交流电机开闭环调压调速

实验三十三电机速度开环控制和闭环控制（自动控制理论—检测技术综合实验）一、实验原理1．直流电机速度的控制直流电机的速度控制可以采用电枢回路电压控制、励磁回路电流控制和电枢回路串电阻控制三种基本方法。

三种控制方式中，电枢电压控制方法应用最广，它用于额定转速以下的调速，而且效率较高。

本实验采用电枢控制方式，如图33-1 所示。

本实验装置为一套小功率直流电机机组装置。

连接于被控制电机的输出轴的是一台发电机，发电机输出端接电阻负载，调节电阻负载即可调节被控制电机的输出负载。

发电机输出电压E图33-1 直流电机速度的电枢控制方式兼作被控电机速度反馈电压。

2．开环控制和闭环控制由自动控制理论分析可知，负载的存在相当于在控制系统中加入了扰动。

扰动会导致输出（电机速度）偏离希望值。

闭环控制能有效地抑制扰动，稳定控制系统的输出。

闭环控制原理方框图如图33-2。

当积分环节串联在扰动作用的反馈通道（即扰动作用点之前）时，即成为针对阶跃扰动时的I 型系统，能消除阶跃信号扰动。

图33-2 直流电机速度的闭环控制原理方框图采用积分环节虽然能一定程度上消除系统的稳态误差，但是却对系统的动态性能（超调量、响应时间）和稳定性产生不利影响。

因此需要配合进行控制器的设计和校正（采用根轨迹设计方法或频域设计方法）。

此外，在扰动可以测量的情况下，采用顺馈控制也能有效地对扰动引起的跟踪误差 进行补偿，减轻反馈系统的负担，见图 33-3。

cDREG 1 G C图 33-3 反馈＋顺馈控制方式消除扰动引起的误差式中： G 1= G 1 (s ) 为控制器传递函数，也是扰动输入时的反馈通道传递函数；G 2 = G 2 (s ) 为被控对象（本实验中即被控直流电机）的传递函数； G c = G c (s ) 为顺馈控制通道传递函数； R 为指令输入，即希望的电机速度；C 为输出被控量，即被控电机的输出速度； E 为系统的稳态误差；D 为系统的扰动输入，即电机的负载。

电机调速方法一、引言电机是现代工业生产中不可或缺的重要设备，其调速方法也是工艺流程中至关重要的一环。

电机调速方法有多种，本文将介绍常见的电机调速方法及其具体实现步骤。

二、直流电机调速方法1. 电压控制法该方法是通过改变电机的供电电压来实现调速的。

具体步骤如下：（1）将直流电源接入到直流电机上。

（2）通过变压器或稳压器等设备来改变供电电压。

（3）当提高供电电压时，直流电机转速会随之增加；反之，当降低供电电压时，直流电机转速也会随之降低。

2. 串联型可控硅调速法该方法是通过改变可控硅导通角度来实现调速的。

具体步骤如下：（1）将可控硅串联到直流电源和直流马达之间。

（2）通过改变可控硅导通角度来改变马达输入功率大小，从而实现马达转速的调整。

3. 直接转矩控制法该方法是通过改变马达输入磁通量大小来实现调速的。

具体步骤如下：（1）将直流电源接入到直流马达上。

（2）通过改变马达输入磁通量大小来改变马达输出转矩大小，从而实现马达转速的调整。

三、交流电机调速方法1. 变频调速法该方法是通过改变交流电机输入频率来实现调速的。

具体步骤如下：（1）将交流电源接入到变频器上。

（2）通过变频器来改变输入电源频率，从而实现交流电机转速的调整。

2. 软启动调速法该方法是通过控制交流电机启动时间和加速度来实现调速的。

具体步骤如下：（1）将软启动器接入到交流电机上。

（2）通过软启动器来控制电机启动时间和加速度，从而实现交流电机转速的调整。

3. 闭环控制法该方法是通过传感器来监测交流电机输出状态，然后根据监测结果进行反馈控制来实现调速的。

具体步骤如下：（1）将传感器接入到交流电机上。

（2）通过传感器监测交流电机输出状态，并将监测结果反馈给控制系统。

（3）根据反馈结果进行闭环控制，从而实现交流电机转速的调整。

四、总结以上介绍了常见的电机调速方法及其具体实现步骤，通过掌握这些方法，可以更好地应对工业生产中的各种情况。

在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的调速方法，并且在操作过程中要注意安全，避免发生意外事故。

