交流调速系统概述 1.1、交流调速系统的特点 对于可调速的电力拖动系统，工程上往往把它分为直流调速系统和交流调速系统两类,这主要是根据采用什么电流制型式的电动机来进行电能与机械能的转换而划分的。所谓交流调速系统，就是以交流电动机作为电能—机械能的转换装置，并对其进行控制以产生所需要的转速。相比于直流电动机，交流电动机具有结构简单，制造成本低，坚固耐用，运行可靠，维护方便，惯性小，动态响应好，以及易于向高压、高速和大功率方向发展等优点。 随着电力电子技术，大规模集成电路和计算机控制技术的迅速发展，交流可调传动得到了广泛的发展，诸如交流电动机的串级调速、各种类型的变频调速，特别是矢量控制技术的应用，使得交流调速系统逐步具备了宽的调速范围、较高的稳速精度、快速的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能。现在从数百瓦的伺服系统到数百千瓦的特大功率高速传动系统，从一般要求的小范围调速传动到高精度、快响应、大范围的调速传动，从单机传动到多机协调运转，已几乎都可采用交流调速传动。 1.2交流调速系统的应用 由于交流调速系统的优越性，其已经普遍应用于现代工业中，主要由以下几个方面：（1）、风机、水泵、压缩机耗能占工业用电的40%，进行变频、串级调速，可以节能。 （2）、对电梯等垂直升降装置调速实现无级调速，运行平稳、档次提高。 （3）、纺织、造纸、印刷、烟草等各种生产机械，采用交流无级变速，提高产品的质量和效率。 （4）、钢铁企业在轧钢、输料、通风等多种电气传动设备上使用交流变频传动。 （5）、有色冶金行业如冶炼厂对回转炉、培烧炉、球磨机、给料等进行变频无级调速控制。 （6）、油田利用变频器拖动输油泵控制输油管线输油。此外，在炼油行业变频器还被应用于锅炉引风、送风、输煤等控制系统。 （7）、变频器用于供水企业、高层建筑的恒压供水。 （8）、变频器在食品、饮料、包装生产线上被广泛使用，提高调速性能和产品质量。 （9）、变频器在建材、陶瓷行业也获得大量应用。如水泥厂的回转窑、给料机、风机均可采用交流无级变速。 （10）、机械行业是企业最多、分布最广的基础行业。从电线电缆的制造到数控机床的制造。电线电缆的拉制需要大量的交流调速系统。一台高档数控机床上就需要多台交流调速甚至精确定位传动系统，主轴一般采用变频器调速（只调节转速）或交流伺服主轴系统（既无级变速又使刀具准确定位停止），各伺服轴均使用交流伺服系统，各轴联动完成指定坐标位置移动。
目录 第1章概述---------------------------------------------------------------------------- 1.1 课题设计目的及意义-------------------------------------------------- 第２章设计总体思路----------------------------------------------------------------- 2.1系统总体方案确定-------------------------------------------------------- 2.2 交流斩波调压的基本原理----------------------------------------------第3章主电路设计与分析----------------------------------------------------------- 3.1主要技术条件及要求----------------------------------------------------- 3.2 开关器件的选择---------------------------------------------------------- 3.3 主电路计算及元器件参数---------------------------------------------- 3.4 主电路结构设计--------------------------------------------------------- 3.5 主电路保护设计--------------------------------------------------------- 第4章单元控制电路设计----------------------------------------------------------- 4.1主控制芯片的详细说明-------------------------------------------------- 4.1.1 芯片的选择---------------------------------------------------------- 4.1.2芯片的详细介绍----------------------------------------------------- 4.1.3芯片的工作原理----------------------------------------------------- 4.2 驱动电路设计-------------------------------------------------------------- 4.3 过零检测及续流触发电路----------------------------------------------- 4.4控制保护电路设计-------------------------------------------------------- 4.5谐波分析-------------------------------------------------------------------- 第５章总结与体会------------------------------------------------------------------- 参考文献 附录
