交流电动机调速系统的研究报告用

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本科生毕业论文（设计）
题目：交流电动机调速系统的研究
学习中心：万州电大奥鹏学习中心
层次：专科起点本科
专业：电气工程及其自动化
年级：2013年秋季
学号：9
学生：
指导教师：栾宝石
完成日期：2015年05月19 日
内容摘要
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，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。

关键词：交流调速变频调速异步电动机
目录
内容摘要II
1 绪论5
1.1 课题的背景及意义5
1.2 国内外研究和发展动态5
1.2.1 国内外变频调速的发展现状5
1.2.2 变频调速的发展方向5
1.3 本文的主要内容5
2 交流电动机的调速6
2.1 交流电机的调速方式6
2.2 变频调速系统7
2.3 交流变频调速技术的发展7
2.3.1交流电机错误!未定义书签。

2.3.2直流电机8
2.3.3交流电机与直流电机对比8
3 现代交流调速系统的类型9
3.1 异步电动机交流调速系统9
3.2 开关磁阻电动机交流调速系统9
3.3 同步电动机调速系统错误!未定义书签。

4 交流调速系统控制策略9
4.1 矢量控制9
4.2 直接转矩控制9
4.3 现代控制策略9
4.3.1 滑模变结构控制9
4.3.2 自适应控制错误!未定义书签。

4.3.3 模糊控制9
4.3.4 神经网络控制10
5 结论11
参考文献11
1 绪论
1.1 课题的背景及意义
再者，由于在环境恶劣的生产场合（如冶金、建材、矿山、化工等工业）常有防爆或高速运行的要求，目前世界上还很难生产出大功率、高速的防爆直流电动机，再如水泥行业灰尘大，污染大，直流电动机很不适应，而且直流电机经常换电刷，维护量大，因而常常停机影响生产。

1.2 国内外研究和发展动态
1.2.1 国内外变频调速的发展现状
采用变频调速，一是根据要求调速用，二是节能。

它主要基于下面几个因素：
3、可实现软启、制动功能，减小启动电流冲击。

在采用变频调速时，需从工艺要求、节约效益、投资回收期等各方面考虑。

如果仅从工艺要求、节约效益考虑，下面几种情况选用变频调速较有利：
1.2.2 变频调速的发展方向
以变频调速技术问世为标志的近代交流调速近二十年来取得了惊人的进展。

1.3 本文的主要内容
本文主要作了以下工作：
1、介绍了交流电动机调速的发展过程；
2、介绍了交流电动机的调速；
3、介绍了现代交流调速系统的类型；
4、介绍了交流调速系统控制策略；
5、以PWM电压源型交流调速系统的工作原理框图为例，分析并介绍交流电动机的调速系统。

2 交流电动机的调速
交流电动机的调速系统是一项以大功率电力电子器件为基础的新型技术学科在过去的十几年间由于大功率电力电子器件的不断出现,使交流电动机的调速技术取得了很大的发展。

在六十年代以后,交流调速系统采用半导体变流技术,尤其使七十年代以来,大规模集成电路和计算机控制技术的发展,以及现代控制理论的应用,为交流电力拖动的开发进一步创造了有利条件,交流伺服控制是自动化领域中刚刚发展起来的新分支,交流伺服系统将广泛取代目前直流伺服系统这一观念已经被越来越多的人所接受,在数控机床及机器人等高精尖设备系统中,以往一直使用直流电机,因为调节直流电机的电枢电压或电流就可以方便的获得优良的调速特性。

在过去的几十年里,世界X围的工业进步的一个重要因素是工厂自动化程度的不断提高.工厂里的生产线一般包括一个或多个可变速的电机传动装置,用于大功率传送带、机械手、桥式吊车、钢材扎制生产线以及塑料和合成纤维生产线等.50年代以前，所有这些应用都需要使用直流电机传动，交流电机由于其固有的以同步或几乎同步于电源的频率运行，所以难以真正的调节或平滑的改变速度.然而，直流传动存在的诸如运行中产生火花、对环境要求叫高、电刷易于磨损、维护麻烦等等的自身结构上的问题促使人们不断寻求更好的解决问题的方法.一般来说，交流传动与相当的直流传动相比通常有价格方面的优势，而且具有较少维护、较小的电机尺寸和更高的可靠性.然而对这些传动系统可利用的控制灵活性是非常有限的，而且它们的应用主要局限在风机、泵和压风机等应用方面，其速度只需要粗略调节而对暂态响应和低速特性没有严格要求.用于机床、高速电梯、测功器、矿井提升机等的传动装置，有更加复杂的要求，而且必须提供允许调节多个变量的灵活性，例如速度、位置、加速度和转矩等.这样的高性能应用，一般在速度闭环下要求高速段保持高于0.5%的调速精度和至少20：1的宽调速X围，以及高于50rad/s的快速暂态响应.以前，这样的传动装置几乎全部是直流电机的应用领域，并根据具体应用的需要配置各种结构的AC.DC变换器.然而，采用适当控制的感应电动机传动在高性能应用上已胜过直流传动，并且交流传动更加广泛的应用于计算机外围设备的传动、机床和电动工具、机器人和自动装置的传动、电动汽车和电器火车传动等等。