电机驱动相关知识点
电机驱动是指通过控制电机的旋转来实现机械运动的技术。

以下是一些关于电机驱动的基本知识点：
1. 电机类型：常见的电机类型包括直流电机、交流异步电机、交流同步电机和步进电机等。

每种类型的电机都有其独特的特性和应用领域。

2. 驱动方式：电机可以通过不同的方式进行驱动，如直流电驱动、交流电驱动、脉宽调制（PWM）驱动等。

驱动方式的选择取决于电机类型和具体应用需求。

3. 控制方法：电机的控制方法包括开环控制和闭环控制。

开环控制是指根据预设的控制信号来控制电机的运行，而闭环控制则通过反馈机制对电机的运行进行实时调整，以实现更精确的控制。

4. 速度控制：电机的速度控制可以通过调整供电电压、频率或脉宽来实现。

常用的速度控制方法包括调压调速、变频调速和PWM 调速等。

5. 转矩控制：除了速度控制，电机还可以进行转矩控制，即控制电机输出的转矩大小。

转矩控制在一些应用中非常重要，如工业机器人、电动工具等。

6. 保护功能：为了保护电机和相关设备，电机驱动系统通常具备过流保护、过压保护、过热保护等功能，以防止电机在异常情况下受到损坏。

7. 驱动器：电机驱动器是实现电机驱动控制的关键设备，它将控制信号转换为适合电机运行的电信号，并提供必要的保护和调节功能。

交流电动机调速方法
交流电动机调速方法有多种，以下是常见的几种方法：
1. 变频调速：通过调节电动机供电频率，改变电动机转速来实现调速。

变频器可以根据负载情况和工艺要求，自动调整输出频率，从而控制电动机的转速。

2. 阻抗调速：通过改变电动机回路的阻抗，来改变电动机的转速。

常用的方法有电阻调速、自耦变压器调速和感性电压调速等。

3. 矢量控制：利用矢量控制技术，通过改变电动机的电流和电压矢量，来实现对电动机转速的控制。

矢量控制可以实现高精度、高动态性能的调速效果。

4. 直接转矩控制：通过测量电动机的转子位置和转子电流，直接计算出电机的转矩，从而实现对电机转速的控制。

直接转矩控制具有响应速度快、控制精度高的特点。

5. 恒定电压调速：在给电动机供电时保持恒定的电压，通过改变电动机的绕组电阻或连接不同的绕组，来改变电动机的转速。

选择适合的调速方法需要考虑到具体的应用场景、负载要求和经济效益等因素。

在实际应用中，可以根据需要采用单一的调速方法，也可以结合多种调速方法进行组合使用，以达到更好的调速效果。

交流电机的调速方法
第一种是电压调速方法。

电压调速是通过调节交流电机的输入电压来
改变其转速的一种方法。

调节电压可以采用变压器调节、自耦变压器调节、稳压变压器调节、调压电路调节等方式。

通过调节电压，可以控制交流电
机的转速。

电压调速方法简单易行，且调速范围大，但是调速精度低，对
负载扰动响应能力弱。

第二种是频率调速方法。

频率调速是通过改变交流电机的供电频率来
调节其转速的一种方法。

常见的频率调速器有变频器、双脉冲调制器、磁
流管调控器等。

频率调速方法调速范围广，调速精度高，且对负载扰动响
应能力强。

但是频率调速设备成本较高，对电源质量要求较高，且一般只
适用于中小功率交流电机。

第三种是转子电流调速方法。

转子电流调速是通过改变交流电机的转
子电流来实现调速的一种方法。

常见的转子电流调速器有可控硅整流调速器、直流励磁调速器等。

转子电流调速方法调速范围广，调速精度高，对
负载扰动响应能力强，且具有较好的过载能力。

但是转子电流调速设备复杂，成本较高。

除了以上三种方法外，还有一些特殊的调速方法，如电势势能调速法、换瓦势矩调速法、闭环向前调速法等。

这些调速方法利用一些特殊的物理
效应来实现电机的调速。

总结起来，交流电机的调速方法包括电压调速、频率调速和转子电流
调速三种方法。

各种方法各有优缺点，适合不同的应用场景。

在选择调速
器时，需要根据实际需求进行综合考虑，选择最适合的调速方法。

交流电动机变频调速控制方案（１）开环控制（2）无速度传感器的矢量控制（3）带速度传感器矢量控制（ 4）永磁同步电动机开环控制6-12、试分析三相SPWM的控制原理。