仿真设计报告
转速、电流双闭环直流调速系统的Simulink仿真设计 一、系统设计目的 直流调速系统具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动中获得了广泛应用。根据直流电动机的工作原理建立了双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用Simulink对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。在理论分析和仿真研究的基础上，设计了一套实验用双闭环直流调速系统。对系统的性能指标进行了实验测试，表明所设计的双闭环调速系统运行稳定可靠，具有较好的静态和动态性能，达到了设计要求。采用MATLAB 软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计，并用SIMULINK进行动态数字仿真，同时查看仿真波形，以此验证设计的调速系统是否可行。 二、系统理论分析 2.1双闭环直流调速系统工作原理 电动机在启动阶段，电动机的实际转速低于给定值，速度调节器的输入端偏差信号，经放大后输出的电压保持为限幅值，速度调节器工作在开环状态，速度调节器的输出电压作为电流给定值送入电流调节器，此时以最大电流给定值使电流调节器输出移相信号直流电压迅速上升，电流也随即增大直到最大给定值，电动机以最大电流恒流加速启动。电动机的最大电流可通过整定速度调节器的输出限幅值来改变。在转速上升到给定转速后，速度调节器输入端的偏差信号减小到近于零，速度调节器和电流调节器退出饱和状态,闭环调节开始起作用。对负载引起的转速波动，速度调节器输入端偏差信号将随时通过速度调节器、电流调节器修正触发器的移相电压，使整流桥输出的直流电压相应变化校正和补偿电动机的转速偏差。另外电流调节器的小时间常数，还能对因电网波动引起的电枢电流的变化进行快速调节，可在电动机转速还未来得及发生改变时，迅速使电流恢
西电网院《交流调速技术》模拟试题5 考试时间_90_分钟闭卷试卷编号____________ 姓名_________ 学号____________ 班级____________ 一、判断题(10分每题1分) （对√、错×） ( × )1. PWM脉宽调制型变频，是靠改变脉冲频率来控制输出电压。 ( √ )2. 起重机属于恒转矩类负载。 ( √ )3. 变频器矢量控制模式下，一只变频器只能带一台电动机。 ( √ )4. 直接转矩控制是直接分析交流电动机的模型，控制电动机的磁链和转矩。 ( √ )5. 变频器基准频率也叫基本频率 ( √ )6. 起动频率是指电动机开始起动的频率。 ( √ )7. PID控制是闭环控制中的一种常见形式。 ( √ )8.变频器内部装有冷却风扇上下左右与相邻的物品和挡板必须保持足够的空间。 ( × )9.变频器与电动机之间的连接线越长越好。 ( √ )10.风机变频调速参数设置，上限频率不应超过额定频率。 二、选择题（共10题，每题2分，共20分） 1. 9、对电动机从基本频率向上的变频调速属于（A）调速。 A：恒功率B：恒转矩 C：恒磁通D：恒转差率 2．下列哪种制动方式不适用于变频调速系统（ C ）。 A：直流制动B：回馈制动 C：反接制动D：能耗制动 3．变频器种类很多，其中按滤波方式可分为电压型和（A）型。 A：电流B：电阻 C：电感D：电容 4．目前，在中小型变频器中普遍采用的电力电子器件是（D ）。 A：SCR B：GTO C：MOSFET D：IGBT 5．变频器常用的转矩补偿方法有：线性补偿、分段补偿和（ B ）补偿。 A：平方根 B ：平方率 C：立方根D：立方率 6．变频调速过程中，为了保持磁通恒定，必须保持（ C ）。 A：输出电压U不变B：频率f不变 C：U/F不变D：U·f不变 7. 对电动机从基本频率向上的变频调速属于（ A ）调速。 A.恒功率 B.恒转矩 C.恒磁通 D.恒转差率 8．三相异步电动机的转速除了与电源频率、转差率有关，还与（ B ）有关系。
东北大学秦皇岛分校控制工程学院自动控制系统课程设计 设计题目：直流电动机开环调速系统 设计与仿真 专业名称自动化 班级学号 学生姓名 指导教师 设计时间2015.7.13~2014.7.24 成绩
