基于TMS320LF2407A的异步交流电机控制系统设计

基于TMS320LF2407A的异步交流电机控制系

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摘要

三相交流异步电机，其结构简单，体积小，重量轻，价格低，维修方便，被广泛应用于武器装备，数控机床，柔性制造技术，自动化设备等多种领域，速度控制系统的性能将直接决定发挥设备的性能。随着高性能微处理器和新型电力电子器件的出现，使得应用全控型电力电子器件和空间矢量（SVPWM）变频控制技术已经成为主流的交流电机调速的一种方式。

相对于其他微处理器，DSP具有运算速度快，他可以产生一个死区时间的PWM 输出，可以实现如模糊控制和其他复杂的算法，外围硬件少，被广泛用于数字电机控制。在此设计中，以TMS320LF2407ASP芯片为核心，设计三相交流异步电机调速系统。实验结果表明，该系统具有动态响应快，控制精度高，抗干扰能力强等优点。

关键词：数字信号处理器; 交流电机；矢量控制；TMS320LF2407A 芯片

Abstract

Three-phase AC induction motor with its simple structure, small size, light weight, low price, easy maintenance, etc., are widely used in weaponry, feeding systems, CNC machine tools, flexible manufacturing techniques, a variety of automation equipment and other fields, the speed control system performance will directly determine the performance of the play equipment. With the high-performance microprocessors and the emergence of new power electronic devices, making the application full-controlled power electronic devices and space vector (SVPWM) inverter control technology has become a way of AC motor speed control of the mainstream.

Compared to other microprocessor, DSP with a computing speed that can produce their own dead time of the PWM output can be achieved, such as fuzzy control and other complex algorithms, less peripheral hardware, etc., which are widely used in digital motor control. In this paper, TMS320LF2407ASP chip as the core, designed for three-phase AC induction motor speed control system. Experimental results show that the system has fast dynamic response, high control accuracy, strong anti-interference advantages.

Keywords: digital signal processor; AC motor; vector control; TMS320LF2407A chip

目录

摘要.........................................................................................................................I Abstract ......................................................................................................................... II 1绪论.. (1)

2 三相异步电动机的结构与工作原理 (2)

2.1 三相异步电机的结构 (2)

2.2 工作原理 (3)

3 矢量控制 (6)

3.1矢量控制系统原理 (6)

3.2坐标变换的基本思路 (6)

3.3坐标变换 (7)

3.3.1三相——两相坐标系变换（3/2变换） (7)

3.3.2旋转变换（2s/2r变换） (10)

4 SPWM技术 (12)

4.1 单极性法 (12)

4.2 双极性法 (12)

5 双闭环直流调速系统 (13)

5 .1 调速定义 (13)

5. 2 转速、电流双闭环调速系统的组成 (13)

6 DSPMS320LF2407A原理及最小系统设计 (15)

6.1 DSP的简介 (15)

6.2 TMS320LF2407A的系统组成与功能 (16)

6.2.1 TMS320LF2407A的系统组成 (16)

6.2.2 存储器配置 (16)

6.2.3事件管理器模块 (16)

6.2.4 片内集成外设 (17)

6.3 DSP最小系统设计 (18)

6.3.1 芯片周围电路 (18)

6.3.2 DSP的其他外围电路 (21)

7交流电机控制系统DSP的硬件电路设计 (24)

7.1系统总体结构 (24)

7.2整流及滤波电路的设计 (24)

7.2.1整流电路 (24)

7.2.2滤波电路 (26)

7.3 IPM选择与接口与驱动电路的设计 (26)

7.3.1 IPM的选择 (26)

7.3.2 PWM驱动及接口电路的设计 (27)

7.4检测电路的设计 (29)

7.4.1速度检测电路的设计 (29)

7.4.2电流检测电路的设计 (30)

7.5 保护电路的设计 (32)

结论 (33)

参考文献 (34)

致谢 (35)

1绪论

随着电力电子技术，微电子技术，计算机技术和先进的控制理论的发展，交流电机控制技术得到了迅速发展。特别是在交流电机控制理论方面,学者提出了内置矢量控制，商接转矩控制和智能控制一系列的控制理论和交流电机控制技术的理论，这些改善计划已取得了显着的贡献。同时，交流电机控制技术的发展是与特定的实际应用相结合，只有当这些先进的控制理论应用到实际系统中，才能促进对交流电机控制技术的发展。因此，可以实现控制算法数字化控制系统，是交流电机控制理论的重要平台。本文的主要内容是TI公司生产的32点高性能DSP芯片TMS320LF2407A为核心，做一个功能强大易于使用的数字交流电机控制系统设计。在硬件方面，最初做电路板DSP的系统设计，调试的实验分析系统，以实现数字控制交流电机的基本功能的问题。适用于交流电机控制技术的研究平台和运动控制教学实验平台对运行结果进行了分析，阐述了系统的硬件和软件的设计方法和发展问题，并讨论了进一步的研究方向。

数字信号处理器已超过20年的发展，最初只在信号处理的领域中应用的。近年来，随着半导体技术的发展，因为他突出的运算能力能够实现众多复杂的控制算法和功能，而且其同时具有实时处理能力和控制外设功能，在控制区域也有所应用。数字化控制系统，克服了模拟控制系统的很多缺点，其抗干扰能力强，可实现复杂的控制，可靠性高，控制的灵活性强。TMS320LF2407A是新的高性能16位定点数字信号处理器，专为数字控制设计，集DSP的高速信号处理能力和优化的外围电路控制于一体，在数字控制系统中可以被广泛应用。

在这个系统的设计主要是做了硬件设计，包括主电路的整流电路，逆变器电路和控制电路的DSP最小系统设计，外围硬件设计中，电流检测电路，速度检测电路和保护电路选择和设计。

