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电力拖动自动控制系统——运动控制系统 仿真作业班 级：电气12-6姓 名：金 坤学 号：07指导老师：任老师变压变频调速下交流异步电机的系统仿真——转速开环与闭环对比分析一、 异步电动机的恒压恒频调速原理分析异步电动机的变频调速系统基本控制方式是变压变频，在基频以下采用恒压频比带定子压降补偿的控制方式，基本上要保持磁通在各级转速上都为恒值。
基频以下，磁通恒定，属于“恒转矩调速”；基频以上，迫于定子电压不能超过额定电压，磁通与频率成反比下降，转速升高，转矩下降，近似属于“恒功率调速”。
当定子电压1U 和角频率1ω 都为恒定值时，异步电动机的机械特性方程可以改写为()()211222221121123''e p l l U s R T n sR R s L L ωωω⎛⎫= ⎪+++⎝⎭ （1—1）当s 很小的时候，可忽略分母中含s 各项，则：211123'e p U s T n s R ωω⎛⎫≈∝ ⎪⎝⎭ （1—2）当s 很小的时候，转矩近似与s 成正比，机械特性e T =f （s ）是一段直线；当s 接近1时。
可忽略（1—2）式分母中的2'R ，则： ()21122221111213'e p l l U R T n s s R L L ωωω⎛⎫≈∝ ⎪⎡⎤++⎝⎭⎣⎦（1—3） 即s 接近1时，转矩近似与s 成反比，这时 e T =f （s ）是对称于原点的一段双曲线；当 s 为以上两段的中间数值时，机械特性从直线过度到双曲线。
如下图1-1. 由式（1-1），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：图1-1： 恒压频比控制下的机械特性 pn w n π26010= （1—4） 带负载时的转速降落为 ，01602pn sn s n ωπ∆== （1—5） 在式（1—2）中所表示的机械特性近似直线段上。
重庆文理学院电子电气工程学院专业课程设计论文题目转速开环恒压频比控制的交流异步电动机调速系统专业电气工程与自动化姓名班级学号2011年月日转速开环恒压频比控制的交流异步电动机调速系统转速开环恒压频比控制的交流异步电动机调速系统摘要：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。
由于在调速是转差功率不随转速而变化，调速范围宽，无论高速还是低速是效率都较高，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. 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。
文章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22008级电气工程与自动化专业课程设计论文3 1引言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。
由于在调速是转差功率不随转速而变化，调速范围宽，无论高速还是低速是效率都较高，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. 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。
异步电机几种主要控制方法的对比分析近些年来，随着电力电子、计算机控制以及矢量控制等技术的不断发展，交流调速获得了巨大的技术支持，交流调速系统已经取代了直流调速系统。
交流异步电机调速控制系统大致可分为两大类，一类是标量控制系统，主要是变频调速系统，包括恒压频比控制（V/F 控制）和转差频率控制。
另一类是矢量控制系统，包括转子磁场定向矢量控制（VC ）、转差频率矢量控制、直接转矩控制（DTC ）和无速度传感器矢量控制。
