异步电动机变频调速系统
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三相异步电动机变频调速系统设计及仿真
三相异步电动机变频调速系统设计及仿真引言随着科技的发展和电力系统的逐步完善，三相异步电动机在工业和民用领域中广泛应用。
为了满足不同负载条件下的调速需求，变频调速技术成为了最为常用的方案之一、本文基于三相异步电动机的特点，设计了一个简单的变频调速系统，并通过仿真验证了系统的性能。
一、系统结构设计根据三相异步电动机变频调速系统的基本结构，本文设计了以下几个部分：输入电源模块、变频器模块、电机驱动模块和反馈传感器模块。
1.输入电源模块输入电源模块通常由整流器和滤波器组成，用于将交流电转换为直流电，并通过滤波器减小输出的纹波电压。
本文采用了简化的输入电源模块结构，以简化设计和仿真过程。
2.变频器模块变频器模块是整个系统的核心部分，用于将直流电转换为固定频率或可调频率的交流电。
本文采用的是PWM（脉宽调制）变频器，控制器利用脉宽调制技术对直流电进行精细的调节，从而实现对输出频率的控制。
3.电机驱动模块电机驱动模块主要由电机和驱动器组成，用于将变频器输出的交流电转换为机械能，驱动电机工作。
本文使用了三相异步电动机作为驱动器，并采用了传统的电动机驱动方式。
4.反馈传感器模块反馈传感器模块用于获取电机的运行状态和工作参数，实时反馈给控制器，以实现对整个系统的闭环控制。
常用的反馈传感器有电流传感器、速度传感器和位置传感器等。
二、设计流程本文设计的变频调速系统采用闭环控制方式进行控制，设计流程如下：1.确定控制策略根据系统需求，选择适合的控制策略。
常用的控制策略有PI控制、模糊控制和神经网络控制等。
本文选择了基于PI控制的控制策略。
2.设计控制器根据控制策略设计控制器，主要包括比例环节和积分环节。
比例环节用于根据偏差信号产生控制量，积分环节用于消除系统的静态误差。
本文设计了基于PI控制器的控制器。
3.仿真系统建模根据系统的物理特性，建立仿真系统的数学模型。
本文仿真系统采用母线电压法，通过电机的等效电路进行建模和仿真。
异步电动机变频调速控制系统
主电路（续）
泵升限制电路——由于二极管整流器不能为 异步电机的再生制动提供反向电流的通路，所 以除特殊情况外，通用变频器一般都用电阻吸 收制动能量。减速制动时，异步电机进入发电 状态，首先通过逆变器的续流二极管向电容C 充电，当中间直流回路的电压（通称泵升电压） 升高到一定的限制值时，通过泵升限制电路使 开关器件导通，将电机释放的动能消耗在制动 电阻上。为了便于散热，制动电阻器常作为附
所谓“通用”，包含着两方面的含义： （1）可以和通用的笼型异步电机配套使用； （2）具有多种可供选择的功能，适用于各种
不同性质的负载。
下页图绘出了一种典型的数字控制通用变 频器-异步电动机调速系统原理图。
1. 系统组成
K
UR
RR00
RR11
RRbb
UI
~
M 3~
RR22
VTb
显示
单
设定
片
机
接口
件单独装在变频器机箱外边。
二极管整流电流波形具有较大的谐波分 量，使电源受到污染。
为了抑制谐波电流，对于容量较大的 PWM变频器，都应在输入端设有进线电抗 器，有时也可以在整流器和电容器之间串 接直流电抗器。还可用来抑制电源电压不 平衡对变频器的影响。
电路分析（续）
控制电路——现代PWM变频器的控制电路 大都是以微处理器为核心的数字电路，其 功能主要是接受各种设定信息和指令，再 根据它们的要求形成驱动逆变器工作的 PWM信号，再根据它们的要求形成驱动逆 变器工作的PWM信号。微机芯片主要采用 8位或16位的单片机，或用32位的DSP，现 在已有应用RISC的产品出现。
控制电路（续）
信号设定——需要设定的控制信息主要有：U/f 特性、工作频率、频率升高时间、频率下降时间 等，还可以有一系列特殊功能的设定。由于通用 变频器-异步电动机系统是转速或频率开环、恒 压频比控制系统，低频时，或负载的性质和大小 不同时，都得靠改变 U / f 函数发生器的特性来补 偿，使系统达到恒定，甚至恒定的功能（见第 6.2.2节），在通用产品中称作“电压补偿”或 “转矩补偿”。
(完整版)异步电动机变频调速系统..
