异步电动机变频调速系统的探讨与分析

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。

异步电动机调速原理1.变频调速原理：通过改变电源对电动机供电的频率，调整电动机的转速。

变频器是主要实现这种调速方式的设备，它能够将固定频率的电网供电转变为可调频率的交流电源。

变频器通过调节输出频率的大小，改变电动机的转速。

当输出频率增加时，电动机转速增加；当输出频率降低时，电动机转速降低。

通过变频调速可以实现电动机平稳起动、调速范围广、响应速度快、运行效率高等优点。

2.变压器调速原理：通过改变电源对电动机供电的电压，来调整电动机的转速。

变压器调速主要是通过改变输入电压的大小，而保持频率不变来实现。

当输入电压增加时，电动机转速增加；当输入电压降低时，电动机转速降低。

变压器调速适用于功率较大的电动机，但调速精度较低。

3.极数调速原理：通过改变电动机的极数来调整电动机的转速。

电动机的极数是指电动机定子和转子上磁极的数目。

当极数增加时，电动机转速降低；当极数减少时，电动机转速增加。

极数调速适用于小功率的电动机，但需要更换电动机的转子来改变极数，操作较为复杂。

4.转子电阻调速原理：通过改变转子电阻的大小，来调整电动机的转速。

转子电阻调速主要是通过在转子电路中串联一个可调节的电阻，来改变电动机的转矩和转速。

当转子电阻增加时，电动机转速降低；当转子电阻减少时，电动机转速增加。

转子电阻调速适用于较小的调速范围。

总结：异步电动机调速原理有多种方式，可以根据实际需求选择合适的调速方式。

变频调速是最常用的调速方式，具有调速范围广、精度高、响应速度快等优点。

而变压器调速适用于功率较大的电动机，调速范围较窄。

极数调速适用于小功率电动机，但需要更换电动机转子。

转子电阻调速适用于较小调速范围。

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。

交流异步电动机变频调速原理在异步电动机调速系统中，调速性能最好、应⽤最⼴的系统是变压变频调速系统。

在这种系统中，要调节电动机的转速，须同时调节定⼦供电电源的电压和频率，可以使机械特性平滑地上下移动，并获得很⾼的运⾏效率。

但是，这种系统需要⼀台专⽤的变压变频电源，增加了系统的成本。

近来，由于交流调速⽇益普及，对变压变频器的需求量不断增长，加上市场竞争的因素，其售价逐渐⾛低，使得变压变频调速系统的应⽤与⽇俱增。

下⾯⾸先叙述异步电动机的变压变频调速原理。

交流异步电动机变频调速原理：变频器是利⽤电⼒半导体器件的通断作⽤把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。

现在使⽤的变频器主要采⽤交—直—交⽅式（VVVF变频或⽮量控制变频），先把⼯频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。

变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。

交-直部分整流电路：由VD1-VD6六个整流⼆极管组成不可控全波整流桥。

对于380V的额定电源，⼀般⼆极管反向耐压值应选1200V，⼆极管的正向电流为电机额定电流的1.414-2倍。

（⼆）变频器元件作⽤电容C1：是吸收电容,整流电路输出是脉动的直流电压，必须加以滤波，变压器是⼀种常见的电⽓设备，可⽤来把某种数值的交变电压变换为同频率的另⼀数值的交变电压，也可以改变交流电的数值及变换阻抗或改变相位。

压敏电阻：有三个作⽤,⼀过电压保护,⼆耐雷击要求,三安规测试需要.热敏电阻：过热保护霍尔:安装在UVW的其中⼆相,⽤于检测输出电流值。

选⽤时额定电流约为电机额定电流的2倍左右。

充电电阻：作⽤是防⽌开机上电瞬间电容对地短路，烧坏储能电容开机前电容⼆端的电压为0V；所以在上电（开机）的瞬间电容对地为短路状态。

如果不加充电电阻在整流桥与电解电容之间，则相当于380V电源直接对地短路，瞬间整流桥通过⽆穷⼤的电流导致整流桥炸掉。

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。

交流异步电动机变频调速原理及特点摘要：在交流异步电动机的各种调速方法中，变频调速因其调速性能好、效率高被公认为是异步电动机的一种比较理想调速方法，也是交流调速系统的主要发展方向。

