机械工程基础实验
交流电动机调速原理及调节特性实验指导书
重庆工学院汽车学院
汽车及机械制造实验室
2012年3月
学生实验守则
1．学生应按照实验教学计划和约定的时间，准时上实验课，不得迟到早退。
2．实验前认真阅读实验指导书，明确实验目的、步骤、原理，预习有关的理论知识，并接受实验教师的提问和检查。
3．进入实验室必须遵守实验室的规章制度。不得高声喧哗和打闹，不准抽烟、随地吐痰和乱丢杂物。
4．做实验时必须严格遵守仪器设备的操作规程，爱护仪器设备，服从实验教师和技术人员指导。未经许可不得动用与本实验无关的仪器设备及其它物品。
5．实验中要细心观察，认真记录各种试验数据。不准敷衍，不准抄袭别组数据，不得擅自离开操作岗位。
6．实验时必须注意安全，防止人身和设备事故的发生。若出现事故，应立即切断电源，及时向指导教师报告，并保护现场，不得自行处理。
7．实验完毕，应主动清理实验现场。经指导教师检查仪器设备、工具、材料和实验记录后方可离开。
8．实验后要认真完成实验报告，包括分析结果、处理数据、绘制曲线及图表。在规定时间内交指导教师批改。
9．在实验过程中，由于不慎造成仪器设备、器皿、工具损坏者，应写出损坏情况报告，并接受检查，由领导根据情况进行处理。
10．凡违反操作规程，擅自动用与本实验无关的仪器设备、私自拆卸仪器而造成事故和损失的，肇事者必须写出书面检查，视情节轻重和认识程度，按学院有关规定予以赔偿。
重庆工学院
说明
1.同学可以登录学校的“实验选课系统”（从学校首页登陆：https://www.doczj.com/doc/d01443361.html,
或从数字校园登录），自己进行实验项目的选择。希望同学们能在每个实验项目开放的时间内尽早进行实验预约（预约时间必须比实验上课时间提前3天），因为学生数量比较多，如果某实验项目开放的时间内同学未能进行实验预约，则错过该实验项目的实验机会，补做就要在该实验项目下一次开放时进行。
2.在学期末因无法完成规定的实验项目个数，该门课程就必须重修。
3.如有什么问题，同学可以拨打电话68667451联系李鑫老师。
交流电动机调速原理及调节特性
一、实验目的
1、掌握伺服电动机控制方式，伺服电机速度环的控制原理及方法。
2、了解交流变频调速系统的组成。
3、通过实验理解交流电动机的速度调节特性；掌握交流电动机的调速方法。
4、通过实验理解交流电动机的机械特性。
二、实验设备
EM400交流伺服系统及其配套仪器、仪表
三、实验相关知识
本实验使用的交流伺服电机详细使用指南，请上校园网下载。
下载地址“校园网—〉机械工程实验教学中心—〉教学资源—〉实验教学资料下载”
内容一：交流伺服控制原理
目前常用的交流伺服电动机是永磁同步伺服电动机即AC伺服电动机。交流伺服电动机的调速主回路常采用矢量变换SPWM变频控制方式，通过频率的改变来实现交流同步伺服电动机的调速。EM400教学设备采用的松下交流伺服电动机，驱动器的控制方式也是采用正弦波PWM控制方式。其控制原理方框图如下：
图2-1 松下交流伺服控制原理
以上控制框图只画出了速度环和电流部分。光电编码器产生的脉冲信号经速度解码器处理成数字信号直接送到CPU，在数字调节器中与速度给定信号进行比
较运算（PID ）后产生三相交流的电流幅值信号I M 。为了提高速度调节品质，现在的驱动器大都采用了以下两项关键技术：一是在速度解码器中采用M ／T 测速方法，即在电动机高速运转时，通过记录单位时间内的脉冲个数来实现速度测量，而在电动机低速运转时，通过记录两脉冲之间的时间长短来实现速度测量。这样无论是在高速或低速时都能很准确的测定电动机的转速。二是数字调节器算法中采用先进的滑模算法，这种算法根据电动机在高速和低速运行状态上的不同特性，分别给定不同的PID 调节参数，使各阶段的参数都能到优化。这样就使电动机在低速运行时平稳性好，高速时跟随误差小。松下伺服驱动器正是采用了这种算法，详见驱动器的说明书。
为生成三相交流，需通过乘法器将电流幅值信号I M 与电动机转子位置信号θ通过矢量乘法运算来合成(按以下公式)。位置信号θ由光电编码器产生的脉冲信号经过位置解码器处理成数字的电动机转子角位置。
θsin i u M I =
)120sin(?+=θM v I i
)240sin(?+=θM w I i
当三相电流获得后送入电流调节器同反馈回来的电流信号进行比较运算后经PWM 调制后到驱动电路，最后驱动伺服电动机工作。除了这些基本结构外，电路中还加入了故障处理和保护环节，如过压、欠压、过流、断相及电动机过热等硬件检测及保护电路。一旦出现故障将通知CPU 并封锁输出。
伺服电动机控制方式有多种，主要有位置控制、速度控制、转矩控制及复合控制等方式。它们的主要区别在于控制信号是—个什么指令。位置控制时，控制信号是一个位置指令；速度控制时，控制信号足一个速度指令；转矩控制时，控制信号是一个转矩指令。复合控制用于一些特殊场合，或者先做位置，后做速度控制；或者先做速度，后做转矩控制。由于控制方式不同，控制信号及驱动器参数设置，外部接线都不一样。位置控制信号大都是脉冲加方向信号，而速度和转矩指令大都是模拟电压信号。在EM400教学设备中，驱动器做速度控制，即控制器PMAC 发出的是模拟电压信号，其幅值即速度的大小。其位置环闭合在PMAC 卡上。
内容二：松下伺服驱动器接线说明
1、主回路接线：松下伺服驱动器的主回路接线图如下(无论是做位置、速度还是转矩控制)其主回路接线都是一样的，只是控制回路接线不一样（见附录1）。
2、在以下接线图中应该注意几点：
1)千万不可将电源输入线(L1、L2、L3)接至驱动器输出到电动机的动力线(U 、V 、W)或外接再生放电电阻端子(P 、B1、B2)上，这样做会损毁驱动器；
