交流电机的调压调速论文-----------------------作者：
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天津工程师范学院成人教育专科毕业设计开题报告
天津工程师范学院成人教育专科毕业设计进度计划表
天津工程师范学院成人教育专科毕业设计任务书
设计题目交流电机的调压调速（普通车床的主轴调速）
学生姓名夏万宇系别自动化专业电气自动化技术班级 2007级
指导教师姓名职称高级教师课题来源教师自拟任务书下达时间 2008年9月
函授部主任签字成教部主管主任签字
一、车床的情况介绍
车床的应用比较广泛，它主要是用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工，它的主运动是主轴的旋转运动，由主轴电动机通过传动带主轴箱带动主轴旋转的，刀架是由溜板箱带这作纵向合横向移动，称为进给运动，进给运动也是由主轴电动机经过主轴箱输出轴传给进给箱，在通过光杆将运动传入溜板箱，溜板箱就带动刀架作纵，横两个方向的进给运动，刀架由快速电动机带动还可作快速移动，是机械制造和修配工厂中不可缺少的。
原有的主轴调速是靠齿轮箱进行调速，调速范围窄为改变对原来的调速较窄和电压动波，对电机转速的影响，本设计提出了对它的主轴变速改进采用变频器控制。对它的主轴电机驱动一些性能来控制的要求。
二、拖动方案的确定
为了满足上面所说的要求，交流主轴电机采用6.5KW交流电机，型号Y132M —4—B3主轴电机驱动控制采用的是PWM逆变器转差频率控制系统进行调压调速，实现系统的稳定调速，并配合由PI调节器组成的双闭环系统来抑制系统在运行过程中的扰动量。
三、设计要求
1、毕业设计的主要内容：
（1）、交流电动的主要参数：
额定功率：6.5KW 额定转速：1430r/min 额定电压：380V
（2）、由PWM逆变器转差频率调速，并且具有双闭环。
（3）、在断续负载下电机转速波动要较小。
（4）、振动，噪声不要太大。
（5）、电机可靠性能要高，容易维护。
（6）、体积要小，重量较轻，与机械连接容易。
（7）、应设计电气原理图及相关控制软件。
（8）、完成设计说明书及相关附图。
（9）、完成主电路计算并选择电器元器件，编制元件清单表。（10）、译文。
2、毕业设计的主要性能指标
电源电压：380V 额定功率：6.5KW 电源频率：50HZ 驱动系统工作稳定，抗干扰能力强，振动噪音小。
3、毕业设计的基本要求
（1）、按进度要求完成毕业设计任务书。
（2）、提交符合标准要求的毕业设计论文。
天津工程师范学院成人教育专科毕业设计计算书
一、电动机的选择
根据车床对主轴性能的要求和电机的工作环境，选择防护式、交流电动机型号为：Y132M-4-B3
主要技术参数为：
额定功率:KW P N 5.6= 输入功率：P 1=8.23KW 额定转速:mi r N n /1430= 额定电压:V Un 380= 额定电流:A In 1.17= 效率： %79=η 励磁电流：2N I =1.76A
二、导线截面积的选择
因为不考虑损耗，导线截面积
选择按公式I/J 选择，其中J 为电流密度取4A/2
mm ,I 为负载电流。 1、电枢回路导线的选择
（1）、电枢回路出线选择，按额定电流In =17.1A 考虑导线截面积为S=In /J=17.1/4=4.282
mm ，选择52
mm 的导线。
（2）、电枢回路进线选择，由于采用了三相桥式整流电路，流过每相的电流为
1V I =1/31N I =1/3*17.1=5.7A
导线截面积为:S=1V I /J=5.7/4=1.432
mm 选择导线截面积为22
mm 2、励磁回路导线选择
（1）、励磁回路出线选择，按电动机励磁电流2N I =1.76A 导线截面积为：S=2N I /J=1.76/4=0.442
mm 考虑机械强度，选择导线截面积为：12
mm
（2）、励磁回路进线选择，由于励磁回路与主电路为同一组导线，只要主导线确定励磁回路也就确定。
3、主导线的选择
流过主导线的负载电流1I =1N I +2N I =17.1+1.76=18.86A 导线截面积为18.86/（3*6）=1.052mm 。
选择导线截面积为：22
mm
三、变压器的选择
1、同步变压器
（1）、15V电源电路容量计算
1)、电路电压U3=15V 电流I3=1A
2)、电路容量P3=1.23*U3*I3=1.23*15*1=18.45VA
（2）、24V整流电路容量计算
1）、电路电压U5=24V 电流I5=1A
2)、电路容量P5=1.23*U5*I5=1.23*24*1=29.52VA
由于同步变压器只用于了六路脉冲
所以同步变压器总容量大约为66VA
选择容量为70VA的同步变压器
2、整流变压器
（1）、5V整流电路容量计算
1）、电路电压U1=5V 电流I1=1A
2)、电路容量P1=1.23*U1*I1=1.23*5*1=6.15VA
（2）、12V电源整流电路容量计算
1）、电路电压U2=12V 电流I2=1A
2）、电路容量P2=1.23*U2*I2=1.23*12*1=14.76VA
（3）、15V电源电路容量计算
1)、电路电压U3=15V 电流I3=1A
2)、电路容量P3=1.23*U3*I3=1.23*15*1=18.45VA
（4）、20V整流电路容量计算
1）、电路电压U4=20V 电流I4=1A
2) 、电路容量P4=1.23*U4*I4=1.23*20*1=24.6VA
（5）、24V整流电路容量计算
1）、电路电压U5=24V 电流I5=1A
2) 、电路容量P5=1.23*U5*I5=1.23*24*1=29.52VA
由于同一个图用了多次不通的直流电源
所以整流变压器的总容量大约是280VA
选择容量为300A的整流变压器
四、测速发电机(TG)的选择
根据系统对扰动量的要求，必须将负载转速限制在额定转速内。所以选择作为转速反馈元件的测速发电机，最大线性工作转速应大于电动机的额定转速。
电动机额定转速
n=1420 r/min,测速发电机最大线性工作转速应在0~3000 r/min 范
N
围内。
选择型号为：ZYS —6A
五、晶闸管的选择