《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。
交流异步电动机变频调速系统设计报告
交流异步电动机变频调速系统设计报告一、引言异步电动机在工业生产中具有广泛的应用，通过变频调速系统可以实现对异步电动机的精确控制，提高生产效率和控制精度。
本文将详细介绍异步电动机变频调速系统设计的原理和过程。
二、系统设计原理异步电动机通过变频器驱动，实现调速功能。
变频器将交流电源转换为直流电源，通过PWM技术将直流电转换为交流电，进而控制电机的转速。
变频器的主要组成部分包括整流器、中间环节直流母线、逆变器和控制电路。
整流器将交流电源转换为直流电源，并通过滤波电路削波，保持直流电的稳定性。
中间环节直流母线存储电能，为逆变器提供稳定的电源。
逆变器将直流电源转换为交流电源，并通过PWM调制技术调整交流电的频率和幅值，从而控制电机的转速。
控制电路通过传感器采集电机的运行状态，并通过对逆变器的控制信号实现控制目标。
三、系统设计步骤1.确定系统需求：根据应用场景和任务要求，确定对异步电动机的调速要求，包括速度范围、控制精度等。
2.选择电机和变频器：根据系统需求，选择适合的异步电动机和变频器，确保其参数和性能满足需求。
3.设计电路连接：根据电机和变频器的技术规格，设计电机与变频器的连线方式和电路连接，确保信号传输畅通。
4.设计控制系统：根据系统需求，设计控制系统包括传感器、控制电路和控制算法等，确保对电机的精确控制。
5.实施系统调试：将设计好的电路和控制系统进行组装和调试，确保系统能够正常工作。
6.测试系统性能：对系统进行性能测试，包括速度响应、负载变化等测试，验证系统的设计目标是否达到。
7.优化系统性能：根据测试结果，对系统进行调整和优化，提高系统的性能和稳定性。
8.编写设计报告：整理系统设计过程、实施步骤和测试结果，撰写设计报告。
四、系统设计考虑因素1.变频器和电机的匹配性：选择变频器时需要考虑其输出能力是否足够满足电机的需求，包括最大输出功率、额定电流等。
2.控制系统的精确性：设计控制系统时需要考虑传感器的精度、控制器的计算性能等因素，确保控制系统能够精确控制电机的转速。
异步电动机两种变频调速系统的仿真及其比较
１ 系 统 结 构 腺 理 Ｉ】 冬
交 流 变 频 调 速 是 异 步 电机 最 有 发 展前 途 的 调 速方 法 。 同时 ， 着 电力电子 、 随 汁算 机 和 自动控 制 技 术 的迅 猛 发展 ， 交流 电机变 频调 速 已经 逐步
取 代直 流 电机调 速 ， 并经 历了 采用 电压 频 率协 调
ｗｅ ｅ ｃ ｒ ｏｍ ｐａ ｅ ｒ ｄ．ａ ｈｅ ｃ ｒ ｔ ｒ ｗｏ ｙｓ ｅ ｓ ｗｅｒ ｎｄ ｔ ｈａ ａｃ ｅ ｓｏｆｔ ｓ ｔｍ ｅ
ｓ ｍｍａ ｉ ｅ ． ｕ ｒｚ ｄ Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｃ ｏ Ｓ ｉ Ａｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓ ｔ ｒ ｙ ｒ ｓ Ｖｅ ｔ ｒ ｌ ｐ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕ ｍｏ ｏ Ｓ ｍｕ ａ ｉｎ ｉ ｌｔ ｏ
３ 转差率∞ 的控制作用分两路作用在Ｐ ） ＷＭ
逆 变 器上 。 者 通 过 ， 前 ｌ ｃ ） 数 发生器 ， 厂（Ｕ 函 按 的大 小产 生相应 的 定 子电流信 号 己 Ｉ 号， 广， 信 再 通 过 电流调 节器 控制定 子 电流 ， 以保 持 恒 定 。
《 机 技 术 》 ２ ０ 年 第 ５期 ． ７． 电 ０８ １
制电压己 ｌ决定逆变器的输出频率。 ，， ｍ
图２ 是转 差 率控制 变频调速 系统 的ＭＡＴ ＡＢ Ｌ 仿 真 模 型 。 步 电动 机 由一 个 电流 控 制 型 Ｐ Ｍ 异 Ｗ
的电枢电流给定信号相当。
２ 定 子 电流励 磁 分 量 给 定信号 Ｕ ｉｊ 转 子 ） ｍ和 磁 链 给 定信 － Ｕ‘２ 间 的 关 系是 靠 矢 量 变 换 控 一 ｖ之 ＂ ￣
釜 ｎ，， ， ． ＾
现代 驱动与 控利
异步 电动机两种 变频 调速 系统 的仿真及 其 比较
交 流 变 频 调 速 是 异 步 电机 最 有 发 展前 途 的 调 速方 法 。 同时 ， 着 电力电子 、 随 汁算 机 和 自动控 制 技 术 的迅 猛 发展 ， 交流 电机变 频调 速 已经 逐步
取 代直 流 电机调 速 ， 并经 历了 采用 电压 频 率协 调
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３ 转差率∞ 的控制作用分两路作用在Ｐ ） ＷＭ
