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《自动控制元件及线路》课程实习报告异步电动机变频调速系统1.4.1 系统原理框图及各部分简介本文设计的交直交变频器由以下几部分组成，如图1.1所示。
图1.1 系统原理框图系统各组成部分简介：供电电源：电源部分因变频器输出功率的大小不同而异，小功率的多用单相220V，中大功率的采用三相380V电源。
因为本设计中采用中等容量的电动机，所以采用三相380V电源。
整流电路：整流部分将交流电变为脉动的直流电，必须加以滤波。
在本设计中采用三相不可控整流。
它可以使电网的功率因数接近1。
滤波电路：因在本设计中采用电压型变频器，所以采用电容滤波，中间的电容除了起滤波作用外，还在整流电路与逆变电路间起到去耦作用，消除干扰。
逆变电路：逆变部分将直流电逆变成我们需要的交流电。
在设计中采用三相桥逆变，开关器件选用全控型开关管IGBT。
电流电压检测：一般在中间直流端采集信号，作为过压，欠压，过流保护信号。
控制电路：采用8051单片机和SPWM波生成芯片SA4828，控制电路的主要功能是接受各种设定信息和指令，根据这些指令和设定信息形成驱动逆变器工作的信号。
这些信号经过光电隔离后去驱动开关管的关断。
1.4.2 变频器主电路方案的选定变频器最早的形式是用旋转发电机组作为可变频率电源，供给交流电动机。
随着电力半导体器件的发展，静止式的变频电源成为了变频器的主要形式。
静止式变频器从变换环节分为两大类：交-直-交变频器和交-交变频器。
1.交-交型变频器：它的功能是把一种频率的交流电直接变换成另一种频率可调电压的交流电（转换前后的相数相同），又称直接式变频器。
由于中间不经过直流环节，不需换流，故效率很高。
因而多用于低速大功率系统中，如回转窑、轧钢机等。
但这种控制方式决定了最高输出频率只能达到电源频率的1/3～1/2,所以不能高速运行。
2.交-直-交型变频器：交-直-交变频器是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再直流变换成频率电压可调的交流，又称间接变频器，交-直-交变频器是目前广泛应用的通用变频器。
第七章异步电动机动态模型调速系统内容提要:异步电动机具有非线性、强耦合、多变量的性质，要获得良好的调速性能，必须从动态模型出发，分析异步电动机的转矩和磁链控制规律，研究高性能异步电动机的调速方案。
矢量控制和直接转矩控制是两种基于动态模型的高性能的交流电动机调速系统，矢量控制系统通过矢量变换和按转子磁链定向，得到等效直流电动机模型，然后按照直流电动机模型设计控制系统；直接转矩控制系统利用转矩偏差和定子磁链幅值偏差的符号，根据当前定子磁链矢量所在的位置，直接选取合适的定子电压矢量，实施电磁转矩和定子磁链的控制。
两种交流电动机调速系统都能实现优良的静、动态性能，各有所长，也各有不足之处。
本章第8.1节首先导出异步电动机三相动态数学模型，并讨论其非线性、强耦合、多变量性质，然后利用坐标变换加以简化，得到两相旋转坐标系和两相静止坐标系上的数学模型。
第8.2节讨论按转子磁链定向的基本原理，定子电流励磁分量和转矩分量的解耦作用，讨论矢量控制系统的多种实现方案。
第8.3节介绍无速度传感器矢量控制系统及基于磁通观测的矢量控制系统。
第8.4节讨论定子电压矢量对转矩和定子磁链的控制作用，介绍基于定子磁链控制的直接转矩控制系统。
第8.5节对上述两类高性能的异步电动机调速系统进行比较，分析了各自的优、缺点。
第8.6节介绍直接转矩控制系统的应用实例。
8.1交流异步电动机动态数学模型和坐标变换基于稳态数学模型的异步电动机调速系统虽然能够在一定范围内实现平滑调速，但对于轧钢机、数控机床、机器人、载客电梯等动态性能高的对象，就不能完全适用了。
要实现高动态性能的调速系统和伺服系统，必须依据异步电动机的动态数学模型来设计系统。
8.1.1三相异步电动机数学模型在研究异步电动机数学模型时，常作如下的假设：（1）忽略空间谐波，设三相绕组对称，在空间中互差120°电角度，所产生的磁动势沿气隙按正弦规律分布；（2）忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是恒定的；（3）忽略铁心损耗；（4）不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响。
交流异步电动机变压变频调速系统设计与仿真异步电动机变压变频调速系统是一种常见的电动机调速系统，可以实现电动机转速的精确控制和调节。
本文将介绍异步电动机变压变频调速系统的设计和仿真。
首先，异步电动机的调速原理简要介绍。
异步电动机是一种常用的交流电动机，其转速通常由额定电压和频率决定。
通过改变电动机的电压和频率，可以实现对电动机的调速。
变压变频调速系统通过调节电压和频率的大小，改变电动机的转速。
在设计异步电动机变压变频调速系统之前，首先要确定电动机的参数。
