第十一讲 转速开环的Uf控制变频调速系统
变频调速基本原理及控制原理
变频调速基本原理及控制原理1.基本原理：目前使用较多的是“交—直—交”变频，原理如图1所示，将50Hz 交流整流为直流电Ud，再由三相逆变器将直流逆变为频率可调的三相交流供给鼠笼电机实现变频调速。
2.控制原理：变频调速装置主电路(见图2)由空气开关QF1，交流接触器KM1和变频器VF组成，由安装在配电柜面板上的转换开关SA，复位开关SB；或安装在现场防爆操作柱上启动按钮SB和停止按钮SB2控制VF的运行：(1)启动VF时必须先合上QF1和QF2，使SA置于启动位置，KM1便带动电触点闭合，来电显示灯HL2亮；此时按下SB，也可以按下现场SB1使KA1带电触点闭合，VF投入运行同时运行指示灯HL3亮。
(2)需要停止VF时，按下SB2使KA1失电，VF停止运行，此时HL3灭；置SA于停止位置，KM1断开同时HL1亮表示停机。
(3)如果在运行过程中VF有故障FLA、FLC端口将短接，KA2带电，KM 带电其触点断开，同时故障指示灯HL3亮并报警。
由于工艺条件复杂，实际运行过程中有多方面不确定因素，为安全其见，每台变频器均加有一旁路接触器 KM2；如果KM1或VF发生故障时保证电机仍能变频运行。
变频调速实行闭环负反馈自动控制即由仪表装置供给变频器1V和CC 端口4～20MA电信号，靠信号大小改变来控制VF频率高低变化达到调节电动机转速和输出功率的目的，使泵流量和实际工艺需求最佳匹配，实现仪表电气联合自动控制体系。
二、实际运用分析1.变频调速实行工艺过程控制，由于生产流程和工艺条件的复杂性；不通过实践有些问题不被人们认识，只有通过实践才能找出解决这此问题方法和途径。
在闭环控制回路中，变频器作用类似风开式调节阀，对于实用风关式调节阀控制回路需在变频器上设定最低下降频率，当仪表装置故障时变频器输出最低频率，保证电机运转，维持工艺流程最低安全量，不至于生产中断。
变频器下限频率设定必须通过实际测试，不能随意变动。
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。
变频器u-f控制方式
变频器u/f控制方式U/f控制是在改变电动机电源频率的同时改变电动机电源的电压，使电动机磁通保持一定，在较宽的调速范围内，电动机的效率，功率因数不下降。
因为是控制电压(Voltage)与频率(Frequency)之比，称为U/f控制。
恒定U/f控制存在的主要问题是低速性能较差，转速极低时，电磁转矩无法克服较大的静摩擦力，不能恰当的调整电动机的转矩补偿和适应负载转矩的变化;其次是无法准确的控制电动机的实际转速。
由于恒U/f变频器是转速开环控制，由异步电动机的机械特性图可知，设定值为定子频率也就是理想空载转速，而电动机的实际转速由转差率所决定，所以U/f恒定控制方式存在的稳定误差不能控制，故无法准确控制电动机的实际转速。
高性能U/F控制通用变频器有哪些特点？答：所谓高性能U/F控制通用变频器，是指在开环情况下具有转矩控制功能的 U/F控制式通用变频器。
这类变频器大多采用32位数字信号处理器（DSP）或双16位CPU进行控制，运算速度大幅提高。
在控制方法上，大多采用了磁通补偿功能，转差补偿功能和电流限制功能等控制策略，用以实现转矩控制功能。
采用这种控制方式，可使极低速度下的转矩过载能力达到或超过150%；频率设定范围达到1：30；由于转差补偿的作用，电动机速度可实现准确控制；电动机的静态机械特性的硬度高于在工频额定电压下时的情况；具有过电流抑制功能，可实现挖土机特性。
变频器的U/F控制方式有哪些不足之处？答：1）采用U/F控制方式，利用人为选定U/F曲线方法，很难根据负载转矩的变化恰当的调整电动机转矩。
特别是在低速时，由于定子阻抗压降随负载转矩变化，当负载较重时可能补偿不足，当负载较轻时又可能产生过补偿，造成磁路过饱和。
这两种情况均可能引起变频器过电流跳闸。
2）采用U/F控制方式，无法准确地控制交流电动机的实际转速。
因为变频器的频率设定值均为定子频率，即电动机的转差率随负载的变化而波动，所以电动机的实际转速也随之变化，故这种方式的速度静态稳定性不高，不适合对速度要求较高的拖动系统。
变频调速原理及概述
变频调速原理及概述异步电机调速系统的种类很多，但是效率最高、性能最好、应用最广的是变频调速，它可以构成高动态性能的交流调速系统来取代直流调速系统，是交流调速的主要发展方向。
变频调速是以变频器向交流电机供电，并构成开环或闭环系统，从而实现对交流电机的宽范围内无极调速。
变频器可把固定电压、固定频率的交流电压变换为可调电压、可调频率的交流电。
在变换过程中。
没有直流环节的称为交-交变频器，有中间直流环节的称为交-直-交变频器。
由直流电变为交流电的变换器称为逆变器。
目前应用最广的是交-直-交变频器，通常由整流器、中间直流储能电路和逆变器三部分组成。