逆 变 器上 。 者 通 过 ， 前 ｌ ｃ ） 数 发生器 ， 厂（Ｕ 函 按 的大 小产 生相应 的 定 子电流信 号 己 Ｉ 号， 广， 信 再 通 过 电流调 节器 控制定 子 电流 ， 以保 持 恒 定 。
《 机 技 术 》 ２ ０ 年 第 ５期 ． ７． 电 ０８ １
制电压己 ｌ决定逆变器的输出频率。 ，， ｍ
图２ 是转 差 率控制 变频调速 系统 的ＭＡＴ ＡＢ Ｌ 仿 真 模 型 。 步 电动 机 由一 个 电流 控 制 型 Ｐ Ｍ 异 Ｗ
的电枢电流给定信号相当。
２ 定 子 电流励 磁 分 量 给 定信号 Ｕ ｉｊ 转 子 ） ｍ和 磁 链 给 定信 － Ｕ‘２ 间 的 关 系是 靠 矢 量 变 换 控 一 ｖ之 ＂ ￣
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现代 驱动与 控利
异步 电动机两种 变频 调速 系统 的仿真及 其 比较
实验四异步电动机变频调速系统
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。
「异步电动机变频调速系统的设计与仿真」
「异步电动机变频调速系统的设计与仿真」异步电动机变频调速系统是一种常见的电力传动系统，具有调速范围广、动态响应好、控制精度高等优点。
本文将介绍异步电动机变频调速系统的设计与仿真，包括系统的结构、控制方案以及仿真结果评估。
首先，异步电动机变频调速系统由变频器、电机、传动装置以及控制系统组成。
变频器作为系统的核心，通过改变输入电压的频率和幅值，控制电机的转速。
电机是系统的执行器，通过转动输出机械功。
传动装置用于将电机的转动传递到负载物体上。
控制系统则根据系统的反馈信号来调节变频器的输出，实现对电机转速的精确控制。
在控制方案的设计中，可以采用电流矢量控制算法。
该算法通过测量电机的转子电流和转速，根据电机的模型推算出合适的电压矢量，以实现对电机转速的控制。
具体的控制步骤包括电机速度测量、电机参数辨识、电机模型预测、电压矢量计算和电压输出等。
为了评估异步电动机变频调速系统的性能，需要进行仿真实验。
仿真实验可以通过模拟各种状态和故障条件，得到系统的输出结果，并评估控制方案的有效性和性能。
在进行仿真实验时，可以设定电机的负载变化、输入电压变化等参数，并根据实际应用需求设定系统的性能指标。
通过对系统的输出结果进行分析和比较，可以评估系统的控制性能和稳定性，并进行相应的调整和优化。
总之，异步电动机变频调速系统的设计与仿真是一个复杂的过程，需要考虑到电机的特性、负载情况以及控制系统的性能指标。
通过合理的设计和仿真实验，可以得到一个性能优越的调速系统，满足实际应用需求。
4章 交流异步电动机变频调速系统
为交流异步电动机转矩系数，其中Nr为转子绕组有效匝数；
φr为转子功率因数角。
可见，转矩控制的困难体现在以下几点： T T ① m 是由定子电流is iA , iB , iC 和转子电流 ir ia , ib , ic 共同产生的，它的
空间位置相对于定子和转子都是运动的。 ② m 与 I r 是两个相互耦合的变量，且 I 对于一般的鼠笼形异步电机是无法 r ③ r 是与转速相关的时变量（与转差s有关）， 且当电机运行时转子电阻 Rr 随温度变化而变化， Te 也随之变化。除此以外，式中的 Te 只是平均转矩的概念， 对平均转矩的控制已十分困难了，更何况瞬时转矩。对转速的控制实质上就是 对转矩的控制，转矩控制的困难是实现交流电机高性能调速的主要障碍，也是 过去限制交流调速系统获得广泛应用的主要原因。 2）调速装置中器件发展的限制：调速装置中两大组成部件是主电路和控制电路。 主电路中的主要器件—电力电子功率器件在近五十年来更新换代了五代之多，以 适应变频调速（PWM脉宽调制）的需要。控制电路中的主要器件—微处理器在 近二十年中运算速度提高了数倍，以适应高性能变频调速复杂算法的需要。交流 调速系统的发展依赖于新型电力电子器件的应用、微电子技术的发展。
直流调速系统中各部分分别为5%，40%和55%，而交流调速系统中各部分分别 为10%，60%和30%。特别是当功率大于500 kW，交流调速系统的成本比直流 调速系统的成本明显降低。 4.1.2交流电动机的调速方法及其主要应用领域 1．交流电动机的调速方法 由电机学可知，交流电动机的同步转速表达式为 60 f s （4.6） ns np ns 为同步转速。 式（4.6）中，np为电机极对数；fs为电机定子供电频率； (1) 同步电动机的调速方法 可见，均匀地改变同步电动机的定子供电频率fs，就可以平滑地调节电动机
完整版《三相异步电动机变频调速系统设计》
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。
