第六章 交流异步电动机变压变频调速系统
异步电动机变压调速系统课件
需要使用变压器或整流器等设备，设 备成本较高，且在低速时稳定性较差 。
03
变压调速系统的控制策略
变压调速系统的控制方法
1 2 3
直接转矩控制
通过直接控制电动机的转矩和磁通来调节速度， 具有快速响应和动态性能好的优点。
矢量控制
将异步电动机的定子电流分解为转矩分量和磁通 分量，通过分别控制这两个分量来实现对电动机 转矩和速度的控制。
技术瓶颈
目前变压调速系统在技术上存在一些瓶颈，如调速范围有 限、控制精度不高、稳定性有待提高等，这些问题限制了 其在某些领域的应用。
能源效率
随着能源问题的日益突出，提高变压调速系统的能源效率 已成为迫切需求，但目前系统在节能方面仍有较大的提升 空间。
智能化程度
现代工业控制对自动化和智能化要求越来越高，而变压调 速系统的智能化水平尚不能满足需求，需要加强智能化控 制技术的研发和应用。
异步电动机变压调速系统课 件
目 录
• 异步电动机变压调速系统概述 • 变压调速系统的基本原理 • 变压调速系统的控制策略 • 变压调速系统的实验与仿真 • 变压调速系统的实际应用案例 • 变压调速系统的未来发展与展望
01
异步电动机变压调速系统 概述
定义与工作原理
定义
异步电动机变压调速系统是一种 通过改变电动机输入电压的大小 ，实现对电动机转速进行调节的 系统。
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THANKS
总结词
在交通工具中，如地铁、动车和高铁等，异步电动机变压调速系统用于实现牵引和制动过程的精确控 制。
详细描述
通过调节牵引电机的输入电压，可以精确控制列车的启动、加速、减速和制动等过程。这有助于提高 列车运行的安全性、稳定性和舒适性，并降低能耗。
异步电动机变频调速系统.
u0 ωt
VT1 C i0 R VT2 u0
VT3
i
0
Ed
L VT4
i 0 uVT ω t1
iVT2 iVT3
ωt ωt
uVT1 uVT4 b） ωt
a）
0 负载换流电路及工作波形 a）电路图 b）波形图
2、强迫换流 逆变器中大量使用电容元件组成换流电路，利用 电容器的储能作用在需要换流的时刻产生短暂的反向 脉冲电压，强迫导通的管子关断。
u0 i0 Ld id 0 i0 iVT1 iVT4 iVT2 iVT3 ω t1 uVT1 uVT4 ωt ωt u0 ωt
VT1 C i0 R VT2 u0
VT3
i 0
Ed
L VT4
i 0 uVT
a）
0 负载换流电路及工作波形 a）电路图 b）波形图
使电流流通路 径改变，所以 负载电流基本 呈矩形波。因 为负载工作在 对基波电流接 近并联谐振的 状态，故对基 波的阻抗很大 而对谐波的阻 抗很小，因此 负载电压u0波 形接近正弦波。
b）
ωt
换流方式：1、负载换流
设在ω t1时刻前VT1、VT4为通态，VT2、VT3为断态，u0、i0均为正，VT2、 VT3上施加的电压即为u0。在ωt1时刻触发VT2、VT3使其开通，负载电压u0 就通过VT2、VT3分别加到VT4、VT1上，使其承受反向电压而关断，电流从 VT1、VT4转移到VT3、VT2。触发VT2、VT3的时刻ωt1必须在u0过零前并 留有足够的裕量，才能使换相顺利完成。从VT2、VT3到VT4、VT1的换流过 程和上述情况类似。
26.1 变频调速的基本工作原理
将直流电变换为某一频率或可变 频率的交流电直接供给负载使用的 过程称为无源逆变。 在无源逆变电路中，晶闸管由直 流电源供电，并承受正向直流电压， 因此晶闸管的关断不能像整流电路 中依靠交流电压过零来实现。
第六章 交流异步电动机变压变频调速系统汇总
第六章 交流异步电动机变压变频调速系统本章主要问题：1． 在变频调速中变频时为什么要保持压频比恒定？2． 交-直-交电压源型变频器调压、调频的有哪几种电路结构,并说明各种电压结构的优缺点。
3． SPWM 控制的思想是什么?4． 什么是1800导通型变频器？什么是1200导通型变频器？ 5． 电压、频率协调控制有几种控制方式，各有哪些特点？6． 在转速开环恒压频比控制系统中，绝对值单元GAB 的作用？函数发生器GFC 的作用？如何控制转速正反转。
7． 总结恒11ωU 、恒1ωg E 、恒1ωr E 三种控制方式的特点。
————————————————————————————————————————§6-1 交流调速的基本类型要求：掌握交流调速哪几种基本类型有以及各种调速方法的特点。