1 标量控制1.1 恒压频比控制( V/F)交流异步电机调速时，总是希望保持每极磁通量m Φ为额定值不变，这样铁芯才能工作在最经济状态。
电源频率和电机极对数决定异步电动机的同步转速，即在改变电源频率时，可以改变电机的同步转速，这时只有控制电源电压与变化的频率的比值为恒定( V/F 恒定) ，才能确保电动机的磁通m Φ基本恒定。
电动机定子的感应电动势：m N111K 44.4Φ=N f E g （1）式中Eg —气隙磁通在定子每相绕组中感应电动势有效值;1f —电源频率; 1N —定子每相绕组串联匝数; 1N K —基波绕组系数; m Φ—每极气隙磁通量。
由式(1)可知，在控制电动机频率时，保持1/f E g 1恒定，就可以维持磁通恒定。
有三种不同方式的电压—频率协调控制。
(1) 恒压频比=11/f U 控制,1U 为定子端电压，这种方式最容易实现，能够满足一般调速要求，其缺点是低速带载能力差，需要对定子压降进行补偿。
(2) 恒1/f E g 控制，g E 是气隙磁通在定子每相绕组中感应电动势，它以对恒压频比实行电压补偿为目标，稳态调速性能优于恒压频比11/f U 控制。
这种控制方式的缺点是机械特性非线性，产生转矩的能力不强。
(3) 恒1/f E r 控制，r E 是气隙磁通在转子每相绕组中感应电动势，这种控制方式可以得到和直流励电动机一样的机械特性，从而使高性能调速得以实现。
但是它的控制系统比较复杂。
《电力拖动自动控制系统》教学大纲《电力拖动自动控制系统》教学大纲英文名称：Automatic Control System for Electric Drive 课程编码：D***** 课内教学时数：48 学分：3适用专业：电气工程及其自动化开课单位：机械与电子工程系制定（或修订）时间：20XX年9月一、课程性质与任务本课程是电气工程及其自动化专业主干课程之一，电力电子与电力传动专业方向课程。
通过本课程的学习，应掌握电力拖动自动控制系统的基本知识、掌握交直流电机典型自动控制系统的工作原理及运用。
培养学生解决实际问题的能力,为今后从事电气工程及其自动化有关的专业工作打下基础。
二、课程教学内容的基本要求、重点和难点第一章闭环控制的直流调速系统㈠基本要求：了解闭环控制的直流调速系统的工作原理㈡教学重点：反馈控制闭环调速系统的稳态、动态分析和设计㈢教学难点：无静差调速系统和积分、比例积分控制规律㈣教学内容1、直流调速系统用的可控直流电源2、晶闸管-电动机系统的特殊问题3、反馈控制闭环调速系统的稳态分析和设计4、反馈控制闭环调速系统的动态分析和设计5、无静差调速系统和积分、比例积分控制规律6、电压反馈电流补偿控制的调速系统第二章多环控制的直流调速系统㈠基本要求：让学生熟悉掌握转速、电流双闭环调速系统的静特性、系统各变量的稳态工作点和稳态参数计算㈡教学重点：双闭环系统电路特点、如何实现转速无静差㈢教学难点：调节器的工程设计方法、三环调速系统㈣教学内容：1、转速、电流双闭环调速系统及其静特性2、双闭环调速系统的动态性能3、调节器的工程设计方法4、按工程设计方法设计双闭环系统5、转速超调的抑制――转速微分负反馈6、三环调速系统7、弱磁控制的直流调速系统第三章可逆调速系统㈠基本要求：让学生了解可逆调节系统的不同整流装置㈡教学重点：晶闸管-电动机系统的可逆线路、晶闸管-电动机系统的回馈制动㈢教学难点：有环流可逆调速系统、无环流可逆调速系统㈣教学内容：1、晶闸管-电动机系统的可逆线路2、晶闸管-电动机系统的回馈制动3、两组晶闸管可逆线路中的环流4、有环流可逆调速系统5、无环流可逆调速系统第四章直流脉宽调速系统㈠基本要求：要求学生对调速系统能运用自如㈡教学重点：脉宽调速系统的开环机械特性、脉宽调速系统的控制电路㈢教学难点：晶体管脉宽调速系统的特殊问题㈣教学内容1 脉宽调制变换器2 脉宽调速系统的开环机械特性3 