实验四 异步电动机变频调速系统
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。 3.掌握数字化测速的原理。
二、异步电动机带速度传感器矢量控制系统工作原理
异步电动机的动态数学模型是一个高阶、 非线性、 强耦合的多变量系统， 虽然通过坐标变换可使之降阶并化简， 但并没有改变其非线性、多变量的本质。因此，需要异步电动机调速系统具有高动态性能时，必须面向这样一个动 态模型。经过多年的研究和实践，有几种控制方案已经获得了成功的应用，其中应用最多的方案之一，就是按转子 磁链定向的矢量控制系统。 在研究异步电动机的时候，如果以产生同样的旋转磁动势为准则，在三相坐标系上的定子交流电流iA，iB，iC 通过三相-两相变换可以等效成两相静止坐标系上的交流电流iα 和iβ ，再通过同步旋转变换，可以等效成同步旋转 坐标系上的直流电流id 和iq。如果观察者站到铁心上与坐标系一起旋转，他所看到的便是一台直流电动机。通过控 制，可是交流电动机的转子总磁通Φ r 就是等效直流电动机的励磁磁通，如果把d 轴定位于Φ r 的方向上，称作M （Magnetization）轴，把q 轴称作T（Torque）轴，则M 绕组相当于直流电动机的励磁绕组，im相当于励磁电流，T 绕组相当于伪静止的电枢绕组，it 相当于与转矩成正比的电枢电流。 如此一来，我们就可以模仿直流电动机的控制策略，得到直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，就能 够控制异步电动机了。如图中所示，给定和反馈信号（转速、电枢电流）经过类似于直流调速系统所用的控制器，
控制类型的设置： 1．变频器菜单 1.4 电机控制→电机控制类型→选择“FVC” 给定方式的设置： 1．变频器菜单” 1.6 命令→给定1 通道→图形终端给定。 3．带速度传感器矢量控制系统静特性的测定 合上电源，调节给定频率至50Hz、30 Hz、15 Hz，使电机空载运行，负载电阻置最 大，调节实验台左侧单相调压器，使发电机励磁电流不大于0.57A，然后调节负载电阻， 将电机加至额定负载（变频器图形显示终端转矩显示为100% T），读取被测电动机转速 n，电流Ia，转矩T，逐渐减小发电机励磁电压直至为零，测取变频调速系统实验
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。 3.掌握数字化测速的原理。
二、异步电动机带速度传感器矢量控制系统工作原理
异步电动机的动态数学模型是一个高阶、 非线性、 强耦合的多变量系统， 虽然通过坐标变换可使之降阶并化简， 但并没有改变其非线性、多变量的本质。因此，需要异步电动机调速系统具有高动态性能时，必须面向这样一个动 态模型。经过多年的研究和实践，有几种控制方案已经获得了成功的应用，其中应用最多的方案之一，就是按转子 磁链定向的矢量控制系统。 在研究异步电动机的时候，如果以产生同样的旋转磁动势为准则，在三相坐标系上的定子交流电流iA，iB，iC 通过三相-两相变换可以等效成两相静止坐标系上的交流电流iα 和iβ ，再通过同步旋转变换，可以等效成同步旋转 坐标系上的直流电流id 和iq。如果观察者站到铁心上与坐标系一起旋转，他所看到的便是一台直流电动机。通过控 制，可是交流电动机的转子总磁通Φ r 就是等效直流电动机的励磁磁通，如果把d 轴定位于Φ r 的方向上，称作M （Magnetization）轴，把q 轴称作T（Torque）轴，则M 绕组相当于直流电动机的励磁绕组，im相当于励磁电流，T 绕组相当于伪静止的电枢绕组，it 相当于与转矩成正比的电枢电流。 如此一来，我们就可以模仿直流电动机的控制策略，得到直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，就能 够控制异步电动机了。如图中所示，给定和反馈信号（转速、电枢电流）经过类似于直流调速系统所用的控制器，
控制类型的设置： 1．变频器菜单 1.4 电机控制→电机控制类型→选择“FVC” 给定方式的设置： 1．变频器菜单” 1.6 命令→给定1 通道→图形终端给定。 3．带速度传感器矢量控制系统静特性的测定 合上电源，调节给定频率至50Hz、30 Hz、15 Hz，使电机空载运行，负载电阻置最 大，调节实验台左侧单相调压器，使发电机励磁电流不大于0.57A，然后调节负载电阻， 将电机加至额定负载（变频器图形显示终端转矩显示为100% T），读取被测电动机转速 n，电流Ia，转矩T，逐渐减小发电机励磁电压直至为零，测取变频调速系统实验
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7.3 交—直—交电流型变频调速系统