目的：能根据不同应用场合选择出相应的调速方式。
重点、难点：变频调速时基频以下和基频以上调速的特点 主要内容（交流调速的基本类型、变频调速的基本要求）思考： 1. 交流异步电动机调速的方式有哪几种？并写出各方式的优缺点？2. 在变频调速中变频时为什么要保持压频比恒定？教学设计：交流调速的基本类型采用多媒体课件讲授，用大量的实例，说明几种类型的应用场合。
复习感应电动机转速表达式：)1(60)1(10s n f s n n p-=-=异步电动机调速方法：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧型变频调速：绕线式、笼：绕线式串级调速（转差电压）电磁转差离合器调转子电阻：绕线式、调压（定子电压）变转差率调速变极调速：笼型异步机异步电动机§6-2 变频调速的构成及基本要求目的、教学要求：掌握变频调速时基频以下和基频以上调速的特点 重点、难点：变频调速时基频以下和基频以上调速的特点 主要内容（变频调速的基本要求）思考：在变频调速中变频时为什么要保持压频比恒定？教学设计：教师从交流异步电动机的结构、工作原理出发，利用多媒体课件讲解。
第六章 交流异步电动机变压变频调速系统
f1 —定子频率，单位为Hz； Ns —定子每相绕组串联匝数； kNs—基波绕组系数；
m —每极气隙磁通量，单位为Wb。
1. 基频以下调速
由式（6-1）可知，要保持 m 不变，当 频率 f1 从额定值 f1N 向下调节时，必须同时 降低 Eg ，使
Eg f1
常值
（6-2）
即采用恒值电动势频率比的控制方式。
补偿定子压降后 的特性
n01
n02 n03
12
13
Te 图6-4 恒压频比控制时变频调速的机械特性
O
2. 恒 EG /1 控制
图6-5再次绘出异步电机的稳态等效 电路，图中几处感应电动势的意义如下： • Eg — 气隙（或互感）磁通在定子每相绕组中
的感应电动势； • Es — 定子全磁通在定子每相绕组中的感应电 动势； • Er —在转子绕组中的感应电动势
（6-10）
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 U1 ，可以增强带载能力，见 图6-4。
• 恒压频比控制时变频调速的机械特性
n
1N 11 12 13
n0 N
1N
11
（6-21）
' U1 s1R2 Te 3np ' 2 2 2 ' 2 1 (sR1 R2 ) s 1 ( Ll1 Ll 2 ) （6-4） 2
• 特性分析
当s很小时，可忽略上式分母中含s各项，则
U1 s1 Te 3np s ' 1 R2
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
(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。
交流异步电动机变压变频调速系统设计与仿真
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
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。
交流异步电动机变压变频调速系统设计与仿真_高金旺
在变频调速时要保证线负荷 A 基本不变，如果考虑电动机的
效 率 和 功 率 因 数 基 本 变 化 不 大 ， 认 为 力 能 指 标 （η×cosФ） 也 基
本 不 变 ，这 样 ，把 公 式 （1）、（3）代 入 公 式 （2），可 得 ：
P2 /f=KP
（4）
式 中 系 数 KP=2.22KwФπD AηcosФ， 根 据 电 动 机 转 矩 T
的公式；
T=P2 /Ω
（5）
式 中 ；Ω— — — 机 械 角 速 度 （Ω=2πn/60）；
n1— ——同步转速 n1 =60f/np 。
异步电动机转速 n 的表达式为：
n=（1-s）n1
（6）
式 中 ：S— — — 转 差 率 。
经过整理可得转矩 T 的表达式：
T=np P2 / ■ 2πf（1-s） ■
期以前，直流电动机调速得到较广泛的应用，而交流电力拖
动主要用于恒定转速系统。 但是直流电动机结构复杂，存在
电刷和换向器产生换向火花的缺点，所以使用环境也受到一
定的限制，到了上世纪后期，随着电力电子技术、计算机技术
以及现代电机及其驱动控制技术的发展，具有高电压、高频
率、大电流全控型电力电子器件的成功开发，大规模集成电
·75·
■工作研究
2011 年
Байду номын сангаас