下面就变频调速的基本原理与基本控制方式，分类与特点谈谈自己的理解.关键词：功率因数；恒转矩负载；恒功率负载；脉冲幅度调制方式；脉冲宽度调制方式一变频调速的基本原理与基本控制方式1.变频调速的基本原理根据异步电动机的转速表达式n=（1-s）60f/p可知，改变异步电动机的供电频率f，可以改变异步电动机的转速n，这就是变频调速的基本原理.由电机理论可知，三相异步电动机定子每相电动势E为：E=4.44fNQ.从该式可知，磁通Q是由E和f共同决定的.在电动机定子供电电压保持不变情况下，只改变频率f，将引起磁通Q的变化，可能出现励磁不足或励磁过强的现象.当频率f降低时，磁通将增加，这会引起磁路饱和，定子励磁电流上升，铁耗急剧增加，造成电动机功率因数和效率下降，这种情况是电机实际运行所不允许的；反之，当频率升高时，则磁通将减小，同样的转子电流下将使电机输出转矩下降，电动机的负载能力下降.因此，在变频调速时，应尽可能使电动机的磁通保持额定值不变，从而得到恒转矩的调速特性.而对于恒功率负载，因为P=Mn=定值，也就是说，对恒功率负载采用变频调速时，若满足电压与频率平方根的比值等定值，则电机的过载能力不变，但气隙磁通将发生变化；若满足电压与频率的比值等定值，则气隙磁通维持不变，但过载能力将发生变化.这说明变频调速特别适用恒转矩负载.2.变频调速的基本控制方式异步电动机的变频调速分为以下两种情况.即额定频率以下的恒磁通变频调速和额定频率以上的弱磁通变频调速.首先额定频率以下的恒磁通变频调速，这是从电机额定频率向下调速的情况.由于磁通与E/f成正比，故调节定子的供电频率f时，按比例调节定子的感应电动势E，即保持E/f=常数，可以实现恒磁通变频调速，这相当于直流电动机调压调速的情况，属于恒转矩调速方式.但是，由于定子感应电动势是无法直接测量和直接控制的，因此，只能直接调节的是外加的定子供电电压U.若忽略定子绕组阻抗压降，则U=E，因此可以采用U/f=常数的恒压比控制方式进行变频调速.在进行恒压比的变频调速时，当f较小时，由于U也较小，因而定子绕组阻抗压降相对较大，故不能保持磁通不变.因此，这种恒压比的变频调速只能保持磁通近似不变，实现近似的恒磁通变频调速，在这种情况下，可以采用专门电路，在低速时人为地适当提高定子电压，以补偿定子阻抗压降的影响，使磁通基本保持不变，实现恒磁通、恒转矩的变频调速。