一、交—直—交电流型变频调速系统是一种转速开环的变频调速系统。 结构简单、容易实现可逆运转、再生制动和能耗制动；但由于开环，调 速性能不够高，常用于离心式风机、压缩机等传动系统。 控压 量频 变 流中 一 给 绝 作 保 制 信 逻 锁 电压控制 制 变 频 双 极 定 对 用 持 号 ， 辑 率 ， 。 BC ， 换瞬 器 闭当 性 值 值 是 ， 开 从 电而 函数发生器 * Id 电压调节器 * 按 ，时 ： 环电 的 可 运 将 决 关 而 U1 Id 流在 GF AVR ACR GT1 电校 恒 ，压 包 信 正 算 正 定 ： 实 稳 + + 型 电流调节器 触发器 恒 频率瞬态 压 控 号 、括 器 、流 系 发 正 现 态 逻 逆 BV 校正器 压 频 型 制 三 ， 可 ： 负 统 生 器 异 时 辑 变 频 GFC 比 整 但 负部 极； 本 ② 正 变 ： 步 不 开 器 比 + 控 流 大 。分 性电 变 向 化 电 起 关 其 易 的 脉冲输出 制 器 压 ： 小 的 封频 时 动设 作 的 作 * 于 + ω 1 变 频 控器 主 和 绝 输 锁 机， 用 作 用 GI GAB GVF DRC GT2 实 * + 频 率 出来 制是 回 绝对值 原 对 入 能 、 正 。 用 ω1 压频变 环形分配器 现 积分器 控 运算器 换器 、 电产 ，在 路 信 值 信 可 还 转 因 是 可 GHF ③ 制 超 压 ， 电 号 运 号 逆 是 生 和 此 根 动 DLS 逆 条 前 ；补 压态 实 相 算 变 运 反 反 能 据 逻辑开关 运 件 频 率 控 制 补 、过 现 频偿 同 器 成 行 向 转 始 给 行 。 偿 能 率电 。 的程 单 ， 封 控 定 。终
2
实际应用的异步电动机变压—变频调速系统主要有四种控制方式：
电压—频率协调控制方式 转差频率控制方式
依据异步电动机的稳态数学模型 仅对交流电量的幅值进行控制 属于标量控制方式
矢量控制方式 直接转矩控制方式
依据异步电动机的动态数学模型 控制交流电量的幅值、相位 属于矢量控制方式
思路：掌握控制规律（方法）、系统的基本组成、机械特性、系统分析。
AC ~ 相控 UR VSI
IGBT
~
PWM
滤波电容缓冲无功能量 而且无法实现回馈制动 可以在空载情况下运行
应 用 多
4、电流型变频器：整流器和逆变器的中间环节采用电抗器滤波时， 电源阻抗很大，类似于电流源，称为电流型变频器。
AC ~ 相控
PWM
UR
Ld
CSI
SGCT
~
滤波电感缓冲无功能量 而且容易实现回馈制动 不能在空载情况下运行
频率控制回路：包括压频变换器GVF、环形分配器DRC、脉冲输出 GT2。改变转速给定值，可改变积分器的输出值，经过压频变换器， 改变频率给定值，从而控制逆变器输出频率的大小。
电压与频率的协调：两个控制回路（电压、频率）由一个转速给定环 节控制。电压和频率的协调通过函数发生器GF和压频变换器GVF实 现。这种协调作用保证：在工频以下，U/f=C的恒磁通调速；在工频 以上，U=C（UN）的恒功率调速；轻载时实现节能控制。
整流器 逆变器 M 3~
相控电路
逆变控制 1、控制频率 GVF
频率/电压 变换器实现
U C f
2、控制电压
f/U变换器
频率发生器
频率发生器 一路通过频率/电压变换器变换成电压，与电压反馈值比较后， 产生 频率信号 用差值信号调节整流器的控制角，改变整流输出电压。 优点：系统简单、电压和频率分开控制；缺点：功率因数低。
AC ~ UR 整流器 DC 中间直 流环节 UI 逆变器 AC ~
2、直接变频：把工频交流电（即50Hz交流电）直接变成频率可调的交
流电，称为直接变频。所用变频器称为“交—交”变频器。
AC ~ 变压变频电路 AC ~
14
3、电压型变频器：整流器和逆变器的中间环节采用电容器滤波时，
电源阻抗很小，类似于电压源，称为电压型变频器。
特点：斩波器调压的特点是输入功率因数高，动态响应快。 ——上述三种变压方法把电压和频率分别进行控制
10
在整流后，获得直流电压。通过斩波器，可进行电压大小的调整。斩波 器的核心是作为开关元件的晶闸管。依据开关元件的工作方式不同，可
分为脉频调制和脉宽调制控制方式。（还有一种方法称为跨频调制）。
脉频调制（PFM）原理 开关导通时间 一定，改变相临两次导通的时间间隔，来改变平均输 出电压值。换句话说，脉冲宽度一定，改变周期T，来改变平均输出电 压值。周期越小（频率越高），输出的直流平均电压越高。
二极管整流器 逆变器 M 3~ 控制频率
控制电路
控制电压
伺服电机
② 按要求控制 频率的大小
频率发生器
f/U
f/U变换器
+
-
③ 频率变成对应的控制电压
④ 给定值与反馈值比较、 差值驱动伺服电动机
优点：系统简单、输入功率因数高；缺点：动态响应差、体积大。
