转速开环恒压频比控制的交流异步电动机调速系统典型例子
异步电动机调压调速系统
（5-4）
Tema x 21Rs
3npUs2 Rs212(LlsL'lr)2
（5-5）
由图5-4可见，带恒转矩负载工作时， 普通笼型异步电机变电压时的稳定工作点 为 A、B、C，转差率 s 的变化范围不超 过 0 ~ sm ，调速范围有限。如果带风机类 负载运行，则工作点为D、E、F，调速范 围可以大一些。
U TVC——双向晶闸管交流调压器
n2
A A’ 闭环变压调速系统的近似动态结构图
’’ 现代带电流闭环的电子控制软起动器可以限制起动电流并保持恒值，直到转速升高后电流自动衰减下来（图5-12中曲线c），起动时间
也短于一级降压起动。
U 根采变据用化图 普 时5通静-6异差a所步率示电很的机大原的（理变见图电图，压5-5可调）以速，画时开，出环调静控速态制范结很围构难很图解窄，决，如这采图个5用矛-7高所盾转示。子。电阻的力矩电机可以增大*n调3速范围，但机械特性又变软，因而当负载
为此，对于恒转矩性质的负载，要求调 速范围大于D=2时，往往采用带转速反馈 的闭环控制系统（见图5-6a）。
1. 系统组成
~
+
U*n +
GT ASR Uc
Un
M 3~
n
T-G-
a)原理图
图5-6 带转速负反馈闭环控制的交流变压调速系统
2. 系统静特性 异步电机近似的传递函数
由图5-4可见，带恒转矩负载工作时，普通笼型异步电机变电压时的稳定工作点为 A、B、C，转差率 s 的变化范围不超过 0 ~ sm ，
ua VT2
a)
ub
VT3
uc
Ua0 a
b 0
c 负载
•型接法
ia ua b) ub
课程设计(论文)-转速开环恒压频比控制的交流异步电动机调速系统
重庆文理学院电子电气工程学院专业课程设计论文题目转速开环恒压频比控制的交流异步电动机调速系统专业电气工程与自动化姓名班级学号2011年月日转速开环恒压频比控制的交流异步电动机调速系统转速开环恒压频比控制的交流异步电动机调速系统摘要：异步电动机的变压变频调速系统一般简称为变频调速系统。
由于在调速是转差功率不随转速而变化，调速范围宽，无论高速还是低速是效率都较高，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。
因此现在它的应用面很广，目前交流异步电动机的调速系统已经广泛应用于数控机床、风机、泵类、传送带、给料系统、空调器等设备的电力源和动力源，并起到了节省电能，提高设备自动化，提高产品质量的良好效果. 本文对交流系统进行建模仿真，可以更加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。
文章在详细分析交流异步电动机变频调速的原理基础上，应用MATLAB/SIMULINK仿真软件，实现了转速开环恒压频比控制的交流异步电动机调速系统的仿真，并且详细分析了仿真结果。
关键词：异步电动机；变频调速；MATLAB 仿真22008级电气工程与自动化专业课程设计论文3 1引言异步电动机的变压变频调速系统一般简称为变频调速系统。
由于在调速是转差功率不随转速而变化，调速范围宽，无论高速还是低速是效率都较高，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。
因此现在它的应用面很广，目前交流异步电动机的调速系统已经广泛应用于数控机床、风机、泵类、传送带、给料系统、空调器等设备的电力源和动力源，并起到了节省电能，提高设备自动化，提高产品质量的良好效果. 本文对交流系统进行建模仿真，可以更加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。
在进行电动机调速时，常须考虑的一个重要因素，就是希望保持电动机中每极磁通量为额定值不变。
如果磁通太弱，没有充分利用电机的铁芯，是一种浪费；如果过分增大磁通，又会使铁心饱和，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。
转速开环恒压频比控制的交流异步电动机调速系统仿真上课讲义
转速开环恒压频比控制的交流异步电动机调速系统仿真转速开环恒压频比控制的交流异步电动机调速系统仿真转速开环恒压频比控制是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电动机调速控制的要求，并且使用方便，是通用变频器的基本模式。
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恒定，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，定子阻抗压降所占比重较大，电动机就难于保持气隙磁通不变，电动机的最大转矩将随频率的下降而减小。