「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。

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。

基于MATLAB的异步电机变频调速系统的仿真与分析1. 引言1.1 研究背景异步电机是一种常见的电动机类型，在工业和家用电器中广泛应用。

随着电力系统的发展和电动机技术的进步，对异步电机的变频调速系统进行研究已成为一个热门领域。

变频调速系统可以根据实际需要调整电机转速，实现节能、精准控制和适应不同工况需求的目的。

随着现代工业的自动化程度不断提高，对电机的调速要求也越来越高。

传统的电压调速和机械调速方式已经无法满足实际需求，因此异步电机变频调速系统逐渐成为工业界的主流选择。

在此背景下，研究基于MATLAB的异步电机变频调速系统的仿真与分析具有重要意义。

通过对异步电机原理、变频调速系统设计和MATLAB仿真模型搭建等方面的研究，可以更好地了解和掌握这一技术，为实际应用提供理论支持和指导。

本文将对异步电机变频调速系统进行深入探讨，旨在为相关领域的研究和应用提供有益的参考和借鉴。

1.2 研究意义异步电机是工业中常用的电动机之一，其性能直接影响到生产效率和能源消耗。

变频调速系统能够实现电机转速控制，提高电机的运行稳定性和效率，减少能耗，降低维护成本。

基于MATLAB的异步电机变频调速系统的仿真与分析具有重要的研究意义。

通过仿真可以快速、灵活地模拟电机的工作情况，预测电机在不同工况下的性能表现，为设计和优化电机调速系统提供有力的依据。

通过仿真分析可以深入了解变频调速系统在不同参数和工况下的工作特性，为实际应用中的系统调试和优化提供指导。

对异步电机变频调速系统的研究可以推动电机控制技术的发展，促进工业生产的智能化和节能化，具有重要的社会和经济意义。

基于MATLAB的异步电机变频调速系统的仿真与分析不仅具有理论研究意义，还具有实际应用价值，对推动电机控制技术的发展和提高工业生产效率具有重要意义。

1.3 研究目的研究目的是为了探讨基于MATLAB的异步电机变频调速系统的仿真与分析，从而更深入地了解异步电机的工作原理和变频调速系统的设计方法。

交流异步电动机变频调速原理异步电动机变频调速是利用变频器改变电源频率和电压，从而调节电动机的运行速度。

异步电动机是一种常见的交流电动机，常用于工业生产中，其工作原理是根据电磁感应定律，通过电磁感应产生感应转矩，从而驱动机械设备运行。

异步电动机的转速与电源的频率成正比，即转速等于同步转速减去滑差倍数。

滑差是指电动机转速低于同步转速的比例，滑差率与转动负载有关，通常为3%~5%。

异步电动机转速的改变需要改变电源的频率，传统的方法是通过转速开关或者变压器调整电源的频率。

而变频器则可以通过改变电源的频率和电压，实现对异步电动机的变频调速，具有调速范围广、调速精度高、响应速度快等优点。

异步电动机变频调速的原理如下：变频器通过输入交流电源，将其变换成直流电源，然后再将直流电源经过逆变器转换成交流电源，输出给电动机。

逆变器中的IGBT管控制电源的开关，改变电源的有效值和频率。

变频器通过控制IGBT管的开关时间，改变电源的有效值和频率，从而控制电动机的转速。

变频器中的控制器根据实际需求来调整输出电流和电压的波形，以实现电动机的变频调速。

控制器通常包括运算单元及相关的周边设备，运算单元可以根据给定的控制策略、电机参数和负载情况，计算出控制变量，实现实时调节电流、电压、频率和转矩等控制参数。

变频器中的传感器用于监测电动机的运行状态，如转速、转矩、温度等。

传感器将检测到的运行状态信号反馈给控制器，控制器根据这些信号来调整控制变量，以实现对电动机的精确控制。

异步电动机变频调速的应用广泛，可以适应不同的负载要求。

它在工业生产中具有重要的作用，如在输送机、风机、水泵和压缩机等设备中的应用。

通过调整异步电动机的转速，可以实现对生产过程的精确控制，从而提高生产效率、降低能源消耗和减少设备损耗。

总之，异步电动机变频调速通过变频器改变电源的频率和电压，实现对电动机转速的精确调节。

它具有调速范围广、调速精度高、响应速度快等优点，广泛应用于各种工业生产设备中。

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是一种应用广泛的电机控制系统，通过对电机的供电频率和电压进行调整，实现电机的调速功能。

本文将对三相异步电动机变频调速系统进行详细的设计。

1.系统结构三相异步电动机变频调速系统主要由电机、变频器和控制系统三部分组成。

电机作为执行元件，接受变频器输出的电压和频率进行运行；变频器则负责将输入的电网电压和频率转换为适合电机运行的电压和频率；控制系统则完成对变频器的控制和监测，实现对电机的精确调速。