2)在本实验设备中，具体接线并不同于上图，主要是电源动力线的接法。松
下驱动器采用的供电电源为三相200V，按照要求应该将我国通用工业用电的三相380V经变压器变换成三相200V接入。但由于本设备电动机的负载较轻，按照松下伺服的规范，在空载或轻载时可以只引入两相交流电(L1、L3)。
3)r,t,两端子为驱动器的控制电源输入端，为驱动器控制电路供电。
图2-2松下伺服驱动器接线
3、控制电路接线(CN I/F)端子：由于控制方式不同，控制电路接线也会有所不同，以下只把该端子的一些主要部分做说明，具体说明见松下伺服驱动器说明书。
COM+、COM-：用于为控制端子提供DCl2V-24V电源(脚7、41)；
SRV-ON：如果该端子和控制电源地(COM-)相连，则伺服驱动器将允许工作，如果断开，则驱动器禁止输出(脚29)；
C-MODE：用于控制方式的切换，当驱动器做复合控制时(如先做位置控制后做速度控制)，该端子起切换作用，该信号必须和参数PR02配合使用(脚32)；
PULS1、PULS2、SIGN1、SIGN2：用于控制信号输入（脉冲及方向信号），本端子用于位置控制时的信号输入（脚3、4、5、6）；
SPR/TRQR、GND：用于控制信号输入，本端子用于速度控制或转矩控制时的信号输入。速度控制时SPR/TRQR是速度指令输入端，转矩控制时端子是转矩输入端（脚14、15）；回来的脉冲信号同步的发送给其它的控制系统，EM400也采
用了这种接法，将反馈的脉冲同时送到驱动器和PMAC控制卡中（脚21、22、48、49、23、24）。
在这个端子中还有许多输出限制功能端子和一些输出信号，在这不做过多赘述，一个基本的速度控制环只需接以上给出的一部分端子。
4、编码器反馈接线（CN SIG）端子：该端子即可接增量式码盘，其具体接法可以参见驱动器说明书。以增量式码盘为例，它只需接三相脉冲信号、RX、RX/和电源(+5V)。
内容三：松下伺服驱动器操作说明
参数设置及调整：松下伺服驱动器的操作面板上有5个按键：MODE、SET、〈、∧、∨，其中〈、∧、∨键用来调整数值大小以及移动操作位，SET键用来设置参数，MODE键用来切换操作模式。松下驱动器的操作模式有以下几种：
①监视器模式(缺省dp_spd，监视速度)：用来选择监视内容，即是在数码管中显示速度、转矩、位置偏差或是别的内容。该驱动器支持监测的内容有位置偏差(dp_eps)、电动机速度(dp_spd)、转矩(dp_trq)、控制方式(dp_cnt)、输入输出信号状态(dp_io)、报警(dp_err)、负载率(dp_o1)等。比如当你需要监测转矩时，你按SET键进入模式选择状态，首先进入监视器模式，你按∧或∨键，当看到数码管显示dp_trq时停下，再按SET键即可监测实时转矩。
②参数设定模式(缺省pr_00, 0号参数)：用来调整驱动器的各种参数。通过按MODE键进入到该模式，在该模式下通过按〈、∧、∨来选择你要调整的参数号，选定参数号后，按SET键对该参数进行设置，通过按键〈、∧、∨来调整参数大小。调整完参数后需转入参数写入模式(见下面)，将参数储存，再次上电后参数方可生效。
③参数写入模式(缺省ee_set，写入模式)：用来将修改后的参数存入存储器中。进入该模式后，按SET键后数码管显示“eep_”，这时按住∧键约3秒出现“------”，数码管显示finish显示写入完毕。
④自动增益调整模式(缺省at_nol，低刚性)：用来进行自动增益调整。进入该模式后，按∧、∨选择机械刚性，然后按SET键，进入监视器／执行模式，数码管显示“atu —”，按住∧键3秒，数码管显示start，电动机开始运转，在大约15秒的时间内，电动机重复5个周期(不一定都是5个周期)，包括两转反时钟和两转顺时钟。运行结束数码管将显示finish，如果觉得调整的效果不错，可以进入参数写入模式，将参数保存。
⑤辅助模式(缺省af_of5，自动零漂调整方式)：辅助模式包括以以下功能：自动零漂调整(af_of5)、电动机手动测试(af_jog)、报警消除(af_acl)、绝对编码器清除(af_enc)。通过∧、∨键来选择需要服务的项目。选择好后，按SET 键进入监视器／执行模式，再按∧键约3秒，执行开始，最后数码管显示
“finish”，调整结束。
四、注意事项
1、服从教师的安排、实验时注意安全；
2、详细阅读伺服驱动器操作说明；
3、熟悉松下交流伺服以及PMAC卡的相关参数设定；
4、熟悉松下交流伺服驱动器做位置、速度、转矩控制时的接线以及相关参数设置；
5、进行控制环手动调整时一定要注意不可一上来就把11号参数(速度环增益)设置的太高，引起电动机振动或导致机械损伤，要慢慢增大该值。
五、实验内容与步骤
内容一：交流伺服电动机及驱动器的规格参数
1、查看电动机及驱动器的铭牌，记录相关参数。
2、分别画出交流伺服电动机在进行位置（脉冲加方向方式）、速度、转矩控制时，驱动器与控制器的连接图（CN I/F的有关接线），对照图2-1（原理框图），说明速度环的信号传递过程。
内容二：交流伺服电动机驱动器的基本操作
1、打开机箱盖，连接好外部的限位回零、编码器以及电源动力线。
2、打开电源，将电动机回零，选择X轴（或Y轴）驱动器，对其进行操作。
3、首先观察并记录一些重要参数的值：驱动器当前控制方式（02号参数）、驱动器速度选择设定（05号参数）、第一速度环增益（11号参数）、第一速度环积分时间常数（12号参数）、速度前馈（15号参数）、JOG速度设定(57号参数)，查看上述参数，了解这些参数在实际工程中的意义，并作记录。