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定子电压(低频电压补偿)，使电动机在低频时仍有较大的转矩。
恒压频比变频调速系统的基本原理结构如图1所示，系统由升降速时间设定、fU曲线、SPWM调制和驱动等环节组成。
其中升降速时间设定用来限制电动机的升频速度，避免转速上升过快而造成电流和转矩的冲击，相当于软起动控制的作用。
fU曲线用于根据频率确定相应的电压，以保持压频比不变(fU=常数)，并在低频时进行适当的电压补偿。
SPWM和驱动环节将根据频率和电压要求产生按正弦脉宽调制的驱动信号，控制逆变器，以实现电动机的变压变频调速。
图1 恒压频比变频调速系统原理图转速开环变频调速系统的仿真模型如图2所示。
图中逆变器、电动机、SPWM生成等主要模块提取路径见表1。
图2 转速开环VVVF系统仿真模型其中给定积分器的模型同图3，设定恰当的积分时间常数可以控制频率上升的速率，从而设定电动机的起动时间。
在给定积分器的后面插人了一个取整环节(integer)，使频率为整数。
图3定积分器的模型fU曲线(见图4)由函数发生器Fcn产生，根据频率确定相应的电压值，其函数表达式为式为表1转速开环变频调速系统模型模块提取路径0U f f U U NN +=图4 f U 曲线式中，N U 为电动机额定电压，N f 为电动机额定频率，0U 为初始电压补偿值。
(完整word版)《交流调速系统》课后习题答案
《交流调速系统》课后习题答案第 5 章 闭环控制的异步电动机变压调速系统5-1 异步电动机从定子传入转子的电磁功率m P 中，有一部分是与转差成正比的转差功率s P ，根据对s P 处理方式的不同，可把交流调速系统分成哪几类？并举例说明。
答：从能量转换的角度上看，转差功率是否增大，是消耗掉还是得到回收，是评价调速系统 效率高低的标志。
从这点出发，可以把异步电机的调速系统分成三类 。
1）转差功率消耗型调速系统：这种类型的全部转差功率都转换成热能消耗在转子回路中，降电压调速、转差离合器调速、转子串电阻调速都属于这一类。
在三类异步电机调速系统中，这类系统的效率最低，而且越到低速时效率越低，它是以增加转差功率的消耗来换取转速的降低的（恒转矩负载时）。
可是这类系统结构简单，设备成本最低，所以还有一定的应用价值。
2）转差功率馈送型调速系统：在这类系统中，除转子铜损外，大部分转差功率在转子侧通 过变流装置馈出或馈入，转速越低，能馈送的功率越多，绕线电机串级调速或双馈电机调速属于这一类。
无论是馈出还是馈入的转差功率，扣除变流装置本身的损耗后，最终都转化成 有用的功率，因此这类系统的效率较高，但要增加一些设备。
3）转差功率不变型调速系统：在这类系统中，转差功率只有转子铜损，而且无论转速高低，转差功率基本不变，因此效率更高，变极对数调速、变压变频调速属于此类。
其中变极对数 调速是有级的，应用场合有限。
只有变压变频调速应用最广，可以构成高动态性能的交流调速系统，取代直流调速；但在定子电路中须配备与电动机容量相当的变压变频器，相比之下，设备成本最高。
5-2 有一台三相四极异步电动机，其额定容量为5.5kW ，频率为50Hz ，在某一情况下运行，自定子方面输入的功率为6.32kW ，定子铜损耗为341W ，转子铜损耗为237.5W ，铁心损耗为167.5W ，机械损耗为45W ，附加损耗为29W ，试绘出该电动机的功率流程图，注明各项功率或损耗的值，并计算在这一运行情况下该电动机的效率、转差率和转速。
实验四 异步电动机转速开环变压变频调速系统
实验四基于SVPWM及SPWM的交流变频调速系统一、实验目的1.加深理解异步电动机变压变频调速的基本工作原理。
2.熟悉PWM变频器主回路结构和异步电动机转速开环变压变频调速系统的基本结构。
3.异步电动机转速开环变压变频调速系统机械特性。
二、实验系统组成及工作原理异步电动机变压变频调速实验系统如图4-1所示，主回路由不可控整流桥、直流滤波环节、全控型电力电子器件IGBT或POWER-MOSFET构成的逆变桥组成，M为三相异步电动机，G为负载直流发电机。
控制器包括驱动电路、微机数字控制器、控制键盘和运行显示等几部分。
~实验图4-1 异步电动机转速开环变压变频调速系统三、实验设备及仪器1. NMCL-32主控制2.三相异步电动机-负载直流发电机组3. NMCL-13A挂箱4.双踪示波器5.万用表，电压表，电流表四、实验内容1.用SPWM变频器给三相异步电动机供电，实现变频调速运行。
2.观测在不同频率和不同负载下的输出电流波形，测试开环机械特性。
3.改变V/f曲线，观察变频器在不同低频补偿条件下的低速运行情况。
4.改变加速时间，观察加速过程。
五、实验步骤及方法1. 实验系统的连接按实验图4-1连接系统，合上控制电源开关，电源指示灯亮，表示微机系统处于等待接受指令状态，按“运行”或“停止”按钮可启动或停止调速系统的运行。