脉宽调速系统的控制电路4晶体管脉宽调速系统的特殊问题第五章位置随动系统㈠基本要求：了解位置随动系统的概念㈡教学重点：位置随动系统概述㈢教学难点：位置随动系统概述㈣教学内容：1、位置随动系统概述2、位置信号的检测3、自整角机位置随动系统及其设计第六章交流调速的基本类型和交流变压调速系统㈠基本要求：使学生在掌握了交直流调速系统的基本组成原理的同时并能掌握结合工程实际，根据生产设备所提出的技术指标组成，选择控制系统结构的思路和方法㈡教学重点：交流调速的基本类型、闭环控制的交流变压调速系统――一种转动差功率消耗型调速系统㈢教学难点：交流调速的基本类型、闭环控制的交流变压调速系统――一种转动差功率消耗型调速系统㈣教学内容：1、交流调速的基本类型2、闭环控制的交流变压调速系统――一种转动差功率消耗型调速系统第七章异步电动机变压变频调速系统㈠基本要求：要求学生掌握异步电动机变压变频调速系统的各种调速方法㈡教学重点：异步电动机电压、频率协调控制的稳态机械特性转速开环、恒压频比控制的变频调速系统、转速闭环、转差频率控制的变频调速系统㈢教学难点：转速开环、恒压频比控制的变频调速系统、转速闭环、转差频率控制的变频调速系统㈣教学内容：1 变频调速的基本控制方式2 静止式变频装置3 正弦波脉宽调制逆变器4异步电动机电压、频率协调控制的稳态机械特性5 转速开环、恒压频比控制的变频调速系统 6 转速闭环、转差频率控制的变频调速系统7 异步电动机的多变理数学模型和坐标变换8矢量控制的变频调速系统第八章绕线转子异步电动机串级调速系统――转差功率回馈型的调速系统㈠基本要求：认识了解串级调速系统的原理及其应用㈡教学重点：串级调速系统性能的讨论、异步电动机在串级调速工作时的机械特征㈢教学难点：具有双闭环控制的串级调速系统、超同步串级调速系统㈣教学内容：1 串级调速原理及其基本类型2 串级调速系统性能的讨论3 异步电动机在串级调速工作时的机械特征4 具有双闭环控制的串级调速系统5 超同步串级调速系统6 串级调速系统的几个特殊问题第九章同步电动机的变频调速系统㈠基本要求：了解电动机的不同调速系统㈡教学重点：同步电动机的变频调速㈢教学难点：同步电动机的变频调速㈣教学内容:1、同步电动机的变频调速2、他控变频同步电动机调速系统和矢量调速系统3、自控变频同步电动机（无换向器电动机）调速系统三、课程学时分配四、本课程的特点及教法、学法建议电力拖动自动控制系统是一门知识综合性强、内容覆盖宽的课程。
选择题一、1．当理想空载转速no一定时，机械特性越硬，静差率S＿＿＿。
A．越小B．越大C．不变D．可以任意确定2．当系统的机械特性硬度一定时，如要求的静差率S越小，调速范围D＿＿＿。
A．越大B．越小 C.不变D．可大可小3．晶闸管一电动机系统的主回路电流断续时，开环机械特性＿＿＿。
A．变软B．变硬C．不变D．变软或变硬4．在转速负反馈系统中，闭环系统的静态转速降减为开环系统静态转速降的＿＿＿倍。
A．1+K B。
l+2K C．1／(1+2K) D．1／(1+K)5．转速负反馈调速系统对检测反馈元件和给定电压造成的转速扰动＿＿＿补偿能力。
A．没有B．有C．对前者有补偿能力，对后者无D．对前者无补偿能力，对后者有6．调速系统的调速范围和静差率这两个指标＿＿＿。
A．互不相关B．相互制约C．相互补充D．相互平等7.调试时，若将比例积分(PI)调节器的反馈电容短接，则该调节器将成为( )A.比例调节器B.积分调节器C.比例微分调节器D.比例积分微分调节器8．调速系统的静差率一般是指系统在（）时的静差率。
A、高速时B、低速时 C 、额定转速时9无静差调速系统中必须有（）。
A、积分调节器B、比例调节器C、微分调节器10.转速负反馈有静差调速系统中，当负载增加以后，转速要下降，系统自动调速以后，可以使电动机的转速（）。
A、等于原来的转速B、低于原来的转速C、高于原来的转速D、以恒转速旋转11.转速负反馈调速系统对检测反馈元件和给定电压所造成的转速降（）。