查看参数的操作如下：先按SET键进入监视模式，然后按MODE键切换到参数设定模式，通过按∧、∨键来调整要观察的参数。按SET键进行观察，但不要改变数值，记录下参数的数值，再按SET键返回上一级。
内容三：交流伺服电动机驱动器的速度调节
执行驱动器的“JOG”操作：重新开机，按SET键进入监视模式，按MODE 键切换到辅助模式(缺省af_of5)。通过按∧、∨键选择要服务的项目“af_jog”，进入该项服务后按SET键，数码管显示“jog -”，这时按键∧约3秒钟，当数码管显示“ready”时表示已经做好准备工作，这时按〈键约3秒钟，当数码管显示“sru_on”时你就可以进行手动jog运动了。按∧、∨键使电动机正转或反转，并使用测速计测量电机轴转速，并做记录。
注：某个轴的驱动器进入“JOG”服务项目后，只能用该轴驱动器的∧、∨键使电动机正转或反转。EM-400控制面板上对该轴进行正、反转控制的“J ＋”、“J－”按钮操作无效，对其他轴的操作仍有效。
执行完以上操作后，改变JOG速度设定参数(57号参数)，再重新执行JOG 操作，观察速度的变化，并做记录。
4、如果有兴趣的话，可以通过改变参数，试着用内部速度来使电动机运行起来，并且可以调整加减速时间以及其它许多参数，使电动机运行状态不同。
内容四：交流伺服电动机驱动器速度环调整：
1、由于本实验装置的伺服驱动器做速度控制，位置环闭合在PMAC卡上，所以我们只对伺服驱动器的速度环做调整。
2、在调整前先切换到参数设置调整模式，查看11－14、20号参数并做记录。
3、首先采用自动增益调整方式。自动增益调整需要切换到自动增益调整模式，操作见“三、实验相关知识—》内容三：松下伺服驱动器操作说明—》④自动增益调整模式(缺省at_nol，低刚性)”的相关内容，然后通过∧、∨键选择机械刚性值，本实验设备驱动方式是滚珠丝杠+直连的方式，应选择4-8之间的值(at_no4-at_no8)。可选择：no2、no
4、no6、no8，选择完后可按照“自动增益调整模式”中所述进行调整。
4、调整结束后，切换到参数调整模式查看并记录第一速度环相关参数(11-14号参数、20号参数)，了解这些参数在实际工程中的意义，并做记录。
5、如果自动增益调整不能够达到所需要的效果，可以直接对相关参数进行修改进行手动调节。
6、手动调节是先切换到参数调整模式，逐渐增加11号参数(速度环增益)的值，按住操作面板上的按键使电动机运动，直到电动机不产生异常响声或振动为止。
7、然后逐渐减少12号参数(积分时间常数)到超调／失调减低到可以接受的
程度。
8、调整完毕后，进入参数写入模式，将新的参数存入驱动器。
9、由于松下驱动器采用了滑模算法，无论是速度环还是位置环都有两套PID 参数，在低速到高速或高速到低速运转时，两套PID参数可以切换，以获得更好的调节效果。以上调节实验仅调节了其第一速度环，如果同学们有兴趣，可以参照松下伺服驱动器手册，自己调节相关参数，以获得更好的特性。
内容五：交流伺服电动机机械特性实验
1、断开电源，将附件(加力矩装置)装在X轴丝杠末端，将该附件的两个顶针放在零位上(顶针外边缘和附件侧面的最外刻度线对齐，此时弹簧处于自然状态，没有任何变形，因此不会产生力矩)。
2、连接EM400与上位PC机。
3、接通PC机电源，运行PEWIN执行软件，拨动EM400面板上的轴选择开关，选择X轴，并将其回零。
4、参照直流伺服电机实验内容三的步骤，在X轴丝杠轴上加负载力矩。
5、在PC机终端窗口调整I122（x轴）和I222（Y轴）号参数，外部速度设定参数，并下载到EM400的运动控制器（Mini—PMAC卡）里，然后保存调整后的I122和I222参数（save命令）。使伺服电机的手动速度保持为240rpm／min(具体计算用公式I122=手动速度／6)。
6、打开EM400箱体盖，调整松下伺服驱动器的相关设置，使之显示电动机转速。具体操作如下：找到X轴电动机的对应驱动器，按住SET键，使驱动器处于监视模式调整状态，按∧或∨键使数码管显示dp_spd，用以监测转速，最后按SET键。
7、按EM400面板上的“J+”按键，使电动机正转(注意不要超过行程)。
8、查看驱动器上显示的转速数据，并记录，然后使电动机回原点。
9、调整松下伺服驱动器的相关设置，使之显示电动机转矩。具体操作如下：找到X轴电动机的对应驱动器，按住SET键，使驱动器处于监视模式调整状态，按∧或∨键使数码管显示dp_trq，用以监测转矩，最后按SET键。
10、按EM400面板上的“J+”按键，使电动机正转(注意不要超过行程)。
11、查看驱动器上显示的转矩数据，并记录，然后使电动机回原点。
12、参照直流伺服电机实验内容三的步骤，逐渐增加丝杠轴上负载力矩，重复步骤6、7、8、9、10、11，做4次，并做记录（表2-1）。
13、在PC机终端窗口调整I122（x轴）号和I222（Y轴）号参数，外部速度设定参数，并下载到EM400的运动控制器（Mini—PMAC卡）里，然后保存调整后的I122和I222参数（save命令）。使伺服电机的手动速度保持为300rpm
／min(具体计算用公式I122=手动速度／6)。
14、重复步骤6、7、8、9、10、11，12，并做记录（表2-1）。
表2-1
15、完成实验后，将机箱盖盖好并关机。
六、实验报告要求
1、整理PID相关参数值的记录，并写出其所表达的意义。
2、比较自动增益调整前后相关参数的值，叙述意义。
3、整理所测数据，填写表2-1，并绘制机械特性曲线图。
4、根据以上试验结果，说明交流伺服电动机机械特性有何特点，填写实验报告，分析相关问题。
七、思考题
1、说明（02号参数）、（05号参数）、（11号参数）、（12号参数）、（15号参数）的实际工程意义。
2、松下伺服驱动器的操作模式都有哪几种?