1、额定电压U T n ：U T n=（2～3）U TM =（2～3）U 2*1.414=1075～1612V
2、最大正反向电压U RM ：U RM =2.45×380≈931V
3、额定电流I T （AV ）：I T （AV ）=Im/π=12×1.414/3.14=5.66A
4、有效电流I Tn ：I Tn = Im/2=12×1.414/2=8.49A
六、IGBT 的计算
最大反向电压：URM=（2～3）UN/2=（2～3）×380/2=380V ～570V 电流平均值：IF=（1.5～2）IN （1.5～2）×12=18～24A 选择IGBT 的型号为：BSM50GD60DN2
七、空气断路器的选择
1、额定电压：380V
2、额定电流：根据电动机的额定总电流N I =1N I +2N I =17.1+1.76=18.86A 取N I =20A
3、热脱扣器的额定电流
根据电动机的额定电流20A ，查表得，热脱扣器的额定电流为27A ，整定电流调节范围为14~27A 。
4、电磁脱扣器的瞬时动作整定电流。
电磁脱扣器的瞬时动作整定电流为10*27=270A ，根据公式：Z I >KIst(k-安全系数，取1.8可得）。
Z I >1.8*10*18.86=339.5A 因此可用。
选择空气断路器型号为：DZ10-100/330
八、熔断器的选择
1、变压器进线熔断器的选择
变压器负载的短路保护，熔体的额定电流应稍大于线路负载的额定电流。 额定电流为：18.86A 额定电压为：380V
选择变压器进线的熔断器型号为：RC1A-30
前言
如何评价交流调速技术的优劣，不同的需求有不同的标准。但普遍的共识是：⑴ 效率高；
⑵ 调速平滑即无级调速；⑶ 调速范围宽；⑷调速产生的负面影响（如谐波、功率因数等）小；⑸成本低廉。如果把高压型变频调速和串级调速应用作以对比，就会发现变频调速并非如我们期望的那样理想，而串级调速也不象我们评价的那样逊色。
理论是指导实践的基础。之所以产生上述情况，主要原因是调速理论误导所致，当然，也和调速当时技术上存在缺陷有关。调速理论界大多认为，串级调速的理论问题已经彻底弄清楚了，实际未必尽然。例如，为什么串级调速的同步转速不变而理想空载转速却改变？为什么转子串电阻的机械特性是汇交于理想空载转速的软特性曲线，而串级调速却是平行的硬特性曲线？转差功率回馈为什么会导致理想空载转速的改变？诸多问题,无论是传统还是近代的调速理论，都没有对此做出完整、科学的解释，串级调速一直局限在变转差率原理的束缚中，被结论为是区别而且逊色于变频的调速。
具有相同结果的不同方法，必然遵循共同的规律。既然串级调速和变频调速有一致的调速特性，调速原理就不应该是对立而是统一的。在事实与理论发生碰撞的情况下，我们只有尊重事实反思理论。
本设计主电路主要采用交—直—交电压源型变频器，控制电路主要采用双闭环进行控制，由于本人水平有限，不当之处在所难免，非常欢迎各位读者批评和指正。
1 设计任务 1、了解并熟悉双闭环三相异步电机调压调速原理及组成。 2、学习 SIMULINK，熟悉相关的模块功能。 3、进一步理解交流调压系统中电流环和转速环的作用。 2 设计要求 1、利用SIMULINK建立闭环调速系统仿真模型。 2、调试完成调压模块仿真、开环系统仿真、闭环系统仿真。 3 设计设备 1、计算机一台 2、MATLAB仿真软件 4 设计原理 调压调速即通过调节通入异步电动机的三相交流电压大小来调节转子转速的方法。理论依据来自异步电动机的机械特性方程式： 其中，p为电机的极对数； 为定子电源角速度； w 1 为定子电源相电压； U 1 R ’为折算到定子侧的每相转子电阻； 2 为每相定子电阻； R 1 L 为每相定子漏感； 11 L 为折算到定子侧的每相转子漏感； 12 S为转差率。 图1 异步电动机在不同电压的机械特性
由电机原理可知，当转差率s 基本保持不变时，电动机的电磁转矩与定子电压的平方成正比。因此，改变定子电压就可以得到不同的人为机械特性，从而达到调节电动机转速的目的。 4.1 调压电路 改变加在定子上的电压是通过交流调压器实现的。目前广泛采用的交流调压器由晶闸管等器件组成。它是将三个双向晶闸管分别接到三相交流电源与三相定子绕组之间通过调整晶闸管导通角的大小来调节加到定子绕组两端的端电压。这里采用三相全波星型联接的调压电路。 图2 调压电路原理图 4.2 开环调压调速 开环系统的主电路由触发电路、调压电路、电机组成。原理图如下： Ua Ub Uc T2 T3 T5 T4 T6 R R R N T1
图3 开环调压系统原理图 AT为触发装置，用于调节控制角的大小来控制晶闸管的导通角，控制晶闸管输出电压来调节加在定子绕组上的电压大小。
第一节 交流异步电动机变频调速原理 根据电机学原理，交流异步电动机的转速可表示为： )1(**60s p f n -= （2-1-1） 式中： n 一 电动机转速/分钟，单位：r/min ； p 一 电动机磁极对数； f 一 电源频率，单位：Hz ； s 一 转差率，10<
I 一 定子绕组的相电流； r 一 定子绕组电阻与转子绕组电阻折算到定子侧的电阻之和。 交流异步电动机的定子绕组的感应电动势是定于绕组切割旋转磁场磁力线的结果， 其 有效值计算如下： E = K * f * Φ （2-1-3） 式中：Ｋ 一 与电动机结构有关的常数； ｆ 一 电源频率； Φ 一 磁通量 。 由式（2-1-2）知，加在电机绕组端的电源电压Ｕ，一部分产生感应电动势Ｅ，另一部 分消耗在电阻 r （ 定子绕组电阻与转子绕组电阻折算到定子侧的电阻之和 ）上 。其中定 子绕组的相电流 I 由两部分构成： 21I I I += （2-1-4） 电机的定子电流有一小部分1I 用于建立磁场的主磁通，其余大部分2I 用于产生拖动负 载的电磁力。 由式 （2-1-1）知，调整电源频率f 时，可以调节速度n 。 当电源频率f 下降时，由 式 （2-1-3）知，感应电动势随之比例减小；在相电压U 保持不变的情况下，由式（2-1-2） 知，定子绕组的相电流I 相应增大。在很多情况下，电机的负载是基本恒定的，因此用于产 生电磁力的电流2I 是基本不变的，于是1I 将增大；1I 的增大将直接导致主磁通的增大。由 式 （2-1-3），主磁通的增大，将引起感应电动势Ｅ比例增大；由式（2-1-2），感应电动势 Ｅ的增大将使定子电流I 减小。不难理解，通过这样的负反馈，电机将最终稳定在一个新的 工作点。 这样的控制方法看起来似乎没有问题。但实际情况是主磁通容量上限与电机的铁芯有 关。电机的铁芯受制于重量、体积、成本等因素的考虑，不可能做的很大。对于电机设计来 说，设计目标之一就是：当电机处于额定工作状态下时，主磁通接近容量上限。上述的变频 调速方法工作在额定频率以下时，将会导致铁心磁饱和，引起电流波形畸变，有效力矩下降； 严重时，将导致电机发热过快，振动和噪音加大；工作在额定频率以上时，铁心处于弱磁状 态，电磁力矩不足，电机的机械特性变软（转差率s 变大），带载能力下降。 结论：通过只调节电源频率来调节速度的方法不可取。