人们所说的交流调速传动，主要是指采用电子式电力变换器对交流电动机的变频调速传动，除变频以外的另外一些简单的调速方案，例如变极调速、定子调压调速、转差离合器调速等，由于其性能较差，终将会被变频调速所取代。
交流调速传动控制技术之所以发展的如此迅速，和如下一些关键性技术的突破性进展有关，它们是电力电子器件（包括半控型和全控型器件）的制造技术、基于电力电子电路的电力变换技术、交流电动机的矢量变换控制技术、直接转矩控制技术、PWM（Pulse Width Modulation）技术以及以微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术等。
变频器的发展：近二十年来，以功率晶体管GTR为逆变器功率元件、8位微处理器为控制核心、按压频比U/f控制原理实现异步机调速的变频器，在性能和品种上出现了巨大的技术进步。
其一，是所用的电力电子器件GTR以基本上为绝缘栅双极晶体管IGBT所替代，进而广泛采用性能更为完善的智能功率模块IPM，使得变频器的容量和电压等级不断地扩大和提高。
其二，是8位微处理器基本上为16位微处理器所替代，进而有采用功能更强的32位微处理器或双CPU，使得变频器的功能从单一的变频调速功能发展为含有逻辑和智能控制的综合功能。
其三，是在改善压频比控制性能的同时，推出能实现矢量控制和转矩直接控制的变频器，使得变频器不仅能实现调速，还可进行伺服控制。
开环PWM变频调速系统设计
摘要在电气时代的今天，电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。
电动机是最常见的一种电机，在各领域中得到广泛应用。
研究电动机的控制和测量方法，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。
电动机的调速问题一直是自动化领域比较重要的问题之一。
不同领域对于电动机的调速性能有着不同的要求，因此，不同的调速方法有着不同的应用场合。
本文基于PWM的开环交流调速系统进行了研究，并设计出应用于交流电动机的开环变频调速系统。
提出了PWM调速方法的优势，指出了未来PWM调速方法的发展前景，点出了研究PWM调速方法的意义。
应用于交流电动机的调速方式很多，其中以PWM变频调速方式应用最为广泛，而PWM变频器中，H型PWM变频器性能尤为突出，作为本次设计的基础理论，本文将对PWM的理论进行详细论述。
在此基础上，本文将做出8051单片机控制的H型PWM变频调速系统的整体设计，然后对各个部分分别进行论证，力图在每个组成单元上都达到最好的系统性能。
关键词：PWM；开环；变频调速；交流电动机目录第1章绪论 (1)第2章课程设计方案 (2)2.1 概述 (2)2.2 系统组成整体结构 (2)2.2.1 变频器 (2)2.2.2变频器的工作原理 (2)2.2.3 变频调速的基本原理 (3)2.2.4脉冲宽度调制技术 (4)第3章硬件设计 (6)3.1整体电路的设计 (6)3.2主电路的设计 (7)3.3整流电路设计 (7)3.4逆变电路的设计 (8)3.5 光电隔离电路 (8)3.6 控制电路 (9)3.7 逆变驱动电路 (10)3.8 过压保护电路 (12)第4章软件的设计 (14)4.1 PWM波形生成方法 (14)4.2 程序流程 (14)4.3 单片机程序设计 (15)第5章系统测试与分析 (17)第6章课程设计总结 (18)参考文献 (19)第1章绪论在交流调速中，交流电动机的调速方法有三种：变极调速、改变转差率调速和变频调速。
变频调速系统操作规程
变频调速系统操作规程一、前言变频调速系统是一种应用于工业领域的控制系统，它通过调节电机的转速和负载的运行模式，来实现对设备的精确控制。
为了保证变频调速系统的安全运行和正常操作，特制定了该操作规程。
本规程旨在规范变频调速系统的操作流程，提高系统的运行效率和安全性。
二、系统操作人员要求1.操作人员必须具有相关的技术知识和操作经验，并经过相关培训，熟悉变频调速系统的构造和工作原理。
2.操作人员必须具备良好的沟通能力和团队合作意识，能够与其他相关人员进行有效的沟通和协调。
三、操作准备1.操作人员在进行操作前，必须检查变频调速系统的设备和连接线路是否正常，确保系统处于正常工作状态。
2.操作人员必须佩戴必要的防护用品，如安全帽、护目镜、耳塞等，确保自身的安全。
四、操作流程1.启动系统a.操作人员按照系统启动程序将主电源和控制电源打开。
b.检查变频调速器的运行状态，确保系统正常启动。
2.设定工作参数a.操作人员根据实际情况设定变频调速器的工作参数，如转速、输出功率等。
b.在设定参数前，操作人员应仔细了解设备的工作要求和性能指标，并根据实际情况进行合理调整。
3.监控系统运行状态a.操作人员必须时刻关注变频调速系统的运行状态，包括设备的转速、输出功率、温度等参数。
b.如发现异常情况，如设备负载过大、温度过高等，操作人员应立即采取相应的措施，如降低负载、增加散热措施等。