2. 变频调速将负载直流发电机输出电路断开，按“运行”按钮使调速系统进入运行状态，通过给定电位器或键盘改给定频率，记录不同频率下三相异步电动机的空载转速和空载定子电流，并3.测试开环机械特性 (1) 基频开环机械特性测试接通负载直流发电机输出电路，并将负载电阻调到最大，按“运行”按钮使变频器进入运行，将频率给定设定为50Hz ，逐步减小负载电阻，记录异步电动机的转速、定子电流和负载直流发电机的输出电压和电流。
实验过程中应使定子电流小于1.2倍的额定电流，如调速系统不能带载启动，可先断开负载直流发电机励磁，待启动后再接通励磁。
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对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，系电通，力1根保过据护管生高线产中0不工资仅艺料可高试以中卷解资配决料置吊试技顶卷术层要是配求指置，机不对组规电在范气进高设行中备继资进电料行保试空护卷载高问与中题带资2负料2，荷试而下卷且高总可中体保资配障料置各试时类卷，管调需路控要习试在题验最到；大位对限。设度在备内管进来路行确敷调保设整机过使组程其高1在中正资，常料要工试加况卷强下安看与全22过，22度并22工且22作尽22下可护都能1关可地于以缩管正小路常故高工障中作高资；中料对资试于料卷继试连电卷接保破管护坏口进范处行围理整，高核或中对者资定对料值某试，些卷审异弯核常扁与高度校中固对资定图料盒纸试位，卷置编工.写况保复进护杂行层设自防备动腐与处跨装理接置，地高尤线中其弯资要曲料避半试免径卷错标调误高试高等方中，案资要，料求编试技5写、卷术重电保交要气护底设设装。备备置管4高调、动线中试电作敷资高气，设料中课并技3试资件且、术卷料中拒管试试调绝路包验卷试动敷含方技作设线案术，技槽以来术、及避管系免架统不等启必多动要项方高方案中式；资，对料为整试解套卷决启突高动然中过停语程机文中。电高因气中此课资，件料电中试力管卷高壁电中薄气资、设料接备试口进卷不行保严调护等试装问工置题作调，并试合且技理进术利行，用过要管关求线运电敷行力设高保技中护术资装。料置线试做缆卷到敷技准设术确原指灵则导活：。。在对对分于于线调差盒试动处过保，程护当中装不高置同中高电资中压料资回试料路卷试交技卷叉术调时问试，题技应，术采作是用为指金调发属试电隔人机板员一进，变行需压隔要器开在组处事在理前发；掌生同握内一图部线纸故槽资障内料时，、，强设需电备要回制进路造行须厂外同家部时出电切具源断高高习中中题资资电料料源试试，卷卷线试切缆验除敷报从设告而完与采毕相用，关高要技中进术资行资料检料试查，卷和并主检且要测了保处解护理现装。场置设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
异步电动机的几种调速方法
异步电动机的几种调速方法本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March一、调速方法从异步电动机的转速关系式n=n1(1-S)=60(f1/P)(1-S)可见，要改变异步电动机的转速，可从下列三个方面着手：1.改变异步电动机定子绕组的极对数P，以改变定子旋转磁场的转速n1，即所谓变极调速（不能均匀调速）。
2.改变电动机所接电源的频率以改变n1，即所谓变频调速；3.改变电动机的转差率S。
其中，改变转差率S有很多种方法。
当负载的总制动转矩不变时，与它平衡的电磁转矩也跟着不变，于是，从电磁转矩参数表达式（略）可见，当频率f1和极对数P不变时，转差率S是定子端电压、定子电阻、漏抗等物理量的函数，因此，改变转差率S的方法有下列几种：(1)改变加与定子的端电压，为此需用调压器调压；2(2)改变定子电阻或漏抗，为此须在定子串联外加电阻或电抗器；(3)改变转子电阻，为此采用绕线式电动机，在转子回路串入外加电阻；(4)改变转子电抗，为此须在转子回路串入电抗或电容器。
(5)在转子回路中引入一个转差率f2=Sf1的外加电势，为此须利用另一台电机来供给所需的外加电势，该电机可与原来电动机共轴，或不共轴，这样将几台电机在电方面串联在一起以达到调速目的，称为串级调速。
串级调速可用一种可控硅调速来代替。
其基本原理为：先将异步电动机转子回路中的转差频率交流电流用半导体整流器整流为直流，再经过可控硅逆变器把直流变为交流，送回到交流电网中去。
这时逆变器的电压便相当于加到转子回路中的电势，控制逆变器的逆变角，可改变逆变器的电压，也即改变加于转子回路中的电势，从而实现调速的目的。
3从上分析，可见异步电动机的调速方法很多，下面介绍主要的三种，即变极调速、变频调速和改变转子电阻调速。