2 三相异步电动机的结构与工作原理

2.1 三相异步电机的结构

三相异步电动机的两个基本组成部分为定子和转子。此外还有端盖、风扇等一些附属部分，如图2.1所示。

图 2.1 三相电动机的结构示意图

1）．定子

三相异步电动机的定子由三部分组成： 定子

定子铁

心

由厚度为0.5mm 的，相互绝缘的硅钢片叠成，硅钢片内圆上有均匀分布的槽，其作用是嵌放定子三相绕组AX 、BY 、CZ 。 定子绕组

三组用漆包线绕制好的，对称地嵌入定子铁心槽内的相同的线圈。这三相绕组可接成星形或三角形。 机座

机座用铸铁或铸钢制成，其作用是固定铁心和绕组

2）．转子

三相异步电动机的转子由三部分组成： 转子

转子铁

心

由厚度为0.5mm 的，相互绝缘的硅钢片叠成，硅钢片外圆上有均匀分布的槽，其作用是嵌放转子三相绕组。

转子绕组

转子绕组有两种形式： 鼠笼式 -- 鼠笼式异步电动机。 绕线式 -- 绕线式异步电动机。 转轴

转轴上加机械负载 鼠笼式电动机由于构造简单，价格低廉，工作可靠，使用方便，成为了生产

上应用得最广泛的一种电动机。

为了保证转子能够自由旋转，在定子与转子之间必须留有一定的空气隙，中小型电动机的空气隙约在0.2~1.0mm 之间。 2.2 工作原理

1）．基本原理

三相异步电动机的工作原理，如图2.2所示。

图 2.2 三相异步电动机工作原理

(1)．演示实验：在装有手柄的蹄形磁铁的两极间放置一个闭合导体，当转动手柄带动蹄形磁铁旋转时，将发现导体也跟着旋；若改变磁铁的转向，则导体的转向也跟着改变。

(2)．现象解释：当磁铁旋转时，磁铁和闭合的导体相对运动，鼠笼导体切割磁力线而在其内部产生电动势和感应电流。感应电流使导体的受电磁力作用，然后导体沿磁体旋转的方向旋转，这就是异步电机的基本原理。

(3)．结论：欲使异步电动机旋转，必须有旋转的磁场和闭合的转子绕组。

2）．旋转磁场 （1）．产生 图2-3表示最简单的三相定子绕组AX 、BY 、CZ ，它们在空间按互差1200的规律对称排列。并接成星形与三相电源U 、V 、W 相联。则三相定子绕组便通过三相对称电流：随着电流在定子绕组中通过，在三相定子绕组中就会产生旋转磁场(2-4)。

00sin sin(120)sin(120)U m V m W m i I t i I t i I t ωωω=??=-??=+?

图 2-3 三相异步电动机定子接线

当ωt=00时，0A i =，AX 绕组中无电流；B i 为负，BY 绕组中的电流从Y 流入B1流出；C i 为正，CZ 绕组中的电流从C 流入Z 流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图2-4（a ）所示。

当ωt=1200时，0B i =，BY 绕组中无电流；A i 为正，AX 绕组中的电流从A 流入X 流出；C i 为负，CZ 绕组中的电流从Z 流入C 流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图2-4（b ）所示。

当ωt=2400时，0C i =，CZ 绕组中无电流；A i 为负，AX 绕组中的电流从

X 流入A 流出；B i 为正，BY 绕组中的电流从B 流入Y 流出；由右手螺旋定则

可得合成磁场的方向如图2-4（c ）所示。

可以看出，当定子绕组的电流的变化而变化一个周期时，当前的旋转空间相序的合成磁场方向。与三相定子绕组的电流不断通过合成产生的磁场的周期性变化，也继续旋转，所以称为旋转磁场。

A i A i

B i

C X B Y C

Z

图 2-4 旋转磁场的形成 （2）．旋转磁场的方向

旋转磁场的方向是由三相绕组电流相序决定，如果你想改变旋转方向，

只需改变定子绕组中通入的电流相序，即将三个电源线的任何两个对换。此时，转子的旋转的方向改变。

图2.4

ωt i

i A i B i C O

120° 240° 360°

×××××······(a) ωt = 0° (b) ωt = 120° (c) ωt = 240°A A A

X

X X B B B Y Y Y C

C C Z Z Z ×

3 矢量控制

3.1矢量控制系统原理

通过坐标变换的异步电动机可以等效直流电动机，然后模仿直流电动机的控制策略，以获得直流电动机的控制量，然后通过相应的坐标逆变换，可以控制感应电动机作为当前的坐标变换（磁动势）的空间矢量的结果，所以这称为矢量控制系统的坐标转换系统，简称为VC系统。VC的系统结构原理如图3.1所示。所给出的数据和反馈信号通过直流驱动系统的控制器，用于产生一个给定的励磁电流和电枢电流信号的给定信号，增益和反旋转变换后，再经过2/3的变换，得到三种电流控制信号和频率信号，控制器通过以下方式获得添加到电流控制的逆变器中，输出的是一个三相感应电机驱动的逆变器的电流。VC设计的系统中，如果忽略了逆变器可能会产生滞后，而且在控制器反向旋转的转换器和电机方面的内部旋转变换VR抵消后，2/3的转换器的背面和电机3/2变换链路偏移，则在图3.1中虚线框部分可以被删除，和其余的是直流驱动系统相同。可以想象，这样的矢量控制交流变频调速系统的静态和动态性能完全可以与直流调速系统相媲美。

3.2坐标变换的基本思路

目的是经过坐标变换将交流电动机的物理模型转换成一个类似的直流电动机的图案，经过变换后，可以大大简化分析和控制交流电动机。以产生相同的旋

转磁动势作为一个标准，三相定子坐标系下的交流电流，通过三相 - 两相变换可能相当于两相静止坐标系下的交流电流，然后通过同步旋转变换能相当于同步旋转坐标系下的直流电流。如果观察者站在核心一起旋转的坐标系中，就像他所看到的是直流电机。

用等价的结构的形式绘制的关系，得到图3.2.总体而言，输入A ，B ，C 三相电压，输出速度是一个异步电动机。从里面看，经过3/2变换，按转子磁场定向的同步旋转变换的结构图，我们得到了一个直流电动机的输出和输入。 3/2VR 等效直流电动机模型αi βi t i A i m i B i C i ?