目录 1.设计任务书 (3) 2.概述 (4) 2.1前言 (4) 2.2 系统原理 (4) 2.3 simulink框图 (5) 3.元件参数设置 (7) 3.1三相交流电压源设置 (7) 3.2.同步六脉冲触发器 (7) 3.3.三相全控桥整流电路 (8) 3.4.直流电动机设计 (8) 4.仿真结果分析 (9) α=时 (12) 4.2 当30o α=时 (14) 4.3 当60o α=时 (17) 4.4 当90o 4.5励磁电流 (19) 5.结论 (20) 6.参考文献 (22) 7.结束语 (22)
东北大学秦皇岛分校控制工程学院 《自动控制系统》课程设计任务书 专业自动化班级姓名 设计题目：直流电动机开环调速系统设计与仿真 一、设计实验条件 地点：实验室 实验设备：PC机 二、设计任务 直流电动机的额定数据为220V，136A，1460r/min，4极， R=0.21 ， a 22 GD=22.5N m；励磁电压为220V，励磁电流为1.5A。采用三相桥式全控整流电路。平波电抗器 L=200mH。 p 设计要求：设计并仿真该晶闸管-电动机（V-M）开环调速系统。观察电动机在全压起动和起动后加额定负载时电动机的转速、转矩和电流变化。 三、设计说明书的内容 1、设计题目与设计任务（设计任务书） 2、前言（绪论）(设计的目的、意义等) 3、主体设计部分 4、参考文献 5、结束语 四、设计时间与设计时间安排 1、设计时间：7月13日～7月24日 2、设计时间安排： 熟悉课题、收集资料：3天（7月13日～7月15日) 具体设计（含上机实验）：6天（7月16日～7月21日) 编写课程设计说明书：2天（7月22日～7月23日) 答辩：1天（7月24日）
目录 第1章概述 (1) 第２章设计总体思路 (3) 2.1 系统总体方案确定 (3) 2.2 交流斩波调压的基本原理 (8) 第3章主电路设计与分析 (9) 3.1主要技术条件及要求 (9) 3.2 开关器件的选择 (9) 3.3 主电路计算及元器件参数选型 (9) 3.4 主电路结构设计 (11) 3.5 主电路保护设计 (12) 第4章单元控制电路设计 (14) 4.1主控制芯片的详细说明 (14) 4.1.1 芯片的选择 (14) 4.1.2 芯片的详细介绍 (14) 4.1.3 芯片的工作原理 (15) ⒈器件内部结构 (15) ⒉欠压锁定功能 (16) ⒊系统的故障关闭功能 (16) 4. 波形的产生及控制方式分析 (16) 4.2 驱动电路设计 (17) 4.3 过零检测及续流触发电路 (18) 4.4 控制保护电路设计 (19) 4.5谐波分析 (20) 第5章总结与体会 (22) 第6章附录 (23) 参考文献 (24)
第1章概述 交流调压是指把一种交流电变成另一种同频率，不同电压交流电的变换，而在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，可以方便地调节输出电压，而斩控式交流调压的输入是正弦交流电压，这种斩控式交流调压电路的优势是功率因素接近1，电压、电流波形好，谐波成分频率高，电路简单，且可靠性高。而利用PWM技术后，控制灵活，动态响应快。 目前能够实现这一要求的调压器有下面三种： 1)磁饱和式调压器该调压器通过控制主电路中电感的饱和程度，以改变电抗值以及其上的电压，实现对输出电压的调节。这种调压器具有一定的动态性能，但输出电压的调节范围小，体积和重量较大。 2)机械式调压器机械式调压器由电动机带动碳刷实现输出电压的调节。这种调压器输出波形较好，但体积、重量大，动态性能差。 3)电子式调压器这种调压器采用电力电子器件实现。目前有晶闸管凋压器和逆变式调压器两种。晶闸管调压器采用的是相控方式，因此其输出波形差；逆变式调压器采用的是斩波控制方式，其输出波形和动态响应较好。 在工业生产及日用电气设备中，有不少交流供电的设备采用控制交流电压来调节设备的工作状态，如加热炉的温度、电源亮度、小型交流电机的转速等。这样就需要设计一种交流调压电路来控制，其基本原理是把两个晶闸管反并联后串联在交流电路中,通过对晶闸管的控制就可以控制交流电力。在每一个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，可以方便地调节输出电压的有效值，这种电路称为交流调压电路。用在电热控制、交流电动机速度控制、灯光控制和交流稳压器等场合。采用晶闸管作为开关元件的典型单相交流调压电路如图1所示。常用通断控制或相位控制方法来调节输出电压。
比例积分控制的单闭环直流调速系统仿真 一、实验目的 1．熟练使用MATLAB 下的SIMULINK 仿真软件。 2．通过改变比例系数K P 以及积分时间常数τ的值来研究K P 和τ对比例积分控制的直流调速系统的影响。 二、实验内容 1．调节器的工程设计 2．仿真模型建立 3．系统仿真分析 三、实验要求 建立仿真模型，对参数进行调整，从示波器观察仿真曲线，对比分析参数变化对系统稳定性，快速性等的影响。 四、实验原理 图4-1 带转速反馈的闭环直流调速系统原理图 调速范围和静差率是一对互相制约的性能指标，如果既要提高调速范围，又要降低静差率，唯一的方法采用反馈控制技术，构成转速闭环的控制系统。转速闭环控制可以减小转速降落，降低静差率，扩大调速范围。在直流调速系统中，将转速作为反馈量引进系统，与给定量进行比较，用比较后的偏差值进行系统控