4.维护和保养a.操作人员应定期对变频调速系统进行检查和保养，包括清洁设备、检查连接线路、紧固螺栓等。
b.发现问题时，及时记录并上报，按照维护计划进行处理。
5.停机操作a.操作人员在停机前，必须先将负载断开，然后逐步降低变频调速器的输出功率，最后关闭主电源和控制电源。
六、安全事项1.操作人员禁止擅自更改变频调速器的参数和设定值，必须按照相关程序进行操作。
2.操作人员接替班次时，必须向前一班次的操作人员进行交接，了解系统运行情况和存在的问题。
3.在工作过程中，操作人员禁止进行与工作无关的行为，如携带易燃物品、吸烟等。
三相SPWM技术转速开环变频调速系统
《自动控制系统》课程设计三相SPWM技术转速开环变频调速系统姓名：学号：指导教师：祝开艳题目名称：转速开环变频调速系统专业名称：自动化11-所在学院：信息工程学院时间：2013年6月3～6月9日目录：1.课程设计的性质和目的····································2.课程设计的课题和内容···································· 2.1课程设计的课题········································ 2.2课程设计的内容········································3.spwm转速开环变频调速系统······························· 3.1系统框图············································· 3.2仿真模型的建立和参数计算·····························4.仿真结果················································ 4.1电流仿真结果········································· 4.2电压仿真结果········································· 4.3转矩仿真结果·········································5.实验心得及总结·········································大连海洋大学课程设计报告纸1.课程设计的性质和目的性质：本课程是自动化专业的专业课，是一个实践性很强的教学环节。
转速开环变频调速
转速开环变频调速系统仿真摘要摘要摘要交流异步电动机因为结构简单，体积小，重量较轻，价格便宜，维护方便等特点，在生产和生活中得到广泛的应用，与其他电机相比，交流异步电机的市场占有率始终居第一位。
然而，长期以来，交流异步电动机的调速始终是一个不好解决的问题。
直到二十世纪七十年代，由于计算机的产生，以及近二十年来新型快速的电力电子元件的产生，才使得交流异步电动机得调速成为可能，并得到迅速得普及。
目前，交流异步电动机得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，空调器等设备得电力源和动力源，并起到了节省电能，提高设备自动化，提高产品质量和质量的良好效果。
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。
目前市场上出售的变频器多数都是采用这种控制方法。
关键词：异步电动机；异步电动机；Matlab Matlab Matlab；变频变压；；变频变压；目录摘要摘要.................................................. I ABSTRACT ............................................. ............................................. II 目录目录................................................ III 前言前言.................................................. 4 1 1 绪论绪论绪论................................................ 5 1.1 1.1 交流电机调速概论交流电机调速概论交流电机调速概论................................ 5 1.2 1.2 交流调速技术的发展历史交流调速技术的发展历史交流调速技术的发展历史.......................... 5 1.3 1.3 交流调速技术的发展现状和趋势交流调速技术的发展现状和趋势交流调速技术的发展现状和趋势.................... 