电机调速中的控制技术 交流传动系统中的交流电动机是一个多变量、非线性、强耦合、时变的被控对象, 随着交流电动机调速理论的突破和调速装置性能的完善, 电动机的调速从直流发电机-电动机组调速、晶闸管可控整流器直流调压调速逐步发展到交流电动机变频调速, 变频调速又由WVF控制的PWM频调速发展到矢量控制、直接转矩控制变频调速。现代控制理论中的控制方法, 实现方法简便, 在电机调速领域中, 具有更广阔的应用前景。由目前国内外的研究成果可以看出, 电机传动的控制逐步向多元化、智能化和多种方法综合运用的方向发展。 一、矢量控制技术 VVV F空制是从电动机稳态方程出发研究其控制特性，动态控制效果很不理想。20 世纪70 年代初德国工程师F.Blaschke 首 先提出用矢量变换的方法来研究交流电动机的动态控制过程, 不但要控制各变量的幅值, 同时还要控制其相位, 以实现交流电动机磁通和转矩的解耦, 促使了高性能交流传动系统逐步走向实用化, 目前高动态性能的矢量控制变频器已经成功地应用在轧机主传动、电力机车牵引系统和数控机床中。这种理论的主要思想是将异步电动机模拟成直流机, 通过坐标变换的方法, 分别控制励磁电流分量与转矩电流分量, 从而获得与直流电动机一样良好的动态调速特性[1] 。这种控制方法现已较成熟, 产品质量较稳定。
这种方法采用了坐标变换, 所以对控制器的运算速度、处理能力等性能要求较高。近年来,围绕着矢量变换控制的缺陷, 如系统结构复杂、非线性和电机参数变化影响系统性能等等问题, 国内、外学者也进行了大量的研究。 二、直接转矩控制技术 1985年,德国的Depenbrock 教授提出了异步电动机直接转矩控制方法, 解决了系统复杂性和控制精度之间的矛盾。直接转矩控制系统不需要坐标变换,也不需要依赖转子数学模型, 理论上非常诱人。实验室条件下也已做出性能指标相当高的样机。只是还有些问题未解决, 如低速时转矩观测器和转速波动等, 未能产品化。现在市面上自称实现了转矩直接控制的系统, 大多都是或者采用了将磁链定向与直接转矩控制相结合的方法, 低速时采用磁链定向矢量变换控制, 高速时采用直接转矩控制。或者同时观测转子磁链, 作为直接转矩控制系统的校正。 直接转矩无差拍控制是基于离散化直接转矩控制系统提出来的一种控制方法。无差拍控制可以在一个控制周期内, 完全消除定子磁链模值和电磁转矩的动、静态误差, 消除由于使用滞环比较器产生的转矩脉动,使电机可以运行在极低速下, 扩大了调速范围。 转矩（磁链）跟踪预测控制方法认为磁链模值已经被准确控 制或只发生缓慢地变化, 没有考虑磁链模值的控制问题。对磁链和转矩都进行了预测跟踪控制, 控制效果明显优于单纯的转矩跟
三相异步电动机的几种调速方式 本文介绍了三相异步电动机的七种调速方式及其特点,指明其适用的场合、情况。 三相异步电动机转速公式为：n=60f/p(1-s) 从上式可见，改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可达到改变转速的目的。从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转速两种。 在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电 动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。 从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：①高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法（如串级调速等）。 ②有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中； ③电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中； ④液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。
一、变极对数调速方法 这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，特点如下： 1、具有较硬的机械特性，稳定性良好； 2、无转差损耗，效率高； 3、接线简单、控制方便、价格低； 4、有级调速，级差较大，不能获得平滑调速； 5、可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。 本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。 二、变频调速方法 变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流－直流－交流变频器和交流－交流变频器两大类，目前国内大都使用交－直－交变频器。其特点： 1、效率高，调速过程中没有附加损耗； 2、应用范围广，可用于笼型异步电动机； 3、调速范围大，特性硬，精度高； 4、技术复杂，造价高，维护检修困难。 本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。