制，可以有效的抑制甚至消除扰动造成的影响。 当t=0时突加输入U in时，由于比例部分的作用，输出量立即响应，突跳到U ex(t)=K P U in，实现了快速响应；随后U ex(t)按积分规律增长，U ex(t)=K P U in+ (t/τ)U in。在t=t1时，输入突降为0，U in=0，U ex(t)=(t1/τ)U in，使电力电子变换器的稳态输出电压足以克服负载电流压降，实现稳态转速无静差。 五、实验各环节的参数及K P和1/τ的参数的确定 5.1各环节的参数： 直流电动机：额定电压U N=220V，额定电流I dN=55A,额定转速n N=1000r/min,电动机电动势系数C e=0.192V ? min/r。 假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数K s=44，滞后时间常数T s=0.00167s。 电枢回路总电阻R=1.0Ω，电枢回路电磁时间常数T l=0.00167s电力拖动系统机电时间常数T m=0.075s。 转速反馈系数α=0.01V ? min/r。 对应额定转速时的给定电压U n?=10V。 稳态性能指标D=20，s 5% 。 5.2 K P和1/τ的参数的确定： PI调节器的传递函数为 W PI(s)=K Pτs+1 τs =K P τ1s+1 τ1s 其中，τ1=K Pτ。 （1）确定时间常数 1）整流装置滞后时间常数T s=0.00167s；
1、交流电动机的变频交流调速技术：用半导体电力电子器件构成的变频器，把50或60Hz 的交流电变成频率可调的交流电，供给交流电动机，用以改变交流电动机的运转速度的技术。 2、转差率：同步转速n0与定子转速n之差称为转速差，转速差与同步转速的比值称为转差率S。额定状态下运行时，异步电动机的转差率sn在0.01~0.06之间；空载时，sn在0.05以下。 3、三相异步电动机的调速方法：调频调速、改变磁极对数、改变转差率。 4、三相异步电动机的机械特性：三个主要特征点①理想空载点（N0）：负载转矩T为零，异步电动机的转速n最大，达到同步转速n0。②启动点（S）：异步电动机接通电源瞬间，电动机的转速n为零，此时的和转矩为启动转矩Ts，称为堵转转矩。③临界点（K）：异步电动机的机械特性有一个拐点K，此时对应的转速为临界转速nk。 5、异步电动机负载的机械特性主要是指负载的阻转矩与转速的关系。常见的有恒转矩负载、恒功率负载和二次方率负载。恒转矩负载（负载功率与转速成正比）、恒功率负载（转速和转矩成反比）、二次方率负载（负载的阻转矩与转速的二次方成正比）。 6、变频器的分类：⑴按变换环节：①(间接变频)交-直-交变频器②(直接变频)交-交变频器 ⑵按电压的调制方式：①PAM(脉幅调制)②PWM(脉宽调制)⑶按滤波方式：①电压型变频器②电流型变频器⑷按输入电源的相数：①三进三出变频器②单进三出变频器⑸按控制方式：①v/f控制变频器②转差频率控制变频器③矢量控制变频器④直接转矩控制变频器⑹按用途：①通用变频器②高性能专用变频器③高频变频器⑺按变频器的供电电压的高低分类：①低压变频器②高压变频器 7、直流电动机的工作原理。为什么直流电动机有优越的调速特性！ 答：直流电动机有两个独立的绕组：定子和转子。定子绕组通入直流电，产生稳定磁场；转子绕组通入直流电，产生稳恒电流；定子的稳恒磁场和转子的电流相互作用，产生机械转矩，
实验四 直流调速系统仿真与设计 一、 实验目的 1、掌握连续部分的程序实现方法； 2、熟悉仿真程序的编写方法。 二、 实验内容 一转速、电流双闭环控制的H 型双极式PWM 直流调速系统，已知电动机参数为：N P =200W ，N U =48V ，N I =4A ，额定转速 500r/min ，电枢电阻Ra=6.5欧，电枢回路总电阻R=8欧，允许电流过载倍数2λ=，电势系数C 0.12min/e V r =?，电磁时间常数s T l 015.0=，机电时间常数s T m 2.0=，电流反馈滤波时间常数 s T oi 001.0=，转速反馈滤波时间常数s T on 005.0=。设调节器输入输出电压 ** nm im cm U U U 10V ===，调节器输入电阻Ω=k R 400。已计算出电力晶体管D202 的开关频率f 1kHz =，PWM 环节的放大倍数s K 4.8=。 试对该系统进行动态参数设计，设计指标：稳态无静差，电流超调量i 5%σ≤；空载起动到额定转速时的转速超调量n 20%σ≤；过渡过程时间s t 0.1s ≤。 建立系统的仿真模型，并进行仿真验证。 一、 设计计算 1. 稳态参数计算 根据两调节器都选用PI 调节器的结构，稳态时电流和转速偏差均应为零；两调节器的输出限幅值均选择为12V 电流反馈系数；A V A V I U im /25.14210nom *=?==λβ 转速反馈系数：r V r V n U nm min/02.0min /50010max *?===α 2. 电流环设计 （1）确定时间常数 电流滤波时间常数T oi =0.2ms ，按电流环小时间常数环节的近似处理方法，则 s T T T oi s i 0003.00002.00001.0=+=+=∑ （2）选择电流调节器结构 电流环可按典型Ⅰ型系统进行设计。电流调节器选用PI 调节器，其传递函数为 s s K s W i i i ACR ττ1 )(+=
