交流异步电动机变频调速系统

摘要

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。本设计采用恒压变频调速并在MTALAB运行环境下进行仿真设计并运行仿真模型得出结论。

关键词:交流调速系统, 异步电动机, PWM技术MATLAB.....

目录

摘要................................. 错误!未定义书签。第一章前言........................... 错误!未定义书签。

1.1 设计的目的和意义.................. 错误!未定义书签。

1.2变频器调速运行的节能原理.......... 错误!未定义书签。第二章交流异步电动机................ 错误!未定义书签。

2.1交流异步电动机变频调速基本原理 .... 错误!未定义书签。

2.2变频变压（VVVF）调速时电动机的机械特性 (6)

2.3变压变频运行时机械特性分折 (7)

第三章变频技术简介和控制方法 (11)

3.1 变频调速技术简介 (11)

3.2变频器工作原理及分类 (12)

3.3 交流调速的基本控制方法 (18)

3.4脉冲宽度调制（PWM）技术 (21)

第四章异步电动机变频调速系统设计的仿真和实现 (24)

4.1 MATLAB的编程环境 (24)

4.2仿真结果 (29)

结论 (30)

致谢............................... 错误!未定义书签。参考文献............................. 错误!未定义书签。

第一章绪论

1.1 设计的目的和意义

近年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。电机交流变频调速技术是当今节电、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。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。深入了解交流传动与控制技术的走向，具有十分积极的意义．

1.2变频器调速运行的节能原理

实现变频调速的装置称为变频器。变频器一般由整流器、滤波器、驱动电路、保护电路以及控制器（MCU／DSP）等部分组成。首先将单相或三相交流电源通过整流器并经电容滤波后，形成幅值基本固定的直流电压加在逆变器上，利用逆变器功率元件的通断控制，使逆变器输出端获得一定形状的矩形脉冲波形。在这里，通过改变矩形脉冲的宽度控制其电压幅值；通过改变调制周期控制其输出频率，从而在逆变器上同时进行输出电压和频率的控制，而满足变频调速对U／f协调控制的要求。PWM的优点是能消除或抑制低次谐波，使负载电机在近正弦波的交变电压下运行，转矩脉冲小，调速范围宽。

采用PWM控制方式的电机转速受到上限转速的限制。如对压缩机来讲，一般不超过7000r／rain。而采用PAM控制方式的压缩机转速可提高1．5倍左右，这样大大提高了快速增速和减速能力。同时，由于PAM在调整电压时具有对电流波形的整形作用，因而可以获得比PWM更高的效率。此外，在抗干扰方面也有着PWM无法比拟的优越性，可抑制高次谐波的生成，减小对电网的污染。采用该控制方式的变频调速技术后，电机定子电流下降64％，电源频率降低30％，出

胶压力降低57％。由电机理论可知，异步电机的转速可表示为：n=60·f 8（1—8）／p

第二章交流异步电动机

交流异步电动机广泛使用在电梯的电气控制系统中。实际上交流曳引电动机就是一台交流鼠笼式异步电动机。由于交流电力传动技术以及其控制理论的发展与提高，同时，大功率半导体器件（GTO、GTR等）技术的日趋完善，以及PLC、微电子、微处理器等技术在电力拖动系统中得以充分地利用，使得结构简单、维护保养方便、价格低廉的交流异步电动机在电梯的电力控制系统中又得以充分发挥其最大的效率。使用交流鼠笼式电动机变频变压调速拖动系统的电梯（VVVF 交流调速电梯）在目前电梯的电气控制应用中具有领先地位。

2.1交流异步电动机变频调速基本原理

从电机及电力拖动中可知，三相交流异步电动机的机械特性可分成两种：①异步电动机的固有机械特性是指异步电动机工作在额定电压UN和额定频率f

N 下，按规定的接线方式接线，定子、转子及外接电阻均为0时，讨论转速n与电

磁转矩T

em 的关系：n=f（T

em

）（见图1）。②异步电动机的人为机械特性是指人

为地改变电动机参数或电源参数而得的机械特性。电动机参数又可分为三类：1．异步电动机的结构参数

2．异步电动机的运行参数

3．异步电动机的输入参数U

1和f

1

。

异步电动机调速调节转子电阻、定子端电压、磁极对数时的机械特性见图（2）。

图2.1 交流异步电机机械特性曲线

交流异步电动机变频调速时电动机的转速为：

式中：f

1

为电源频率；P为磁极对数；S为转差率。交流异步电动机定子绕组上的感应电动势：

式中：N

1为定子绕组匝数；k

1

为绕组系数；φm为气隙合成磁通。

图2.2 异步电动机S、U、P机械特性曲线

忽略电动机定子绕组的阻抗压降，交流异步电动机的端电压：交流异步电动机的电磁转矩：

式中：C′

T 为电动机的转矩常数；I′

2

cosφ转子电流有功分量。