交流电动机调速系统的分类 1.同步电动机调速系统 同步电动机只能依靠改变频率来进行调速，而根据频率控制方式的不同，可把同步电动机调速系统分为他控式和自控式两种类型。 如果用独立的变频装置作为同步电动机的变频电源进行调速，则称之为他控式同步电动机调速系统，大多用于类似永磁同步电动机的小容量场合。 采用频率闭环方式的同步电动机调速系统称为自控式同步电动机调速系统，它是用电动机轴上安装的位置检测器来控制变频装置触发脉冲，使同步电动机工作在自同步状态。自控式同步电动机调速系统又可细分为负载换向自控式同步电动机调速系统和交一交变频供电的自控式同步电动机调速系统。 负载换向自控式同步电动机调速系统叉称为x换向器电机，它的主电路采用交一直-交电流型变流器，利用同步电动机电流超前电压的特点，使逆变器的晶闸管工作在自然换向状态。这种系统又被称为LCI(Load Commutated Inve11er)，它的容量已达到数万千伏安，电压达万伏以上。 交一交变频同步电动机调速系统的逆变器由晶闸管组成，采用交一交循环变流结构和矢量控制技术，具有优良的动态性能，广泛地用于轧钢机主传动系统中。交一交变频同步电动机调速系统的容量很大，但调频范围只能限制在工频的三分之一左右。 2.异步电动机调速系统 在异步电动机中，从定子传入转子的电磁功率可以分成两部分：一部分是拖动负载的有效功率；另一部分是转差功率，与转差率成正比，它的去向是调速系统效率高低的标志。就转差功率的处理方式的不同，异步电动机调速系统可分成三大类。 (1)转差功率消耗型调速系统。这种调速系统全部转差功率都被消耗掉，用增加转差功率的消耗来换取转速的降低，因而效率也随之降低。降电压调速、电磁转差离合器调速及绕线异步电动机转子串电阻调速这三种方法都属于这一类。 (2)转差功率回馈型调速系统。这种调速系统的大部分转差功率通过变流装置回馈给电网或者加以利用，转速越低回馈的功率越多，但是增设的装置也要多消耗一部分功率。绕线异步电动机转子双馈调速即属于这一类。 (3)转差功率不变型调速系统。在这种调速系统中，转差功率仍旧消耗在转子里，但小论转速高低，转差功率基本不变。如变极对数调速、变频调速两种调速方法即属于这一类。 2.异步电动机转差回馈型调速系统 双馈调速足指将电能分别馈入异步电动机的定子绕组和转子绕组，通常将定子绕组接入工频电源，将转子绕组接到频率、幅值、相位和相序都可以调节的变频电源。如果改变转子绕组电源的频率、幅值、相位和相序，就可以调节异步电机的转矩、转速、转向及和定子侧的无功功率。这种双馈调速的异步电动机可以超同步或亚同步运行，不但可以工作在电动状态，而且可以工作在发电状态。 因为交一交变流器采用晶闸管自然换向方式，结构简单，可靠性高，而且交，交变流器能够直接进行能量转换，效率高，所以，在双馈调速方式中采用交．交变流器作为转子绕组的变频电源是比较合适的。 绕线式异步电动机串级调速系统是从定子侧馈入电能，从转子侧馈出电能的系统。从广义上说，它也是双馈调速系统的一种。 在双馈调速中，所用变频器的功率仅占电动机总功率的一小部分，可以大大降低变频器的容量，从而降低了调速系统的成本，此外，双馈电机还可以调节功率因数，由于具有这些优点，双馈电机特别适合应用于大功率的风机、水泵类负载的调速场合；双馈调速方式在风力、
第1章绪论 1.1 毕业论文选题的背景 电动机作为主要的动力设备被广泛的应用于工农业生产、国防、科技、日常生活等各个方面，其负荷约占总发电量的60％"70％，成为用电量最多的电气设备。根据采用的电流制式不同，电动机分为直流电动机和交流电动机两大类，其中交流电动机形式多样、用途各异、拥有量最多，交流电动机又分为同步电动机和异步(感应)电动机两大类。根据统计，交流电动机用电量占电机总用电量的85％左右，可见交流电动机应用的广泛性及其在国民经济中的重要地位。电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，在实际应用中，一是要使电动机具有较高的机电能量转换效率；二是根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。电动机的调速性能好坏对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。电动机和控制装置一起合成电力传动自动控制系统。以直流电动机作为控制对象的电力传动自动控制系统称之为直流调速系统；以交流电动机作为控制对象的电力传动自动控制系统称之为交流调速系统。根据交流电机的类型，相应有同步电动机调速系统和异步电动机调速系统。 众所周知，直流电动机的转速容易控制和调节，采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。因此，长期以来在变速传动领域中，直流调速一直占据主导地位。但是，由于直流调速系统解决不了直流电动机本身的的换向问题和在恶劣环境下的不适应问题，这就限制了直流调速系统的进一步发展。 交流电动机，特别是鼠笼型异步电动机，具有结构简单、制造容易、坚固耐用、转动惯量小、运行可靠、很少维修、使用环境及结构发展不受限制等优点。但交流电动机自1885年出现后，由于没有理想的调速方案，因而长期用于恒速拖动领域。20世纪70年代后，国际上解决了交流电动机调速方案中的关键问题，使得交流调速系统已具备了宽调速范围、高稳态精度、快速动态响应、高工作效率以及可以四象限运行等优异性能，其静、动态特性均可以和直流调速系统相媲美。 交流调速系统与直流调速系统相比，具有如下特点： （1）容量大。 （2）转速高且耐压高。 （3）交流电动机的体积、重量、价格比同容量的直流电动机小，且结构简
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。 三基于高频电压信号注入法的PMSM 无传感器控制原理 3．1定子坐标参考系下的PMSM 数学模型 无凸极面装式永磁同步电机在定子坐标参考系下的动态方程可以表示 为)1()(s s s t s e v B Ai d di -+= 其中， ?? ? -? ??-=s s s s L R L R A /00/， ?? ? ? ??=s s L L B /100/1, ? ? ? ???=βαi i i s ， ??????=βαv v v s ， ??????-??=??????=θθψωβαcos sin m s e e e s L 、s R 和m ψ分别为定子电感、电阻和转子磁链的幅值，ω为转子速度，θ 为转子位置角。 3．2脉振高频电压注入法基本原理 3.2.1高频电压信号的注入 面装式永磁同步电机在实际旋转参考坐标系下的电压方程如式(2)所示： )2(0??? ???+???+-???-+=??? ?????m r s s s r s r s s r qs r ds p L R L L p L R U U ψωωω