电动机的参数包括额定功率、额定电压、额定电流等，这些参数可以从电动机的标牌上获取。
另外，还需要确定变压变频器的参数，包括额定电压范围、频率范围等。
这些参数将决定整个系统的性能。
设计异步电动机变压变频调速系统的关键是选取合适的变压变频器。
变压变频器是将电网的交流电转换为可调频率和可调电压的交流电的装置。
根据电动机的额定电压和变压变频器的额定电压范围，选取合适的变压变频器，以满足调速系统的要求。
设计异步电动机变压变频调速系统的下一步是进行系统的电路设计。
电路设计包括电动机的接线和变压变频器的接线。
电动机的接线要根据电动机的型号和相数来进行，确保电机的正常运行。
变压变频器的接线要根据变压变频器的接线图进行，确保变压变频器与电动机的连接正确。
完成电路设计后，还需要进行系统的控制设计。
控制设计包括电机的启动和停止控制、电机的转速控制等。
启动和停止控制一般采用按钮控制或者遥控控制，可以通过按钮或者遥控装置来启动和停止电动机。
转速控制一般采用PID控制器进行，通过调节变压变频器的输出电压和频率，来实现对电动机转速的控制和调节。
完成设计后，可以使用仿真软件进行系统的仿真。
常用的仿真软件有MATLAB/Simulink、PSIM等。
通过仿真可以验证系统的设计是否正确，并进行性能评估。
仿真结果可以用来优化系统的设计，提高系统的性能。
综上所述，异步电动机变压变频调速系统的设计和仿真是一个系统工程，需要从确定电动机和变压变频器的参数开始，进行电路设计和控制设计，最后进行仿真验证。
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。
异步电动机SPWM变频调速原理与仿真分析摘要在分析SPWM原理的基础上，利用MATLAB/SIMULINK软件构造了SPWM调速系统的仿真模型并说明了规则采样法的可行性。
该模型主要利用S-函数模拟自然采样法和规则采样法的控制规则并应用电力系统工具箱构建逆变桥和电机，能够比较好的模拟真实的系统并实现变频调速的功能。
通过对仿真结果的分析，对比自然采样法和规则采样法控制性能的差异，得出了规则采样法在工程实际中应用的可行性。
关键词：SPWM，异步电机，MATLAB，仿真，规则采样法，自然采样法The Simulation and Analysis of the Fundmental Principle of Asynchronous Motor SPWM Speed AdjustingABSTRACTBase on analizing SPWM principle, the SPWM velocity modulation system's simulation model has been constructed by using the MATLAB/SIMULINK software.After analizing the results of simulation,the feasibility of the regular sample law is given out. This model mainly uses the S- function analogue natural sampling law and the regular sampling method control rule and construct inverter and machine ,this model can simulate the real system and realize the frequency conversion velocity modulation function. The simulation results is given out in this paper, though analizing the simulation results and constrasting the difference of the control performance of natural sampling law and regular sampling,the application feasibility of the regular sampling law in the project has been obtained.KEYWORDS: SPWM ,aynchronous motor,MATLAB,simulation, regular sampling law, ntural sampling law目录摘要 (I)ABSTRACT .................................................................................................................................................... I