（3）“收与放”自如的课堂组织 。 课堂的气氛对于教学的 效果很重要，教师应及时观察课堂的形势变化，以进行相应 的调节。 对于大课堂，这点格外重要，否则就会变成乱糟糟的 议论，而不是有序的讨论。 对于大课堂，可采用分组讨论的方 式、分阶段讨论的方式进行。 对于有些没有见过的仪器设备、 施工工艺采用多媒体演示的方法增加学生的感性认识，奠定 互动教学的基础。
交流异步电动机的变频调速技术-最新资料
交流异步电动机的变频调速技术电动机是进行工业、农业生产的一种重要工具,它能够将电能转变成为机械能从而满足生产的需要,也因此被广泛的运用到社会生产的各个领域。
一般来讲,电动机可以分为直流电机与交流电机,只是近年来随着技术的发展以及直流电机固有的缺点,人们对交流电机的运用更为广泛。
但是交流电机相对直流电机来说在调速方面有着一些困难,所以变频调速技术也就应用而生。
随着交流传动电动机调速理论研究逐步突破以及调速装置(主要为变频器)性能的完善,交流电动机调速系统的缺点(性能较差)已经基本得到了克服。
目前,交流调速系统的性能已经可以与直流系统相媲美,甚至可以超过直流系统。
不仅使交流调速系统控制装置体积小,效率高,而且还更容易实现各种功能复杂但在结构上简单的控制方案,更加充实和推动了变频器理论的进一步发展。
一、交流异步电动机的变频调速技术概述(一)交流异步电动机特点概述。
交流异步电动机是在现今社会经济条件下运用最为广泛的一种动力机械,其承载着工业生产以及农业生产等重要的任务。
但是作为一种机械设备,由于其特定的结构以及性能也有着属于自身的使用特点,具体来讲如下:1.交流异步电动机使用优点。
在电动机中主要有直流电动机与交流电动机,而交流异步电动机作为交流电动机的一种,具有自己明显的运用优势。
首先,它具有简单的结构,并且功能齐全,可靠性高;其次,在其内部,控制器可以自成系统,也就使得软件功能完善灵活;再次,其控制功能全面精确,使用寿命长;最后,它在工作的过程中拥有着较高的工作效率,并且机器本身的重量也轻,通用性强,具有较低的运行成本。
2.交流异步电动机使用缺陷。
虽然说,通过上面的分析我们可以看出交流异步电动机有着很多的运行优势,但是不可避免的它还是有着自身的一些缺点。
其中调速性能差是其主要的缺点。
它不能够像直流电动机一样进行灵活简单的调速,而是由于其工艺要求,需要一定的电动机调速上场合。
所以,很多时候人们也往往因为交流异步电动机这样的一个缺点,会选用直流电动机来进行作业,或者是运用新的技术,来让交流异步电动机的运行能够进行符合其工艺要求的调速。
交流电机变频调速及其应用异步电动机变压变频调速理论基础课件
变压变频调速的原理
变压变频调速是通过改变电动机输入 电源的电压和频率，从而改变电动机 的转速。
VS
在异步电动机中，转矩与磁通和电流 成正比，而转速与磁通和电源频率成 正比。通过改变电源频率，可以改变 电动机的同步转速；通过改变电压， 可以改变电动机的输出转矩。因此， 通过同时改变电源频率和电压，可以 实现异步电动机的平滑调速。
变频器的种类繁多，按控制方式可分为V/f控制、转差频率控制、矢量控制和直接转矩控制 等。在实际应用中，应根据异步电动机的性能和调速要求选择合适的变频器。
03
交流电机变频调速的应 用
工业自动化领域的应用
自动化ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ产线
交流电机变频调速技术用于自动 化生产线，实现生产线的速度控 制和精确位置控制，提高生产效 率和产品质量。
变压变频调速的实现方法
变压变频调速的实现需要使用变频器。变频器是一种将固定频率的交流电转换为可变频率和 可变电压的交流电的电力电子装置。
变频器主要由整流器、滤波器、逆变器和控制器等部分组成。整流器将输入的交流电转换为 直流电，滤波器将直流电中的交流成分滤除，逆变器将直流电转换为可变频率和可变电压的 交流电，控制器则根据需要调节逆变器的输出。
工业机器人
在工业机器人中，交流电机变频 调速技术用于关节驱动，实现机 器人的灵活运动和精确控制。
空调系统的应用
节能降耗
通过交流电机变频调速技术，实现对 空调系统的冷量或热量输出进行精确 控制，降低能耗和运行成本。
舒适性提升
交流电机变频调速技术能够实现空调 系统的平稳运行，减少噪音和振动， 提高室内环境的舒适性。
电梯系统的应用
平稳运行
交流电机变频调速技术能够实现电梯系统的平稳加速和减速，提高乘坐舒适性 。
第六章交流异步电动机变频调速系统PPT课件