2.硬件设计在硬件设计方面，需要选择适合电机的变频器和控制器，并完成相应的接线和连接。

变频器通常需要选择带有电压和频率调节功能的型号，以满足不同工作条件下的电机要求。

控制器则需要选择具备快速响应和稳定性能的型号，以确保系统的准确调速。

3.变频器参数设置变频器的参数设置对于电机的工作性能影响较大。

在设置参数时，首先需要根据电机的额定功率和工作特性确定变频器的额定输出功率。

同时，还需要根据电机的额定电压和额定转速设置变频器的额定输出电压和额定输出频率。

此外，还需要根据电机的负载特性设置变频器的过载保护和反馈调节参数。

4.控制系统设计控制系统的设计主要包括速度信号检测、计算和反馈控制三个步骤。

速度信号检测可以通过安装编码器或霍尔传感器等装置实现。

根据检测到的速度信号，控制系统可以计算出电机的当前转速，并与设定的目标转速进行比较，得到误差信号。

通过对误差信号进行PID控制，控制系统可以调整变频器的输出频率和电压，以实现对电机转速的控制。

5.保护措施设计三相异步电动机变频调速系统在运行过程中需要考虑到一些保护措施，以防止电机过载、短路等故障。

常见的保护措施包括过载保护、过流保护、过热保护和失速保护等。

通过在控制系统中添加相应的保护逻辑和监测装置，可以及时发现并处理电机故障，保证系统的安全运行。

总之，三相异步电动机变频调速系统设计涉及到硬件设计、变频器参数设置、控制系统设计和保护措施设计等方面。

实验五 三相异步电机变频调速系统实验一、实验目的(1)掌握SPWM 的调速基本原理和实现方法。

(2)掌握马鞍波变频的调速基本原理和实现方法。

(3)掌握SVPWM 的调速基本原理和实现方法。

二、实验原理异步电机转速基本公式为：60(1)f n s p =- 其中n 为电机转速，f 为电源频率，p 为电机极对数，s 为电机的转差率。

当转差率固定在最佳值时，改变f 即可改变转速n 。

为使电机在不同转速下运行在额定磁通，改变频率的同时必须成比例地改变输出电压的基波幅值。

这就是所谓的VVVF （变压变频）控制。

工频50Hz 的交流电源经整流后可以得到一个直流电压源。

对直流电压进行PWM 逆变控制，使变频器输出PWM 波形中的基波为预先设定的电压/频率比曲线所规定的电压频率数值。

因此，这个PWM 的调制方法是其中的关键技术。

目前常用的变频器调制方法有SPWM ，马鞍波PWM ，和空间电压矢量PWM 等方式。

（1）SPWM 变频调速方式：正弦波脉宽调制法（SPWM ）是最常用的一种调制方法，SPWM 信号是通过用三角载波信号和正弦信号相比较的方法产生，当改变正弦参考信号的幅值时，脉宽随之改变，从而改变了主回路输出电压的大小。

当改变正弦参考信号的频率时，输出电压的频率即随之改变。

在变频器中，输出电压的调整和输出频率的改变是同步协调完成的，这称为VVVF （变压变频）控制。

SPWM 调制方式的特点是半个周期内脉冲中心线等距、脉冲等幅，调节脉冲的宽度，使各脉冲面积之和与正弦波下的面积成正比例，因此，其调制波形接近于正弦波。

在实际运用中对于三相逆变器，是由一个三相正弦波发生器产生三相参考信号，与一个公用的三角载波信号相比较，而产生三相调制波。

如图4-1所示。

图5-1 正弦波脉宽调制法（2）马鞍波PWM变频调速方式前面已经说过，SPWM信号是由正弦波与三角载波信号相比较而产生的，正弦波幅值与三角波幅值之比为m，称为调制比。

.一、三相异步电动机变频调速原理由于电机转速 n 与旋转磁场转速 n1接近，磁场转速 n1改变后，电机转速 n 也60 f 1可知，改变电源频率 f 1，可以调节磁场旋转，从就随之变化，由公式 n1p而改变电机转速，这种方法称为变频调速。