6 1.4 1.4 本章小结本章小结本章小结........................................ 8 2异步电动机变频调速系统异步电动机变频调速系统 .............................. (9)9 2.1变频调速概述变频调速概述 .................................... ....................................9 2.2 2.2 静止式变频装置静止式变频装置静止式变频装置................................. 10 2.3 2.3 正弦波脉宽调制正弦波脉宽调制正弦波脉宽调制(SPWM)(SPWM)(SPWM)逆变器逆变器逆变器.................... 12 2.4 2.4 异步电动机的恒压恒频调速原理分析异步电动机的恒压恒频调速原理分析异步电动机的恒压恒频调速原理分析............... 14 2.5 2.5 本章小结本章小结本章小结....................................... 16 3交流调压调频调速系统的设计仿真交流调压调频调速系统的设计仿真 ..................... (18)18 3.1仿真对象及参数设定仿真对象及参数设定 ............................. .............................18 3.2仿真波形及其分析仿真波形及其分析 ............................... ...............................21 3.3本章小结本章小结 ....................................... .......................................24 结 论论............................................... 25 参考文献参考文献............................................. 26 致谢致谢 (1)前言目前，交流调速已进入逐步替代直流调速的时代。
异步电机变压变频调速系统(VVVF系统)——转差功率不变型调速系统
4．几种协调控制方式的比较
综上所述，在正弦波供电时，按不同 规律实现电压－频率协调控制可得不同类 型的机械特性。
1）恒压频比（ Us /1 = 恒值 ）控制最容
易实现，它的变频机械特性基本上是平行 下移，硬度也较好，能够满足一般的调速 要求，但低速带载能力有些差强人意，须 对定子压降实行补偿。
2）恒Eg /1 控制，是通常对恒压频比控
特性分析（续）
当 s 接近于1时，可忽略式（6-4）分母 中的Rr' ，则
Te3npU 1 s2s[R s21 21 (R L r'lsL'lr)2]1 s （6-6）
即s接近于1时转矩近似与s成反比，这时， Te = f（s）是对称于原点的一段双曲线。
• 机械特性
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 所示。
可见最大转矩 Temax 是随着的 1 降低
而减小的。频率很低时，Temax太小将限制 电机的带载能力，采用定子压降补偿，适
当地提高电压Us，可以增强带载能力，见 图6-4。
• 机械特性曲线
n
n0N
1N
n 01
11
1N11 12 13
n 02
12
n 03
13
补偿定子压 降后的特性
O Te
现在的问题是，怎样控制变频装置的电压和频率才能获得恒定的 E r /1 ？
s
恒 Er /1 控制
0
c
a
b
恒 Eg /1 控制
恒 Us /1 控制
10
Te
图6-6 不同电压－频率协调控制方式时的机械特性
按照式（6-1）电动势和磁通的关系，可以 看出，当频率恒定时，电动势与磁通成正比。在
变频调速开环vf控制系统参数的设置与应用
课程设计三相异步电动机(15KW电机）变频调速开环V/F控制系统参数的设置与应用（616G5）学校:XXXX大学院系:机电工程学院专业:电气工程及其自动化指导老师:XXX姓名:XXX学号:0805107XX设计要求学生应熟悉各种电气设备，电动机，变频器，传感器，PID调节器等。
要求完成资料收集工作、提出设计方案并完成全部设计工作。
在设计工作中，对所提供的各部分图纸应符合制图标准，并要求所有电气工程符号应采用国家统一标准。
目录一交流调速系统概述二变频调速系统概述三电机选择及参数四安川变频器（616g5）特点与优势五三相异步电动机（5.5KW）变频调速开环V/F控制系统（616g5）参数设定六结束语参考文献一交流调速系统概述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。