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 Us ≈ Eg，
8
则得 U s 常值
这是恒压频f1 比的控制方式。
（6-3）
但是，在低频时 Us 和 Eg 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 Us 抬高一些，以便 近似地补偿定子压降。
3
第一节 变频调速的基本控制方式和机械特性 通过改变定子供电频率来改变同步转速实现
对异步电动机的调速，在调速过程中从高速到 低速都可以保持有限的转差率，因而具有高效 率、宽范围和高精度的调速性能。可以认为， 变频调速是异步电动机的一种比较合理和理想 的调速方法 。
原理：利用电动机的同步转速随频率变化的特 性，通过改变电动机的供电频率进行调速。保
带定子压降补偿的恒压频比控制特性示于下
图中的 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f1N向上升高，
但定子电压Us 却不可能超过额定电压
9
UsN ，最多只能保持Us = UsN ，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。
Us UsN
11
Us Φm
恒转矩调速
UsN ΦmN
Us
恒功率调速
Φm
O
f1N
f1
图6-2 异步电机变压变频调速的控制特性
异步电动机的变压变频调速是进行分段控制的：
基频以下，采取恒磁恒压频比控制方式；
基频以上，采取恒压弱磁升速控制方式。
12
U Te
P
N
UN
Te
U
P
O
变电压调速
交流异步电动机变频调速系统
交流异步电动机变频调速系统简介交流异步电动机变频调速系统是一种用于控制电动机转速的技术，通过改变电机供电频率来实现电机的调速。
这种系统由多个元件组成，包括变频器、传感器和控制器等。
工作原理交流异步电动机变频调速系统的工作原理是通过改变电机供电的频率来改变电机转速。
系统中的变频器负责将输入的电源频率转换为所需的输出频率，并通过传感器实时监测电机的转速。
控制器则根据传感器反馈的信号，对变频器进行调整，以实现电机的精确调速。
特点和优势交流异步电动机变频调速系统具有以下特点和优势：1. 节能：通过调整电机转速，系统可以根据实际需要提供恰当的动力输出，减少能源浪费。
2. 精确控制：系统可以通过微调频率来实现对电机转速的精确控制，满足各种应用需求。
3. 可靠性高：系统采用先进的控制算法和监测技术，保证了系统的稳定性和可靠性。
4. 维护成本低：由于系统自动监测电机运行状态，并及时发出报警信号，因此可以降低维护成本和停机时间。
应用领域交流异步电动机变频调速系统广泛应用于各个领域，包括工业制造、交通运输、石油化工等。
常见的应用包括：1. 机械设备：用于控制机器设备的转速和运行状态，提高生产效率和质量。
2. 电梯和升降机：用于控制电梯和升降机的运行速度和平稳性。
3. 水泵和风机：用于控制水泵和风机的转速，以适应不同工况需求。
结论交流异步电动机变频调速系统是一种经济高效、可靠稳定的电机调速技术。
它在提高能源利用率、降低维护成本和实现精确控制方面具有重要意义。
在各个行业中广泛应用，为工业现代化进程提供了强有力的支持。
交流异步电动机变频调速系统设计完美版
交流异步电动机变频调速系统设计摘要近年来,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。
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。
V控制，同时，软件程序使得参数的输入和变频器运行方式本文在控制上采用恒f另外，本文对SA4828三相SPWM波发生器的使用和编程进行了详细介绍，完成了整个系统控制部分的软硬件设计。
V控制，SA4828波形发生器关键字:变频调速，正弦脉宽调制，fAC INDUCTION MOTOR SPEED-ADJUSTED SYSTEM DESIGNABSTRACTRecently, the research of variable frequency speed variation of AC motor and relevant technology has become an important issue in electrical drive field, with the appearance of new power electron apparatus and microprocessor and the