8
2、相位控制变压 相位控制变压原理图如下（采用三相全控桥或半控桥整流电路）：
应 用 少
15
7.2
交—直—交电压型变频调速系统
交—直—交电压型变频调速系统是一种转速开环的变频调速系统，结构 简单、但调速性能不高，常用于水泵、风机等传动系统中。 频 现 变 当器 配 出 逆 工变 率 脉 号 压 环 函 脉 置变 功 升 击 积 电 器 率 降、 合 脉 变 作换 元 冲 变 形 数 冲 率频 或 ， ， 分 路 一 控 低触 脉 冲 器 时， 件 信 换 变 分 发 输 如器 放 下 使 消 见 般 制 电发 冲 信 功 保电 。 号 成 换 配 生 出 不： 大 降 电 除 书 采 ， 压器 输 号 率 证压 图 ， 周 器 ： 同包 。 压 阶 将 中 用 按 进， 出 的 主 电型 中 即 期 ： 将 负括 确 、 跃 阶 图 六 恒 行控 电 频 回 压； ， 在 性 环 载三 保 把 将 为 电 给 跃 分 压 节 路 率 路 为电 一 的 形 下部 可 电 压 实 7 制 流 定 给 频 能整 正 与 的 额压 定 循 靠分 压 频 现 、 对 定 计 比 控流 常 输 半 定控 的 环 配 频： 触 信 变 恒 频 系 10 为 数 条 制器 工 入 导 值 频 器 制 的主 发 号 换 压 率 统 。 方脉 件 的 。 等的 作 电 体 、 率 冲 变 器 频 调回 逆 和 产 波， 调 。输 压 器 轻 范 信 整路 变 成 输 比 转 生 换 方通 节出 成 件 载 围 号 相 出 控 、， 器 速 的 为 生过 频电 正 。 工 内 ， 信 高实 中 应 的 制 稳 过 斜 器电 率压 比 三 作 ， 去 号 频 脉 方 于现 的 步 大 坡 ，压 。值 。 相 时 使 触 进 基能 主 率 冲 式 上 冲 信 以调 实 逆 ； 适节 输 发 行 的 信 设 频量 功 GHF —
第七章 异步电动机变频调速系统 主要内容：
变频调速的一般基础 电压型变频调速系统 电流型变频调速系统 转差频率控制的变频调速系统 脉宽调制（PWM）变频调速系统
1
异步电动机转速的计算公式为：
60 f1 n n0 (1 s) (1 s) np
在极对数np不变的情况下，转速跟电源频率f1成正比。如果连续地改 变供电电源频率，就可以平滑地调节电动机的转速，这种调速方法称 为变频调速。 交流调速有很多方法，例如调压调速、转子串电阻调速、转差离合器 调速、变极对数调速等，这些方法技术落后、调速性能差、效率低， 使用越来越少，取而代之的是变频调速系统。 目前，变频调速系统使用较为普遍，例如工农业生产、家用电器等领 域，且具有节能、调速效率较高等特点。变频调速系统正向着高性能、 高精度、大容量、微型化、数字化和智能化方向发展。
U
VT1
VT3
0
ωt
VT2
VT4
若在半个周期内，晶闸管反复通断多次，并使输出矩形脉冲波下的面积 接近于对应正弦波下的面积，则逆变器的输出电压就接近基波电压。
U 0
π
π 2
ωt
6
通常，变频器为三相供电。三相桥式逆变器分为1800导电型和1200导 电型，其主要差别是控制晶闸管持续导通的时间不同。三相逆变器的 输出为三相交流电，各相互差1200，周期为T。 由于交流频率 f ，控制并改变周期 T 就能改变频率 f ，所以可以 T 得到所要求的频率。在变频调速系统中，变频与变压需要配合进行， 即在变频的同时，按比例改变电压；反之亦然。 2、调压的实现
VT1 VT3
Ud VT2 VT4
该单相变频器由整流器、中间环节、和逆变器组成。其中：
整流器的作用是把频率恒定的交流电变成直流电； 中间环节起滤波作用，得到更加稳定的直流电； 逆变器把直流电变成频率可调的交流电。
5
1、调频的实现
就逆变器来说，在一个周期中，上半周让VT1、VT4导通，下半周让 VT3、VT2导通，在输出端可得到以下波形：
容中讨论。
脉宽调制既能改善输出波形的品质、消减高次谐波，又可提高功率因
数值，具有节能降耗的特点，是交——直——交变频器的发展方向。
与前三种方式不同，脉宽调制型变压与变频同时在逆变器中实现。
13
四、概念解释 1、间接变频：先通过整流器把交流电变成直流电，再通过逆变器把直 流电转变成频率可调的交流电，这种方式称为间接变频，所用变频器称 为“交—直—交”变频器。
Edc E 0
δ δ
t T
11
T
脉宽调制（PWM）原理
开关周期T一定，改变导通时间 的长短，来改变输出平均电压值。 显然，导通时间越长，直流平均电压越高。
7.3 交—直—交电流型变频调速系统