2.1 交流电机的调速方式
按照电机学的基本原理，电机的转速满足如下的关系式:
1(1-)60
=(1-)s f
n s n
p
（2.1）
式中：n——电动机的转速；
f——电动机的电源频率；
n——电动机的同步转速；
1
s——转差率；
p——极对数。

由式（2.1）可知，若要实现转速的调速，只需调节s、p和f三个变量。

根据改变电机的不同参数，有以下三种调速措施：
1.改变电机的转差率s
该调节方式有着简单的系统结构，在某些场合得到应用。

例如电机的转子串电阻调速和串极调速都属于通过改变电机的转差率来进行调速。

2.改变电机的磁极对数p
其应用的广泛程度受到限制，主要原因是调速方式的影响，其采用的是有级调速的方法。

3.改变电机的电源频率f
该调节方式应用最为广泛，效率也最高，能够构成高性能的动态交流调速系统，相比较而言是发展前途最大的调节方法。

电动机制造完成，转差率s和磁极对数p就确定了，而转速n与频率f之间有着线性关系，因此在理论上该调节方式的调速X围可达到100%。

由于这些优点变频调速方法在改造工程中得到广泛采用。

变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的一种理想的高效率、高性能的调速手段。

其作用是通过改变电源频率来改变电机的转速，也就是通常所说的变频调速。

交流电机的调速方式对比见表2.1。

表2.1 交流电机的调速方式比较
变频调速的优势（与其它交流电机调速方式对比）见表2.2。

表2.2 变频调速的优点
2.2 变频调速系统
变频调速系统可分为两大类:
1.交-直-交变频调速
2.交-交变频调速
2.3 交流变频调速技术的发展
2.3.2直流电机
2.3.3交流电机与直流电机对比
3 现代交流调速系统的类型
现代交流调速系统由交流电动机、电力电子功率变换器、控制器和检测器等四大部分组成。

如图3.1所示。

电力电子功率变换器、控制器、电量检测器集中于一体，称为变频器(变频调速装置)。

图3.1 交流调速系统的组成
交流电机的不同，繁衍出不同的交流调速系统。

因此现代交流调速系统可分为异步电动机调速系统和同步电动机调速系统。

目前较常用的有三种方案，它们是异步电动机交流调速系统、开关磁阻电动机交流调速系统和永磁同步电动机交流调速系统。

3.1 异步电动机交流调速系统
3.2 开关磁阻电动机交流调速系统
4 交流调速系统控制策略
矢量控制和直接转矩控制是当今最成熟的基于交流电机动态数学模型的控制策略，在交流调速领域中已经获得广泛应用。

随着现代控制理论的发展，滑模变结构控制、模糊控制等现代控制策略不断应用于交流调速控制系统中。

4.1 矢量控制
采用矢量控制方式的通用变频器不仅可在调速X围上与直流电动机相匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩。

由于矢量控制方式所依据的是准确的被控异步电动机的参数，有的通用变频器在使用时需要准确地输入异步电动机的参数，有的通用变频器需要使用速度传感器和编码器。

鉴于电机参数有可能发生变化，会影响变频器对电机的控制性能，并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制。

4.2 直接转矩控制
4.3 现代控制策略
4.3.1 滑模变结构控制
4.3.3 模糊控制
利用模糊数学的基本思想和理论的控制方法。

在传统的控制领域里，控制系统动态模式的精确与否是影响控制优劣的最主要关键，系统动态的信息越详细，
4.3.4 神经网络控制
- - -..
5 结论
电动机的调速运转与控制是工农业生产以及其它领域中所依赖的基本技术之一。

参考文献
[1] 陈伯时.交流调速系统.电气自动化新技术丛书.：机械工业，2005.99-100
- - 总结资料。