A、没有补偿能力B、有补偿能力C、对前者有补偿能力，对后者无补偿能力二、1．速度、电流双闭环调速系统，在突加给定电压起动过程中第1、2阶段，速度调节器处于＿＿＿状态。
A。
调节B．零C．截止D．饱和2．双闭环调速系统包括电流环和速度环，其中两环之间关系是＿＿＿。
A．电流环为内环，速度环为外环B．电流环为外环，速度环为内环C．电流环为内环，速度环也为内环 D..电流环为外环，速度环也为外环3．在转速、电流双闭环调速系统调试中，当转速给定电压增加到额定给定值，而电动机转速低于所要求的额定值，此时应＿＿＿。
一、单项选择题1.只能实现有级调速调速方式为（ C ）2.调速系统的静差率指标，应以（ D ）3.某直流调速系统电动机额定转速nN=1430r/min，额定速降ΔnN=115r/min，当要求静差率s≤30%时，允许的调速范围是（ C ）4.对自动调速系统来说，主要的扰动量是（B）5.如果要改变双闭环无静差V-M系统的转速，可调节（ C ）6.转速电流双闭环调速系统在稳态工作点上时，控制电压不取决于（D）7.不是跟随性能指标是（D ）8.在转速电流双闭环调速系统中，选用了典型I型系统，是因为电流环（ A ）9.两组晶闸管装置反并联的可逆V-M系统在一定控制角下稳定工作时出现的环流叫做（A ）10.在配合无环流可逆系统中，可采用配合控制的触发移相方法对其进行控制，但需将两组晶闸管装置的触发脉冲的初始相位都整定在（C ）11.在两组晶闸管反并联的可逆V-M系统中，当正组的控制角小于反组的逆变角时，将会产生（B ）12.交-直-交PWM变压变频器中，逆变器起作用是（A ）13.当交流电动机由常规的六拍阶梯波逆变器供电时，磁链轨迹是一个（A ）14.不是异步电动机动态数学模型的特点为（B ）15.不是直接转矩控制的特点为（A ）16.采用旋转编码器的数字测速方法不包括（D ）17.交流电动机带恒转矩负载作调压调速时，其转差功率与转差率（ A ）18.在低频输出时采用异步调制方式，高频输出时切换到同步调制方式为（ D ）19.不是异步电动机动态数学模型的特点。
（D ）20.电流跟踪PWM控制时，当环宽选得较大时（ A ）21.只能实现有级调速调速方式为（ C ）22.调速系统的静差率指标，应以（ D ）23.某直流调速系统电动机额定转速n N=1430r/min，额定速降Δn N=115r/min，当要求静差率s≤30%时，允许的调速范围是（ C ）24.对自动调速系统来说，主要的扰动量是（B）25.如果要改变双闭环无静差V-M系统的转速，可调节（ C ）26.转速电流双闭环调速系统在稳态工作点上时，控制电压不取决于（B ）27.不是跟随性能指标是（ D ）28.在转速电流双闭环调速系统中，选用了典型I型系统，是因为电流环（ A ）29.两组晶闸管装置反并联的可逆V-M系统在一定控制角下稳定工作时出现的环流叫做（A ）30.在配合无环流可逆系统中，可采用配合控制的触发移相方法对其进行控制，但需将两组晶闸管装置的触发脉冲的初始相位都整定在（ C ）31.不适合使用矢量控制方式是（ B ）32.PMW变压变频器，通过它可同时调节电压和频率，其可控的是（B ）。
《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。
第六、七、八章 习题解答(参考)6-1 简述恒压频比控制方式.解答:根据变压器公式Sg 1s N m 444==s V E .f N k Φ,在忽略定子阻抗压降的前提下,电机的相电压与定子频率和磁通的乘积成正比.控制电压与定子频率之比例恒定不变,就可保证磁通不变.基速以下,保持磁通为额定值不变,可以充分地利用电机的最大转矩.而磁通过大,会使电机磁路饱和,励磁电流过大,铁损增大,铁心过热甚至烧毁电机.恒压频比控制包括三段:低频段:(0-5Hz)电压补偿.中频段(5-50Hz)恒压频比;基频以上(50-75)恒定电压控制.由于恒压频比控制方式依据的是电路的稳态方程,所以动态性能不理想.即给定信号如转速即定子频率必须由给定积分器施加.也就是转差频率不能太大,否则,电机会出现停转的现象.由于系统本身没有自动限制起制动电流的作用，因此，频定设定信号必须通过给定积分算法产生平缓升速或降速信号，升速和降速的积分时间可以根据负载需要由操作人员分别选择。