ω

A

B

C 异步电动机

图3.2 异步电动机的坐标变换结构图

3.3坐标变换

3.3.1三相——两相坐标系变换（3/2变换）

图3.3是等效的交流电机坐标变换图。图A ，B ，C 分别表示的三相电机参数分解的坐标系的坐标轴。同时，电机参数表示两相静止坐标系的分解。每个磁动势轴分量，可以通过以下方式获得的电机电流i 和在该轴上的匝数N 的乘积表示。

图3.3 坐标变换图

假设A 轴与a 轴重合，三相坐标系上电机绕组有效匝数是3N ，两相坐标系上电机绕组有效匝数为2N ，如果在三相定子绕组中通入正弦电流，那么磁动势波形为正弦分布，所以，当三相与两相的总安匝数相等时，两相绕组瞬时安匝数在βα,轴上投影相等。因此有式（2-1）和（2-2）。

)2121(60cos 60cos 3030332i i i i i i i C B A C B A N N N N N --=--=α （2-1）

)(2360sin 60sin 303032i i i i i C B C B N N N N -=-=β

(2-2) 为了保持坐标变换前后的总功率，即应该保持变换前后有效绕组在气隙中的磁通相等

23B B = （2-3）

设三相绕组磁通公式：

)]2/32/3(sin )2/12/1([cos 33C B C B A i i i i i KN B -+--=θθ （2-4）

两相绕组磁通公式：

)s i n (c o s 22**+=βαθi i KN B (2-5)

上面两式K 为固定比例参数，通过增入一个分量，我们可以写成矩阵形式

为：

??????????????????????????--=??????????C B A i i i x x x N N i i i 2323021211230βα (2-6)

将上两式写成矩阵形式并对其规格化得到下面方程： ()12121122223=??????????? ??-+??? ??-+???? ??N N (2-7)

从上式解得，三相到两相的匝数比应该为：

322

3=N N (2-8) 因此，可以得到下面的矩阵形式：

??????????????????????---=??????C B A i i i i i 232302121132βα (2-9)

当电机使用星型接法时，有等式：

0=++C B A i i i

(2-10) 则上面的变换矩阵可以写成下面的形式：

???????????????

?

??

=??????B A i i i i 221023βα

(2-11) 同时，我们可以得到从两相到三相的变换矩阵，即为上面矩阵的逆变换：

????????????????

??

-=??????βαi i i i B A 261023

（2-12）

从原理的分析，上述的变换公式是通用的，可以应用相同的额定电压，或其他参数的变换。从三相到两相的坐标变换，通常只是简化的电机模型中的第一步，以满足不同的参考坐标系统的分析部件的各种参数的坐标，你需要找到一个不同的参考运动坐标系变换方程，下面是推导从静止坐标系中到移动坐标系统的变换公式。

3.3.2旋转变换（2s/2r 变换）

q β

d

θ

α

图3.4 旋转坐标变换图

以下三相电流通过等价变换，旋转变换来说明原理。图2-4显示了在两相静止坐标系dq 旋转坐标系的两相电机的相电流变换。这种转变提到2s/2r 转换。其中s 表示静止，r 表示旋转。从图中可以看出，假设每个绕组相同数目的两相固定的坐标系和旋转坐标系的垂直电流垂直于两个电流相等于同步转速的磁动势的合成，改造后的坐标变换变为能量是恒定的，所以前和改造后的系数是相等的。当合成磁动势在空间旋转，重量保持相同的大小，相当于dq 轴绕组电流是直流。轴和d 轴的角度随时间的变化。从地图上看，你可以得到：

??????=????????????-=??????q d s r q d i i C i i i i 2/2cos sin sin cos θθθθβα (2-13)

式中s r C 2/2为2s/2r 变换矩阵。

同理，经过坐标逆变换，也可以得到从两相静止坐标系变换到旋转坐标系的变换矩阵：

??????=????????????-=??????βαβαθθθθi i C i i i i r s q d 2/2c o s s i n s i n c o s

（2-14） 从上面的坐标变换的电机，我们可以看到，3/2变换和旋转变换后，分三个相绕组电流相当于在空间坐标系中的任何一点。类似地，对于任何的电气参数，都可以通过等价变换，变换在空间坐标系中的任何角度。如果上述推导的数学模型，在基体中的旋转变换后，电机的电压，相同的电机可以是相当于在任何位置

的空间坐标系中的每个参数，这样，当选择了转子固定的坐标系统中磁场，可以大大简化电机数学模型，以方便电机解耦控制。在直流电动机控制系统被广泛用于电压变换广义旋转变换矩阵是：

??????????????????????????????? ??+-??? ??---??? ??+??? ??-=??????????C B A q d V V V V V V 21212132sin 32sin sin 32cos 32cos cos 320πθπθθπθπθθ (2-15)

上述的变换矩阵的系数进行归一。在不同的控制模式可以是相当于电动机的转子，该旋转磁场可以是等效的，但也可以相当于一个变量，例如电流，电压，或磁通等。相当于不同的坐标导致不同的坐标系统和不同的控制方法。角为零时，即，3/2变换，也就是，0坐标的模型，在转子轴的坐标，感应电动机.

4 SPWM技术

SPWM（正弦PWM）方法是一个更成熟，更广泛使用的PWM现行法律。目前提到的采样控制理论是一个重要的结论：同样的脉冲，不同形状的窄脉冲施加到惯性的环节，效果基本相同。在SPWM方法的理论基础上，正弦规律变化的脉冲宽度和正弦波等效SPWM波形的PWM控制的逆变器电路的开关装置时，输出的脉冲电压的面积要通过不同的频率和振幅调制波逆变器电路的输出的正弦波在同一个区域内的各自的时间间隔，可以调整输出电压的频率和振幅。是基于所谓的SPWM，在PWM脉冲调制，脉冲宽度，占空比按正弦规律排列时，可以通过适当的过滤正弦波输出，使输出波形的变化。它被广泛应用于在DC-AC 逆变器等，如高级一些的UPS就是一个例子。是使用三相电源，模拟输出，逆变器领域已经被广泛采用三相SPWM正弦脉宽调制。

以下为我们所使用的两种方法：

4.1 单极性法

1) 调制波和载波：正弦调制波，其周期由所需的频率调制比KF决定的振幅值，等腰三角波载波的使用，期间取决于载波频率恒定的幅度，等于区= 1的情况下的正弦调制波的振幅值在所有三角形的每半个周期的极性是相同的（即单极性）调制波和载波的交点，确定的SPWM的脉冲宽度和脉冲音列的间隙宽度，每半个周期的脉冲串是单极的。（2）根据工作单极调制特性：每半个周期，逆变桥同一桥臂上的两个逆变器设备，只有一个设备规律的脉冲系列通关工作，另一个全关;而在另一半周期时，该设备的两个相反的条件，也就是说，通过负载ZL的正面和负面的交替交流电。