3、通过改变哪些外部接线和内部参数实现复合控制方式，松下伺服的复合控制方式都有哪几种?
4、简述速度环手动调整过程。
5、简述交流伺服电动机的调速原理，在本实验中，速度与哪个参数有关？根据实验数据说明速度与该参数值的关系?
6、在额定转速时，引起电机转矩的变化原因是什么?
7、采取哪些措施可以提高伺服系统的分辨率?
附录1
位置控制用的CN I/F接线
速度控制用的CN I/F接线
转矩控制用的CN I/F接线
1 设计任务 1、了解并熟悉双闭环三相异步电机调压调速原理及组成。 2、学习 SIMULINK，熟悉相关的模块功能。 3、进一步理解交流调压系统中电流环和转速环的作用。 2 设计要求 1、利用SIMULINK建立闭环调速系统仿真模型。 2、调试完成调压模块仿真、开环系统仿真、闭环系统仿真。 3 设计设备 1、计算机一台 2、MATLAB仿真软件 4 设计原理 调压调速即通过调节通入异步电动机的三相交流电压大小来调节转子转速的方法。理论依据来自异步电动机的机械特性方程式： 其中，p为电机的极对数； 为定子电源角速度； w 1 为定子电源相电压； U 1 R ’为折算到定子侧的每相转子电阻； 2 为每相定子电阻； R 1 L 为每相定子漏感； 11 L 为折算到定子侧的每相转子漏感； 12 S为转差率。 图1 异步电动机在不同电压的机械特性
由电机原理可知，当转差率s 基本保持不变时，电动机的电磁转矩与定子电压的平方成正比。因此，改变定子电压就可以得到不同的人为机械特性，从而达到调节电动机转速的目的。 4.1 调压电路 改变加在定子上的电压是通过交流调压器实现的。目前广泛采用的交流调压器由晶闸管等器件组成。它是将三个双向晶闸管分别接到三相交流电源与三相定子绕组之间通过调整晶闸管导通角的大小来调节加到定子绕组两端的端电压。这里采用三相全波星型联接的调压电路。 图2 调压电路原理图 4.2 开环调压调速 开环系统的主电路由触发电路、调压电路、电机组成。原理图如下： Ua Ub Uc T2 T3 T5 T4 T6 R R R N T1
图3 开环调压系统原理图 AT为触发装置，用于调节控制角的大小来控制晶闸管的导通角，控制晶闸管输出电压来调节加在定子绕组上的电压大小。
课题：转速开环恒压频比控制的交速 姓名：谢海波 学号：P091812925 专业班级：电气工程及其自动化（3）班 西北民族大学电气工程学院 转速开环恒压频比控制的交流异步电动机调速系统
摘要：转速开环恒压频比控制是交流电动机变频调速最基本的控制方式，一般变频调速装置都有这项功能，恒压频比的转速开环工作方式能满足大多数场合交流电动机调速控制的要求，并且使用方便，是通用变频器的基本模式。采用恒压频比控制，在基频以下的调速过程中的转差率基本不变，所以电动机的机械特性较硬，电动机有较好的调速性能。异步电动机的变压变频调速系统一般简称为变频调速系统。由于在调速时转差功率不随转速而变化，调速范围宽，无论高速还是低速时效率都较高，在采取一定的技术措施后能实现高动态性能，可与直流调速系统媲美。因此现在它的应用面很广，目前交流异步电动机的调速系统已经广泛应用于数控机床、风机、泵类、传送带、给料系统、空调器等设备的电力源和动力源，并起到了节省电能，提高设备自动化，提高产品质量的良好效果.下文在详细分析交流异步电动机变频调速的原理基础上，应用MATLAB/SIMULINK仿真软件，实现了转速开环恒压频比控制的交流异步电动机调速系统的仿真，并且详细分析了仿真结果。 关键词：异步电动机；变频调速；MATLAB 仿真 1．仿真系统说明 本文对交流系统进行建模仿真，可以更加熟悉交流调速系统的结构，掌握各种调速系统的优缺点，选择合理的方案，解决实际中的问题。在进行电动机调速时，常须考虑的一个重 要因素，就是希望保持电动机中每极磁通量为额定值不变。如果磁通太弱，没有充分利用 电机的铁芯，是一种浪费；如果过分增大磁通，又会使铁心饱和，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。对于直流电机，励磁系统是独立的，只要对电枢反应有恰 当的补偿，保持不变是很容易做到的。在交流异步电机中，磁通由定子和转子磁动势合成产生，要保持磁通恒定就要费一些周折。 2．变频调速控制方式和原理 转速开环恒压频比控制是交流电动机变频调速最基本的控制方式，一般变频调速装置都带有这项功能，在异步电动机调速时，总希望保持主磁通为额定值。由异步电机定子每相电动势有效值可知，如果略去定子阻抗下降，有 （1） 由(1)式知，若定子端电压不变，随着升高，将减小。又由转矩公式 知，在相同的情况下，减小会导致电动机输出转矩下降，严重时会使电动机堵转。因此， 在变频调速过程中应该同时改变定子电压和频率，以保持主磁通不变。而如何按比例改变电压和频率，要分基频以下和基频以上两种情况。 2.1基频以下调速 恒定压频比调速要求；当相对较高时，可忽略定子电阻那么最大实用转
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。
电机调速中的控制技术 交流传动系统中的交流电动机是一个多变量、非线性、强耦合、时变的被控对象, 随着交流电动机调速理论的突破和调速装置性能的完善, 电动机的调速从直流发电机-电动机组调速、晶闸管可控整流器直流调压调速逐步发展到交流电动机变频调速, 变频调速又由WVF控制的PWM频调速发展到矢量控制、直接转矩控制变频调速。现代控制理论中的控制方法, 实现方法简便, 在电机调速领域中, 具有更广阔的应用前景。由目前国内外的研究成果可以看出, 电机传动的控制逐步向多元化、智能化和多种方法综合运用的方向发展。 一、矢量控制技术 VVV F空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 年代初德国工程师F.Blaschke 首 先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, 不但要控制各变量的幅值, 同时还要控制其相位, 以实现交流电动机磁通和转矩的解耦, 促使了高性能交流传动系统逐步走向实用化, 目前高动态性能的矢量控制变频器已经成功地应用在轧机主传动、电力机车牵引系统和数控机床中。这种理论的主要思想是将异步电动机模拟成直流机, 通过坐标变换的方法, 分别控制励磁电流分量与转矩电流分量, 从而获得与直流电动机一样良好的动态调速特性[1] 。这种控制方法现已较成熟, 产品质量较稳定。