development of the control theory, the technology of variable frequency speed variation will improve more rapidly.This thesis has a research on these technologies: Variable Voltage Variable Frequency motor drive, inverter, and the creation principle of SPWM, Based on the results of the study, I designed a system of a new digital three phases VVVF motor drive system. It uses ASIC-SA4828 controlled by 8051 as main controlling core, it uses IGBT as power device, and uses EXB840 as drive. It uses diodes as converting circuit unit, which makes power factor close to 1. Because I only need to control inverter, the whole circuit is very simple.V operation. At the same time, it is very convenient toI adopt the means of linear finput parameter s or change the drive’s operating mode due to the software procedure. Moreover, owing to the advantages of the new integrated parts, it costs less time to develop this motor drive.This thesis has also detail introduced the method of the usage and the programs of the three phases SPWM wave generator SA4828. The software and the hardware of the control part in system have been completed.Keywords: variable frequency speed control，Sine Pulse Width Modulation V operation; SA4828 Wave Generator(SPWM)，f目录摘要 (i)Abstract (ii)1绪论 (1)1.1 变频调速技术简介 (1)1.2 变频器的发展现状和趋势 (2)1.2.1 变频器的发展现状 (2)1.2.2 变频器技术的发展趋势 (2)1.3 研究的目的与意义 (3)1.4本次设计方案简介 (4)1.4.1 变频器主电路方案的选定 (4)1.4.2 系统原理框图及各部分简介 (5)1.4.3 选用电动机原始参数 (6)2交流异步电动机变频调速原理及方法 (8)2.1 三相异步电机工作的基本原理 (8)2.1.1 异步电机的等效电路 (8)2.1.2 异步电动机的转矩 (9)2.1.3 异步电动机的机械特性 (10)2.1.4 异步电机变频调速原理 (12)2.2 变频调速的控制方式及选定 (13)V比恒定控制 (13)2.2.1f2.2.2 其它控制方式 (18)3变频器主电路设计 (20)3.1 主电路的工作原理 (20)3.1.1 主电路各部分的设计 (20)3.1.2 变频器主电路设计的基本工作原理 (21)3.2 主电路参数计算 (24)3.3 IGBT及驱动模块介绍 (25)3.3.1 IGBT简介及驱动要求 (25)3.3.2 EXB840的内部结构 (27)3.3.2 采用EXB840的IGBT驱动电路 (28)4控制回路设计 (30)4.1 驱动电路设计 (30)4.1.1 SPWM调制技术简介 (30)4.1.2 SPWM波生成芯片特点和引脚功能 (32)4.1.3 SA4828内部结构及工作原理 (33)4.2 保护电路 (36)4.2.1 过、欠压保护电路设计 (36)4.2.2 过流保护设计 (38)4.3 控制系统的实现 (39)5变频器软件设计 (42)5.1 流程图 (42)5.2 SA4828的编程 (42)5.2.1 初始化寄存器编程 (42)5.2.2 控制寄存器编程 (45)5.3 程序设计 (46)总结 (56)参考文献 (57)致谢 (58)1绪论1.1 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。