纵观电力拖动的发展过程，交、直流两大调速系统一直并存于各个工业领域，虽然由于各个时期科学技术的发展使得它们所处的地位有所不同，但它们始终是随着工业技术的发展，特别是随着电力电子元器件的发展而在相互竞争。
在过去很长一段时期，由于直流电动机的优良调速性能，在可逆、可调速与高精度、宽调速范围的电力拖动技术领域中，几乎都是采用直流调速系统。
然而由于直流电动机其有机械式换向器这一致命的弱点，致使直流电动机制造成本高、价格昂贵、维护麻烦、使用环境受到限制，其自身结构也约束了单台电机的转速，功率上限，从而给直流传动的应用带来了一系列的限制。
相对于直流电动机来说，交流电动机特别是鼠笼式异步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。
因此，近几十年以来，不少国家都在致力于交流调速系统的研究，用没有换向器的交流电动机实现调速来取代直流电动机，突破它的限制。
第5章 5.5转速开环、电压频率协调控制的变频调速系统讲解
实例
二、 电压频率协调控制系统
1. 系统组成
KK
UUR R
RRR00 0
RRR1 1 1
RRRb
UUI I
~~
bb
MM
33~~Biblioteka RRR2 2 2VVTT
bb
显显示示
单单
设设定定
片片
机机
接接口口
电电压压 泵泵升升 电电流流 温温度度 电电流流 检检测测 限限制制 检检测测 检检测测 检检测测
PPWWMM 发发生生器器
进线电抗器 ——二极管整流器虽然是全波整流装置，但由于其输出端有滤波 电容存在，因此输入电流呈脉冲波形，如下图所示。
三相二极管整流电路的输入电流波形
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。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。
综上所述，PWM变压变频器的基本控制作用如图6-39所示。近年来，许多企 业不断推出具有更多自动控制功能的变频器，使产品性能更加完善，质量不 断提高。
工作频 率设定
升降速 时间设定
电压补偿设定
PWM产生
斜坡函数 f*
t
U / f 曲线 u
f
脉冲发生器 f
u
驱动 电路
PWM电压/频率协调控制变频器的基本控制原理
南阳志联软件
5.5 转速开环、电压 频率协调控制的变频调速系统
一、 电压频率协调控制方式
▼基频以上调速
在基频以上调速时，频率从额定频率f1N向上升高，但定子电压Us 不可能超 过额定电压UsN，最多只能保持Us = UsN (额定电压)。
变频调速系统构成、调整和使用
向的设
向。
01
定：
电 机 容 H03 可以选择所带电机的容量，根据 KW
量选择
电机的实际功率大小进行选择，
一般在选择与电机相匹配的变频
器时，变频器的功率要大于电机
的一个等级，但在设置此参数时
要和电机的功率保持一致。
电 机 的 H04 极对数
设置电机的极对数
2，4 6
电 子 热 过 B12 载保护
设定
定
-16
华中数控实验台
1、三相异步交流电机原理（略） 2、交流电动机压/频比（V/f）控制
与主轴相关的参数设置
与主轴控制相关的输入／输出开关量与数控装 置其他部分的输入／输出开关量的参数可统-设置
，不需要单独设置。相关的输入／输出开关量的 功能需要PLC程序的支持才能实现，请参见华中数
控PLC编程说明书。 主轴控制接口（XS9）中包含两个部件：主轴速 度控制输出（模拟电压）单元和主轴编码器
变频器运行的基本条件
1、运行/停止指令
2、运行频率指令
运行/停止指令来源
1、操作面板
2、控制端子 1）三线制 2）两线制
变频器工作频率
1、给定频率： 与给定信号对应的频率，给定信号不变， 给定频率也不变。
2、输出频率： 变频器实际输出的频率。 1）压频比控制时； 2）转差控制与矢量控制时；
OI、O、H的电流和（流入） 范围为4 – 19.6mA，标称值为20mA
模拟电压流入 +10V模拟基准源
范围为0 – 9.6VDC，标称值为10VDC，输入阻抗为 10K
标称值为10V，最大电流为10mA
脚号
AL0 AL1
AL2
描述
通用继电器
变频调速系统
变频器的功率因数
变频器的功率因数
2变频器的功率因数 2.1考察的对象 (1)功率因数偏低的影响 a)对电动机的影响 对于电动机来说，功率因数低，将会降低电动机的效率。功率因数低，意味着电流与电压之间的相位差较大， 故在有功电流I1a相等的情况下，有: 可见，功率因数低的最终结果，是电动机的铜损增加，故效率降低。 电动机效率的降低，虽然是用户应该考虑的问题，但却并不是供电系统考虑的主要问题。 b)对供电系统的影响 供电系统在为用户提供电源时，要受到电流大小的制约。因为电流太大了，会使导线发热严重，损坏绝缘。 如果供电线路里无功电流太多了，则有功电流必减小，影响了供电能力。对于供电系统来说，这是更为重要 的问题。所以，供电系统总是通过进线处的无功电度表来考察用户的功率因数的。