这种方法采用了坐标变换, 所以对控制器的运算速度、处理能力等性能要求较高。近年来,围绕着矢量变换控制的缺陷, 如系统结构复杂、非线性和电机参数变化影响系统性能等等问题, 国内、外学者也进行了大量的研究。 二、直接转矩控制技术 1985年,德国的Depenbrock 教授提出了异步电动机直接转矩控制方法, 解决了系统复杂性和控制精度之间的矛盾。直接转矩控制系统不需要坐标变换,也不需要依赖转子数学模型, 理论上非常诱人。实验室条件下也已做出性能指标相当高的样机。只是还有些问题未解决, 如低速时转矩观测器和转速波动等, 未能产品化。现在市面上自称实现了转矩直接控制的系统, 大多都是或者采用了将磁链定向与直接转矩控制相结合的方法, 低速时采用磁链定向矢量变换控制, 高速时采用直接转矩控制。或者同时观测转子磁链, 作为直接转矩控制系统的校正。 直接转矩无差拍控制是基于离散化直接转矩控制系统提出来的一种控制方法。无差拍控制可以在一个控制周期内, 完全消除定子磁链模值和电磁转矩的动、静态误差, 消除由于使用滞环比较器产生的转矩脉动,使电机可以运行在极低速下, 扩大了调速范围。 转矩（磁链）跟踪预测控制方法认为磁链模值已经被准确控 制或只发生缓慢地变化, 没有考虑磁链模值的控制问题。对磁链和转矩都进行了预测跟踪控制, 控制效果明显优于单纯的转矩跟
交流电动机调速系统的分类 1.同步电动机调速系统 同步电动机只能依靠改变频率来进行调速，而根据频率控制方式的不同，可把同步电动机调速系统分为他控式和自控式两种类型。 如果用独立的变频装置作为同步电动机的变频电源进行调速，则称之为他控式同步电动机调速系统，大多用于类似永磁同步电动机的小容量场合。 采用频率闭环方式的同步电动机调速系统称为自控式同步电动机调速系统，它是用电动机轴上安装的位置检测器来控制变频装置触发脉冲，使同步电动机工作在自同步状态。自控式同步电动机调速系统又可细分为负载换向自控式同步电动机调速系统和交一交变频供电的自控式同步电动机调速系统。 负载换向自控式同步电动机调速系统叉称为x换向器电机，它的主电路采用交一直-交电流型变流器，利用同步电动机电流超前电压的特点，使逆变器的晶闸管工作在自然换向状态。这种系统又被称为LCI(Load Commutated Inve11er)，它的容量已达到数万千伏安，电压达万伏以上。 交一交变频同步电动机调速系统的逆变器由晶闸管组成，采用交一交循环变流结构和矢量控制技术，具有优良的动态性能，广泛地用于轧钢机主传动系统中。交一交变频同步电动机调速系统的容量很大，但调频范围只能限制在工频的三分之一左右。 2.异步电动机调速系统 在异步电动机中，从定子传入转子的电磁功率可以分成两部分：一部分是拖动负载的有效功率；另一部分是转差功率，与转差率成正比，它的去向是调速系统效率高低的标志。就转差功率的处理方式的不同，异步电动机调速系统可分成三大类。 (1)转差功率消耗型调速系统。这种调速系统全部转差功率都被消耗掉，用增加转差功率的消耗来换取转速的降低，因而效率也随之降低。降电压调速、电磁转差离合器调速及绕线异步电动机转子串电阻调速这三种方法都属于这一类。 (2)转差功率回馈型调速系统。这种调速系统的大部分转差功率通过变流装置回馈给电网或者加以利用，转速越低回馈的功率越多，但是增设的装置也要多消耗一部分功率。绕线异步电动机转子双馈调速即属于这一类。 (3)转差功率不变型调速系统。在这种调速系统中，转差功率仍旧消耗在转子里，但小论转速高低，转差功率基本不变。如变极对数调速、变频调速两种调速方法即属于这一类。 2.异步电动机转差回馈型调速系统 双馈调速足指将电能分别馈入异步电动机的定子绕组和转子绕组，通常将定子绕组接入工频电源，将转子绕组接到频率、幅值、相位和相序都可以调节的变频电源。如果改变转子绕组电源的频率、幅值、相位和相序，就可以调节异步电机的转矩、转速、转向及和定子侧的无功功率。这种双馈调速的异步电动机可以超同步或亚同步运行，不但可以工作在电动状态，而且可以工作在发电状态。 因为交一交变流器采用晶闸管自然换向方式，结构简单，可靠性高，而且交，交变流器能够直接进行能量转换，效率高，所以，在双馈调速方式中采用交．交变流器作为转子绕组的变频电源是比较合适的。 绕线式异步电动机串级调速系统是从定子侧馈入电能，从转子侧馈出电能的系统。从广义上说，它也是双馈调速系统的一种。 在双馈调速中，所用变频器的功率仅占电动机总功率的一小部分，可以大大降低变频器的容量，从而降低了调速系统的成本，此外，双馈电机还可以调节功率因数，由于具有这些优点，双馈电机特别适合应用于大功率的风机、水泵类负载的调速场合；双馈调速方式在风力、
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)