电力拖动自动控制系统-运动控制系统期末复习重点第6章
与直流调速系统相比，以异步电动机作为执行机构，更加难于理解。
但实际上基于异步电动机的调速系统的基本结构和直流调速系统是一致的。
由于转矩是通电导体在磁场中受力产生的，为了控制转矩，必须兼顾电流和磁场，为了能使电机输出尽量大的转矩，提高带载能力，磁通要工作在接近饱和状态。
因此整个第六章、第七章交流调速部分都是围绕这一问题展开的，如何在维持磁通恒定的情况实现一般性能的转速调节和高性能的转速调节。
第六章基于稳态模型的异步电动机调速系统1. 以异步电动机调压调速为例说明异步电动机调速控制中维持磁通恒定的必要性由机械特性易理解调速原理，但如何解释调压时机械特性变软，临界转矩随电压成平方下降：需结合磁通分析，调压时磁通随电压成反比下降，调压时定子电流也会近似反比下降。
导致电机转矩随着电压下降快速下降。
2. 异步电动机变压变频调速的基本原理（重点，难点）➢异步电动机从额定转速向下调速时，如果单电机频率，显然电机磁通会增加，需要更大的激磁电流。
➢磁通表示单位面积通过的磁力线的多少，为了使电机在整个转速胃内出力最大，总是希望用足铁芯，即使电机调速时磁通一直接近饱和状态，磁通超过饱和状态时会使激磁电流过大，导致损耗过大，磁通增加又很少，为了使电机在整个调速范围内都能输出足够的电磁转矩，最好保持电机气隙磁通恒定，一直接近饱和状态。
➢如何保持气隙磁通恒定？可以从磁通与反电动势关系入手，即式6-11，而电机反电动势不能直接测量，忽略定子绕组和漏抗压降，可以得到式6-12，从而引出恒压频比控制。
并据此分析异步电动机采用恒压频比（书中也称变压变频调速）控制时电压、频率、磁通的变化规律。
3. 异步电动机采用恒压频比（变压变频）控制时的机械特性（重点，难点）➢表征异步电动机机械特性的几个关键参数包括：同步转速、临界转矩（表征最大带载能力）、起动转矩（表征起动带载能力）、线性段斜率（表征机械特性硬度）。
分析变压变频调速时机械特性曲线变化也关注以上方面。
《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ﻩ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。
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第六章 交流异步电动机变压变频调速系统本章主要问题：1． 在变频调速中变频时为什么要保持压频比恒定？2． 交-直-交电压源型变频器调压、调频的有哪几种电路结构,并说明各种电压结构的优缺点。
3． SPWM 控制的思想是什么?4． 什么是1800导通型变频器？什么是1200导通型变频器？ 5． 电压、频率协调控制有几种控制方式，各有哪些特点？6． 在转速开环恒压频比控制系统中，绝对值单元GAB 的作用？函数发生器GFC 的作用？如何控制转速正反转。
7． 总结恒11U 、恒1ωg E 、恒1ωr E 三种控制方式的特点。
————————————————————————————————————————§6-1 交流调速的基本类型要求：掌握交流调速哪几种基本类型有以及各种调速方法的特点。
目的：能根据不同应用场合选择出相应的调速方式。
重点、难点：变频调速时基频以下和基频以上调速的特点 主要内容（交流调速的基本类型、变频调速的基本要求）思考： 1. 交流异步电动机调速的方式有哪几种？并写出各方式的优缺点？2. 在变频调速中变频时为什么要保持压频比恒定？教学设计：交流调速的基本类型采用多媒体课件讲授，用大量的实例，说明几种类型的应用场合。
复习感应电动机转速表达式：)1(60)1(10s n f s n n p-=-=异步电动机调速方法：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧型变频调速：绕线式、笼：绕线式串级调速（转差电压）电磁转差离合器调转子电阻：绕线式、调压（定子电压）变转差率调速变极调速：笼型异步机异步电动机§6-2 变频调速的构成及基本要求目的、教学要求：掌握变频调速时基频以下和基频以上调速的特点 重点、难点：变频调速时基频以下和基频以上调速的特点 主要内容（变频调速的基本要求）思考：在变频调速中变频时为什么要保持压频比恒定？教学设计：教师从交流异步电动机的结构、工作原理出发，利用多媒体课件讲解。