4.2 双极性法

（1）调制波和载波：调制正弦波仍然存在，其周期取决于KF幅度，双极等腰三角波，其周期取决于载波频率，恒定振幅和KU =1的正弦波的幅度是相等的。调制载波的交叉点确定逆变器输出相电压的电桥的一系列脉冲，该脉冲系列也是双极性，但是，由线电压的相电压的合成（UAB= UA-UB; UBC= UB-uc 为; UCA=的uc-ua日期），由此带来的一系列脉冲的线电压是单极的。（2）双极性调制的工作特点：逆变桥在工作中，同一桥臂两相逆变器设备始终是电压脉冲系列交替打开和关闭，流过负载ZL周期期根据线电压交流电改变

5 双闭环直流调速系统

5.1 调速定义

调速是指在某一具体负载情况下，通过改变电动据或电源参数的方法，使机械特性曲线得以改变，从而使电动机转速发生变化或保持不变。

5.2 转速、电流双闭环调速系统的组成

为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级联接，如图5.1所示。

图5.1 串级联接图

这就是说，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环；转速调节环在外边，叫做外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。

为了获得良好的静、动态性能，双闭环调速系统的两个调节器一般都采用PI调节器，其原理图示于图5.2。

图5.2 PI调节器

在图上标出了两个调节器输入输出电压的实际极性，它们是按照触发装置GT的控制电压Ur,为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。图中还表示出，两个调节器的输出都是带限幅的，转速调节器ASR的输出限幅(饱和)电压是U*im，它决定了电流调节器给定电压的最大值；电流调节器ACR的输出限幅电压是Uctm，它限制了晶闸管整流器输出电压的最大值。

6 DSPMS320LF2407A原理及最小系统设计

6.1 DSP的简介

数字信号处理应用到现实世界的模拟信号的连续测量或滤波。因此，进行数字信号处理之前，需要将信号从模拟域到数字域，这通常是通过ADC的A / D）实施。数字信号处理的输出经常也转换到模拟域，这是通过数字到模拟转换器。数字信号处理算法需要使用一台计算机或专用的处理装置，例如一个数字信号处理器（DSP），专用集成电路（ASIC）等。数字信号处理技术及设备，具有灵活，准确，抗干扰能力强，体积小，成本低，速度快等优点，这些都是模拟信号，输出技术和设备所无法比拟的。数字信号处理的核心算法是离散傅立叶变换（DFT），在数字域和频域的信号的DFT来实现与一般的计算机连接，它可以处理离散信号离散化。离开从理论到实际的数字信号处理，FFT快速傅里叶变换（FFT），显着降低了DFT运算量，实时数字信号处理技术使得它可以极大地促进了学科发展。

DSP芯片，也被称为数字信号处理器，是特别适合于数字信号处理的微处理器，其主要应用是实时数字信号处理算法，以快速地实现各种操作。数字信号处理的要求，DSP芯片通常具有以下特征：

（1）在一个指令周期乘加运算类完成。

（2）高速运算能力。

（3）一般采用哈佛架构和流水线。

（4）芯片，以支持位反转寻址的设计，以满足特殊要求的数字信号运算功能，如Viterbi蝴蝶算法。

（5）数据交换高。

（6）支持并行处理指令。

MS320LF2407A是TI推出的一款定点DSP控制器，它采用了高性能静态CMOS技术，使得电源电压降低到3.3V，减小了控制器的功耗; 40MIPS的执行速度使得指令周期缩短到25ns的（40MHz的），从而提高了控制器的实时控制能力;集成了32K字的闪存（可加密），2.5K的RAM，A / D转换器的转换时间为500ns，片上事件管理器提供满足各种电机PWM接口和I / O功能，此外还提供工业控制领域中的一些特殊功能，如看门狗电路，SPI，SCI，CAN控制器，所以它可以广泛应用于工业控制领域

交流电机调压调速系统(matlab)正文

1 设计任务 1、了解并熟悉双闭环三相异步电机调压调速原理及组成。 2、学习 SIMULINK，熟悉相关的模块功能。 3、进一步理解交流调压系统中电流环和转速环的作用。 2 设计要求 1、利用SIMULINK建立闭环调速系统仿真模型。 2、调试完成调压模块仿真、开环系统仿真、闭环系统仿真。 3 设计设备 1、计算机一台 2、MATLAB仿真软件 4 设计原理 调压调速即通过调节通入异步电动机的三相交流电压大小来调节转子转速的方法。理论依据来自异步电动机的机械特性方程式： 其中，p为电机的极对数； 为定子电源角速度； w 1 为定子电源相电压； U 1 R ’为折算到定子侧的每相转子电阻； 2 为每相定子电阻； R 1 L 为每相定子漏感； 11 L 为折算到定子侧的每相转子漏感； 12 S为转差率。 图1 异步电动机在不同电压的机械特性

由电机原理可知，当转差率s 基本保持不变时，电动机的电磁转矩与定子电压的平方成正比。因此，改变定子电压就可以得到不同的人为机械特性，从而达到调节电动机转速的目的。 4.1 调压电路 改变加在定子上的电压是通过交流调压器实现的。目前广泛采用的交流调压器由晶闸管等器件组成。它是将三个双向晶闸管分别接到三相交流电源与三相定子绕组之间通过调整晶闸管导通角的大小来调节加到定子绕组两端的端电压。这里采用三相全波星型联接的调压电路。 图2 调压电路原理图 4.2 开环调压调速 开环系统的主电路由触发电路、调压电路、电机组成。原理图如下： Ua Ub Uc T2 T3 T5 T4 T6 R R R N T1