二、变极调速由于一般异步电动机正常运行时的转差率S都很小，电机的转速n=n1(1-S)决定于同步转速n1。
恒压频比控制下交流异步电机调速系统仿真
电力拖动自动控制系统 ——运动控制系统 仿真作业班级：电气12-6 姓名：金坤 学指导老师：任老师变压变频调速下交流异步电机的系统仿真 ——转速开环与闭环对比分析一、异步电动机的恒压恒频调速原理分析异步电动机的变频调速系统基本控制方式是变压变频，在基频以下采用恒压频比带定子压降补偿的控制方式，基本上要保持磁通在各级转速上都为恒值。
基频以下，磁通恒定，属于“恒转矩调速”；基频以上，迫于定子电压不能超过额定电压，磁通与频率成反比下降，转速升高，转矩下降，近似属于“恒功率调速”。
当定子电压1U 和角频率1ω都为恒定值时，异步电动机的机械特性方程可以改写为()()211222221121123''e p l l U s R T n sR R s L L ωωω⎛⎫= ⎪+++⎝⎭（1—1）当s 很小的时候，可忽略分母中含s 各项，则：211123'e p U s T n s R ωω⎛⎫≈∝ ⎪⎝⎭（1—2）当s 很小的时候，转矩近似与s 成正比，机械特性e T =f （s ）是一段直线；当s 接近1时。
可忽略（1—2）式分母中的2'R ，则：()21122221111213'e p l l U R T n s s R L L ωωω⎛⎫≈∝ ⎪⎡⎤++⎝⎭⎣⎦（1—3） 即s 接近1时，转矩近似与s 成反比，这时e T =f （s ）是对称于原点的一段双曲线； 当s 为以上两段的中间数值时，机械特性从直线过度到双曲线。
如下图1-1. 由式（1-1），对于同一负载要求，即以一定的转速A n 在一定的负载转矩lA T 下运行时，电压和频率可以有多种组合，其中恒压频比（11/U ω=恒值）最容易实现的。
它的变频机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，能满足一般的调速要求。
但是低速带载能力还较差，需对定子压降实行补偿为了近似的保持气隙磁通不便，以便充分利用电机铁心，发挥电机产生转矩的能力，在基频以下采用恒压频比控制，实行恒压频比控制时，同步转速自然也随着频率变化：图1-1：恒压频比控制下的机械特性pn w n π26010=（1—4）带负载时的转速降落为， 01602pn sn s n ωπ∆==（1—5）在式（1—2）中所表示的机械特性近似直线段上。
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。
第5章 异步电动机恒压频比(VF)控制
在第四章已经讨论过，电动机调速时，希望气隙磁通 保持恒定。为了做到这一点，应使电动势与频率的比值恒 定，即 E
g
f1
constant
（5-2）
然而，绕组中的电势是难以检测和控制的，因而操作起来有 困难。考虑到电动势较高时，可以忽略定子绕组的电阻压降 和漏抗压降，而认为相电势近似等于定子相电压， Eg≈Us， 则得到 Us （5-3） constant
f1
这就是恒压频比控制方式。
低频时，Us和Eg都比较小,定子电阻和漏抗压降所占的 份额就比较显著，不能忽略。这时，可以人为的把定子电压 升高一些，以便近似补偿定子阻抗上的压降。带定子压降补 偿的恒压频比控制特性示于图5-1(a)中的1线，而2线为不带 定子压降补偿的恒压频比控制特性。
图5-1 U/f关系 a) 恒压频比控制特性 b) 变压变频控制特性
5.3.2 系统的基本单元
系统的单元很多，但是大部分与电压型的相同，仅就几个不同的给 以介绍。
1.绝对值运算器（GAB）
绝对值运算器的功能是：将正负极性的输入信号转换为单一极性， 但大小保持不变，工作原理如图5-13所示。
图5-13 绝对值运算器
本系统是可逆系统,可逆运行需要逻辑开 关的配合。 逻辑开关的功能是：根据给定积分器输出 信号的极性和大小决定触发脉冲是正相序(正 转)运行、逆相序(反转)运行或者完全封锁(自 由滑行)。正极性时正相序,反极性时逆相序, 零速附近(死区)完全封锁。 用逻辑电路、模拟电路不难实现这个功能。
5.1.2交-直-交电压型方波逆变器的工作原理
180º导电型方波逆变器中晶闸管的导通顺序是 VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6→VT1 各触发信号相隔60º的电角度，在任意瞬间有三 只晶闸管同时导通，每只晶闸管导通时间为180º电 角度所对应的时间，两只晶闸管的换流是在同一支 路内进行。从波形图可以求出相电压的有效值Uan和 线电压的有效值Uab分别为
第5章 异步电动机恒压频比(VF)控制
5.1.2交-直-交电压型方波逆变器的工作原理