6-2 简述异步电动机下面四种不同的电压-频率协调控制时的机械特性并进行比较: 1 恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性;2 基频以下电压-频率协调控制时异步电动机的机械特性3 基频以上恒压变频时异步电动机的机械特性解 实际应用中,不仅要求调节转速,还要求调速系统具有优良的机械特性. 1 正弦波供电恒压恒频2'lr ls 2122'r s 'r 121s p e )()(3L L s R sR R s U n T +++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=ωωω异步电动机的机械特性分为两段, 即在最大转差率时对应最大的转矩.S 很小时, s R s U n T ∝⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛≈'r 121s p e 3ωω.大于最大转差率时,电机存在负阻性,易于产生不稳定.S 接近1时, s L L R s R U n T 1])([32'lrls 212s 'r 121s p e ∝++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛≈ωωωeT emax n n n n 0n 0n 0n而在小于最大转差率时,电机存在正阻性,机械特性如同直流电动机,易于稳定运行. 而最大转矩与电压成正比2 恒压频比基频以下时,机械特性同正弦波恒压恒频供电时的机械特性相似.机械特性曲线基本平行.但最大转矩随转差角频率的降低而减小,即低速时最大转矩减小.因此低频即低速时,电机带载能力减弱.初始起动转矩很小,须适当抬高电压,增大转矩.3 基频以上恒压变频时,将迫使磁通随频率上升而减弱.相当于直流电动机弱磁升速.能保持电磁功率基本不变,为恒功率控制.最大转矩与频率成反比,即随着转速的上升,最大转矩减小. 6-3 如何区别交-直-交变压变频器是电压源变频器还是电流源变频器?它们在性能上有什么差异?解答:电压源型变频器和电流源型变频器的区别在于缓冲单元.如果直流电源串入电抗器进入逆变器,则因电抗器具有维持动态电流不变的性质,称为电流源型.如果直流电源并联电容器进入逆变器,则电容器具有维持动态电压不变的性质,称电压源型.电源源型变频器只有在交流电压峰值才能电容充电,而在低于电容电压时,电流为零,会在电网上产生谐波,为抑制谐波,常在电网和变频器之间加一个进线电抗器.由于电容量很大,合闸时会产生很大的充电电流,因此,为限制充电电流,常采用限流电阻和延时开关组成的预充电电路对电容进行充电.二极管整流不能再生制动.制动时,整流桥和逆变器都处于整流状态,电机机进入发电状态,都向电容充电,会引起泵升电压,此时,可检测电压值,当其上升到一定值时,控制开通功率管接通制动电阻,就可旅行能耗制动.电流源型过去曾用得较多.但现已很少应用.大多采用电压源型.而电压源型PWM 控制逆变器时,由于电压变化率大,会影响电机绕组的绝缘甚至导致轴损坏.6-5 采用二极管不控整流器和功率开关器件脉宽调制(PWM)逆变器组成的交直交变频器有什么优点?电压源型变频器的优点:1）只有逆变单元可控，通过它同时调节电压和频率，结构简单。
实验四异步电动机变频调速系统（一）转速开环恒压频比控制变频调速系统实验一．实验目的1.通过实验掌握转速开环恒压频比控制调速系统的组成及工作原理。
2.掌握V/F控制方式下，选取不同的模式电机的静特性差异。