摘要 对于可调速的电力拖动系统来说，工程上通常分为直流调速系统和交流调速系统两大类。根据电动机在电能和机械能的转换时电流制型式的不同来分类，关于交流调速系统，它利用交流电动机来进行电能—机械能的转换，并且通过控制产生我们所需要的转速。在电力拖动的发展过程中，交流调速系统和直流调速系统一直并存于各个工业领域中，但是，在科学技术发展的不同时期，他们所处的地位也有所不同。相对于直流调速系统，交流调速系统具有结构简单，制造成本低，坚固耐用，运行可靠，维护方便，惯性小，动态响应好，等优点并且在向高速，高压和大功率的发展前景也较好。近年来，很多国家偏向于对交流调速系统的研究。 关键词：矢量控制，交流调速，变频器，变频调速 第一章交流调速系统的发展 1.1交流调速系统的发展历程 在工业发展的初级阶段，交流电动机仅仅作为动力使用而无需调速。随着工业的进一步发展，尤其是电子方面和起重运输机械的发展，才对电动机的调速提出了要求，才有了直流电动机的出现。直流电机提高了生产的连续性和产品的产量以及质量，并且以其快速的正反转，准确的定位逐渐取代了简单可靠的交流电机，并且到了了广泛的运用于各行业。 80年代以来，由于直流调速系统造价高，维护投入大等缺点，在工业较为发达的国家开始使用直流调速系统，并且逐渐取代直流调速系统。这主要是由于电力电子器件，脉宽调制技术，矢量控制技术的发展，特别是以微处理机为核心的全数字化控制的应用，这才使得简单廉价的交流电机又得以取代直流电机调速系统占据主导地位。 现代控制理论的发展和应用，才促成矢量控制的出现，更是奠定了现代交流电机调速技术的理论基础，这才使得交流电机调速系统的性能能够与直流调速系统相媲美。国家的重视使得各种各样的的交流调速系统不断被开发，应用，普及，节约了社会上的大量资源，更是将社会上的传统产业发生了巨大的变革。 1.2交流调速系统的发展趋势 1.2.1交流调速系统的高性能化 交流电动机是一个多变量，强耦合，非线性的被控对象，单单用电压/频率恒定控制是不能满足我们对调速系统的要求的。接下来，交流调速系统将采用矢量控制技术，它将使调速性能达到并且超过直流调速系统。 矢量变换控制是新时期控制技术的发展随之产生的控制理论和技术，它是根据直流电动机的控制特点模拟它的控制方式来进行交流电动机的控制。直流调速的调速性能好的根本原因是交流电动机的转矩比较容易控制，而交流电动机的调速性能差就由于它的转矩难以控制，所以，要想交流电机得到的控制性能和直流电机的一样，就要通过电机统一理论和坐标变换理论，通过将交流电机的定子电流分解成磁场定向坐标的磁场电流分量以及跟它相垂直的坐标的转矩电流分量，将固定的坐标系转化为旋转坐标系解耦后，就是把交流量的控制转化为
第1章概述 在工业生产及日用电气设备中，有不少交流供电的设备采用控制交流电压来调节设备的工作状态，如加热炉的温度、电源亮度、小型交流电机的转速等。这样就需要设计一种交流调压电路来控制，其基本原理是把两个晶闸管反并联后串联在交流电路中,通过对晶闸管的控制就可以控制交流电力。在每一个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，可以方便地调节输出电压的有效值，这种电路称为交流调压电路。用在电热控制、交流电动机速度控制、灯光控制和交流稳压器等场合。采用晶闸管作为开关元件的典型单相交流调压电路如图1所示。常用通断控制或相位控制方法来调节输出电压。 交流调压电路也广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。在供用电系统中，这种电路还常用于对无功功率的连续调节。此外，在高压小电流或低压大电流中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。如采用晶闸管相控整流电路，高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联，同时，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联。这都是十分不合理的。采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压电流值都不太大也不太小，在变压器二次侧只要用二极管整流就可以了。这样的电路体积小、成本低、易于设计
制造。 交流调压是指把一种交流电变成另一种同频率，不同电压交流电的变换。按所变换的相数不同交流调压电路可分为单相交流调压电路和三相交流调压电路。前者是后者的基础。与自耦变压器调压方法相比，交流调压电路控制方便，调节速度快，装置的重量轻、体积小，有色金属消耗也少。