180º导电型方波逆变器中晶闸管的导通顺序是 VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6→VT1 各触发信号相隔60º的电角度，在任意瞬间有三 只晶闸管同时导通，每只晶闸管导通时间为180º电 角度所对应的时间，两只晶闸管的换流是在同一支 路内进行。从波形图可以求出相电压的有效值Uan和 线电压的有效值Uab分别为
图5-6 给定积分器原理电路
2.函数发生器（GF）
功能--是实现调速时V/f协调所需要的函数关系，它的工 作原理示于图5-7 中。 对运算放大器A的虚地点列电流平衡方程式，可推导出函 数发生器输出Uo和输入Ui之间的关系式为
R R R R 2 p 2 2 p 2 U U U o k i R R 1 5
在实际应用中,由于负载大小不同,需要的 补偿量也不一样,应该给用户留有选择的余地。 在通用变频器中,作为一个参数,用户可以设定 一个合适的补偿量。 在基频以上调速时,受电源能力和电机耐压 的限制,电压不再能继续随频率上升,通常的作 法是保持Us=UsN，这将迫使磁通随频率上升成 反比地下降,相当于直流电动机弱磁升速。 如果电动机在不同转速时所带的负载都能 使电流达到额定值,则转矩基本上随磁通变化。 所以概括地总结为：基频以下,恒磁通意味着恒 转矩；基频以上,弱磁升速意味着恒功率,类似 直流电动机。
5.1.4 逆变器的电压控制方式
1.晶闸管移相调压
2.斩波调压
5.1.4 逆变器的电压控制方式
图5-4 方波逆变器的电压调节 a) 可控整流 b) 斩波调压
5.2 速度开环交-直-交电压型变频调速系统
它的特点是结构简单，用于调速性能要求不高或功率较大的 场合，例如风机、水泵、输送带传动等。
异步电动机的调速方法
负载的机械特性：当电源的 频率和电压保持不变时，电 动机转速和负载转矩之间的 关系曲线n=f(T2+T0)
①转子电阻比较大的电机， 机械特性比较软，电磁转矩 随电压的平方迅速下降，电 机工作点的转速变化比较明 显，调速效果较好
第二章 异步电机的控制
2-1 异步电动机的调速方法
根据异步电动机的转速公式n=ns(1-s) ， 异步电动机的调速方法只有两大类： ①在电机中旋转磁场的同步速度ns恒定的情况下，
调节转差率s 和直流电动机的串电阻调速相类似，属于
耗能的低效调速方法 调压调速、转子串电阻调速、斩波调速、
滑差离合器调速 ②调节电机旋转磁场的同步速度ns 。
脉冲宽度按正弦规律变化的SPWM波形显著降 低了逆变器输出电压中的低次谐波，高频开关方式
又提高了输出谐波频率、降低了谐波幅值，也提高
了逆变器动态响应速度，在中、小型异步电机变频 调速中获得了极为广泛的应用。
空间电压矢量调制(SVPWM) 是将逆变器与交流 电机作为一个整体来考虑，通过对逆变器功率器 件的开关方式控制，输出不同的三相电压，构成 一个空间矢量，使电机气隙中产生的实际磁通尽 可能地逼近电网正弦电压供电时的理想圆形磁通 轨迹，从而使变频器 输出特性达到一个更高的 综合性能。由于SVPWM方法是将三相变量作统 一处理，易于数字实现，目前已呈现取代 SPWM的趋势
若不加励磁电流，磁极就会停转，相当于 把从动轴与主动轴分离，起到了离合器的作用。
电磁滑差离合器常与鼠笼式异步电机在结构上做成 一体，并配有同轴测速发电机和速度反馈闭环控制 装置，这种成套配置常称为电磁调速电机，简VS 电机或HC电机。
异步电动机变频调速系统PPT课件
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。
主回路 18
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主回路：整流桥为三相全控桥，逆变器为1200导电型，中间环节采用 电抗器滤波，为电流型变频调速系统。
电压控制回路：采用电压外环、电流内环的双闭环结构。电压控制回 路采用了相位控制技术。关于电压控制回路的说明：
采用闭环控制电压，来保证实际电压与给定电压相一致。
电流调节器的给定值为电压调节器的输出值，而反馈值为电动机 电流的实际值。一方面，采用闭环控制电流，可保证实际电流与 给定电流一致，且在动态过程中，能够保证恒流加速或减速。另 一方面，如果按电机最大允许电流设计电压调节器的限幅值，能 保证主回路电流不超过最大允许电流，提高了可靠性。
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9
3、斩波器调压
换流器—L—C
斩波器调压原理图如下：
斩波器：调压
换流电路
逆变器：调频
二极管 整流器
晶闸管 VT
开关
VD
L 斩波器 C
逆变器
M 3~
整流器采用三相二极管整流桥，把交流电变换成直流电； 逆变器采用三相全控桥，实现变频； 斩波器采用脉频调制或脉宽调制，输出大小可调的直流电压。
特点：斩波器调压的特点是输入功率因数高，动态响应快。