I 1 绪论 (1)1.1交流调速系统的发展 (1)1.2交流调速系统的基本类型 (2)1.2.1 异步电动机调速系统的基本类型 (2)1.2.2 同步电动机调速的基本类型 (4)2 Siulink 仿真基础 (5)2.1 Simulink简介 (5)2.1.1 Simulink 启动 (5)2.1.2 Simulink 组成 (5)2.1.3 仿真过程 (6)2.2 Simulink 模块库简介 (6)2.3电力系统工具箱简介 (6)2.4 S-函数简介 (6)2.4.1 S-函数的基本概念 (6)2.4.2 S-函数的使用 (7)2.4.3 与S-函数相关的一些术语 (7)2.4.4 S-函数的工作原理 (8)2.4.5 编写M文件S-函数 (9)3 异步电动机变压变频调速系统 (11)3.1概述 (11)3.2变压变频调速的基本控制方式 (11)3.2.1 基频以下调速 (11)3.2.2 基频以上调速 (12)3.3异步电动机电压－频率协调控制时的机械特性 (12)4 PWM控制技术 (15)4.1 正弦脉宽调制原理及其优点 (15)4.1.1 SPWM原理 (15)4.1.2 SPWM的优点 (18)4.1.3关于SPWM的开关频率 (19)4.2 同步调制和异步调制 (19)4.2.1 异步调制 (19)4.2.2 同步调制 (19)4.2.3 分段同步调制 (20)4.3 SPWM波形的生成 (20)4.3.1 自然采样法 (20)4.3.2 规则采样法 (21)5 异步电动机SPWM变频调速仿真系统的设计 (23)5.1自然采样法系统的设计 (23)5.1.1 三角波的生成 (23)5.1.2 自然采样法SPWM 脉冲的生成 (25)5.1.3 直流电源 (25)5.1.4 逆变器的设计 (25)5.1.5 系统总框图的设计 (26)5.2 规则采样法系统的设计 (26)5.2.1 规则采样法脉冲的生成 (26)5.2.2 规则采样法系统总框图的设计 (28)5.3仿真分析 (28)5.3.1 额定转速（50HZ）的波形 (29)5.3.2 性能对比分析 (30)致谢 (36)参考文献 (37)1 绪论1.1 交流调速系统的发展[1]直流电气传动和交流电气传动在19世纪先后诞生。
完整版《三相异步电动机变频调速系统设计》
一、异步电动机变频调速系统简介
异步电动机变频调速系统是一种基于变频器技术完成频率控制的调速系统，其结构组成主要包括：异步电动机、变频器、控制器和传动机构等组成。
本系统可以实现对电动机的输出功率、转速和负载的关系，从而提高机器的能源利用率，减少电机输出的能耗。
二、异步电动机变频调速系统组成
1.异步电动机：异步电动机是一种由能量变换设备的机械部分，它通过电能激励的电磁作用而可发生转动，其结构由定子、转子及密封装置等组成。
该部件能够接受输入的直流电压，完成外界功率转换。
2.变频器：变频器是由变频技术控制异步电动机输出电压和频率的装置，其特性是能够将低电压变高，将低频率调整到高频率，使输出电压与频率可以随着被控制设备的运行状况而灵活变化，能有效节省电源能耗，减少设备故障。
3.控制器：控制器是负责控制变频器给异步电动机提供指令的，它的功能有：对异步电动机的转矩与频率进行控制；实现变频器与异步电动机的细微调整；实现较快速度的反应。
异步电动机变频调速系统异步电动机变频调速系统是属于转差功率不变型调速系统，是异步电动机各种调速方法中调速性能最好、效率最高的一种调速方法，因而在实际生产中得到广泛应用。
变频调速的基本工作原理异步电动机的转速表达式为 )1(n 60p1s f n -==0n )1(s - 在三相异步电动机中存在下列关系：m N q k N f E φ11144.4=如忽略定子阻抗压降，则1U ≈ m N q k N f E φ11144.4=式中 1U -----定子相电压q E ——气隙磁通在定子每相绕组中感应电动势的有效值，V ；1f -----定子的电源频率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,Wb 。
变频调速的基本控制方式和机械特性变频调速的基本控制方式1. 基频以下调速控制方式要保持m φ不变，当频率1f 从额定值N f 1向下调节时，应同时降低q E ，使1f E q=常数，即采用恒定电动势频率比的控制方式。
1U ≈q E ，取11f U =常数，即采用恒压频比的控制方式。
在低频时，1U 和q E 都较小，定子阻抗压降所占的分量就比较显著，不能忽略，因而必须对1U 进行定子阻抗压降补偿，人为地把电压1U 提高一些，尽可能维持磁通m φ基本不变。
2. 基频以上调速控制方式在基频以上调速时，可以从N f 1往上增加，如要维持m φ恒定，必须随频率1f 的增加而相应增加1U ，但电压1U 一般不能超过电动机的额定电压N U 1，只能保持在电动机的额定电压N U 1上。
所以在基频以上调速时只能放弃维持磁通m φ恒值的要求，使磁通m φ与频率成反比地降低，相当于直流电动机的弱磁升速的情况。