一、交—直—交电流型变频调速系统是一种转速开环的变频调速系统。 结构简单、容易实现可逆运转、再生制动和能耗制动；但由于开环，调 速性能不够高，常用于离心式风机、压缩机等传动系统。 控压 量频 变 流中 一 给 绝 作 保 制 信 逻 锁 电压控制 制 变 频 双 极 定 对 用 持 号 ， 辑 率 ， 。 BC ， 换瞬 器 闭当 性 值 值 是 ， 开 从 电而 函数发生器 * Id 电压调节器 * 按 ，时 ： 环电 的 可 运 将 决 关 而 U1 Id 流在 GF AVR ACR GT1 电校 恒 ，压 包 信 正 算 正 定 ： 实 稳 + + 型 电流调节器 触发器 恒 频率瞬态 压 控 号 、括 器 、流 系 发 正 现 态 逻 逆 BV 校正器 压 频 型 制 三 ， 可 ： 负 统 生 器 异 时 辑 变 频 GFC 比 整 但 负部 极； 本 ② 正 变 ： 步 不 开 器 比 + 控 流 大 。分 性电 变 向 化 电 起 关 其 易 的 脉冲输出 制 器 压 ： 小 的 封频 时 动设 作 的 作 * 于 + ω 1 变 频 控器 主 和 绝 输 锁 机， 用 作 用 GI GAB GVF DRC GT2 实 * + 频 率 出来 制是 回 绝对值 原 对 入 能 、 正 。 用 ω1 压频变 环形分配器 现 积分器 控 运算器 换器 、 电产 ，在 路 信 值 信 可 还 转 因 是 可 GHF ③ 制 超 压 ， 电 号 运 号 逆 是 生 和 此 根 动 DLS 逆 条 前 ；补 压态 实 相 算 变 运 反 反 能 据 逻辑开关 运 件 频 率 控 制 补 、过 现 频偿 同 器 成 行 向 转 始 给 行 。 偿 能 率电 。 的程 单 ， 封 控 定 。终
2
实际应用的异步电动机变压—变频调速系统主要有四种控制方式：
电压—频率协调控制方式 转差频率控制方式
依据异步电动机的稳态数学模型 仅对交流电量的幅值进行控制 属于标量控制方式
矢量控制方式 直接转矩控制方式
依据异步电动机的动态数学模型 控制交流电量的幅值、相位 属于矢量控制方式
思路：掌握控制规律（方法）、系统的基本组成、机械特性、系统分析。
AC ~ 相控 UR VSI
IGBT
~
PWM
滤波电容缓冲无功能量 而且无法实现回馈制动 可以在空载情况下运行
应 用 多
4、电流型变频器：整流器和逆变器的中间环节采用电抗器滤波时， 电源阻抗很大，类似于电流源，称为电流型变频器。
AC ~ 相控
PWM
UR
Ld
CSI
SGCT
~
滤波电感缓冲无功能量 而且容易实现回馈制动 不能在空载情况下运行
频率控制回路：包括压频变换器GVF、环形分配器DRC、脉冲输出 GT2。改变转速给定值，可改变积分器的输出值，经过压频变换器， 改变频率给定值，从而控制逆变器输出频率的大小。
电压与频率的协调：两个控制回路（电压、频率）由一个转速给定环 节控制。电压和频率的协调通过函数发生器GF和压频变换器GVF实 现。这种协调作用保证：在工频以下，U/f=C的恒磁通调速；在工频 以上，U=C（UN）的恒功率调速；轻载时实现节能控制。
整流器 逆变器 M 3~
相控电路
逆变控制 1、控制频率 GVF
频率/电压 变换器实现
U C f
2、控制电压
f/U变换器
频率发生器
频率发生器 一路通过频率/电压变换器变换成电压，与电压反馈值比较后， 产生 频率信号 用差值信号调节整流器的控制角，改变整流输出电压。 优点：系统简单、电压和频率分开控制；缺点：功率因数低。
AC ~ UR 整流器 DC 中间直 流环节 UI 逆变器 AC ~
2、直接变频：把工频交流电（即50Hz交流电）直接变成频率可调的交
流电，称为直接变频。所用变频器称为“交—交”变频器。
AC ~ 变压变频电路 AC ~
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3、电压型变频器：整流器和逆变器的中间环节采用电容器滤波时，
电源阻抗很小，类似于电压源，称为电压型变频器。
特点：斩波器调压的特点是输入功率因数高，动态响应快。 ——上述三种变压方法把电压和频率分别进行控制
10
在整流后，获得直流电压。通过斩波器，可进行电压大小的调整。斩波 器的核心是作为开关元件的晶闸管。依据开关元件的工作方式不同，可
分为脉频调制和脉宽调制控制方式。（还有一种方法称为跨频调制）。
脉频调制（PFM）原理 开关导通时间 一定，改变相临两次导通的时间间隔，来改变平均输 出电压值。换句话说，脉冲宽度一定，改变周期T，来改变平均输出电 压值。周期越小（频率越高），输出的直流平均电压越高。
二极管整流器 逆变器 M 3~ 控制频率
控制电路
控制电压
伺服电机
② 按要求控制 频率的大小
频率发生器
f/U
f/U变换器
+
-
③ 频率变成对应的控制电压
④ 给定值与反馈值比较、 差值驱动伺服电动机
优点：系统简单、输入功率因数高；缺点：动态响应差、体积大。