G
图 六行电 恒电 频 回压 ， 控给 在 性载保 ；跃把将为环 三
+
GF
AVR GT1
-
2-6异步电机变频调速系统
一、频率开环、电压源逆变器——异步电机变频调速系统 频率开环、电压源逆变器——异步电机变频调速系统 ——
主电路： 该调速系统是频率开环，电压闭 环的PWM变频调速系统。在整流部分 采用了不可控整流电路，其输出经大 电容滤波后，形成低阻抗性质的电压 源对逆变器激励。 IGBT——功率器件，180度导通型， 在同相的上下桥臂间进行换流 二极管——提供感性无功电流通路 控制电路： 逆变部分是该系统的关键部分， 在PWM信号的控制下，根据给定速度 信号，按函数发生器的特性要求输出 变频交流电压控制电机转速。
3、转差频率控制异步电机变频调系统评价 稳定时可以实现无差调节，有着优良的静态特 性；急剧的动态变化过程中可以以最大转矩作为 动态转矩自动实现四象限运行，有着良好的动态 性能，是一种较高性能的调速方案。
2—8 异步电机变频调速系统 8
1、异步电机变频调速系统可以分为频率开环和频率闭环 两种结构 2、频率开环系统一旦速度给定后，电机供电频率不再调 节，电机转速将在滑差范围内，随负载大小变化 3、频率闭环系统则在速度给定后，由控制系统实现对供 电频率和同步速自动调节，确定负载变化时电机转速 恒定不变 4、前者适用用于静态调速精度要求不高的场合，后者适 用于静态调速精度高、动态调速性能有要求的场合
三、转差频率控制异步电机变频调系统
以上讨论的电压源和电流源调速系统都是频率开环系统。当要求 不太高时，电机的转速和同步转速相差不多，频率开环能满足一定的要 求；但当要求快速的启动、制动、加速、减速时，就不能满足动态性能 要求，就会在大转差下运行，转子的电流损耗增加，功率因数低、转矩 小、运行不稳定。 基本思想：采用频率反馈控制，控制转子的转差频率使之总运行 在小转差率下，这样，调速系统就可在高功率因数，小转子电流，低转 子损耗下获得最大的电磁转矩。 。 在采用频率闭环的控制系统中,转子 转差频率总被限制在临界转差频率Smax 所对应的转子转差频率ωmax 之下，其 ω 运行区被限制在转矩－转速特性曲线的 稳态运行区内，如图阴影区域。
交流异步电动机常用调速方式
总结
01 变极调速（变p） 02 改变电机转差率调速（变s） 03 变频调速（变f）
谢谢交流异步电动机 调速方式
交流异步电机转速公式
电动机转速
n (1 s) 60 f p
转差率
定子供电频率 磁极对数
由此引出交流异步电机三种调速方法。
目录
01 变极调速（变p） 02 变电机转差率调速（变s） 03 变频调速（变f）
01 变极调速
变极调速
交流异步电机转速公式
n (1 s) 60 f p
通过改变异步电动机定子绕组的接线方 式以改变电机磁极数目，从而改变电机同步转 速来调整电机转速。
变极调速
以 4 极变 2 极为例：
SN S NS
N
S
N
S
U1 U1’ U2 U2’
U1
U2
顺串展开图
U1 U1’ U2 U2’
U1
U2
反串展开图
U1 U1’ U2 U2’
U1 U2
反并展开图
变极调速
优点
改变电机转差率调速
改变转差率 方法
转子回路串电阻调速：适用于绕线式 异步电动机，效率低，能耗大。
电磁转差离合器调速：调速范围宽、 平滑调速，结构复杂，低速运行时 损耗较大、效率低。
串级调速：效率高、机械特性好，费 用大、操作不方便。
03 变频调速
变频调速
交流异步电机转速公式
n (1 s) 60 f p
缺点
转差率小，转差损耗少，效率高
有级调速
只需要接触器，控制简单 价格便宜，投资少 使用维护简单方便
而且不适于级差 较大的变极调速 应用场合 笼型异步电动机
02 改变电机转差 率调速
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课题：转速开环恒压频比控制的交速姓名：谢海波学号：P091812925专业班级：电气工程及其自动化（3）班西北民族大学电气工程学院转速开环恒压频比控制的交流异步电动机调速系统摘要：转速开环恒压频比控制是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电动机调速控制的要求，并且使用方便，是通用变频器的基本模式。
采用恒压频比控制，在基频以下的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。
异步电动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。