第1章绪论 1.1 毕业论文选题的背景 电动机作为主要的动力设备被广泛的应用于工农业生产、国防、科技、日常生活等各个方面，其负荷约占总发电量的60％"70％，成为用电量最多的电气设备。根据采用的电流制式不同，电动机分为直流电动机和交流电动机两大类，其中交流电动机形式多样、用途各异、拥有量最多，交流电动机又分为同步电动机和异步(感应)电动机两大类。根据统计，交流电动机用电量占电机总用电量的85％左右，可见交流电动机应用的广泛性及其在国民经济中的重要地位。电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，在实际应用中，一是要使电动机具有较高的机电能量转换效率；二是根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。电动机的调速性能好坏对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。电动机和控制装置一起合成电力传动自动控制系统。以直流电动机作为控制对象的电力传动自动控制系统称之为直流调速系统；以交流电动机作为控制对象的电力传动自动控制系统称之为交流调速系统。根据交流电机的类型，相应有同步电动机调速系统和异步电动机调速系统。 众所周知，直流电动机的转速容易控制和调节，采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。因此，长期以来在变速传动领域中，直流调速一直占据主导地位。但是，由于直流调速系统解决不了直流电动机本身的的换向问题和在恶劣环境下的不适应问题，这就限制了直流调速系统的进一步发展。 交流电动机，特别是鼠笼型异步电动机，具有结构简单、制造容易、坚固耐用、转动惯量小、运行可靠、很少维修、使用环境及结构发展不受限制等优点。但交流电动机自1885年出现后，由于没有理想的调速方案，因而长期用于恒速拖动领域。20世纪70年代后，国际上解决了交流电动机调速方案中的关键问题，使得交流调速系统已具备了宽调速范围、高稳态精度、快速动态响应、高工作效率以及可以四象限运行等优异性能，其静、动态特性均可以和直流调速系统相媲美。 交流调速系统与直流调速系统相比，具有如下特点： （1）容量大。 （2）转速高且耐压高。 （3）交流电动机的体积、重量、价格比同容量的直流电动机小，且结构简
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。
交流异步电机的变频调速 系统设计报告 Last revision on 21 December 2020
单相异步电机变频调速器的设计 姓名: 陈焰 学院: 工学院 专业: 12级电气工程及其自动化 班级: 电气3班 学号: 日期 2015年1月17日—2015年1月23日指导教 刘权、孙磊 师: 安徽农业大学工学院电气工程系 摘要
近年来,交流电机变频调速及其相关技术的研究己成为现代电气传动领域的一个重要课题,并且随着新的电力电子器件和微处理器的推出以及交流电机控制理论的发展，交流变频调速技术还将会取得巨大进步。 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。 一、绪论 变频调速技术简介 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。大家都知道，目前，无论哪种机械调速，都是通过电机来实现的。从大的范围来分，电机有直流电机和交流电机。由于直流机调速容易实现，性能好，因此过去生产机械的调速多用直流电动机。但直流机固有的缺点：由于采用直流电源，它的滑环和碳刷要经常拆换，故费时费工，成本高，给人们带来太大的麻烦。因此人们希望，让简单可靠廉价的笼式交流电机也像直流电动机那样调速。这样就出现了定子调速、变极调速、滑差调速、转子串电阻调速、串极调速等交流调速方式。当然也出现了滑差电机、绕线式电机、同步式交流电机。随着电力电子技术、微电子技术和信息技术的发展，出现了变频调速技术，它一出现就以其优异的性能逐步取代其它交流电机调速方式，乃至直流电机调速，而成为电气传动的中枢[1]。 变频调速被认为是一种理想的交流调速方法。但如何得到一个单独向异步电动机供电的经济可靠的变频电源，一直是交流变频调速的主要课题。20世纪60年代中期，随着普通的晶闸管、小功率管的实用化，出现了静止变频装置，它是将三相的工频电源经变换后，得到频率可调的交流电。这个时期的变频装置，多为分立元件，它体积大、造价高，大多是为特定的控制对象而研制的，容量普遍偏小，控制方式也很不完善，调速后电动机的静、动态性能还有待提高，特别是低速的性能不理想，因此仅用于纺织、磨床等特定场合。
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。
毕业论文声明 本人郑重声明： 1．此毕业论文是本人在指导教师指导下独立进行研究取得的成果。除了特别加以标注地方外，本文不包含他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。对本文研究做出重要贡献的个人与集体均已在文中作了明确标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 2．本人完全了解学校、学院有关保留、使用学位论文的规定，同意学校与学院保留并向国家有关部门或机构送交此论文的复印件和电子版，允许此文被查阅和借阅。本人授权大学学院可以将此文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本文。 3．若在大学学院毕业论文审查小组复审中，发现本文有抄袭，一切后果均由本人承担，与毕业论文指导老师无关。 4.本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。论文中凡引用他人已经发布或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。论文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中已明确的方式标明。 学位论文作者（签名）： 年月