图3 开环调压系统原理图 AT为触发装置，用于调节控制角的大小来控制晶闸管的导通角，控制晶闸管输出电压来调节加在定子绕组上的电压大小。

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

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

交流电动机调速系统的分类

交流电动机调速系统的分类 1.同步电动机调速系统 同步电动机只能依靠改变频率来进行调速，而根据频率控制方式的不同，可把同步电动机调速系统分为他控式和自控式两种类型。 如果用独立的变频装置作为同步电动机的变频电源进行调速，则称之为他控式同步电动机调速系统，大多用于类似永磁同步电动机的小容量场合。 采用频率闭环方式的同步电动机调速系统称为自控式同步电动机调速系统，它是用电动机轴上安装的位置检测器来控制变频装置触发脉冲，使同步电动机工作在自同步状态。自控式同步电动机调速系统又可细分为负载换向自控式同步电动机调速系统和交一交变频供电的自控式同步电动机调速系统。 负载换向自控式同步电动机调速系统叉称为x换向器电机，它的主电路采用交一直-交电流型变流器，利用同步电动机电流超前电压的特点，使逆变器的晶闸管工作在自然换向状态。这种系统又被称为LCI(Load Commutated Inve11er)，它的容量已达到数万千伏安，电压达万伏以上。 交一交变频同步电动机调速系统的逆变器由晶闸管组成，采用交一交循环变流结构和矢量控制技术，具有优良的动态性能，广泛地用于轧钢机主传动系统中。交一交变频同步电动机调速系统的容量很大，但调频范围只能限制在工频的三分之一左右。 2.异步电动机调速系统 在异步电动机中，从定子传入转子的电磁功率可以分成两部分：一部分是拖动负载的有效功率；另一部分是转差功率，与转差率成正比，它的去向是调速系统效率高低的标志。就转差功率的处理方式的不同，异步电动机调速系统可分成三大类。 (1)转差功率消耗型调速系统。这种调速系统全部转差功率都被消耗掉，用增加转差功率的消耗来换取转速的降低，因而效率也随之降低。降电压调速、电磁转差离合器调速及绕线异步电动机转子串电阻调速这三种方法都属于这一类。 (2)转差功率回馈型调速系统。这种调速系统的大部分转差功率通过变流装置回馈给电网或者加以利用，转速越低回馈的功率越多，但是增设的装置也要多消耗一部分功率。绕线异步电动机转子双馈调速即属于这一类。 (3)转差功率不变型调速系统。在这种调速系统中，转差功率仍旧消耗在转子里，但小论转速高低，转差功率基本不变。如变极对数调速、变频调速两种调速方法即属于这一类。 2.异步电动机转差回馈型调速系统 双馈调速足指将电能分别馈入异步电动机的定子绕组和转子绕组，通常将定子绕组接入工频电源，将转子绕组接到频率、幅值、相位和相序都可以调节的变频电源。如果改变转子绕组电源的频率、幅值、相位和相序，就可以调节异步电机的转矩、转速、转向及和定子侧的无功功率。这种双馈调速的异步电动机可以超同步或亚同步运行，不但可以工作在电动状态，而且可以工作在发电状态。 因为交一交变流器采用晶闸管自然换向方式，结构简单，可靠性高，而且交，交变流器能够直接进行能量转换，效率高，所以，在双馈调速方式中采用交．交变流器作为转子绕组的变频电源是比较合适的。 绕线式异步电动机串级调速系统是从定子侧馈入电能，从转子侧馈出电能的系统。从广义上说，它也是双馈调速系统的一种。 在双馈调速中，所用变频器的功率仅占电动机总功率的一小部分，可以大大降低变频器的容量，从而降低了调速系统的成本，此外，双馈电机还可以调节功率因数，由于具有这些优点，双馈电机特别适合应用于大功率的风机、水泵类负载的调速场合；双馈调速方式在风力、

交流异步电动机变频调速系统设计样本

中南大学 《工程训练》 ——设计报告 设计题目：异步电机变频调速 指引教师：黎群辉 设计人：冯露 学号： 专业班级：自动化0906班 设计日期：9月

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有关技术研究己成为当代电气传动领域一种重要课题,并且随着新电力电子器件和微解决器推出以及交流电机控制理论发展，交流变频调速技术还将会获得巨大进步。 本文对变频调速理论，逆变技术，SPWM产生原理进行了研究，在此基本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，同步采用EXB840构成IGBT驱动电路，整流电路采用二极管，可使功率因数接近1，并且只用一级可控功率环节，电路构造比较简朴。 V控制，同步，软件程序使得参数输入和变频器运营方式变本文在控制上采用恒 f 化极为以便，新型集成元件采用也使得它开发周期短。 此外，本文对SA4828三相SPWM波发生器使用和编程进行了详细简介，完毕了整个系统控制某些软硬件设计。 V控制，SA4828波形发生器 核心字:变频调速，正弦脉宽调制， f

目录 摘要................................................ 错误!未定义书签。 1.1 研究目与意义 (1) 1.2本次设计方案简介 (2) 1.2.1 变频器主电路方案选定 (2) 1.2.2 系统原理框图及各某些简介 (3) 1.2.3 选用电动机原始参数 (4) 2交流异步电动机变频调速原理及办法 (5) 2.1 异步电机变频调速原理 (5) 2.2 变频调速控制方式及选定 (6) V比恒定控制 (6) 2.2.1 f 2.2.2 其他控制方式................................ 错误!未定义书签。3变频器主电路设计. (13) 3.1 主电路工作原理 (13) 3.2 主电路各某些设计 (13) 3.3. 采用EXB840IGBT驱动电路 (15) 4控制回路设计 (16) 4.1 驱动电路设计 (16) 4.2 保护电路......................................... 错误!未定义书签。 4.2.1 过、欠压保护电路设计........................ 错误!未定义书签。 4.2.2 过流保护设计................................ 错误!未定义书签。 4.3 控制系统实现 (19) 5变频器软件设计....................................... 错误!未定义书签。 5.1 流程图 (22)

(交流电机变频调速系统设计)

机电传动与控制课程综合训练三 一、综合训练项目任务书 综合训练项目：交流电机变频调速系统 目的和要求：加强对交流变频调速系统及变频器的理解；应用交流变频调速系统及变频器解决交流电机变频调速问题。提高分析和解决实际工程问题的能力。促成“富于探索精神，具有较强的自学能力、开拓创新意识和敏锐的观察事物以及分析处理事物的能力”的目标实现。 成果形式：交流电机变频调速系统设计说明书。 相关参数：参看《机电传动控制》（第五版），冯清秀等编著，华中科技大学出版社，P291~316。 一、综合训练项目设计内容 1.变频调速系统 1.1 三相交流异步电动机的结构和工作原理 三相交流异步电动机是把电能转换成机械能的设备。一般电动机主要由两部分组成：固定部分称为定子，旋转部分称为转子。三相交流异步电动机的工作原理是建立在电磁感应定律、全电流定律、电路定律和电磁力定律等基础上的。当磁极沿顺时针方向旋转，磁极的磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动势。电动势的方向由右手定则来确定。因为运动是相对的，假如磁极不动，转子导条沿逆时针方向旋转，则导条中同样也能感应出电动势来。在电动势的作用下，闭合的导条中就产生电流。该电流与旋转磁极的磁场相互作用，而使转子导条受到电磁力，电磁力的方向可用左手定则确定。由电磁力进而产生电磁转矩，转子就转动起来。 1.2 变频调速原理 变频器可以分为四个部分，如图1.1所示。 通用变频器由主电路和控制回路组成。给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，称为主电路。主电路包括整流器、中间直流环节（又称平波回路）、逆变器。

