设备使用效能和自动化程度，即决定着生产机械设备的先进性、合理性，而后者决定着电气控制设备生产可行性、经济性、外观和维修等方面的性能。 在现代控制设备中，机-电、液-电、气-电配合得越来越密切，虽然生产机械的种类繁多，其电气控制设备也各不相同，但电气控制系统的设计原则和设计方法基本相同。
变频调速技术 现代工业生产过程中，各种设备的传动部件大都离不开电动机，且电动机的传动在许多场合要求能够调速。电动机的调速运行方式很多，以电动机类型分大致可分为直流调速与交流调速两种，而交流调速方式又可分为变极调速、改变转差率调速和变频调速等几种方式。 20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，深受工业行业的青睐。 1. 交流变频调速的优异特性 (1) 调速时平滑性好，效率高。低速时，特性静关率较高，相对稳定性好。 (2) 调速范围较大，精度高。 (3) 起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显。 (4) 变频器体积小，便于安装、调试、维修简便。 (5) 易于实现过程自动化。 (6) 必须有专用的变频电源，目前造价较高。 (7) 在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低。 2. 与其它调速方法的比较 这里仅就交流变频调速系统与直流调速系统做一比较。 在直流调速系统中，由于直流电动机具有电刷和整流子，因而必须对其进行检查，电机安装环境受到限制。例如：不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用。此外，也限制了电机向高转速、大容量发展。而交流电机就不存在这些问题，主要表现为以下几点： 第一，直流电机的单机容量一般为12-14MW，还常制成双电枢形式，而交流电机单机容量却可以数倍于它。第二，直流电机由于受换向限制，其电枢电压最高只能做到一千多伏，而交流电机可做到6-10kV。第三，直流电机受换向器部分机械强度的约束，其额定转速随电机额定功率而减小，一般仅为每分钟数百转
摘要 现在流行的异步电动机的调速方法可分为两种：变频调速和变压调速，其中异步电动机的变频调速应用较多，它的调速方法可分为两种：变频变压调速和矢量控制法，前者的控制方法相对简单，有二十多年的发展经验。因此应用的比较多，目前市场上出售的变频器多数都是采用这种控制方法。本设计采用恒压变频调速并在MTALAB运行环境下进行仿真设计并运行仿真模型得出结论。 关键词:交流调速系统, 异步电动机, PWM技术MATLAB.....
目录 摘要................................ 错误！未定义书签。第一章前言.......................... 错误！未定义书签。 1.1 设计的目的和意义................. 错误！未定义书签。 1.2变频器调速运行的节能原理......... 错误！未定义书签。第二章交流异步电动机............... 错误！未定义书签。 2.1交流异步电动机变频调速基本原理 ... 错误！未定义书签。 2.2变频变压（VVVF）调速时电动机的机械特性 (6) 2.3变压变频运行时机械特性分折 (7) 第三章变频技术简介和控制方法 (11) 3.1 变频调速技术简介 (11) 3.2变频器工作原理及分类 (12) 3.3 交流调速的基本控制方法 (18) 3.4脉冲宽度调制（PWM）技术 (21) 第四章异步电动机变频调速系统设计的仿真和实现 (24) 4.1 MATLAB的编程环境 (24) 4.2仿真结果 (29) 结论 (30) 致谢.............................. 错误！未定义书签。参考文献............................ 错误！未定义书签。
变频调速系统PLC控制 1 变频调速系统PLC控制设计 1.1 设计目的 通过变频调速系统PLC控制的设计，对专业知识进行巩固，并熟悉掌握组态软件的使用。在完成课程学习的同时实际动手设计，通过理论和实践相结合，把专业的理论知识应用到实际设计中，既能对所学知识加深理解，又能对专业知识的应用有更深刻的熟悉和掌握，从而将变频调速系统PLC的相关知识理解的更扎实透彻，完整掌握PLC的相关内容。 1.2 设计概要 1.2.1 设计任务 完成一个由组态软件为上位机控制，PLC为下位机控制，变频器、异步电动机组成的变频调速控制系统的设计，并完成组态控制界面的设计，控制梯形图以及PLC接线图。利用实验装置实现上下位机的联通，完成PLC端子、变频器以及异步电动机的接线，然后利用PC 机输入梯形图控制程序，并在实验室内进行调试。 1.2.2 控制系统的要求 PLC、变频器以及异步电动机共同组成了控制系统。其中可编程控制器（PLC）的作用是处理各种信息的逻辑问题，并向变频器发出起、停等指令，同时变频器也会将工作状态信号反馈回PLC，形成双向联通的关系，这是此系统的核心部分。变频器能对电机进行调速控制。按下启动键，可选择工频或变频控制，能完成自动控制和手动控制之间的转换，即自动转换和手动输入，同时实现高、低速的转换。 1.2.3 设计过程 调速系统由PLC控制变频器，同时由变频器实现电机的调速。变频调速系统主要分为两部