在PWM型逆变电路中，使用最多的是图6-43a的三相桥式逆变电路，其控制方式一般都采用双极性方式。

U、V和W三相的PWM控制通常公用一个三角波载波uc，三相调制信号U ru , U rv 和, U rw的相位依次相差1200。

U、V和W各相功率开关器件的控制规律相同，现以U 相为例来说明。

当Uru > uc时，给上桥臂晶体管V1以导通信号，给下桥臂晶体管V4以关断信号，则U相相对于直流电源假想中点N’的输出电压UUN’= Ud/2。

当Uru < uc时，给V4以导通信号，给V1以关断信号，则UUN’=Ud／2。

V1和V4的驱动信号始终是互补的。

当给V1（V4）加导通信号时，可能是V1（V4）导通，也可能二极管VD1（VD4）续流导通，这要由感性负载中原来电流的方向和大小来决定，和单相桥式逆变电路双极性SPWM控制时的情况相同。

V相和W相的控制方式和U相相同。

UUN’、 UVN’和Uwn’的波形如图6-43b 所示。

可以看出，这些波形都只有±Ud两种电平。

像这种逆变电路相电压（uUN’、uVN’和uWN’）只能输出两种电平的三相桥式电路无法实现单极性控制。

图中线电压UUV的波形可由UUN’― UVN’得出。

可以看出，当臂1和6导通时，UUV = Ud，当臂3和4导通时，UUV =―Ud，当臂1和3或4和6导通时，Uuv=0，因此逆变器输出线电压由+Ud、-Ud、0三种电平构成。

负载相电压UUN可由下式求得（6-18）从图中可以看出，它由（±2/3）Ud，（±1/3）Ud和0共5种电平组成。

(a) (b)图6-43三相SPWM逆变电路及波形在双极性SPWM控制方式中，同一相上下两个臂的驱动信号都是互补的。

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1-1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。

给左转子bII加电卩 1.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 = SR 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。

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。

交流与直流电机调速方法分类原理优缺点应用三相交流电机调速有哪些方法1 变极调速.2变频调速.3变转差率调速...三相交流电机有很多种。

1.普通三相鼠笼式。

这种电机只能通过变频器改变电源频率和电压调速（F/U)。

2.三相绕线式电机，可以通过改变串接在转子线圈上的电阻改变电机的机械特性达到调速的目的。

这种方式常用在吊车上。

长时间工作大功率的绕线式电机调速不用电阻串接，因为电阻会消耗大量的电能。

通常是串可控硅，通过控制可控硅的导通角控制电流。

相当于改变回路中的电阻达到同上效果。

转子的电能经可控硅组整流后，再逆变送回电网。

这种方式称为串级调速。

配上好的调速控制柜，据说可以和直流电机调速相比美。

3.多极电机。

这种电机有一组或多组绕组。

通过改变接在接线合中的绕组引线接法，改变电机极数调速。

最常见的4/2极电机用（角/双Y)接。

4.三相整流子电机。

这是一种很老式的调速电机，现在很用了。

这种电机结构复杂，它的转子和直流电机转子差不多，也有换向器，和电刷。

通过机械机构改变电刷相对位置，改变转子组绕组的电动势改变电流而调速。

这种电机用的是三相流电，但是，严格上来说，其实它是直流机。

原理是有点象串砺直流机。

5.滑差调速器。

这种方式其实不是改变电机转速。

而是改变和是电机轴相连的滑差离合器的离合度，改变离合器输出轴的转速来调速的。

还有如，硅油离合器，磁粉离合器，等等，一此离合机械装置和三相电机配套，用来调速的方式。

严格上来说不算是三相电机的调还方式。

但是很多教材常常把它们算作调速方式和一种。

直流电机的调速方法一是调节电枢电压，二是调节励磁电流，而常见的微型直流电机，其磁场都是固定的，不可调的永磁体，所以只好调节电枢电压，要说有那几种调节电枢电压方法，常用的一是可控硅调压法，再就是脉宽调制法(PWM)。