控制器离散环节之间离散时间匹配问题
控制系统内同一时刻存在多个不同离散环节并行工作以完成复杂功能。这些离散环节在各自不同的离散时间 尺度上进行运算，同时还需要交换控制信息。各环节离散时间的选择直接关系到计算精度与收敛性，同时影响到 离散环节相互之间信息传递的及时与准确，设计时需要从整体上考虑各离散环节之间时间的匹配问题。
谢谢观看
1关于功率因数的概念 1.1几个基本定义 (1)功率因数的定义 在交流电路中，把平均功率与视在功率之比，称为功率因数: 式中，U─电压的有效值(V); I─电流的有效值(A)。 1.2同频率正弦电流的功率因数 (1)解析 实际上，DF=cosφ就是同频率正弦电流的功率因数。在电力电子技术未进入实用阶段之前，电气设备中的 电流极大多数都是正弦波。所以，人们通常把电流与电压相位差角的余弦cosφ就定义为功率因数。 (2)物理意义 当电流与电压不同相(假设电流滞后于电压）时，在电流的方向与电压相反的区间，瞬时功率为负功率。其 物理意义是:在该时间段内，是器件(电感或电容)中储存的能量(磁场能或电场能)向电源反馈的过程。
UF变频调速
UF变频调速摘要：本文阐述了U/F控制变频调速的基本原理，分析了变频调速控制器的典型拓扑，进而对采用隔离方案和共地方案设计的变频调速控制器系统进行了介绍，尤其对采用单电源智能功率模块实现共地系统设计进行了详细的阐述，并给出了两者之间设计上的差异和共地系统具有的成本优势，最后对采用单电源智能功率模块实现共地系统的应用给予了展望。
1 引言随着计算机技术、微电子技术和电力电子技术的发展，变频调速技术的应用得到飞速发展。
变频调速控制技术的应用领域也越来越广泛，如纺织机械、矿山机械和工业控制、变频家电等领域都得到广泛应用。
变频调速技术作为节能降耗、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段已经深入人心，变频调速技术在家电产品中的成功应用，大大提高了人们的生活质量。
变频调速产品的巨大市场潜力日渐明显，但是，由于我国的变频调速技术的研究和应用起步较晚，尤其是变频技术产品化更为滞后，高端的变频产品基本上都被国外品牌垄断。
降压，这就要求频率与电压协调控制。
此外，在很多场合，为了保持在调速时，电动机产生最大转矩不变，也需要维持磁通不变，这亦由频率和电压协调控制来实现。
通过改变异步电动机的供电频率，从而可以任意调节电机转速,实现平滑的无级调速。
3 变频调速控制系统的构成变频调速控制系统一般由三部分构成：驱动控制部分、反馈部分和驱动对象。
驱动控制部分是整个调速系统的核心，一般也称之为变频调速控制器。
反馈部分是将驱动对象的相关量如速度、电流等回馈给控制部分，以实现闭环控制。
驱动对象主要部分为电动机，包括步电动机、无刷直流电动机等。
变频调速系统结构示意图如图1所示，如果对控制精度要求不是很高的情况下，图1中反馈部分可以省去。
由于系统中具体的驱动对象各不相同，反馈部分在应用设计中也不尽相同，在此不进行详细讨论，这里主要讨论变频调速系统中的核心部分即驱动控制部分。
根据调速系统的不同，驱动控制部分可以设计成通用的调速器，如通用变频器，也可以设计成专用调速器，如纺织行业用的储纬器等，但其基本结构是相同或类似的。
转速开环恒压频比控制交流
MATLAB仿真实验报告——转速开环VVVF系统仿真课题：转速开环恒压频比控制交流异步电动机调速系统仿真班级：学号：姓名:指导老师：目录一研究背景...........................................................................................................- 1 -二仿真原理.............................................................................................................- 1 -三MATLAB介绍...................................................................................................- 1 -四异步电动机的恒压恒频调速原理分析.............................................................- 2 -五恒压频比变频调速系统原理图.........................................................................- 4 -六恒压频比变频调速系统的仿真模型.................................................................