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2、相位控制变压 相位控制变压原理图如下（采用三相全控桥或半控桥整流电路）：
应 用 少
15
7.2
交—直—交电压型变频调速系统
交—直—交电压型变频调速系统是一种转速开环的变频调速系统，结构 简单、但调速性能不高，常用于水泵、风机等传动系统中。 频 现 变 当器 配 出 逆 工变 率 脉 号 压 环 函 脉 置变 功 升 击 积 电 器 率 降、 合 脉 变 作换 元 冲 变 形 数 冲 率频 或 ， ， 分 路 一 控 低触 脉 冲 器 时， 件 信 换 变 分 发 输 如器 放 下 使 消 见 般 制 电发 冲 信 功 保电 。 号 成 换 配 生 出 不： 大 降 电 除 书 采 ， 压器 输 号 率 证压 图 ， 周 器 ： 同包 。 压 阶 将 中 用 按 进， 出 的 主 电型 中 即 期 ： 将 负括 确 、 跃 阶 图 六 恒 行控 电 频 回 压； ， 在 性 环 载三 保 把 将 为 电 给 跃 分 压 节 路 率 路 为电 一 的 形 下部 可 电 压 实 7 制 流 定 给 频 能整 正 与 的 额压 定 循 靠分 压 频 现 、 对 定 计 比 控流 常 输 半 定控 的 环 配 频： 触 信 变 恒 频 系 10 为 数 条 制器 工 入 导 值 频 器 制 的主 发 号 换 压 率 统 。 方脉 件 的 。 等的 作 电 体 、 率 冲 变 器 频 调回 逆 和 产 波， 调 。输 压 器 轻 范 信 整路 变 成 输 比 转 生 换 方通 节出 成 件 载 围 号 相 出 控 、， 器 速 的 为 生过 频电 正 。 工 内 ， 信 高实 中 应 的 制 稳 过 斜 器电 率压 比 三 作 ， 去 号 频 脉 方 于现 的 步 大 坡 ，压 。值 。 相 时 使 触 进 基能 主 率 冲 式 上 冲 信 以调 实 逆 ； 适节 输 发 行 的 信 设 频量 功 GHF —
第七章 异步电动机变频调速系统 主要内容：
变频调速的一般基础 电压型变频调速系统 电流型变频调速系统 转差频率控制的变频调速系统 脉宽调制（PWM）变频调速系统
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异步电动机转速的计算公式为：
60 f1 n n0 (1 s) (1 s) np
在极对数np不变的情况下，转速跟电源频率f1成正比。如果连续地改 变供电电源频率，就可以平滑地调节电动机的转速，这种调速方法称 为变频调速。 交流调速有很多方法，例如调压调速、转子串电阻调速、转差离合器 调速、变极对数调速等，这些方法技术落后、调速性能差、效率低， 使用越来越少，取而代之的是变频调速系统。 目前，变频调速系统使用较为普遍，例如工农业生产、家用电器等领 域，且具有节能、调速效率较高等特点。变频调速系统正向着高性能、 高精度、大容量、微型化、数字化和智能化方向发展。
U
VT1
VT3
0
ωt
VT2
VT4
若在半个周期内，晶闸管反复通断多次，并使输出矩形脉冲波下的面积 接近于对应正弦波下的面积，则逆变器的输出电压就接近基波电压。
U 0
π
π 2
ωt
6
通常，变频器为三相供电。三相桥式逆变器分为1800导电型和1200导 电型，其主要差别是控制晶闸管持续导通的时间不同。三相逆变器的 输出为三相交流电，各相互差1200，周期为T。 由于交流频率 f ，控制并改变周期 T 就能改变频率 f ，所以可以 T 得到所要求的频率。在变频调速系统中，变频与变压需要配合进行， 即在变频的同时，按比例改变电压；反之亦然。 2、调压的实现
VT1 VT3
Ud VT2 VT4
该单相变频器由整流器、中间环节、和逆变器组成。其中：
整流器的作用是把频率恒定的交流电变成直流电； 中间环节起滤波作用，得到更加稳定的直流电； 逆变器把直流电变成频率可调的交流电。
5
1、调频的实现
就逆变器来说，在一个周期中，上半周让VT1、VT4导通，下半周让 VT3、VT2导通，在输出端可得到以下波形：
容中讨论。
脉宽调制既能改善输出波形的品质、消减高次谐波，又可提高功率因
数值，具有节能降耗的特点，是交——直——交变频器的发展方向。
与前三种方式不同，脉宽调制型变压与变频同时在逆变器中实现。
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四、概念解释 1、间接变频：先通过整流器把交流电变成直流电，再通过逆变器把直 流电转变成频率可调的交流电，这种方式称为间接变频，所用变频器称 为“交—直—交”变频器。
Edc E 0
δ δ
t T
11
T
脉宽调制（PWM）原理
开关周期T一定，改变导通时间 的长短，来改变输出平均电压值。 显然，导通时间越长，直流平均电压越高。