二．实验数据及分析转速开环恒压频比控制静特性n（r/min）1475 1488 1501 1511 1525 1543Ia(A) 2.5 2.2 2.0 1.9 1.8 1.7T(N.m) 100% 83.9% 68.1% 54.6% 37.4% 15%n（r/min）902 916 931 945 953 966Ia(A) 2.3 2.1 1.9 1.7 1.7 1.6T(N.m) 100% 82.7% 64.0% 46.4% 33.6% 16.5%n（r/min）475 488 495 508 518 528 Ia(A) 1.9 1.7 1.6 1.6 1.5 1.5T(N.m) 85% 69.2% 56.1% 45.1% 28.0% 21.7%n（r/min）472 485 495 506 508 525 Ia(A) 2.0 1.8 1.7 1.7 1.6 1.6T(N.m) 62.5% 50.5% 39.2% 27.4% 20.8% 3.6%三．思考题1.说明转速开环恒压频比控制静特性特点答：其他条件相同，转速与频率大致成正比；频率一样时，转速越高，带动转矩能力越差。
2.说明低频补偿对系统静特性的影响。
答：由于临界转矩随f减小而减小，f较低时，电动机负载能力较弱。
低频补偿可以增强系统负载能力，同转速时有低频补偿情况T较小。
3.说明载波频率的大小对电机运行影响答：低频时转矩大，噪音小，但此时主元器件开关损耗大，整机发热较多，效率下降。
高频时转矩变小，电流输出波形比较理想。
（二）异步电动机带速度传感器矢量控制系统实验一．实验目的1.通过实验掌握异步电动机带速度传感器矢量控制系统的组成及工作原理；2.掌握异步电动机带速度传感器矢量控制系统静、动特性。
转速开环恒压频比控制的交流异步电动机调速系统仿真一：课题背景：随着时间经济的不算发展，科学技术的不断提高，充分有效的利用能源已成为紧迫的问题，为了寻求高效可用的能源，各个国家都投入大量的人力和财力，进行不懈的努力研究。
就目前而言，电能是全世界消耗最多的能源之一，同时也是浪费最多的能源之一，为解决能源问题先从电能着手，其中其代表性的就是电机的控制。
电机是一种将电能转换成机械能的设备，它的用途非常广泛，在现代社会生活中随处可见电机的身影，在发达国家中生产的总电能有一半以上用于电机的能量转换，而这些电机转动系统当中的90%左右又是交流异步电动机。
在国内，电机的总装机容量已达4亿千瓦，年耗电量达6000亿千瓦时，约占工业耗电量的80%，并且使用中的电机绝大部风还是中小型异步电机，加之设备的陈旧，管理、控制技术跟不上，所浪费的电能甚多。
能源工业作为国名经济的基础，对于社会、经济的发展和人民生活水平的提高都起着极为重要的作用，在高速增长的经济条件下，我国能源工业面临着经济增长与环境保护的双重压力。
有资料表明，的、受资金、技术能源价格的影响，我国能源利用效率比发达国家低很多。
为此，国家十五计划中，在电机系统节能方面投入的资金高达500亿元左右，由此可见，在我国异步电动机的变频调速系统将有着巨大的市场潜能。
二：仿真原理转速开环恒压频比控制室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，恒压频比的转速开环工作方式能满足大多数场合交流异步电动机调速控制的要求，并且使用更方便，是通用变频器的基本方式。
采用恒压频比控制，在基频以下的调速过程中可以保持电动机气隙磁通基本不变，在恒定负载情况下（恒转矩），电动机在变频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。
但是如果频率较低，定子阻抗压降所占的比重较大，电动机就很难保持气隙磁通不变，电动机的最大转矩将所频率的下降而减小。
为了使电动机在低频低速时仍有较大的转矩，在低频时应适当提高钉子电压（低频电压补偿）使电动机在低频时仍有较大的转矩。