因此现在它的应用面很广，目前交流异步电动机的调速系统已经广泛应用于数控机床、风机、泵类、传送带、给料系统、空调器等设备的电力源和动力源，并起到了节省电能，提高设备自动化，提高产品质量的良好效果.下文在详细分析交流异步电动机变频调速的原理基础上，应用MATLAB/SIMULINK仿真软件，实现了转速开环恒压频比控制的交流异步电动机调速系统的仿真，并且详细分析了仿真结果。
关键词：异步电动机；变频调速；MATLAB 仿真1．仿真系统说明本文对交流系统进行建模仿真，可以更加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。
在进行电动机调速时，常须考虑的一个重要因素，就是希望保持电动机中每极磁通量为额定值不变。
如果磁通太弱，没有充分利用电机的铁芯，是一种浪费；如果过分增大磁通，又会使铁心饱和，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。
对于直流电机，励磁系统是独立的，只要对电枢反应有恰当的补偿，保持不变是很容易做到的。
在交流异步电机中，磁通由定子和转子磁动势合成产生，要保持磁通恒定就要费一些周折。
2．变频调速控制方式和原理转速开环恒压频比控制是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，在异步电动机调速时，总希望保持主磁通为额定值。
由异步电机定子每相电动势有效值可知，如果略去定子阻抗下降，有（1）由(1)式知，若定子端电压不变，随着升高，将减小。
又由转矩公式知，在相同的情况下，减小会导致电动机输出转矩下降，严重时会使电动机堵转。
因此，在变频调速过程中应该同时改变定子电压和频率，以保持主磁通不变。
而如何按比例改变电压和频率，要分基频以下和基频以上两种情况。
2.1基频以下调速恒定压频比调速要求；当相对较高时，可忽略定子电阻那么最大实用转矩公式为；由于，为了保证变频调速时电动机过载能力不变，需要满足变频前后，即（2）对于恒转矩调速,采用恒压频比调速控制，既保证了电机的过载能力不变，又满足了主磁通保持不变, 而电磁转矩表示为；据(2)式，不同频率下的最大转矩保持不变，则最大转差率为（3）不同频率时最大转矩所对应的转速降落为（4）因此，恒压频比控制变频调速时，因最大转矩和最大转矩对应的转速降落均为常数，故此时异步电动机的机械特性是一组互相平行硬度相同的曲线，如图1 所示.2.2基频以上调速基频以上调速应采取保持定子电压不变的控制策略，即。
由于较高，可以忽略定子电阻，则最大转矩；其对应的最大转差率与转速降落同式(3)和式(4)为常数。
由此可见，保持定子电压不变，升高频率调速时，最大转矩随频率升高而减小，最大转矩对应的转速降落为常数。
但是越高，最大转矩越起效，如图2所示，基频以上变频调速时异步电动机的电磁功率为（5）在异步电动机的转差率s 很小时，式(5)中的均可以忽略，即基频以上变频调速时异步电动机的电磁功率近似为（6）由式(6)知，在变频调速过程中，若保持不变，转差率s 变化也很小，故可以近似认为不变，即恒功率调速。
3．仿真过程综合以上分析，制定出U-f 曲线如图3 所示.关系式为，式中是电动机额定电压，是电动机额定频率，是初始电压补偿值. 那是因为如果频率较低，定子阻抗压降所占比重较大，电动机难以保持气隙磁通不变，电动机的最大转矩将随着频率的下降而减小. 为了使电动机在低频低速时仍有较大的转矩，需要低频补偿电压以提高定子电压. 恒压频比变频调速系统原理图如图4 所示，系统由升降速时间设定、U-f 曲线、SPWM 调制和驱动等环节组成。
其中升降速时间设定用来限制电动机的升频速度，避免转速上升过快而造成电流和转矩的冲击，相当于软起动的作用。
U-f 曲线用于根据频率确定相应的电压，以保持压频比不变，并且低频时进行适当的电压补偿。
SPWM 和驱动环节将会根据频率和电压要求产生按正弦脉宽调制的驱动信号，控制逆变器以实现电动机的变压变频调速。
根据实验原理图在Matlab软件环境下查找器件、连线，接成入上图所示的线路图。
3.1、具体步骤a、点击图标，打开Matlab软件，在工具栏里根据提示点击，再点击matlab help，打开一个对话框，点击里的new model，创建一个文件头为的新文件。
b、点击工具栏的，打开元器件库查找新的元器件。
图5如果不知在哪里找到元器件，可以在里输入元器件的名称，键入ENTER即可查找。
3.2所用元器件及其参数设置转速开环变频调速系统的仿真MATLAB/SIMULINK 模型如下图所示。
其中给定积分器(GI，GivenIntegrator)的模型如图7 所示，对它设定恰当的积分时间常数可以控制频率上升的速率，从而设定电动机的起动时间. 给定积分器后接取整环节(integer)使频率为整数. U-f 曲线、三相调制信号ua、ub、uc 均由Fcn模块产生图6 转速开环VVVF系统仿真模型图7 给定积分器(GI，GivenIntegrator)的模块a.DC Voltage Source(直流电源)点击中的找到图8 直流电源参数设置图电压值设置为514Vb．Universal Bridge（多功能桥式电路）点击中的找到图9多功能桥是电路参数设置图选择3桥臂，选择IGBT管。