- 4 -七给定积分GI的分支模块 ..................................................................................- 5 -八仿真波形.............................................................................................................- 5 -九仿真分析.............................................................................................................- 6 -十仿真小结.............................................................................................................- 7 -参考文献...................................................................................................................- 7 -摘要：异步电动机的变压频比调速系统一般简称为变频调速系统。
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I (R j L ) E U s s s 1 ls s
由此可见，要实现恒 Es/1控制，须在Us/1 = 恒值的 基础上再提高电压 Us 以补偿定子电流压降。
（6-65）
如果忽略电流相量相位变化的影响，不同定子电流时恒 Es/1 控制所需的电压-频率特性 Us = f (1, Is) 如下图所示。
PWM
驱动电 路
电源监 控
键盘 显示
信号 输出
图2-50 以MCS87C196MC单片机为核心的开环通用变频器控制电 路框图
UCC VD 1N4148 R 270 VD 1N4148 C 0.01µ Uref R1 R2 + Udc R3 GND R4 UCC R5 OV
（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。 系统介绍 下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 ~ R0 R 0 R R11
R Rb
UI
b
R R2
VTb
M 3~
2
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。
控制电路
PWM信号产生——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产生，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。微机芯片主要采用8位或16位的单片机，或用32 位的DSP；也可采用专用的PWM生成电路芯片。 检测与保护电路——各种故障的保护由电压、电流、温度等 检测信号经信号处理电路进行分压、光电隔离、滤波、放大 等综合处理，再进入A/D转换器，输入给CPU作为控制算法 的依据，或者作为开关电平产生保护信号和显示信号。
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，在通 用产品中称作“电压补偿”或“转矩补偿”。
补偿方法
实现补偿的方法有两种： 一种是在微机中存储多条不同斜率和折线段的U / f 函 数，由用户根据需要选择最佳特性； 另一种办法是采用霍耳电流传感器检测定子电流或直 流回路电流，按电流大小自动补偿定子电压。但无论 如何都存在过补偿或欠补偿的可能，这是开环控制系 统的不足之处。
Rr s max Llr
就可以基本保持 Te与s 的正比关系，也就可以用转
差频率控制来代表转矩控制。这是转差频率控制的基本
规律之一。
上述规律是在保持m恒定的前提下才成立的，于是问 题又转化为，如何能保持m 恒定？我们知道，按恒
Es/1 控制时可保持m恒定。在上图的等效电路中可得：
总结起来，转差频率控制的规律是： （1）在 s ≤ sm 的范围内，转矩 Te 基本上与 s 成正比， 条件是气隙磁通不变。 （2）在不同的定子电流值时，按上图的函数关系 Us = f (1 , Is) 控制定子电压和频率，就能保持气隙磁通m恒定。
ห้องสมุดไป่ตู้
3. 转差频率控制的变频调速系统
电流，在整流器和滤波电容间的直流回路上串入限流电阻
（或电抗），通上电源时，先限制充电电流，再延时用开 关K将其短路，以免长期接入时影响变频器的正常工作， 并产生附加损耗。
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。