在基频以下调速属于恒转矩调速，在基频以上调速属于恒功率调速。
变频调速的机械特性异步电动机恒压恒频时的机械特性当定子电压1U 和角频率1ω都为恒定值时，异步电动机的电磁转矩e T 为 2212122212121122211)()()(33l l p p m e L L s R sR R s U n s R I n P T ++'+'=''=Ω=ωωωω式中 m P ---电磁功率1ω---电源角频率1Ω--同步机械角速度p n --极对数1U --定子电压1R 、'2R --定子每相电阻和折合到定子侧的转子每相电阻1l L 、'2l L --定子每相漏感和折合到定子侧的转子每相漏感当s 很小时，可忽略上式分母中含s 项，转矩近似与s 成正比，这时机械特性)(s f T e =是一段直线，如图19-3所示。
完整版《三相异步电动机变频调速系统设计》三相异步电动机变频调速系统设计摘要：变频调速技术是现代电气控制领域中的重要技术之一，广泛应用于水泵、风机、压缩机等各种场合。
本文以三相异步电动机为对象，着重介绍了变频调速系统的设计思路和实施步骤。
通过整理相关文献和实践经验，提供了一个完整的设计指南，希望能对读者进行指导和借鉴。
关键词：三相异步电动机；变频调速；设计一、引言随着工业自动化程度的不断提高，越来越多的机械设备开始采用变频调速技术。
相比传统的定频运行方式，变频调速具有调速范围广、运行稳定、能耗低等优点，在提高设备性能和效率的同时，也可以延长设备的使用寿命。
三相异步电动机作为最常用的驱动器之一，广泛应用于各个领域。
二、变频调速系统设计思路1.设计目标确定：根据实际需求确定设计的目标，包括调速范围、调速精度、系统运行稳定性等方面。
2.系统结构设计：根据目标确定系统的结构形式，包括控制器的选择、传感器的安装位置等。
3.控制策略选择：选择合适的控制策略，包括开环控制和闭环控制。
4.参数调节及整定：对系统的各项参数进行调节和整定，以获得最佳的运行效果。
三、变频调速系统实施步骤1.电机选型：根据实际需求选定合适的三相异步电动机。
2.变频器的选取：根据电机的功率、调速要求等参数选取合适的变频器。
3.运行控制程序的设计：根据实际需求设计运行控制程序，包括开机、停机、变速等功能。
4.传感器的选取与安装：根据系统要求选取合适的传感器，并将其正确安装在电机或相关位置。
5.控制器的选取与配置：根据系统的需求选取合适的控制器，并进行相应的配置和参数设定。
6.调试与测试：完成系统的硬件和软件的安装后，进行系统的调试和测试，以确保其正常工作。
7.系统运行与优化：在系统正式投入使用后，对系统进行运行监测和性能优化，以获得最佳的运行效果。
四、应用实例以一台水泵为例，设计了一个变频调速系统，并进行了实际测试。
通过对变频器的调节和控制器的优化，实现了水泵的稳定运行和能耗降低的目标。
异步电机调压调速原理异步电机是一种常见的电动机类型，其调压调速原理是通过改变电源的电压和频率来控制电机的转速和负载。
这种调压调速方式广泛应用于工业生产和家庭电器等领域，具有调速范围广、控制精度高等优点。
异步电机的调压调速原理基于电机的转子和定子之间的电磁感应。
当定子绕组通电时，会产生一个旋转磁场，而转子则由于感应电动势的作用而产生转动。
电机的转速与电源的频率成正比，在额定电压下，电机的转速是固定的。
因此，要实现调速，就需要改变电源的电压和频率。
在调压调速系统中，通常使用变压器来改变电源的电压。
通过改变变压器的接线方式，可以实现对电机的调压。
当需要降低电机转速时，可以将变压器的绕组切换到较高的电压端；当需要提高电机转速时，可以将变压器的绕组切换到较低的电压端。
这样，通过改变电源的电压，可以实现对电机转速的调节。
除了调压外，调速系统还需要改变电源的频率。
在传统的调速系统中，通常使用机械式调速装置，通过改变电源的频率来改变电机的转速。
然而，这种方式通常比较复杂且成本较高。
近年来，随着电子技术的发展，越来越多的调速系统采用变频调速技术。
变频调速技术是一种通过改变电源的频率来控制电机转速的方法。
在变频器中，电源的交流电先经过整流器变成直流电，然后经过逆变器变成可调频率的交流电。
通过改变逆变器的输出频率，可以实现对电机转速的调节。
变频调速具有调速范围广、控制精度高、运行平稳等优点，已经成为现代调速系统中最常用的调速方式之一。
在实际应用中，异步电机的调压调速系统通常由电源、变压器、变频器和电机等组成。
通过控制变压器和变频器的工作状态，可以实现对电机的精确调速。
此外，还可以通过反馈控制系统来实现闭环控制，提高系统的稳定性和控制精度。
异步电机的调压调速原理是通过改变电源的电压和频率来控制电机的转速和负载。
调压调速系统通常由变压器、变频器和电机等组成，通过控制这些设备的运行状态和参数，可以实现对电机的精确调速。
这种调压调速方式已经在工业生产和家庭电器等领域得到广泛应用，为各种设备的运行提供了便利和灵活性。