根据三相异步电动机的转速公式为60 f1n1 1 sn 1 sp式中 f 1为异步电动机的定子电压供电频率；p 为异步电动机的极对数；s为异步电动机的转差率。

所以调节三相异步电动机的转速有三种方案。

异步电动机的变压变频调速系统一般简称变频调速系统，由于调速时转差功率不变，在各种异步电动机调速系统中效率最高，同时性能最好，是交流调速系统的主要研究和发展方向。

改变异步电动机定子绕组供电电源的频率 f 1，可以改变同步转速n ，从而改变转速。

如果频率 f 1连续可调，则可平滑的调节转速，此为变频调速原理。

三相异步电动机运行时，忽略定子阻抗压降时，定子每相电压为U 1E1 4.44 f 1N 1k m m式中 E1为气隙磁通在定子每相中的感应电动势；f1为定子电源频率； N1为定子每相绕组匝数； k m为基波绕组系数，m为每极气隙磁通量。

如果改变频率 f 1，且保持定子电源电压U1不变，则气隙每极磁通m 将增大，会引起电动机铁芯磁路饱和，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，这是不允许的。

因此，降低电源频率 f 1时，必须同时降低电源电压，已达到控制磁通m 的目的。

.1、基频以下变频调速为了防止磁路的饱和，当降低定子电源频率 f 1时，保持U1为常数，使气每f 1极磁通m 为常数，应使电压和频率按比例的配合调节。

这时，电动机的电磁转[1][8]m 1 pU r 2r 21m 1 p U 1 2f 1ss 1T矩为222 f 1r 2 22 f 1r 2x 12r 1x 2r 1x 1 x 2ss上 式 对 s 求 导 ， 即dT ，有最大转矩和临界转差率为ds12U2f11111T m22 f 1 r 1222 2 f1f 1r 1 22r 1x 1 x 2r 1 x 1 x 2s mr 2由上式可知：当U1常数时，在 f 1 较高时，即接近额22f 1x 1 x 2r 1定频率时， r 1 = x 1 x 2 ，随着 f 1 的降低， T m 减少的不多； 当 f 1 较低时， x 1 x 2较小； r 1 相对变大，则随着 f 1 的降低， T m 就减小了。

变频调速异步电动机的原理_变频调速技术的原理应用及节能分析1.变频器的工作原理：变频器是一种能够改变交流电的频率和电压的电气设备。

它由整流器、滤波器、逆变器和控制电路等组成。

其工作原理如下：-整流器：将输入的交流电转换为直流电，去除电源中的谐波成分；-滤波器：使输出的直流电平滑，减少电压的波动；-逆变器：将直流电转换为可调变的交流电，并通过PWM技术控制输出电压和频率，实现对电动机的调速控制；-控制电路：根据输入的控制信号，通过对逆变器的控制，调整输出的频率和电压，从而实现对电动机的调速控制。

2.异步电动机的工作原理：异步电动机是一种最常用的电动机类型，其工作原理基于电机的磁场相对运动。

其工作过程可分为两个部分：启动过程和运行过程。

-启动过程：当电机通电时，定子产生旋转磁场，同时转子也会受到这个磁场的作用，使转子产生感应电动势。

由于转子电流的存在，产生了磁场，与定子的旋转磁场相互作用，产生转矩，启动电机的运转。

-运行过程：当电机达到额定转速后，转子的相对运动速度几乎等于零，转矩逐渐减小，电机进入稳定运行状态。

变频调速技术的原理应用及节能分析:变频调速技术是目前应用最广泛的电动机调速技术之一，其原理是通过调整电动机的频率和电压，实现对电动机的调速控制。

变频调速技术的应用和节能分析如下：1.应用：变频调速技术广泛应用于各个行业的电动机调速系统中，如机械制造、石油、化工、电力、冶金、电梯等。

它可以实现对电动机的平稳启动、精确控制和高效能的调速，提高了设备的运行效率和负载能力，降低了机械系统的噪声和振动。

2.节能分析：变频调速技术与传统的机械调速和调压调频方式相比，具有以下节能优势：-调速范围宽:变频器可以根据实际需要，调整电动机的转速范围，满足不同的工况需求，避免了传统调速方式中频繁启停和机械调速的问题，提高了能源利用效率。