第２章设计总体思路 2.1 系统总体方案确定 交流调压的控制方式有三种：①整周波通断控制；②相位控制；③斩波控制。整周波控制调压——适用于负载热时间常数较大的电热控制系统。晶闸管导通时间与关断时间之比，使交流开关在某几个周波连续导通，某几个周波连续关断，如此反复循环地运行，其输出电压的波形如图2所示。改变导通的周波数和控制周期的周波数之比即可改变输出电压。为了提高输出电压的分辨率，必须增加控制周期的周波数。为了减少对周围通信设备的干扰，晶闸管在电源电压过零时开始导通。在负载容量很大时，开关的通断将引起对电网的冲击，产生由控制周期决定的分数次谐波，这些分数次谐波引起电网电压闪变。这是其缺陷。 相位控制调压——利用控制触发滞后角α的方法,控制输出电压。晶闸管承受正向电压开始到触发点之间的电角度称为触发滞后角α。在有效移相范围内改变触发滞后角，即能改变输出电压。有效移相范围随负载功率因数不同而不同，电阻性负载最大,纯感性负载最小。图3是阻性负载时相控方式的交流调压电路的输出电压波形。相控交流调压电路输出电压包含较多的谐波分量，当负载是电动机时，会使电动机产生脉动转矩和附加谐波损耗。另外它还会引起电源电压畸变。为减少对电源和负载的谐波影响，可在电源侧和负载侧分别加滤波网络。
交流调速系统仿真分析 1 课题来源 本课题来源于三峡大学电气与新能源学院毕业论文自选课题。 2 研究的目的和意义 电动机(尤其是交流电动机)在工业.农业.交通运输.国防军事设施以及日常生活中被广泛的应用。其中许多的场合有着调速的要求从节能的角度出发。开发研究与风机，泵类负载相适应的配套调速装置，市场是非常广阔的，与我国的经济能源状况相适应，对交流系统进行建模仿真，可以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。 3 国内外的研究现状和发展趋势 目前，交流调速已进入逐步替代直流调速的时代。电力电子器件的发展为交流调速奠定了物质基础。50年代末出现了晶闸管，由晶闸管构成的静止变频电源输出方波和阶梯波的交变电压，取代旋转变频机组实现了变频调速，然而晶闸管属于半控型器件，可以控制导通，但不能由门极控制关断，因此由普通晶闸管组成的逆变器用于交流调速必须附加强迫换相电路。70年代以后，功率晶体管(GTR).门极关断晶闸管(GTO晶闸管).功率场效应晶闸管(Power MOSFET).绝缘栅双极晶体管(IGBT)。 MOS控制晶闸管(MCT)等已经先后问世，这些器件都是既能控制导通又能控制关断的自关断器件，又称全控型器件。它不再需要强迫换相电路，使得逆变器构成简单.结构紧凑。IGBT由于兼有MOSFET和GTR的优点，是用于中小功率目前最为流行的器件，MCT则综合了晶闸管的高电压.大电流的特性和MOSFET的快速开关特性，是极有发展前景的大功率.高频率开关器件。电力电子器件正在向大功率化.高频化.模块化.智能化的方向发展。80年代以后出现的功率集成电路(Power IC)，集功率开关器件，驱动电路，保护电路，接口电路于一体，目前已应用于交流调速的智能功率模块(Intelligent Power Module IPM)采用IGBT作为功率开关，含有电流传感器.驱动电路及过载.短路.超温.欠电压保护电路，实现了信号处理.故障诊断.自我保护等多种智能功能，既减少了体积.减轻了重量，又提高了可靠性，使用.维护都更加方便，是功率器件的重要发展方向。
交流变频调速技术发展的现状及趋势 概述 交流电动机变频调速技术是在近几十年来迅猛发展起来的电力拖动先进技术，其应用领域十分广泛。为了适应科技的发展，将先进技术推广到生产实践中去，交流变频调速技术已成为应用型本科、高职高专电类专业的必修或选修课程。 变频调速技术概述，常用电力电子器件原理及选择，变频调速原理，变频器的选择，变频调速拖动系统的构建，变频技术应用概述，变频器的安装、维护与调试和变频器的操作实验。 在理论上以必需、够用为原则；精心选材，努力贯彻少而精、启发式的教学思想； 变频调速技术是一种以改变交流电动机的供电频率来达到交流电动机调速目的的技术。大家知道，从大范围来分，电动机有直流电动机和交流电动机。由于直流电动机调速容易实现，性能好，因此，过去生产机械的调速多用直流电动机。但直流电动机固有的缺点是，由于采用直流电源，它的滑环和碳刷要经常拆换，故费时费工，成本高，给人们带来不少的麻烦。因此人们希望，让简单可靠价廉的笼式交流电动机也能像直流电动机那样调速。这样就出现了定子调速、变极调速、滑差调速、转子串电阻调速和串极调速等交流调速方式；由此出现了滑差电机、绕线式电机、同步式交流电机。但其调速性能都无法和直流电动机相比。直到20世纪80年代，由于电力电子技术、微电子技术和信息技术的发展，才出现了变频调速技术。它的出现就以其优异的性能逐步取代其他交流电动机调速方式，乃至直流电动机调速系统，而成为电气传动的中枢。 要学习交流电动机的变频调速技术，必须有电力拖动系统的知识。因此，先温习电力拖动系统的基础知识。电力拖动系统由电动机、负载和传动装置三部分组成。描写电力拖动系统的物理量主要是转速，n和转矩T（有时也用电流，因转矩和电动机的电枢电流成正比）。两者之间的关系式称为机械特性。 交流电动机是电力拖动系统中重要的能量转换装置,用来实现将电能转换为机械能。长期以来人们一直在寻求对电动机转速进行调节和控制的方法,起初由于直流调速系统的调速性能优于交流调速系统,直流调速系统在调速领域内长期占居主导地位。 变频调速是通过变频器来实现的，对于变频器的容量确定至关重要。合理的容量选择本身就是一种节能降耗措施。根据现有资料和经验，比较简便的方法有三 种 对于可调速的电力拖动系统，工程上往往根据电动机电流形式分为直流调速系统和交流调速系统两类。它们最大的不同之出主要在于交流电力拖动免除了改变直流电机电流流向变化的机械向器——整流子。 20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优