PWM的H型属于调压调速。

PWM的H桥只能实现大功率调速。

国内的超大功率调速还要依靠可控硅实现可控整流来实现直流电机的调压调速。

交流变频调速基本原理一．异步电动机概述1．异步电动机旋转原理异步电动机的电磁转矩是由定子主磁通和转子电流相互作用产生的。

⑴磁场以n0转速顺时针旋转，转子绕组切割磁力线，产生转子电流⑵通电的转子绕组相对磁场运动，产生电磁力⑶电磁力使转子绕组以转速n旋转，方向与磁场旋转方向相同2．旋转磁场的产生旋转磁场实际上是三个交变磁场合成的结果。

这三个交变磁场应满足：⑴在空间位置上互差2π/3 rad电度角。

这一点，由定子三相绕组的布置来保证⑵在时间上互差2π/3 rad相位角（或1/3周期）。

这一点，由通入的三相交变电流来保证3．电动机转速产生转子电流的必要条件是转子绕组切割定子磁场的磁力线。

因此，转子的转速n必须低于定子磁场的转速n0，两者之差称为转差：Δn＝n0－n转差与定子磁场转速（常称为同步转速）之比，称为转差率：s＝Δn / n0同步转速n0由下式决定：n0＝60 f / p式中，f为输入电流的频率，p为旋转磁场的极对数。

由此可得转子的转速n＝60 f（1－s）/ p二．异步电动机调速由转速n＝60 f（1－s）/ p可知异步电动机调速有以下几方法：1．改变磁极对数p （变极调速）定子磁场的极对数取决于定子绕组的结构。

所以，要改变p，必须将定子绕组制为可以换接成两种磁极对数的特殊形式。

通常一套绕组只能换接成两种磁极对数。

变极调速的主要优点是设备简单、操作方便、机械特性较硬、效率高、既适用于恒转矩调速，又适用于恒功率调速；其缺点是有极调速，且极数有限，因而只适用于不需平滑调速的场合。

2．改变转差率s （变转差率调速）以改变转差率为目的调速方法有：定子调压调速、转子变电阻调速、电磁转差离合器调速、串极调速等。

⑴定子调压调速当负载转矩一定时，随着电机定子电压的降低，主磁通减少，转子感应电动势减少，转子电流减少，转子受到的电磁力减少，转差率s增大，转速减小，从而达到速度调节的目；同理，定子电压升高，转速增加。

交直流调速知识点总结一、交直流调速概述交直流调速是指通过调节电机的电压、电流、频率等参数来实现电机的转速调节。

电机调速的目的是根据工艺需要，调节电机的转速，以满足不同的工作要求。

在工业生产中，电机调速是非常常见的一种操作，不同的场景需要不同的调速方式和调速原理。

二、交直流调速的主要原理1. 直流电机调速原理直流电机调速主要通过改变电机的电压和电流来实现。

常见的直流电机调速方法有电阻调速、串联励磁调速、分段励磁调速、变压器调速和外加电压调速等。

其中，电阻调速是通过改变电机的电阻来改变电机的转矩，从而实现调速。

而串联励磁调速是通过改变电机励磁电流的大小来改变电机的转矩和转速。

2. 交流电机调速原理交流电机调速主要通过改变电机的供电频率和电压来实现。

常见的交流电机调速方法有电压调制调速、变频调速和双频调速等。

其中，电压调制调速是通过改变电压的大小和形状来控制电机的转速，而变频调速则是通过改变电源的频率来控制电机的转速。

三、交直流调速的常见控制方式1. 直流电机调速控制方式直流电机调速的常见控制方式有开环控制和闭环控制两种。

开环控制通常使用电阻、变压器、电阻箱等来实现调速；而闭环控制则是通过反馈回路来实现，常见的控制器有PID控制器和PLC控制器等。

2. 交流电机调速控制方式交流电机调速的常见控制方式有电压调制控制和变频控制两种。

其中，电压调制控制是通过调节电网电压来控制电机的转速，而变频控制则是通过改变电源的频率来控制电机的转速。

四、交直流调速的应用场景1. 直流电机调速应用场景直流电机调速在工业生产中应用广泛，常见的应用场景有卷扬机、起重机、风机、泵等。

由于直流电机转速调节范围宽，转速稳定，故在需要频繁调速和精确控制转速的场景中应用较多。

2. 交流电机调速应用场景交流电机调速在工业生产中也有着广泛的应用，常见的应用场景有风机、水泵、离心机、输送机等。

由于交流电机调速系统成本低、效率高，故在需要大功率和长时间连续运转的场景中应用广泛。