For personal use only in study and research; not for commercial use三：MATLAB介绍：MATLAB的含义是矩阵实验室（MATRIX LABORATORY），主要用于方便矩阵的存取，其基本元素是无须定义维数的矩阵。
MATLAB自问世以来,就是以数值计算称雄。
MATLAB进行数值计算的基本单位是复数数组（或称阵列），这使得MATLAB高度“向量化”。
经过十几年的完善和扩充，现已发展成为线性代数课程的标准工具。
由于它不需定义数组的维数，并给出矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数，使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域的问题时，显得大为简捷、高效、方便，这是其它高级语言所不能比拟的。
美国许多大学的实验室都安装有MATLAB 供学习和研究之用。
在那里,MATLAB 是攻读学位的大学生硕士生、博士生必须掌握的基本工具。
MATLAB 中包括了被称作工具箱（TOOLBOX ）的各类应用问题的求解工具。
工具箱实际上是对MATLAB 进行扩展应用的一系列MATLAB 函数（称为M 文件），它可用来求解各类学科的问题，包括信号处理、图象处理、控制系统辨识、神经网络等。
随着MATLAB 版本的不断升级，其所含的工具箱的功能也越来越丰富，因此，应用范围也越来越广泛，成为涉及数值分析的各类工程师不可不用的工具。
MATLAB5.3中包括了图形界面编辑GUI ，改变了以前单一的“在指令窗通过文本形的指令进行各种操作”的状况。
这可让使用者也可以象VB 、VC 、VJ 、DELPHI 等那样进行一般的可视化的程序编辑。
在命令窗口（matlab command window ）键入simulink ，就出现(SIMULINK) 窗口。
以往十分困难的系统仿真问题，用SIMULINK 只需拖动鼠标即可轻而易举地解决问题，这也是近来受到重视的原因所在。
在SIMULINK 的仿真过程中选择合适的算法是很重要的，仿真算法是要求常微分方程，传递函数，状态方程解的数值计算方法，这些方法主要有欧拉法，阿达姆斯法，这些算法都主要建立在泰勒级数的基础上。
欧拉法是最早出现的一种数值计算方法，它是数值计算的基础，它用矩形面积来近似积分计算，欧拉法比较简单，但精度不高，现在已经较少使用。
阿达姆斯法是偶拉法的改进，它用梯形面积近似积分算法，所以也称梯形法，梯形法计算每步都需要经过多次的迭代，计算量较大，采用预报-校正后迭代一次，计算量减少，但是计算时要用其他算法来计算计算开始的几步。
SIMULINK 汇集了各种求解常微分方程数值的方法，这些方法分为二大类，可变步长类算法和固定步长类的算法。
四： 异步电动机的恒压恒频调速原理分析异步电动机的变频调速系统基本控制方式是变压变频，在基频以下采用恒压频比带定子压降补偿的控制方式，基本上要保持磁通在各级转速上都为恒值。
可以通过研究这种控制方式下的稳态机械特性，来进一步研究电压和频率如何协调控制才能获得理想的稳态性能。
4.1恒压恒频时的电动机的机械特性当定子电压1U 和角频率1ω 都为恒定值时，异步电动机的机械特性方程可以改写为()()211222221121123''e p l l U s R T n sR R s L L ωωω⎛⎫= ⎪+++⎝⎭ （4—1）当s 很小的时候，可忽略分母中含s 各项，则211123'e p U s T n s R ωω⎛⎫≈∝ ⎪⎝⎭ （4—2） 当s 很小的时候，转矩近似与s 成正比，机械特性e T =f （s ）是一段直线；当s接近1时。