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。 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
交流调速原理及应用 第一单元 交流调速的原理 ——异步电机变压变频调速系统（VVVF 系统） 异步电机的变压变频调速系统一般简称为变频调速系统。由于在调速时转差功率不随转速而变化，调速范围宽，无论是高速还是低速时效率都较高，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,因此现在应用面很广。 第一节 变压变频调速的基本控制方式 定子每相电动势 m N s 1g S 44.4Φk N f E = 只要控制好 E g 和 f 1 ，便可达到控制磁通Φm 的目的，对此，需要考虑基频（额定频率）以下和基频以上两种情况。 1、基频以下调速 要保持 Φm 不变，当频率 f 1 从额定值 f 1N 向下调节时，必须同时降低 E g ，使 常值=1 f E g 即采用恒值电动势频率比的控制方式。 然而，绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压 U s ≈ E g ，则得 常值=1 f U s 这是恒压频比的控制方式。
但是，在低频时 U s 和 E g 都较小，定子阻抗压降所占的份量就比较显著，不再能忽略。这时，需要人为地把电压 U s 抬高一些，以便近似地补偿定子压降。 带定子压降补偿的恒压频比控制特性示于图1中的 b 线，无补偿的控制特性则为a 线。 2、基频以上调速 在基频以上调速时，频率应该从 f 1N 向上升高，但定子电压U s 却不可能超过额定电压U sN ，最多只能保持U s = U sN ，这将迫使磁通与频率成反比地降低，相当于直流电机弱磁升速的情况。 把基频以下和基频以上两种情况的控制特性画在一起，如图2所示。 如果电机在不同转速时所带的负载都能使电流达到额定值，即都能在允许温升下长期运行，则转矩基本上随磁通变化，按照电力拖动原理，在基频以下，磁通恒定时转矩也恒定，属于“恒转矩调速”性质，而在基频以上，转速升高时转矩降低，基本上属于“恒功率调速”。 第二节 异步电动机电压－频率协调控制时的机械特性 1、 恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性 当定子电压U s 和电源角频率w 1恒定时，异步电机在恒压恒频正弦波供电时的机械特性 方程式T e = f (s )如下：2'lr ls 2122'r s ' r 12 1s p e )()(3L L s R sR R s U n T +++??? ? ??=ωωω 当s 很小时，转矩近似与s 成正比，机械特性T e = f (s )是一段直线。当s 接近于1时， 转矩近似与s 成反比，机械特性T e = f (s )是一段双曲线。当s 为以上两段的中间数值时，机械特性从直线段逐渐过渡到双曲线段，如图3所示。
实验报告 课程名称：数字调速 实验项目：三相异步电机恒压频比调速系统仿真专业班级：自动化1303班 姓名：任永健学号：130302307 实验室号：实验组号： 实验时间：批阅时间： 指导教师：成绩：
沈阳工业大学实验报告 （适用计算机程序设计类） 专业班级：自动化1303班学号：130302307 姓名：任永健 实验名称：三相异步电机恒压频比调速系统仿真 1.实验目的： 熟悉SIMULINK环境。 建立三相异步电机恒压频比调速系统模型并仿真分析。 2.实验内容： 设计并在simulinnk下搭建三相异步电机恒压频比环调速系统 3. 实验方案（程序设计说明） 异步电机的调速有多种方法，转速开环恒压频比控制是交流电动机变频调速最基本的一种控制转速方式，在一般的变频调速装置里面都嵌入有这项功能，工作方式为恒压频比的调速方式能满足大多数场合交流电动机调速控制的要求，使用起来也相对方便，是通用变频器的基本模式。但在低压时候需要一定的补偿电压，采用恒压频比控制，在基频以下的调速过程中的转差率会保持不变，电动机的所以会机械特性会相对较硬，电动机有较好的调速性能。 正选脉冲宽度调制三相逆变电路，是一种以三角波做载波的应用冲量等效原理而获得理想交流电源的电路装置，在调制比与载波比一定的条件下，通过调节外加直流电源的大小就可以获得在额定频率下产生额定电压的正选电压波，通过调节正弦波的频率就可以得到理想的电压频率波，而且调节输入正弦波的频率能得到线性的输出电压幅值。MATLAB在电气领域中的运用随处可见，在这里可以运用MATLAB里的Simulink仿真出具体的模型，通过示波器来观察具体的波形，从而进行进一步的分析。 4. 实验原理（系统的实现方案分析） 首先采用三相双极性SPWM逆变电路产生三相交流电源，全控型器件可以选用IGBT，这样通过调节外加直流电源的大小便可获的理想的输出交流电压源幅值，然后通过改变给定的频率信号来改变异步电机的转速，基本模型如下图所示