O
sm smax
s
图2-54按恒Φm值控制的 Te=f (s ) 特性
对于式（2-41），取 dTe / ds = 0 可得
Rr' Rr s max ' Llr Llr
（2-43）
K mΦm Te max 2L'lr
sm
2
（2-44）
在转差频率控制系统中，只要给s 限幅，使其限幅值为
2.8 转速闭环转差频率控制的变频调速系统
0. 问题的提出 前节所述的转速开环变频调速系统可以满足平滑调
速的要求，但静、动态性能都有限，要提高静、动态性
能，首先要用转速反馈闭环控制。转速闭环系统的静特 性比开环系统强，这是很明显的，但是，是否能够提高 系统的动态性能呢？还得进一步探讨一下。
检测信号
R 270
ACHX
MCS-196
LF353 GND
1 NC UCC 8 7 2A NC 6 3 CA Uo 4 5 NCGND
6N137
EXTINT
图2-53 51 A/D转换器的接口电路
图2-54 52 过电压检测信号的输入接口电路
2个二极管：过载保护作用； RC滤波器可以对尖峰类噪声进行有效的抑制。 在模拟输入端加上阻容电路， （1）低通滤波的作用 （2）在过电压的条件下，串联电阻可以起到限流作用； （3）模拟信号源内阻过大会降低A/D转换的精度，而并联的电容则 起到误差补偿的作用
•系统组成
Is
ASR
s
1
Is
U s
1
U sa
U sb PWM
U sc
电 压 型 逆 变 器
M 3~
FBS
转差频率控制的转速闭环变频调速系统结构原理图
2. 7 转速开环的U/f控制变频调速系统
直流电机的主磁通和电枢电流分布的空间位置是确定的，
而且可以独立进行控制。 交流异步电机的磁通则由定子与转子电流合成产生，它的
空间位置相对于定子和转子都是运动的，除此以外，在笼
型转子异步电机中，转子电流还是不可测和不可控的。 因此，异步电机的动态数学模型要比直流电机模型复 杂得多。
1.3中介绍的恒 Es /1 控制（即恒 m 控制）时的电磁 转矩公式为
Es s1 Rr' Te 3np R ' 2 s 2 2 L'2 r 1 lr 1
2
将
1 Es 4.44 f1 N s k Ns Φm 4.44 N s k Ns Φm 1 N s k Ns Φm 2π 2
2. 7 转速开环的U/f控制变频调速系统
工作频 升降速 率设定 时间设定 斜坡函数
f*
电压补偿设定
PWM产生
U / f 曲线
u
脉冲发生器
f
t
f
u
驱动 电路
充电继电器 检测 信号 信号调 理
模拟 信号
外部 中断 信号
E2PROM 时钟电路
MCS 87C196MC
好在不少机械负载，例如风机和水泵，并不需要很高 的动态性能，只要在一定范围内能实现高效率的调速就行， 因此可以只用电机的稳态模型来设计其控制系统。 为了实现电压-频率协调控制，可以采用转速开环恒压 频比带低频电压补偿的控制方案，这就是常用的通用变频 器控制系统。
2. 7 转速开环的U/f控制变频调速系统
显示 设定
接口
中 央 处 理 器
电压 检测
泵升 限制
电流 检测
温度 检测
电流 检测
PWM 发生器
驱动 电路
主电路——由二极管整流器UR、PWM逆变器UI和中间
直流电路三部分组成，一般都是电压源型的，采用大电容
C滤波，同时兼有无功功率交换的作用。
限流电阻 为了避免大电容C在通电瞬间产生过大的充电
2
（2-41）
当电机稳态运行时，s 值很小，因而 s也很小，有1 的百分之几，可以认为 s Llr' << Rr' ，则转矩可近似表示为
Te K mΦm
2
s
R
' r
（2-42）
式（2-42）表明，在s 值很小的稳态运行范围内，如
果能够保持气隙磁通m不变，异步电机的转矩就近似与
给定积分——由于系统本身没有自动限制起制动电流的 作用，因此，频定设定信号必须通过给定积分算法产生 平缓升速或降速信号，升速和降速的积分时间可以根据 负载需要由操作人员分别选择。 综上所述，PWM变压变频器的基本控制作用如图所 示。近年来，许多企业不断推出具有更多自动控制功能 的变频器，使产品性能更加完善，质量不断提高。
2
1
代入上式，得 Te KmΦm
Km
s1Rr' Rr'2 s 212 L'2 lr
3 2 np N s2 k Ns ，是电机的结构常数。 2
令 s = s1 ，并定义为转差角频率。则
s Rr' Te K mΦm '2 Rr (s L'lr ) 2
2. 7 转速开环的U/f控制变频调速系统
近年来，许多企业不断推出具有更多自动控制功能 的变频器，使产品性能更加完善，质量不断提高。 开环U/f控制变频器发展的特点是通用化、系列化和 规模化生产。新一代的U/f控制变频器已经实现了转 矩控制功能，具有无跳闸能力。由这种变频器驱动 的通用异步电动机已经具备了挖土机特性，像直流 电动机一样，可以人为地设定其极限输出转矩。
电力传动的基本控制规律