关于毕业论文使用授权的声明 本人在指导老师的指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、实验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属华北电力大学。本人完全了解大学有关保存，使用毕业论文的规定。同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版或电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权大学可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存或编汇本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为大学。本人毕业后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为大学。本人完全了解大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存或汇编本学位论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入学校有关数据库和收录到《中国学位论文全文数据库》进行信息服务。在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 论文作者签名：日期： 指导教师签名：日期：
《交流调速系统》课后习题答案 第 5 章 闭环控制的异步电动机变压调速系统 5-1 异步电动机从定子传入转子的电磁功率m P 中，有一部分是与转差成正比的转差功率s P ，根据对s P 处理方式的不同，可把交流调速系统分成哪几类？并举例说明。 答：从能量转换的角度上看，转差功率是否增大，是消耗掉还是得到回收，是评价调速系统 效率高低的标志。从这点出发，可以把异步电机的调速系统分成三类 。 1）转差功率消耗型调速系统：这种类型的全部转差功率都转换成热能消耗在转子回路中，降电压调速、转差离合器调速、转子串电阻调速都属于这一类。在三类异步电机调速系统中，这类系统的效率最低，而且越到低速时效率越低，它是以增加转差功率的消耗来换取转速的降低的（恒转矩负载时）。可是这类系统结构简单，设备成本最低，所以还有一定的应用价值。 2）转差功率馈送型调速系统：在这类系统中，除转子铜损外，大部分转差功率在转子侧通 过变流装置馈出或馈入，转速越低，能馈送的功率越多，绕线电机串级调速或双馈电机调速属于这一类。无论是馈出还是馈入的转差功率，扣除变流装置本身的损耗后，最终都转化成 有用的功率，因此这类系统的效率较高，但要增加一些设备。 3）转差功率不变型调速系统：在这类系统中，转差功率只有转子铜损，而且无论转速高低，转差功率基本不变，因此效率更高，变极对数调速、变压变频调速属于此类。其中变极对数 调速是有级的，应用场合有限。只有变压变频调速应用最广，可以构成高动态性能的交流调速系统，取代直流调速；但在定子电路中须配备与电动机容量相当的变压变频器，相比之下，设备成本最高。 5-2 有一台三相四极异步电动机，其额定容量为5.5kW ，频率为50Hz ，在某一情况下运行，自定子方面输入的功率为6.32kW ，定子铜损耗为341W ，转子铜损耗为237.5W ，铁心损耗为167.5W ，机械损耗为45W ，附加损耗为29W ，试绘出该电动机的功率流程图，注明各项功率或损耗的值，并计算在这一运行情况下该电动机的效率、转差率和转速。 解：87.032 .65.5==η，因为rpm 1500250606010=?==p f n ， 由已知条件得电磁功率为kw 8115.5=m P ，所以有041.08115 .52375.0== s 所以rp m 1439)041.01(150000=-=-=sn n n
三相交流电动机的调速方法及无级调速的实现 第一章引言 随着电力电子学、微电子技术、计算机技术以及电机理论和自动控制理论的发展，影响三相交流电动机发展的问题逐渐得到了解决，目前三相异步交流电动机的调速性能已达到直流调速的水平。在不久的将来交流调速必将取代直流调速。在实际生产过程中，根据加工工艺的要求，生产机械传动机构的运行速度需要进行调节。这种负载不变，人为调节转速的过程称为调速。通常有机械调速和电气调速两种方法，通过改变传动机构转速比的调速方法称为机械调速；通过改变电动机参数而改变系统运行转速的调速方法称为电气调速。不同的生产机械，对调速的目的和具体要求各不相同，对于鼓风机和泵类负载，通过调节转速来调节流量，这与通过调节阀门调节的方法相比，节能效果更加显著。 调速控制是交流电动机的重要控制内容，实际应用中的交流调速方法有多种，常见的有变极调速、转子串电阻调速、串级调速、电磁调速、异步电动机调速、变频调速等。 目前广泛使用的调速方法仍然是传统的改变极对数和改变转子电阻的有级调速控制系统，近年来，随着电力电子、计算机控制以及矢量控制等技术的进步，变频调速技术发展迅速，已应用于很多生产领域，这是将来调速发展的方向。
第二章三相异步电动机的简介 2.1三相异步电动机的基本原理 静止的转子与旋转磁场之间有相对运动，在转子导体中产生感应电动势，并在形成闭合回路的转子导体中产生感应电流，其方向用右手定则判定。转子电流在旋转磁场中受到磁场力F的作用，F的方向用左手定则判定。电磁力在转轴上形成电磁转矩。电磁转矩的方向与旋转磁场的方向一致。如图2—1所示 图2—1电动机的运行原理 电动机在正常运转时，其转速n总是稍低于同步转速n1，因而称为异步电动机。又因为产生电磁转矩的电流是电磁感应所产生的，所以也称为感应电动机。 转子电动势和转子电流 定子绕组通入电流后，产生旋转磁场，与转子绕组间产生相对运动，由于转子电路是闭合的，产生转子电流。根据左手定则可知在转子绕组上产生了电磁力。 电磁转距和转子旋转方向 电磁力分布在转子两侧，对转轴形成一个电磁转距T，电磁转距的作用方向与电磁力的方向相同，因此转子顺着旋转磁场的旋转方向转动起来。
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）