图1.1 变频器简化结构图 ⑴整流器。它的作用是把工频电源变换成直流电源。 ⑵平波回路（中间直流环节）。由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载。无论电动机处于电动状态还是发电状态，起始功率因数总不会等于1。因此，在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换，这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件—电容器或电感器来缓冲，所以中间直流环节实际上是中间储能环节。 ⑶逆变器。与整流器的作用相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率。逆变器的结构形式是利用6个半导体开关器件组成的三相桥式逆变器电路。通过有规律的控制逆变器中主开关的导通和断开，可以得到任意频率的三相交流输出波形。 ⑷控制回路。控制回路常由运算电路，检测电路，控制信号的输入、输出电路，驱动电路和制动电路等构成。其主要任务是完成对逆变器的开关控制，对整流器的电压控制，以及完成各种保护功能。控制方式有模拟控制或数字控制。 2.系统的控制模型 本系统的结构如图1.2所示。

#交流异步电动机制动的几种方式附原理案例

交流异步电动机制动的几种方式附原理案列 工业变频2009-06-16 16:00:42 阅读4628 评论1 字号：大中小订阅 一、再生回馈制动 再生回馈制动是在外加转矩的作用下，转子转速超过同步转速，电磁转矩改变方向成为制动转矩的运行状态。再生回馈制动与反接制动和能耗制动不同，再生回馈制动不能制动到停止状态。 二、反接制动 反接制动是在电机定子三根电源线中的任意两根对调而使电机输出转矩反向产生制动，或者在转子电路上串接较大附加电阻使转速反向，而产生制动。 三、能耗制动 电机在正常运行中，为了迅速停车，在电机定子线圈中接入直流电源，在定子线圈中通入直流电流，形成磁场，转子由于惯性继续旋转切割磁场，而在转子中形成感应电势和电流，产生的转矩方向与电机的转速方向相反，产生制动作用，最终使电机停止。于惯性继续旋转切割磁场，而在转子中形成感应电势和电流，产生的转矩方向与电机的转速方向相反，产生制动作用，最终使电机停止。 1.能耗制动的原理 如果三相异步电动机定子绕组断开三相电源后，则电机内无磁通势。从而电磁转矩＝0， 电动机在负载转矩作用下，自然停车，这是自然制动过程。 能耗制动的电路原理图如图5.22所示，三相异步电动机定子绕组切断三相交流电源后（1K 断开），同时，在定子绕组任意两相上接入直流电流( 也称直流励磁电流)，即接通开 关2K，从而在电机内形成一个不旋转的空间位置固定的磁通势，最大幅值为。在三相交流电源切断后的瞬间，电动机转子由于机械惯性其转速不能突变，而继续维持原 逆时针方向旋转。此时，直流电流产生的空间固定不转的磁通势相对于旋转的转子是一个旋转磁通势；旋转方向为顺时针，转速大小为。这种相对运动导致了转子绕组有 感应电动势，并产生电流和电磁转矩，根据左手定则可知，的方向与磁通势 相对于转子的旋转方向是一样的，但与转速的方向相反，电动机处于制动运行状态， 电机转速迅速下降，直到转速时，磁通势与转子相对静止，＝0, ＝0, , 减速过程结束，电动机将停转，实现了快速制动停车。如果负载是反抗性负载，则 电机转速将停车。如果负载是位能性负载，则电机转速时必须立即用机械抱

基于MATLAB-SIMULINK的交流电动机调速系统仿真毕业设计

毕业论文声明 本人郑重声明： 1．此毕业论文是本人在指导教师指导下独立进行研究取得的成果。除了特别加以标注地方外，本文不包含他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。对本文研究做出重要贡献的个人与集体均已在文中作了明确标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 2．本人完全了解学校、学院有关保留、使用学位论文的规定，同意学校与学院保留并向国家有关部门或机构送交此论文的复印件和电子版，允许此文被查阅和借阅。本人授权大学学院可以将此文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本文。 3．若在大学学院毕业论文审查小组复审中，发现本文有抄袭，一切后果均由本人承担，与毕业论文指导老师无关。 4.本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。论文中凡引用他人已经发布或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。论文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中已明确的方式标明。 学位论文作者（签名）： 年月

关于毕业论文使用授权的声明 本人在指导老师的指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、实验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属华北电力大学。本人完全了解大学有关保存，使用毕业论文的规定。同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版或电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权大学可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存或编汇本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为大学。本人毕业后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为大学。本人完全了解大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存或汇编本学位论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入学校有关数据库和收录到《中国学位论文全文数据库》进行信息服务。在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 论文作者签名：日期： 指导教师签名：日期：

交流异步电动机

1、三相六极异步电动机的额定转差率 N s ＝0.04，则其额定转速N n 为______。 A ．200 r/min B ．380 r/min C ．540 r/min D ．960 r/min 2、鼠笼式异步电动机转子电流与转差率的关系是______。 A ．s 大时，电流大 B ．s 大时，电流小 C ．s 大时，电流不变 D ．以上答案均错 3、三相异步电动机的转差率计算公式是______。（ 0n ：旋转磁场的转速，n ：转 子转速） A ．00/)(n n n s -= B ．n n n s /)(0+= C ．)/(00n n n s -= D ．)/(0n n n s += 4、三相异步电动机的转速越高，则其转差率绝对值越______。 A ．小

B ．大 C ．不变 D ．不一定 5、三相异步电动机的同步转速与电源频率f 磁极对数p 的关系是______。 A ．p f n /600= B ．f p n /600= C ．60/0pf n = D ．f p n 60/0= 6、三相异步电动机处于电动机工作状态时，其转差率一定为______。 A ．s ＞1 B ．s = 0 C ．0＜s ＜1 D ．s ＜0 7、三相对称电流电加在三相异步电动机的定子端，将会产生______。 A ．静止磁场 B ．脉动磁场 C ．旋转圆形磁场 D ．旋转椭圆形磁场