-调速精度高:变频器可以通过数字控制，对电动机进行精确的调速控制，使得设备能够在要求的精度范围内工作，减少能源的浪费。

三相异步电动机变频调速控制系统设计一、引言三相异步电动机广泛应用于工业生产中，以其结构简单、制造成本低、容量大、耐用等优点而受到青睐。

然而，传统的电动机调速方式并没有很好地满足各种应用场景的需求。

变频调速系统是一种能够根据不同需求实现高效调速的解决方案。

本文将介绍三相异步电动机变频调速控制系统的设计方案，包括系统的原理、硬件设计、软件设计及性能测试等内容。

二、系统原理系统主要由以下几个部分组成：1.变频器：负责将输入的电源交流电转换为可调的电压和频率，供给电动机使用。

变频器通常包括整流器、逆变器和滤波器等电路。

2.控制电路：包括信号输入、测量电路、调速逻辑电路等。

其中，信号输入模块负责接收用户的控制信号；测量电路负责测量电动机的转速和电流等参数；调速逻辑电路负责根据用户控制信号和测量参数计算出变频器的控制信号。

3.电机驱动：负责将变频器输出的电压和频率传送给电动机，驱动电动机工作。

三、硬件设计硬件设计包括电路的选型和布局。

其中，变频器的选型需要考虑电源电压和频率、电机额定参数、控制精度等因素。

控制电路的设计需要选择合适的传感器和控制芯片，保证调速系统的稳定性和性能。

硬件布局上，需要合理布置各个电路模块，使得信号传输和功率传输互不干扰。

同时，还需考虑防护措施，确保系统的安全性。

四、软件设计软件设计主要包括控制算法和用户界面设计。

控制算法根据用户的设定值和实际测量值，计算出变频器的控制信号。

控制算法一般采用闭环控制方法，包括PID控制、模糊控制等。

用户界面设计可采用上位机软件，通过图形界面实现对调速系统的设置和监控。

五、性能测试为了验证系统设计的可行性和性能，需要进行性能测试。

性能测试包括静态特性测试和动态特性测试。

静态特性测试主要是测量系统的静态输出特性，如电机的转速、电流和功率等。

动态特性测试则是模拟实际工况下的负载变化情况，测试系统的动态响应和稳定性。

六、总结三相异步电动机变频调速控制系统的设计方案包括系统原理、硬件设计、软件设计和性能测试四个方面。

三相异步电机变频调速的工作原理1.基本原理：三相异步电机是通过电磁感应的原理产生转动力的，其转速与供电频率成正比。

变频调速就是通过改变电机的供电频率，来改变电机的转速。

2.变频器：变频调速系统的核心是变频器，也称为交流变频调速器。

它由整流器、滤波器、逆变器、控制电路等组成。

变频器可以将输入的固定频率、固定电压的交流电能转换成可变频率、可调电压的交流电能。

3.电压变频调速：在电压变频调速中，变频器通过提供可调的电压来改变电机的供电电压，进而控制电机的转速。

变频器会根据控制信号，调整输出电压的频率和幅值，使得电机的转速与所需的转速匹配。

4.频率变频调速：在频率变频调速中，变频器通过改变电机的供电频率来控制电机的转速。

变频器会通过改变输入电压的频率，改变电机的额定转速。

例如，如果输入电压的频率为50Hz，变频器将其转换为30Hz，电机的转速将降低为原来的60%。

5.闭环控制系统：为了实现精确的调速，变频调速系统通常采用闭环控制方法。

这种方法通过在电机轴上安装编码器等位置传感器，将电机的实际转速反馈给控制系统。

控制系统会根据设定的转速和实际转速之间的误差，调整变频器的输出，使得实际转速接近设定转速。

6.调速特性：三相异步电机变频调速具有良好的调速特性。

在负载变化较小的情况下，调速范围广，调速精度高。

同时，变频调速系统还具有起动电流小、起动冲击小、能耗低等特点。

总结起来，三相异步电机变频调速是通过改变电机的供电频率来调节电机的转速的方法。

其核心是变频器，通过调整电压或频率来控制电机的供电，同时采用闭环控制系统实现精确的调速。

该方法具有调速范围广、调速精度高等特点，广泛应用于工业生产和交通运输等领域。