普通的桥电路起着过载保护作用，防止电流过大烧坏电机。
c.AC Machine（交流电机）点击中的找到图10交流电机参数设置图A、B、C端分别与多功能桥式电路的A、B、C端连接，TM端接个阶跃脉冲，M端输出接电动机测量单元d.MachinesMeasurementDemux（电动机测量单元）点击中的找到输入端接交流电机的M端，输出端接示波器等测量仪器图11 电机测量单元参数设置图Machine type选择Asychronous,点选要测量的数据，分别为Stator currents[ia ib ic]、Rotor speed[wm]、Electromagnetic torque[Te]这三个。
输出分别接电流测量ia、ib、ic,和经放大后测量的转速n 放大倍数为9.55倍。
还有就是测量转矩Te。
e. Constant（信号发生器）输入一个信号，参数值各不一样，以一种情况为例。
图12 信号发生器参数设置图输入为50Hz 的信号。
f.传递函数（Transfer Fcn ）式中，为电动机额定电压，为电动机额定频率，。
为初始电压补偿值。
电压U 、频率f 、时间t 经汇总为一维量，其中的u (1)、u(2) 、u (3) 以次表示电压、频率和时间。
函数模块ua 、ub 、ue 分别用于产生三相调制信号ua 、ub 、uc ' 即根据三相调制信号，由PWM 发生器产生逆变器驱动脉冲，经逆变器得到频率和幅值可调的三相电压，使交流电动机按给定要求起动和运行。
模型中的其他参数设定见表。
图13转速开环VVVF 系统模型参数图14 函数Ua 模块参数设置图图15 函数Ub模块参数设置图图16 函数Uc模块参数设置图f. Demux（分接器）图17 分接器参数设置图g. scope（示波器）图18示波器参数设置图h. 仿真环境参数设置点击图19 仿真参数设置图仿真算法仿真精度图7-13转速开环VVVF系统仿真模型3.2、仿真结果根据上面的步骤查找器件，连线，即可画出原理图，运行之后，得到如下波形（VVVF 起动过程）。
a）逆变器输出线电压b）转速波形b）转速-转矩特性为分析转速和转矩产生较大波动的原因，将启动过程中一段（3s~4s）的电压、转速等波形展开，如下是VVVF系统的分析：a）转速波形c）逆变器输出电压（瞬时值）c）正弦调制信号d）频率上升曲线4．仿真结果分析从上图仿真的波形可以看出，它非常接近于理论分析的波形。
根据三相调制信号，由PWM 发生器产生逆变器驱动脉冲，经逆变器得到频率和幅值可调的三相电压，使交流电动机按给定要求起动和运行。
在给定频率为50Hz ，起动时间为6s 的情况下，仿真结果如图所示。
其中a图所示为电动机输入的一相线电压(有效值) ，b图所示为转速变化曲线，图c所示为转速·转矩特性。
从图中可以看到电动机电压基本按曲线的设定上升，但是起动中转速和转矩的波动很大。
为分析转速和转矩产生较大波动的原因，将起动过程中一段（3-4s）的电压、转速等波形展开如图20所示。
从逆变器输出电压的波形(见图20b) 中可以看到，输出电压的频率变化呈现出不规则，电压频率不是均匀地上升，中间部分时段电压波形的周期变大，频率减小。
将起动过程中的升频曲线(见图20d)和相应时段的正弦调制信号(见图20b)，以及转速曲线(见图20a)相比较，在频率变化的边界上，正弦调制信号和转速都发生了畸变，这是因为频率变化的时刻不一定是发生在调制信号一个完整周期的末尾，在调制正弦信号一周期尚未结束时，频率发生了变化就可能使下一周期信号的前半周期变宽或变窄，使相应的一周期频率减小或增加。
进一步比较频率变化时刻的三相电压波形，这时的三相电压的相序也可能异常，出现瞬时的负相序，电动机也产生了负的转矩，从而使电动机的转矩和转速发生急剧波动。
延长起动时间，波动的情况可以减小，但是波动还是存在的。
如果起动时间设定过小，在正弦一周内发生多次频率的变化，还可以出现增频现象，使逆变器输出频率超过设定频率(50Hz) ，电动机转速出现超调。
因此采用等时间间隔的升频过程，都难以完全避免输出电压周期不规则的现象，工程上称之为"跳频"现象。
5．总结恒压频比的转速开环工作方式能满足大多数场合交流电动机调速控制的要求，并且使用方便，是通用变频器的基本模式。
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恒定，在相同转矩条件下电动机的转差率基本不变，所以电动机有较硬的机械特性，使电动机有较好的调速性能。
但是如果频率较低，定子阻抗压降所占比重较大，电动机难以保持气隙磁通不变，电动机的最大转矩将随频率的下降而减小。