分：手动控制和自动控制。手动控制可以选择电机正转或是反转，在一到七速之间也能自由转换。自动控制则是先将电机设置为正转或反转，然后逐渐从低速升为高速，通过复位能自动从高速降回低速。最后手动控制停止可以直接切换成自动控制。 1.2.4 电气设备详细表 电源控制屏：提供三相四线制380V、220V电压；变频调速装置；三菱PLC主机；异步电动机；力控监控组态软件实战指南；力控监控组态软件。 2 PLC设计系统思考 2.1 设计系统过程中出现问题及解决方法 第一，根据控制要求直接编写控制程序，始终不知道如何动手。对于该问题的解决方法为从头开始了解硬件，学习变频器资料，掌握变频器和电机的使用，在熟练掌握的基础上才会知道怎么去控制。 第二，在编写梯形图完成后，plc始终没有输出。该问题的出现主要是因为没有熟练使用plc 编程步骤，编写程序中没有end。仔细检查，一步一步从新学习plc编程，从最简单的控制开始。 第三，电机在接线时不知道是星型接线还是三角形接线。笔者为了更好的解决该问题，在回去后仔细研究电机发现，我们使用的是小型异步电动机不带负载，可以直接启动，星型和三角形接线影响不大。 第四，手动程序在plc上可以直接实现控制，而把变频器和电动机连起来，电动机直接受变频器控制，我们的手动程序没有用。该问题的出现主要是变频器资料没有学习深入，我们始终让变频器运行在内部(PU)模式，这款FR-S500没有通讯功能。在PU模式下可以直接在变频器上调节电动机不同速度，而用plc程序控制必须使变频器工作在外部（exit）模式下。第五，手动程序和自动程序不能结合起来。导致这种情况的出现与自己没有太深入的了解三
交流变频调速技术的优势与应用 交流变频调速的方法是异步电机最有发展前途的调速方法。随着电力电子技术的不断发展，性能可靠、匹配完善、价格便宜的变频器会不断出现，这一技术会得到更为广泛、普遍的应用。 对于可调速的电力拖动系统，工程上往往根据电动机电流形式分为直流调速系统和交流调速系统两类。它们最大的不同之出主要在于交流电力拖动免除了改变直流电机电流流向变化的机械向器——整流子。 20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，深受工业行业的青睐。 1. 交流变频调速的优异特性 (1) 调速时平滑性好，效率高。低速时，特性静关率较高，相对稳定性好。 (2) 调速范围较大，精度高。 (3) 起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显。 (4) 变频器体积小，便于安装、调试、维修简便。 (5) 易于实现过程自动化。 (6) 必须有专用的变频电源，目前造价较高。 (7) 在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低。 2. 与其它调速方法的比较 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，变频调速最具优势。这里仅就交流变频调速系统与直流调速系统做一比较。 在直流调速系统中，由于直流电动机具有电刷和整流子，因而必须对其进行检查，电机安装环境受到限制。例如：不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用。此外，也
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11 ωU 、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）
___电机驱动与伺服控制_课程单元测试卷 简易通用型变频器安装与调试单元 班级__________ 学号______________ 姓名__________ 分数__________ 一、单选题（3分×10） 1．风机.泵类负载运行时，叶轮受的阻力大致与（）的平方成比例。 A．叶轮转矩B．叶轮转速C．频率D．电压 2．IGBT是指（）。 A．绝缘栅双极型晶体管B．晶闸管C．双极型晶体管D．门极关断晶闸管 3．变频器的调压调频过程是通过控制（）进行的。 A．载波B．调制波C．输入电压D．输入电流 4．变频器是一种（）设置。 A．驱动直流电机B．电源变换C．滤波D．驱动步进电机 5．为了适应多台电动机的比例运行控制要求，变频器设置了（）功能。 A．频率增益B．转矩补偿C．矢量控制D．回避频率 6．卷扬机负载转矩属于（）。 A．恒转矩负载B．恒功率负载C．二次方律负载D．以上都不是 7．带式输送机负载转矩属于（）。 A．恒转矩负载B．恒功率负载C．二次方律负载D．以上都不是 8．变频器的节能运行方式只能用于（）控制方式。 A．U/f开环B．矢量C．直接转矩D．CVCF 9．变频器按照直流电源的性质分类有：（）。 A．平方转矩变频器B．电流型变频器 C．高性能专用变频器D．交直交变频器 10．由于受到电解电容的容量和耐压能力的限制，滤波电路通常由两组电容器（）组成。A．并联B．串联C．先串联再并联D．先并联再串联 二、多选题（2分×5） 1．作为变频器的室内设置，其周围不能有（）的气体。 A．腐蚀性B．爆炸性C．燃烧性D．刺味性 2．变频器采用多段速时，需预置以下功能：（）。 A．模式选择B．多段速设定C．直流制动时间D．直流制动电压