8、异步电动机在起动瞬间的转差率s =______，空载运行时转差率s 接近______。 A ．1／0 B ．0／1 C ．1／1 D ．0／0 9、计算异步电动机转差率s 的公式是 00/)(n n n s -=，其中0n 表示______，n 表示 ______。 A ．同步转速，旋转磁场的转速， B ．转子空载转速，转子额定转速 C ．旋转磁场的转速，转子转速 D ．旋转磁场的转速，同步转速 10、一般三相异步电动机在起动瞬间的转差率______，在空载时的转差率______， 在额定负载时的转差率为______。 A ．≈0／≈1／0.02～0.06 B ．=1／≈0／0.002～0.006 C ．= 1／≈0／0.02～0.06 D ．=1／=1／≈0 11、异步电动机在______运行时转子感应电流的频率最低；异步电动机在______ 运行时转子感应电流频率最高。

异步交流电动机常用控制电路

第三章异步交流电动机常用控制电路 1点动控制 电气原理：点动控制线路中，因电动机工作时间较短，一般不加热继电器。因松开启动按钮，电动机即可停车，无需加装停止按钮。 2 长动控制 电气原理：相对于点动控制，长动控制的自锁触头必须是长开、与启动按钮并联。因电动机是连续工作，必须加装热继电器以实现过载保护。 3 正反转控制 电气原理：为实现电动机转向的改变，在主电路中通过KM1、KM2改变三项电流相序。显然，若KM1、KM2同时闭合，将造成主回路的短路。因此，KM1、KM2间必须进行互锁，既不允许该两个接触器的吸引线圈同时得电。接触器间的互锁可以通过接触器本身的辅助触头实现，也可以通过按钮实现。为安全起见，生产机械中常采用双重连锁。 4 自动循环往复控制 电气原理：启动时，和上电源开关QS,按下正转按钮SB2，KM1线圈接通并自锁，主触点接通主电路，电动机正转，带动运动部件前进。当运动部件遇到左端的位置A时，机械挡铁碰到SQ1，其触点断开，切断KM1线圈电路，使其主、辅触点复位，KM1的动断触点闭

合及SQ1的动合触点闭合使接触器KM2线圈接通并自锁，电动机定子绕组电源相序不变，电动机进行反接制动，转速迅速下降，然后反向启动，带动运动部件进行反向运动。当运动部件运动到右端位置时，其上的挡铁撞压行程开关SQ2，SQ2动作，其动断触点断开使KM2线圈断电，SQ2的动合触点闭合使KM1线圈电路接通，电动机先进行反接制动再反向启动，带动运动部件前进。这样，即实现往复运动。 5 三相异步电动机的变级调速控制 特点——2/4极双速电动机——高、低速运行。 应用——在机床中 方法——改变定子绕组的极对数； ——改变转子电路中的电阻； ——变频调速； ——串极调速。 如图1-56为改变电阻的方式

《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。 解：87.032 .65.5==η，因为rpm 1500250606010=?==p f n ， 由已知条件得电磁功率为kw 8115.5=m P ，所以有041.08115 .52375.0== s 所以rp m 1439)041.01(150000=-=-=sn n n

第六章 交流异步电动机变压变频调速系统精讲

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11 ωU 、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(1 0s 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）

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。一般而言变频器的功率越大，充电电阻越小。充电电阻的选择范围一般为：10-300Ω。 储能电容： 又叫电解电容，在充电电路中主要作用为储能和滤波。PN端的电压电压工作范围一般在430VDC～700VDC 之间，而一般的高压电容都在400VDC左右，为了满足耐压需要就必须是二个400VDC的电容串起来作800VDC。容量选择≥60uf/A 均压电阻：防止由于储能电容电压的不均烧坏储能电容；因为二个电解电容不可能做成完全一致，这样每个电容上所承受的电压就可能不同，承受电压高的发热严重（电容里面有等效串联电阻）或超过耐压值而损坏。

第五篇交流电机调速系统实验

第五章交流电机调速系统实验 实验一双闭环三相异步电机调压调速系统实验 一、实验目的 (1)了解并熟悉双闭环三相异步电机调压调速系统的原理及组成。 (2)了解转子串电阻的绕线式异步电机在调节定子电压调速时的机械特性。 (3)通过测定系统的静态特性和动态特性，进一步理解交流调压系统中电流环和转速环的作用。 二、实验所需挂件及附件

三、实验线路及原理 异步电动机采用调压调速时，由于同步转速不变和机械特性较硬，因此对普通异步电动机来说其调速范围很有限，无实用价值，而对力矩电机或线绕式异步电动机在转子中串入适当电阻后使机械特性变软其调速范围有所扩大，但在负载或电网电压波动情况下，其转速波动严重，为此常采用双闭环调速系统。 双闭环三相异步电机调压调速系统的主电路由三相晶闸管交流调压器及三相绕线式异步电动机组成。控制部分由“电流调节器”、“速度变换”、“触发电路”、“正桥功放”等组成。其系统原理框图如图7-1所示：整个调速系统采用了速度、电流两个反馈控制环。这里的速度环作用基本上与直流调速系统相同，而电流环的作用则有所不同。在稳定运行情况下，电流环对电网扰动仍有较大的抗扰作用，但在启动过程中电流环仅起限制最大电流的作用，不会出现最佳启动的恒流特性，也不可能是恒转矩启动。 异步电动机调压调速系统结构简单，采用双闭环系统时静差率较小，且比较容易实现正、反转，反接和能耗制动。但在恒转矩负载下不能长时间低速运行，因低速运行时转差功率 P s=SP M全部消耗在转子电阻中，使转子过热。

图1-1 双闭环三相异步电机调压调速系统原理图 四、实验内容 (1)测定三相绕线式异步电动机转子串电阻时的机械特性。 (2)测定双闭环交流调压调速系统的静态特性。 (3)测定双闭环交流调压调速系统的动态特性。 五、预习要求 (1)复习电力电子技术、交流调速系统教材中有关三相晶闸管调压电路和异步电机晶闸管调压调速系统的内容，掌握调压调速系统的工作原理。 (2)学习有关三相晶闸管触发电路的内容，了解三相交流调压电路对触发电路的要求。 六、思考题