机电传动与控制课程综合训练三 一、综合训练项目任务书 综合训练项目：交流电机变频调速系统 目的和要求：加强对交流变频调速系统及变频器的理解；应用交流变频调速系统及变频器解决交流电机变频调速问题。提高分析和解决实际工程问题的能力。促成“富于探索精神，具有较强的自学能力、开拓创新意识和敏锐的观察事物以及分析处理事物的能力”的目标实现。 成果形式：交流电机变频调速系统设计说明书。 相关参数：参看《机电传动控制》（第五版），冯清秀等编著，华中科技大学出版社，P291~316。 一、综合训练项目设计内容 1.变频调速系统 1.1 三相交流异步电动机的结构和工作原理 三相交流异步电动机是把电能转换成机械能的设备。一般电动机主要由两部分组成：固定部分称为定子，旋转部分称为转子。三相交流异步电动机的工作原理是建立在电磁感应定律、全电流定律、电路定律和电磁力定律等基础上的。当磁极沿顺时针方向旋转，磁极的磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动势。电动势的方向由右手定则来确定。因为运动是相对的，假如磁极不动，转子导条沿逆时针方向旋转，则导条中同样也能感应出电动势来。在电动势的作用下，闭合的导条中就产生电流。该电流与旋转磁极的磁场相互作用，而使转子导条受到电磁力，电磁力的方向可用左手定则确定。由电磁力进而产生电磁转矩，转子就转动起来。 1.2 变频调速原理 变频器可以分为四个部分，如图1.1所示。 通用变频器由主电路和控制回路组成。给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，称为主电路。主电路包括整流器、中间直流环节（又称平波回路）、逆变器。
图1.1 变频器简化结构图 ⑴整流器。它的作用是把工频电源变换成直流电源。 ⑵平波回路（中间直流环节）。由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载。无论电动机处于电动状态还是发电状态，起始功率因数总不会等于1。因此，在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换，这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件—电容器或电感器来缓冲，所以中间直流环节实际上是中间储能环节。 ⑶逆变器。与整流器的作用相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率。逆变器的结构形式是利用6个半导体开关器件组成的三相桥式逆变器电路。通过有规律的控制逆变器中主开关的导通和断开，可以得到任意频率的三相交流输出波形。 ⑷控制回路。控制回路常由运算电路，检测电路，控制信号的输入、输出电路，驱动电路和制动电路等构成。其主要任务是完成对逆变器的开关控制，对整流器的电压控制，以及完成各种保护功能。控制方式有模拟控制或数字控制。 2.系统的控制模型 本系统的结构如图1.2所示。
高频斩波式交流调压电源 说明书 前言 1．课题来源 单相交流电源的应用是非常广泛的。比如在农村、轻工业、家用电器等小功率传动领域以及电力机车供电系统。对于单相交流电源，调压和稳压是最为普遍的要求。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，而且体积和重量均较大。 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。 从上面可知，逆变式电子调压器具有最好的综合性能。逆变式电子调压器的结构不仅具有调压、稳压的能力，而且还可以实现频率的变换。它是通过AC/DC/AC变换实现的。具有中间直流环节——储能电容和变换效率低是它的不足。
2、解决方法 随着现代电力电子技术的发展，单相电源变换技术也有了很大的进步，先后出现了多种利用全控器件的交—交直接变换方案。本文基于矩阵式变换理论，提出一种矩阵式单相电源变换电路，该电路只使用两个双向开关管，可以实现输出电压连续可调及获得高正弦度的输入电流波形。 采用单相—单相矩阵式电力变换。通过一组开关函数可以将输入的工频交流电压转换成幅值和频率均可调的单向交流电压。 3、优势 本文提出采用MOSFET的斩波式交流调压器，相对单片机和DSP控制器来说，没有复杂的程序控制，使该调压器具有调节方便、动态响应快、对电网谐波污染小、装置功率因数较高等优点。用于交流电压的调节和控制，有更好的性能和应用前景。 一、系统工作原理 1、高频交流斩波调压的基本原理 交流斩波调压的原理波形如图1所示。由图可知，它是用一组频率恒定、占空比可调的脉冲，对正弦波电压进行调制后，得到边缘为正弦波、占空比可调的电压波形。该电压的调制频率f0，其基本谐波频率为50Hz。改变占空比，即可改变输出电压。利用具有自关断能力的电力半导体器件就可方便地
交流异步电机的变频调速 系统设计报告 Last revision on 21 December 2020
单相异步电机变频调速器的设计 姓名: 陈焰 学院: 工学院 专业: 12级电气工程及其自动化 班级: 电气3班 学号: 日期 2015年1月17日—2015年1月23日指导教 刘权、孙磊 师: 安徽农业大学工学院电气工程系 摘要