目录 摘要 (2) 1引言 (3) 1.1交流调速系统的现状 (3) 1.2交流调速系统的特点 (4) 1.3交流调速系统原理 (5) 2交流调速系统的硬件设计 (6) 2.1交流调速系统控制回路设计 (6) 2.2交流调速系统参数设计 (7) 2.3元器件的选用 (11) 3交流调速系统软件设计 (23) 3.1主程序设计及说明 (23) 3.2子程序设计 (26) 4结论 (28) 5参考文献 (28) 6致谢 (29)
单片机控制的交流调速系统设计 摘要 交流变频调速具有调速范围宽，稳速精度高，动态响应快，运行可靠等技术性能，已逐步取代直流电动机调速系统。然而目前的变频器大部分都是线路复杂，价格昂贵，常用于大、中功率的电动机。本课题单片机控制的变频调速系统设计思想是用转差频率进行控制。通过改变程序来达到控制转速的目的。由于设计中电动机功率不大，所以整流器采用不可控电路，电容器滤波；逆变器采用电力晶体管三相逆变器。系统的总体结构主要由主回路，驱动电路，光电隔离电路，SA8282大规模集成电路，保护电路，AT89C51单片机， 8255可编程接口芯片，I/O接口芯片，测速发电机等组成。可以满足各种不同场合的应用，以达到调速节能的效果。 关键词:AT89C51单片机；SA8282；转差频率；交流调速；三相异步电动机
1引言 1.1交流调速系统的现状 电气传动从总体上分为调速和不调速两大类。按照电动机的类型不同，电气传动又分为直流和化大生产的不断发展，生产技术越来越复杂，对生产工艺的要求也越来越高，这就要求生产交流两大类，直流电动机在19世纪先后诞生，但当时的电气传动系统是不调速系统，随着社会机械能够在工作速度，快速启动和制动，正反转等方面具有较好的运行性能。从而推动了电动机的调速不断向前发展，自从1834年直流电动机出现以后，直流电动机作为调速电动机的代表，在工业中得到了广泛的应用。它的优点主要在于调速范围广，静差小，稳定性能好以及具有良好的动态性能，晶闸管变流装置的应用使直流拖动发展到了一个很高的水平，在可逆，可调速与高精度的拖动技术领域中相当长时间内几乎都采用直流拖动系统。尽管如此，直流调速系统却解决不了直流电动机本身的换向问题和在恶劣环境下的不适应问题，同时，制造大容量，高转速以及高电压直流电动机也十分困难，这就限制了直流传动系统的进一步发展。 交流电动机在1885年出现后，由于一直没有理想的调速方案，只被应用于恒速拖动系统，从本世纪30年代起，不少国家才开始提出各种交流调速的原始方案，晶闸管的出现使交流电动调速的发展出现了一个质的飞跃，使得半导体变流技术的交流调速得以实现，国际上在60 年代后期解决了交流电动机调速方案中的关键问题，70年代开始就实现了产品的高压，大容量，小型化，且已经逐渐取代了大部分传统的直流电动机的应用领域。交流调速系统发展迅速的很大一部分原因在于交流电动机本身的优点：没有电刷和换向器，结构简单，寿命长。近年以来大功率半导体器件，大规模集成电路，电子计算机技术的发展，加上交流电动机本身的优越特性，为交流调速提供了广泛的应用前景。目前交流电力拖
交流电机调速技术 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
永磁同步电机无位置传感器控制技 术的研究 学院： 姓名： 学号： 指导老师： 日期：
一引言 无位置传感器控制技术是目前永磁同步电动机最为活跃的研究领域。本文根 据适用转速范围不同，介绍了无位置传感器控制技术。同时重点介绍了在零速和低速应用较多的高频电压信号注入法。 二永磁同步电机及其无位置传感器控制技术 2.1永磁同步电机 永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM) 采用强抗 退磁永磁材料替代励磁绕组的同步电机，由于省去了励磁绕组、集电环和电刷装置，具有功率密度大、能量转换效率高、转动惯量小、运行可靠等一系列优点。 2.2 无位置控制技术分类 1.零速和低速时无位置传感器控制 主要由转子凸极性产生的定子电感变化来提取位置信息。永磁同步电机的凸极性主要有结构性凸极和饱和凸极。永磁同步电机的凸极性是由电机本身或外部激励产生，与电机运行状态无关，故基于凸极性的方法被广泛应用于低速(零速)运行下的PMSM无位置传感器矢量控制技术。 该类方法主要有：电感测量法、电压脉冲法、载波频率法、低频信号注入法和高频信号注人法。 2.中速和高速时无位置传感器控制 应用于中速和高速运行下的PMSM无位置传感器控制技术，大多是直接或间接地从电机反电动势中提取位置信息。由于低速下电机反电动势较小，系统中的信号干扰等因素难以获取反电动势，无法实现零速和低速时的无位置运行。该类方法主要有：电压电流检测法、模型参考自适应法、观测器法和人工智能算法。 3.全速度范围内无位置传感器控制 从国内外学者对 PMSM 无位置传感器控制技术的研究结果来看，没有一种单 一的方法能使电机在很宽的调速范围内平稳运行现、将上述分别适用于零速和低速、中速和高速的两类方法相结合，构成复合控制方法，提供了一种合适的控制解决方案，也是较为活跃的研究方向。