一、变频调速的基本要求下面我们首先从磁通的作用与特点出发，分析变频调速的基本原理。
众所周知，三相异步电动机，定子每相电动势的有效值是：m N g k N f E Φ=11144.4则111144.41f E K f E k Ng g N m ==Φ结论：为了保持m Φ不变，在改变电源频率1f 的同时，必须按比例改变感应电动势g E ，才能有效地利用铁心。
1． 基频以下调速由上式可知，要保持m Φ不变，使常值=1f E g.1..1111..1)ω(I Z E I L j R E U g l g +=++=如果频率不是很低的话，定子的阻抗压降是很小的，所以，一般近似认为..1g E U ≈则 常值=11f U 这就是恒压频比控制方式的来由，那么如果频率很低的话，阻抗压降不能忽略的情况下，又会出现什么情况呢？低频时，U 1和g E 都较小，这时，可以人为地把电压1U 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下图的b 线，无补偿的控制特性则为a 线。
2．基频以上调速当外加电源的频率超过电动机的额定频率时，即基频以上，电压不能上升，保持气隙磁通近似恒定，电压恒定而频率增加时，将迫使磁通与频率成反比例减小，为恒功率调速，弱磁升速。
结论：V/F 控制必须是改变频率的同时，改变逆变器的输出电压，才能保证调速电机的效率、功率因数不下降。
应用场合上：V/F 控制比较简单，多用于通用型变频器、风机泵类的节能、生产流水线的工作台传动、空调和家电等。
§6-3 静止式变频装置简介目的、教学要求：了解间接变频装置构成及控制方式，掌握电压源和电流源交-直-交变频器主要特点、交-直-交电压源变频器工作原理重点、难点：交-直-交电压源变频器工作原理、及其输出电压波形分析主要内容：间接变频装置构成及控制方式，掌握电压源和电流源交-直-交变频器主要特点、交-直-交电压源变频器工作原理。
思考及作业：1. SPWM 控制的思想是什么?2. 什么是180°导通型变频器？什么是120°导通型变频器？3. 交-直-交电压源型变频器调压、调频的有哪几种电路结构,并说明各种电压结构的优缺点。
教学设计：间接变频装置构成部分，在电力电子技术课程中讲授过，以复习的方式，由学生讲解，老师总结。
难点部分教师在黑板上详细讲解，如：交-直-交电压源变频器工作原理、及其输出电压波形分析。
120°导通型波形分析由学生自行分析。
静止式变频装置⎩⎨⎧间接变频（应用较多）直接变频一、间接变频装置构成及控制方式 下面首先介绍间接变频装置。
右图给出了间接变频装置的主要构成环节，接着来比较一下三种电路的结构及其优缺点二、电压源和电流源变频器从变频电源的性质上看，变频器又可分为电压源变频器和电流源变频器两大类。
本部分用表格的形式重点讲解电压源与电流源的特点，其主要区别在于它们采用了不同的贮能元件来缓冲无功能量。
不同的贮能元件的应用，导致了它们具有不同的特点：输出电压波形、输出电流波形、输出阻抗、能否实现回馈制动、动态过程的快慢以及对晶闸管的要求等。
最后根据这些特点说明各自的适用范围。
三、交-直-交电压源变频器工作原理 1．主电路结构电压源型三相六拍式交-直-交变频器主电路原理如下图电路特点：①由相控整流电路、滤波电容和有源逆变电路构成，逆变器开关用全控型器件GTR ② 变器由主晶体管VT 1~VT 6和续流二极管VD 1~VD 6（也称反馈二极管）组成。
（如VT 1关断时由VD 4 接续A 相负载电流。
）③ 续流二极管的作用是当主开关元件关断时，接续感性负载电流,具有续流二极管是电压源变频器的又一特征。
2．输出电压波形分析三相逆变器有两种工作方式，分别称之为0180导通型和0120导通型。
以0180导通型为例讲解其工作原理。
（120°的由学生自学）在0180导电型工作方式下，逆变器每只晶体管的导通角均为0180(为输出周期的1/2)。
工作原理：设逆变器输出波形周期为T ，仍每隔T /6按VT 1~VT 6的次序依次开通六个主开关元件，并按惯例，一个周期用0360来表示。
六只晶体管的导通表如下表。
从表中可以看出，此时每一瞬间均有三只晶体管处于导通状态，它们分别处于不同的桥臂上，换流则按规定的顺序在同一桥臂的上、下两晶体管之间进行，一个周期中的工作情况及输出电压波形如下图所示。