可忽略（4—2）式分母中的2'R 则()21122221111213'e p l l U R T n s s R L L ωωω⎛⎫≈∝ ⎪⎡⎤++⎝⎭⎣⎦ （4—3） 即s 接近1时，转矩近似与s 成反比，这时 e T =f （s ）是对称于原点的一段双曲线当 s 为以上两段的中间数值时，机械特性从直线过度到双曲线图 恒压频比的异步电动机的机械特性4.2 恒压频比控制下的机械特性异步电动机带载稳态运行时，由式（4—1）的()()21122222112112'3''l p l l U s R T n sR R s L L ωωω⎛⎫= ⎪+++⎝⎭ （4—4）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10602pn n ωπ= ()/m i n r （4—5） 因此带负载时的转速降落为 01602pn sn s n ωπ∆== ()/min r 在式（4—2）中所表示的机械特性近似直线段上。
可以导出21211'3e p R T s U n ωω≈⎛⎫ ⎪⎝⎭（4—6） 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 132e p U T n ω⎛⎫= ⎪⎝⎭ （4—7） 可见，max e T 是随着1ω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。
4.3 小结变频调速是最有发展前途的一种交流调速方式，长期以来,虽然变频调速性能优良，但由于缺乏理想的变频器而未获得广泛应用。
直到晶闸管及大功率晶体管等半导体电力开关问世以后，由于它们具有接近理想开关元件的性能 （通态压降小，断态阻抗大，开关时间短等），促使各种静止变频器得到了迅速的发展，并在工业上得到了推广应用。
特别是电力半导体器件制造工艺的成就并与电子技术相结合，促使变频装置向大容量.高性能的方向发展，在价格和性能上已可与直流拖动相媲美了。
国内亦有少量的产品间世，但由于元件制造水平低，价格较昂贵，加上技术上要求复杂，故限制了它的推广应用。
但是可以预期，随着生产与技术水平的提高，变频调速将在一些领域逐步取代直流调速系统。
目前主要在以下场合优先考虑采用变频调速：(1)多台电机同步拖动。
如辊道.化纤工业中的纺丝机等；(2)由于环境所限，必须采用封闭式鼠笼电动机且要求有较大调速范围的设备，如原子能及化工企业中的某些设备；(3)进行无齿轮传动的某些低速大容量设备，如球磨机.轧钢机等；(4)高速传动机械，如某些磨床，可以采用高频变频电源供电；(5)改造鼠笼式异步电动机拖动的风机.泵类机械，以节约能源；(6)大容量同步电动机的低频起动。
变频调速系统的核心环节是变频器。
目前常用的变频器有交—直一交变频器，交—交变频器以及PWM型变频器。
其中脉宽调制(PWM)型多重化电流型及交—交变频器有上升的趋势。
变频器所用的电力半导体器件正向着模块化.快速化.光控化.高耐压，大电流化，自关断化和高可靠性化方向发展;变频调速正向着高性能，高精度，大容量,微型化，数字化和理想化方向发展。
本章主要介绍了变频调速的基本控制方式，并通过不同规律进行电压，频率协调控制时的稳态机械特性，分析变频调速的原理。
五：恒压频比变频调速系统原理图图1压频比变频调速系统原理图恒压频比变频调速系统的基本原理结构如图1所示，统由升降速时间设定，u/f曲线，SPWM调制和驱动等环节组成。
其中升降速时间设定用来限制电动机的升频速度，避免转速上升过快而造成电流和转矩的冲击，起软启动控制的作用。
u/f曲线用于根据频率确定相应的电压，以保持压频比不变，并在低频时进行适当的电压补偿。
SPWM和驱动环节将根据频率和电压要求产生按正弦脉宽调制的驱动信号，控制控制逆变器以实现电动机的变压变频调速。
六：恒压频比变频调速系统的仿真模型图2恒压频比变频调速系统的仿真模型由图2知，从simulink库中找出各个模块，其中给定积分器GI中的Gain 设置参数为1e4，Saturation设置为-10——+10，取整模块设为round，仿真算法用Ode23tb，逆变器直流侧电压为514V，PWM发生器中的载波频率为1500Hz，仿真精度为1e-3。