《现代电机控制技术》复习题 1. 试以“磁场”和“Bli ”的观点，阐述电磁转矩生成的原因和实质。 答：P10 2. 任意波形的定子电流通入相绕组后能否产生基波磁动势？为什么？ 答：P22 3.试论述三相感应电动机各磁链矢量σψs 、g ψ、s ψ、σψr 、和r ψ的物理含义， 指出它们之间的联系和区别，并写出相应的磁链方程。 答：P31 4.为什么可以采用空间矢量理论来分析电动机的动态控制问题？矢量控制的含义是什么？ 答：P41 5.为什么在转子磁场作用下，转子笼型绕组会具有换向器绕组的特性？ 答：P50 6.什么是磁场定向？为什么在基于转子磁场的矢量控制中，一定要先将MT 轴系沿转子磁场方向进行磁场定向？ 答：P52，P61 7.试论述电动机参数变化对直接和间接磁场定向的影响。 答：P69,P70,P71，P73 8.基于气隙磁场定向和基于定子磁场定向的矢量控制与基于转子磁场定向的矢量控制比较，有什么本质的不同？ 答：P95 9.PMSM 的磁场定向指的是什么？为什么PMSM 的转子磁场定向相对三相感
应电动机的转子磁场定向要容易得多？ 答：P116 10.对于面装式PMSM，是怎样将其变换为一台等效的直流电动机的？ 答：P114 11.试论述弱磁控制的基本原理和控制方式。 答：P115，P122 13.为什么说PMSM矢量控制是一种自控式的控制方式？矢量控制会不会发生失步现象？为什么？ 答：P117 14.试论述直接转矩控制的基本原理。 答：P139 15.除了定子磁链和转矩会计外，滞环比较控制是否还利用了电动机数学模型，这有什么好处？ 答：P143 16.电动机转速大小对直接转矩控制有什么影响？为什么？ 答：P146 17.为什么直接转矩控制是一种非线性控制？为什么通常选择滞环比较控制方式？这种控制方式有什么优点和不足？ 答： 18.直接转矩控制能否改变三相感应电动机固有的非线性机械特性？为什么？ 19.在直接转矩控制原理上，PMSM与三相感应电动机有什么共同之处？又有什么差别？ 20.直接转矩控制是非线性的，根本原因是什么？
第五章交流电机调速系统实验 实验一双闭环三相异步电机调压调速系统实验 一、实验目的 (1)了解并熟悉双闭环三相异步电机调压调速系统的原理及组成。 (2)了解转子串电阻的绕线式异步电机在调节定子电压调速时的机械特性。 (3)通过测定系统的静态特性和动态特性，进一步理解交流调压系统中电流环和转速环的作用。 二、实验所需挂件及附件
三、实验线路及原理 异步电动机采用调压调速时，由于同步转速不变和机械特性较硬，因此对普通异步电动机来说其调速范围很有限，无实用价值，而对力矩电机或线绕式异步电动机在转子中串入适当电阻后使机械特性变软其调速范围有所扩大，但在负载或电网电压波动情况下，其转速波动严重，为此常采用双闭环调速系统。 双闭环三相异步电机调压调速系统的主电路由三相晶闸管交流调压器及三相绕线式异步电动机组成。控制部分由“电流调节器”、“速度变换”、“触发电路”、“正桥功放”等组成。其系统原理框图如图7-1所示：整个调速系统采用了速度、电流两个反馈控制环。这里的速度环作用基本上与直流调速系统相同，而电流环的作用则有所不同。在稳定运行情况下，电流环对电网扰动仍有较大的抗扰作用，但在启动过程中电流环仅起限制最大电流的作用，不会出现最佳启动的恒流特性，也不可能是恒转矩启动。 异步电动机调压调速系统结构简单，采用双闭环系统时静差率较小，且比较容易实现正、反转，反接和能耗制动。但在恒转矩负载下不能长时间低速运行，因低速运行时转差功率 P s=SP M全部消耗在转子电阻中，使转子过热。
图1-1 双闭环三相异步电机调压调速系统原理图 四、实验内容 (1)测定三相绕线式异步电动机转子串电阻时的机械特性。 (2)测定双闭环交流调压调速系统的静态特性。 (3)测定双闭环交流调压调速系统的动态特性。 五、预习要求 (1)复习电力电子技术、交流调速系统教材中有关三相晶闸管调压电路和异步电机晶闸管调压调速系统的内容，掌握调压调速系统的工作原理。 (2)学习有关三相晶闸管触发电路的内容，了解三相交流调压电路对触发电路的要求。 六、思考题
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：
交流电机的调压调速论文-----------------------作者：
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天津工程师范学院成人教育专科毕业设计开题报告 天津工程师范学院成人教育专科毕业设计进度计划表
天津工程师范学院成人教育专科毕业设计任务书 设计题目交流电机的调压调速（普通车床的主轴调速） 学生姓名夏万宇系别自动化专业电气自动化技术班级 2007级 指导教师姓名职称高级教师课题来源教师自拟任务书下达时间 2008年9月 函授部主任签字成教部主管主任签字 一、车床的情况介绍 车床的应用比较广泛，它主要是用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工，它的主运动是主轴的旋转运动，由主轴电动机通过传动带主轴箱带动主轴旋转的，刀架是由溜板箱带这作纵向合横向移动，称为进给运动，进给运动也是由主轴电动机经过主轴箱输出轴传给进给箱，在通过光杆将运动传入溜板箱，溜板箱就带动刀架作纵，横两个方向的进给运动，刀架由快速电动机带动还可作快速移动，是机械制造和修配工厂中不可缺少的。 原有的主轴调速是靠齿轮箱进行调速，调速范围窄为改变对原来的调速较窄和电压动波，对电机转速的影响，本设计提出了对它的主轴变速改进采用变频器控制。对它的主轴电机驱动一些性能来控制的要求。 二、拖动方案的确定 为了满足上面所说的要求，交流主轴电机采用6.5KW交流电机，型号Y132M —4—B3主轴电机驱动控制采用的是PWM逆变器转差频率控制系统进行调压调速，实现系统的稳定调速，并配合由PI调节器组成的双闭环系统来抑制系统在运行过程中的扰动量。 三、设计要求 1、毕业设计的主要内容： （1）、交流电动的主要参数： 额定功率：6.5KW 额定转速：1430r/min 额定电压：380V （2）、由PWM逆变器转差频率调速，并且具有双闭环。 （3）、在断续负载下电机转速波动要较小。 （4）、振动，噪声不要太大。 （5）、电机可靠性能要高，容易维护。 （6）、体积要小，重量较轻，与机械连接容易。