近年来,交流电机变频调速及其相关技术的研究己成为现代电气传动领域的一个重要课题,并且随着新的电力电子器件和微处理器的推出以及交流电机控制理论的发展，交流变频调速技术还将会取得巨大进步。 现在流行的异步电动机的调速方法可分为两种：变频调速和变压调速，其中异步电动机的变频调速应用较多，它的调速方法可分为两种：变频变压调速和矢量控制法，前者的控制方法相对简单，有二十多年的发展经验。因此应用的比较多，目前市场上出售的变频器多数都是采用这种控制方法。 本文对变频调速理论，逆变技术，SPWM产生原理进行了研究，在此基础上设计了一种新型数字化三相SPWM变频调速系统，以8051控制专用集成芯片 SA4828为控制核心，采用IGBT作为主功率器件，同时采用EXB840构成IGBT的驱动电路，整流电路采用二极管，可使功率因数接近1，并且只用一级可控的功率环节，电路结构比较简单。 一、绪论 变频调速技术简介 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。大家都知道，目前，无论哪种机械调速，都是通过电机来实现的。从大的范围来分，电机有直流电机和交流电机。由于直流机调速容易实现，性能好，因此过去生产机械的调速多用直流电动机。但直流机固有的缺点：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，给人们带来太大的麻烦。因此人们希望，让简单可靠廉价的笼式交流电机也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、串极调速等交流调速方式。当然也出现了滑差电机、绕线式电机、同步式交流电机。随着电力电子技术、微电子技术和信息技术的发展，出现了变频调速技术，它一出现就以其优异的性能逐步取代其它交流电机调速方式，乃至直流电机调速，而成为电气传动的中枢[1]。 变频调速被认为是一种理想的交流调速方法。但如何得到一个单独向异步电动机供电的经济可靠的变频电源，一直是交流变频调速的主要课题。20世纪60年代中期，随着普通的晶闸管、小功率管的实用化，出现了静止变频装置，它是将三相的工频电源经变换后，得到频率可调的交流电。这个时期的变频装置，多为分立元件，它体积大、造价高，大多是为特定的控制对象而研制的，容量普遍偏小，控制方式也很不完善，调速后电动机的静、动态性能还有待提高，特别是低速的性能不理想，因此仅用于纺织、磨床等特定场合。
三相交流电动机的调速方法及无级调速的实现 第一章引言 随着电力电子学、微电子技术、计算机技术以及电机理论和自动控制理论的发展，影响三相交流电动机发展的问题逐渐得到了解决，目前三相异步交流电动机的调速性能已达到直流调速的水平。在不久的将来交流调速必将取代直流调速。在实际生产过程中，根据加工工艺的要求，生产机械传动机构的运行速度需要进行调节。这种负载不变，人为调节转速的过程称为调速。通常有机械调速和电气调速两种方法，通过改变传动机构转速比的调速方法称为机械调速；通过改变电动机参数而改变系统运行转速的调速方法称为电气调速。不同的生产机械，对调速的目的和具体要求各不相同，对于鼓风机和泵类负载，通过调节转速来调节流量，这与通过调节阀门调节的方法相比，节能效果更加显著。 调速控制是交流电动机的重要控制内容，实际应用中的交流调速方法有多种，常见的有变极调速、转子串电阻调速、串级调速、电磁调速、异步电动机调速、变频调速等。 目前广泛使用的调速方法仍然是传统的改变极对数和改变转子电阻的有级调速控制系统，近年来，随着电力电子、计算机控制以及矢量控制等技术的进步，变频调速技术发展迅速，已应用于很多生产领域，这是将来调速发展的方向。
第二章三相异步电动机的简介 2.1三相异步电动机的基本原理 静止的转子与旋转磁场之间有相对运动，在转子导体中产生感应电动势，并在形成闭合回路的转子导体中产生感应电流，其方向用右手定则判定。转子电流在旋转磁场中受到磁场力F的作用，F的方向用左手定则判定。电磁力在转轴上形成电磁转矩。电磁转矩的方向与旋转磁场的方向一致。如图2—1所示 图2—1电动机的运行原理 电动机在正常运转时，其转速n总是稍低于同步转速n1，因而称为异步电动机。又因为产生电磁转矩的电流是电磁感应所产生的，所以也称为感应电动机。 转子电动势和转子电流 定子绕组通入电流后，产生旋转磁场，与转子绕组间产生相对运动，由于转子电路是闭合的，产生转子电流。根据左手定则可知在转子绕组上产生了电磁力。 电磁转距和转子旋转方向 电磁力分布在转子两侧，对转轴形成一个电磁转距T，电磁转距的作用方向与电磁力的方向相同，因此转子顺着旋转磁场的旋转方向转动起来。
七种电机调速方式比较 一、变极对数调速方法：这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的。本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。 特点如下：1、具有较硬的机械特性，稳定性良好；2、无转差损耗，效率高；3、接线简单、控制方便、价格低；4、有级调速，级差较大，不能获得平滑调速；5、可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。 二、变频调速方法：变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流-直流-交流变频器和交流-交流变频器两大类，目前国内大都使用交-直-交变频器。本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。其特点：1、效率高，调速过程中没有附加损耗；2、应用范围广，可用于笼型异步电动机；3、调速范围大，特性硬，精度高；4、技术复杂，造价高，维护检修困难。 三、串级调速方法：串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差，达到调速的目的。大部分转差功率被串入的附加电势所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。根据转差功率吸收利用方式，串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式，