从图中可以看出，当逆变器采用0180导电方式时，变频器输出相电压为阶梯波，线电压为间断式矩形波，波形的幅值取决于相控整流器输出直流平均电压值d U 的大小。
频率则取决于VT 1~VT 6换流频率，。
显然两者均可人为控制，因而不难达到VVVF 的要求。
由于在每一个输出电源周期内产生六次切换动作，故称此类变频器为三相六拍式变频器。
交-直-交电压源变频器主电路§6-4 正弦波脉宽调制（SPWM）逆变器目的、教学要求：掌握正弦波脉宽调制（SPWM）逆变器的基本工作原理重点、难点：SPWM逆变器工作原理、SPWM脉冲波的获得的方法主要内容：SPWM逆变器工作原理、SPWM脉冲波的获得的方法、全控型三相桥SPWM变频器的主电路、调制方法、电流跟踪式PWM变频器工作原理。
思考及作业：①单极式调制和双极式调制的区别是什么？②获得SPWM控制信号的方法有几种？教学设计：教师首先在黑板上详细讲解SPWM控制思想，然后用动画演示SPWM波形成过程。
以讨论的形式研究电流跟踪式PWM变频器工作原理。
主要特点：1)变频器的输出环节为SPWM调制波，输出功率因数提高，输出波形正弦度好。
2)逆变器在调频的同时实现调压，与中间直流环节的元件参数无关，加快了系统的动态响应；3)可获得比常规六拍阶梯波更好的输出电压波形，能抑制或消除低次谐波，使负载电机可在近正弦波的交变电压下远行，转矩脉动小，大大扩展了拖动系统调速范围，并提高了系统的性能。
下面介绍SPWM 逆变器工作原理。
一、SPWM 逆变器工作原理所谓正弦波脉宽调制（SPWM ）就是把正弦波等效为一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形。
等效的原则冲量等效原则：如果把一个正弦半波分作n 等分（图中n =12），然后把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的等高矩形脉冲来代替。
这样，由n 个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦半周等效，称作SPWM 波形。
上图的一系列脉冲波形就是所期望的逆变器输出SPWM 波形，用该信号驱动相应开关器件的信号，则变频器输出就可到与上图形状相似的一系列脉冲波形。
SPWM 脉冲波的获得： ①计算法，②调制法，用等腰三角波作为载波，当它与任何一个光滑的曲线相交时，在交点的时刻控制开关器件的通断，即可得到一组等幅而脉冲宽度正比于该曲线函数的矩形脉冲，这正是SPWM 所需要的结果。
（一）工作原理SPWM 技术可用等腰三角波电压作为载波信号，正弦波电压作为调制信号，通过正弦波电压 与三角波电压信号相比较的方法，确定各分段矩形脉冲的宽度。
可获得脉宽正比于正弦波等幅等距的矩形脉冲列。
该信号用于逆变器电子开关的开通与关断控制时，逆变器输出就是SPWM 逆变器。
下图是全控型三相桥SPWM 变频器的主电路， 特点：①三相整流电压s U 给逆变器供电。
②控制电路，由号发生器提供正弦调制波rc rb ra u u u 、、，其频率可调，决定逆变器输出的基波频率，其幅值也可调，决定输出电压的大小。
三角波载波信号t u 是公用的，分别与每相参考电压比较后，产生SPWM 脉冲序列波dc db da u u u 、、，作为逆变器功率开关器件的驱动控制信号。
单极式调制和双极式调制：单极式调制：正弦波的半个周期内每相只有一个开关器件开通或关断，例如A 相VT 1反复通断，下图表示这时的调制情况。
双极性调制：载波正、负两个极性，逆变器同一桥臂上下两个开关器件交替通断，处于互补的工作方式。
经计算表明，这种SPWM 逆变器能够有效地抑制次12-=N k 以下的低次谐波，但存在高次谐波电压，不过其幅值已很小。
PWM 调制方法：异步调制 同步调制 分段同步调制 混合调制说明：调制的实现方法：请同学们分析，引导学生用计算机软件来实现。
§6-5 异步电动机电压、频率协调控制的稳态机械特性目的、教学要求：掌握分析不同的电压-频率协调控制方式的机械特性的方法 重点、难点：11U =恒值时、恒1ωr E 控制、恒1ωg E 控制时机械特性推导方法 主要内容：11ωU =恒值时机械特性推导、恒1ωr E 控制、恒1ωg E 控制时机械特性推导 思考： 1. 电压、频率协调控制有几种控制方式，各有哪些特点？2. 总结恒11U 、恒1ωg E 、恒1ωr E 三种控制方式的特点。