多采用晶闸管串级调速。本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。其特点为：1、可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上，效率较高；2、装置容量与调速范围成正比，投资省，适用于调速范围在额定转速70%-90%的生产机械上；3、调速装置故障时可以切换至全速运行，避免停产；4、晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波影响较大。 四、绕线式电动机转子串电阻调速方法：绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。串入的电阻越大，电动机的转速越低。此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。属有级调速，机械特性较软。 五、定子调压调速方法：改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机械特性曲线，从而获得不同转速。由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很多，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用。为了扩大调速范围，调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机，如专供调压调速用的力矩电动机，或者在绕线式电动机上串联频敏电阻。为了扩大稳定运行范围，当调速在2：1以上的场合应采用反馈控制以达到自动调节转速目的。调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源，目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种。晶闸管调压方式为最佳。调压调速一般适用于100KW以下的生产机械。调压调速的特点：1、调压调速线路简单，易实现自动控制；2、调压过程中转差功率以发热形式消
湖南工程学院应用技术学院课程设计任务书 课程名称：电力电子技术 题目：斩控式单相交流调压电源设计 专业班级：电气118 学生姓名：学号: 指导老师：刘星平蔡斌军李祥来等审批：谢卫才 任务书下达日期2014年5 月12日 设计完成日期2014年5月23 日
目录 第1章概述 (1) 1.1 交流调压在生活中的应用 (1) 1.2 关于单向调压器 (1) 1.3 关于本课题 (2) 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 (7) 第3章主电路设计与分析 (8) 3.1 主要技术条件及要求 (8) 3.2 开关器件的选择 (8) 3.3 主电路计算及元器件参数选型 (8) 3.4 主电路结构设计及分析 (9) 第4章主控制芯片的详细说明 (10) 4.1 芯片的选择 (10) 4.1 芯片的详细介绍 (10) 4.1芯片的工作原理 (11) 第5章实验调试 (13) 第6章总结与体验 (19) 附录A 参考文件及评分表
第1章概述 1.1交流调压在生活中的应用 交流调压电路广泛用于灯光控制（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。在电力系统中，这种电路还常用于对无功功率的连续调节。此外，在高电压小电流或低电压大电流直流电源中，也常用交流高压电路调节变压器一次电压。因此交流调压电路广泛存在于农村、轻工业、家用电器等小功率传动领域以及电力机车供电系统。 1.2关于单相调压器 对于单相交流电源，调压和稳压是最为普遍的要求。目前能够实现这一要求的调压器有下面三种： 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。 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。 电子式调压器这种调压器采用电力电子器件实现。目前有晶闸管调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。 从上面可知，逆变式电子调压器具有最好的性能。逆变式电子调压器的结构不仅具有调压、稳压的能力，而且还可以实现频率的变换。它
一、概述 1.1前言 除了采用相位控制方式，交流电压的调压还可以采用斩波式调压，其基本原理与直流斩波电路类似，均采用斩波控制方式，所不同的是，直流斩波电路的输入端是直流电源，而交流斩波调压电路的输入是正弦交流电源。 1.2设计的目的 1通过对交流斩波调压电路的设计，复习直流斩波电路的工作原理。 2了解与熟悉交流斩波电路的拓扑、控制方法。 3理解和掌握交流斩波电路及系统的主电路，控制电路和保护电路的设计方法，掌握器件的选择计算方法。 4具有一定的电力电子电路及系统实验和调试的能力。 1.3设计的要求 1理论设计：了解掌握交流斩波电路的工作原理，设计斩波电路电路的主电路和控制电路。包括：MOSFET电流、电压额定值的选择，驱动保护电路的设计。 2．仿真实验：利用MATLAB仿真软件对交流斩波电路和控制电路进行仿真建模，并进行仿真实验。 二主电路的设计 2.1电路图设计 主电路设计所需要的器件：交流电压源Ui=220，电阻R，电感L，电容，二极管D1、D2、D3、D4,全控型器件（MOSFET）T1、T2、T3、T4。主电路如图1 图1 （A）串联式（B）并联式 2．1工作原理 交流斩波调压可视作将交流电源的正负半周分别当做一个短暂的直流电源。 交流斩波调压电路通常采用全控型器件作为开关器件。本次试验中，选择MOSFET作为开关器件。其原理图如图1所示（A为串联式，B为并联式）。在交流电源的正半周，用T1进行斩波控制，T3、D3为感性负载电流提供续流通路；在交流电源的负半周，用T2进行斩波控制，T4、D4为负载电流提供续流通路；因输入，输出均为交流电压，T1、T2、T3、T4均需要有双向阻断能力，因此在各支管支路中要串联快恢复二极管D1、D2、D3、D4,
《现代电机控制技术》复习题 1. 试以“磁场”和“Bli ”的观点，阐述电磁转矩生成的原因和实质。 答：P10 2. 任意波形的定子电流通入相绕组后能否产生基波磁动势？为什么？ 答：P22 3.试论述三相感应电动机各磁链矢量σψs 、g ψ、s ψ、σψr 、和r ψ的物理含义， 指出它们之间的联系和区别，并写出相应的磁链方程。 答：P31 4.为什么可以采用空间矢量理论来分析电动机的动态控制问题？矢量控制的含义是什么？ 答：P41 5.为什么在转子磁场作用下，转子笼型绕组会具有换向器绕组的特性？ 答：P50 6.什么是磁场定向？为什么在基于转子磁场的矢量控制中，一定要先将MT 轴系沿转子磁场方向进行磁场定向？ 答：P52，P61 7.试论述电动机参数变化对直接和间接磁场定向的影响。 答：P69,P70,P71，P73 8.基于气隙磁场定向和基于定子磁场定向的矢量控制与基于转子磁场定向的矢量控制比较，有什么本质的不同？ 答：P95 9.PMSM 的磁场定向指的是什么？为什么PMSM 的转子磁场定向相对三相感
应电动机的转子磁场定向要容易得多？ 答：P116 10.对于面装式PMSM，是怎样将其变换为一台等效的直流电动机的？ 答：P114 11.试论述弱磁控制的基本原理和控制方式。 答：P115，P122 13.为什么说PMSM矢量控制是一种自控式的控制方式？矢量控制会不会发生失步现象？为什么？ 答：P117 14.试论述直接转矩控制的基本原理。 答：P139 15.除了定子磁链和转矩会计外，滞环比较控制是否还利用了电动机数学模型，这有什么好处？ 答：P143 16.电动机转速大小对直接转矩控制有什么影响？为什么？ 答：P146 17.为什么直接转矩控制是一种非线性控制？为什么通常选择滞环比较控制方式？这种控制方式有什么优点和不足？ 答： 18.直接转矩控制能否改变三相感应电动机固有的非线性机械特性？为什么？ 19.在直接转矩控制原理上，PMSM与三相感应电动机有什么共同之处？又有什么差别？ 20.直接转矩控制是非线性的，根本原因是什么？
第五章交流电机调速系统实验 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7-1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。 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=SP M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。 (3)测定双闭环交流调压调速系统的动态特性。 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。 六、思考题
交流电机的调压调速论文-----------------------作者：
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天津工程师范学院成人教育专科毕业设计开题报告 天津工程师范学院成人教育专科毕业设计进度计划表
天津工程师范学院成人教育专科毕业设计任务书 设计题目交流电机的调压调速（普通车床的主轴调速） 学生姓名夏万宇系别自动化专业电气自动化技术班级 2007级 指导教师姓名职称高级教师课题来源教师自拟任务书下达时间 2008年9月 函授部主任签字成教部主管主任签字 一、车床的情况介绍 车床的应用比较广泛，它主要是用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工，它的主运动是主轴的旋转运动，由主轴电动机通过传动带主轴箱带动主轴旋转的，刀架是由溜板箱带这作纵向合横向移动，称为进给运动，进给运动也是由主轴电动机经过主轴箱输出轴传给进给箱，在通过光杆将运动传入溜板箱，溜板箱就带动刀架作纵，横两个方向的进给运动，刀架由快速电动机带动还可作快速移动，是机械制造和修配工厂中不可缺少的。 原有的主轴调速是靠齿轮箱进行调速，调速范围窄为改变对原来的调速较窄和电压动波，对电机转速的影响，本设计提出了对它的主轴变速改进采用变频器控制。对它的主轴电机驱动一些性能来控制的要求。 二、拖动方案的确定 为了满足上面所说的要求，交流主轴电机采用6.5KW交流电机，型号Y132M —4—B3主轴电机驱动控制采用的是PWM逆变器转差频率控制系统进行调压调速，实现系统的稳定调速，并配合由PI调节器组成的双闭环系统来抑制系统在运行过程中的扰动量。 三、设计要求 1、毕业设计的主要内容： （1）、交流电动的主要参数： 额定功率：6.5KW 额定转速：1430r/min 额定电压：380V （2）、由PWM逆变器转差频率调速，并且具有双闭环。 （3）、在断续负载下电机转速波动要较小。 （4）、振动，噪声不要太大。 （5）、电机可靠性能要高，容易维护。 （6）、体积要小，重量较轻，与机械连接容易。
直流电机和交流电机调速方法的不同 编者摘要：将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机我们叫做直流电机。 一、直流电机调速: 1、直流电机是指将直流电送到直流电动机，把直流电动机的电能转换成机械能。这里首先要介绍如何将市电的交流电转换成需要的直流电。六十年代以前采用的是发电机--电动机系统（F-D），这种方法只有在电动机由专用的发电机供电时才有可能。 2、另一种是可控硅--电动机系统（SCR-D）。 直流电机的调速还比较方便，可以通过调节电枢供电电压，电枢中串联电阻，激磁回路串联电阻来实现。 可见直流电机调速有三种方法，而且调节电枢供电电压的方法容易实现平滑、无级、宽范围、低损耗的要求。尽管直流电机调速就其性能而言，可以相当满意，但因其结构夏杂，惯量大，维护麻烦，不适宜在恶劣环境中运行，不易实现大容量化、高压化、高速化，而且价格昂贵。 二、交流电机调速: 交流电机刚好相反。电动机结构简单、惯量小、维护方便，可在恶劣环境中运行，容易实现大容量化，高压化、高速化，而且价格低廉。 1、从节能的角度看，交流电机的调速装置可以分为高效调速装置和低效调速装置两大类。高效调速装置的特点是：调速时基本保持额定转差，不增加转差损耗，或可以将转差动率回馈至电网。 2、低效调速装置的特点是：调速时改变转差，增加转差损耗。 （一）具体的交流调速装置有： 高效调速方法包括：改变极对数调速——鼠笼式电机变频调速——鼠笼式电机串级调速——绕线式电机换向器电机调速——同步电机 低效调速方法包括：定子调压调速——鼠笼式电机电磁滑差离合器调速——鼠笼式电机转子串电阻调速——绕线式电机 （二）调节电动机的转速的方法及各种调速装置的特点： （1）改变极对数调速： 优点：