三相异步电动机变频调速系统设计及仿真

天津职业技术师范大学 课程设计说明书题目：三相异步电动机变频调速系统设计及仿真 指导老师： 班级：机检1112班 组员

天津工程师范学院 课程设计任务书 机械工程学院机检1112 班学生 课程设计课题： 三相异步电动机变频调速系统设计及仿真 一、课程设计工作日自 2015 年 1 月 12 日至 2015 年 1 月 23 日 二、同组学生： 三、课程设计任务要求（包括课题来源、类型、目的和意义、基本要求、完成时 间、主要参考资料等）： 1、目的和意义 交流调速是一门重要的专业必修课，它具有很强的实践性。为了加深对所学课程（模拟电子技术、数字电子技术、电机与拖动、电力电子变流技术等）的理解以及灵活应用所学知识去解决实际问题，培养学生设计实际系统的能力，特开设为期一周的课程设计。 2、具体内容 写出设计说明书，内容包括： （1）各主要环节的工作原理； （2）整个系统的工作原理（包括启动、制动以及逻辑切换过程）； （3）调节器参数的计算过程。 2．画出一张详细的电气原理图； 3．采用Matlab中的Simulink软件对整个调速系统进行仿真研究，对计算得到的调节 器参数进行校正，验证设计结果的正确性。将Simulink仿真模型，以及启动过程中的电流、转速波形图附在设计说明书中。 4、考核方式 1．周五采用口试方式进行考核（以小组为单位），成绩按百分制评定。其中小组分数占60%，个人成绩占40%（包括口试情况和上交材料内容）； 2．每天上午8:30--11:30在综合楼226房间答疑。 五、参考文献 1、陈伯时．电力拖动自动控制系统----运动控制系统（第3版）．机械工业出版社，2003 指导教师签字：教研室主任签字：

交流异步电动机矢量控制调速系统设计

目录 摘要 ................................................................................................. I 1绪论 . (1) 1.1交流调速技术概况 (1) 1.2异步电动机矢量控制原理 (2) 2矢量控制理论 (4) 2.1矢量控制 (4) 2.2异步电机的动态数学模型 (5) 2.3坐标变换 (7) 3矢量控制系统硬件设计 (9) 3.1矢量控制结构框图 (9) 3.2矢量控制系统的电流闭环控制方式思想 (9) 3.3各个子系统模块 (10) 3.4矢量控制的异步电动机调速系统模块 (12) 4 SIMULINK仿真 (13) 4.1MATLAB/S IMULINK概述 (13) 4.2仿真参数 (13) 4.3仿真结果 (14) 5总结 (16) 参考文献 (17)

摘要 异步电机的物理模型之所以复杂，关键在于各个磁通间的耦合。本设计把异步电动机模型解耦成有磁链和转速分别控制的简单模型，就可以模拟直流电动机的控制模型来控制交流电动机。综合矩阵变换的控制策略及异步电动机转子磁场定向理论，采用计算机仿真方法分别建立了矩阵变换仿真模型以及基于矩阵变换的异步电动机矢量控制系统仿真模型，对矩阵变换的控制原理、输入、输出性能以及矢量控制系统的优质的抗扰能力及四象限运行特性进行分析验证，展现了该新型交流调速系统的广阔发展前景，并针对基于矩阵变换的异步电动机矢量控制系统的特点，着重对矢量控制单元进行了软件设计。直接矢量控制就是一种优越的交流电机控制方式，它模拟直流电机的控制方式使得交流电机也能取得与直流电机相媲美的控制效果。本文研究了矢量控制系统中磁链调节器的设计方法。并用MATLAB最终得到了仿真结果。 关键词：坐标变换；矢量控制；MATLAB/simulink

用单片机控制的电机交流调速系统设计

用单片机控制的电机交流调速系统设计 文摘单片机控制的变频调速系统设计思想是用转差频率进行控制。通过改变程序来达到控制转速的目的。由于设计中电动机功率不大，所以整流器采用不可控电路，电容器滤波；逆变器采用电力晶体管三相逆变器。系统的总体结构主要由主回路，驱动电路，光电隔离电路，HEF4752大规模集成电路，保护电路，Intel系列单片机，Intel8253定时/记数器，Intel8255可编程接口芯片，Intel8279通用键盘/显示器，I/O接口芯片，CD4527比例分频器和测速发电机等组成。回路中有了检测保护电路就可以使整个系统运行的可靠性有了保障。 关键词MCS-51单片机；HEF4752；8253定时器；晶闸管；整流器；三相异步电动机

Exchange the speed of adjusting to design systematically with the electrical machinery that the one-chip computer controls Zhoumingqiang information and Electrical Engineering School, panzhihua university, Panzhihua 617000 Abstract Frequency conversion that one-chip computer control transfer speed systematic design philosophy with transfer to difference frequency control. Achieve the goal of controlling rotational speed through changing the procedure . Because the motor is not big in power in the design, the rectifier can not adopt controlledly the circuit, the condenser strains waves; Going against the becoming device adopts three phases of the electric transistor to go against the becoming device. The systematic ensemble architecture is by the main return circuit mainly, drive the circuit, the photo electricity isolates the circuit, HEF4752 large scale integrated circuit, protects the circuit, the Intel series one-chip computer, Intel8253 timing /count device of,Intel8255 programmable interface chip,Intel8279 keyboard not in common use / display, I/O interface chip, CD4527 proportion frequency division device and tests the speed such composition as the generator ,etc.. Have the dependability that can make the whole system operate of measuring and protecting the circuit to have guarantee in the return circuit [keywords] MCS-51；HEF4752；time/counter of l8253；selenium；rectifier；three phase eletromotor of asynchronism

基于MATLAB三相异步电动机调压调速系统设计(精)

华侨大学 电气工程及其自动化课程设计 题目 :异步电动机调压调速 MATLAB 仿真班级:电气 C 班学号:0915331063 学生姓名:朱少斌 指导教师:黄老师 2013年 5月 4号 一、设计任务 1、了解并熟悉双闭环三相异步电机调压调速原理及组成。 2、学习 SIMULINK,熟悉相关的模块功能。 3、进一步理解交流调压系统中电流环和转速环的作用。 二、设计要求 1、利用 SIMULINK 建立闭环调速系统仿真模型。 2、调试完成调压模块仿真、开环系统仿真、闭环系统仿真。 三、实验设备 1、计算机一台 2、 MATLAB 仿真软件 四、实验原理

调压调速即通过调节通入异步电动机的三相交流电压大小来调节转子转速的方法。理论依据来自异步电动机的机械特性方程式: 其中, p 为电机的极对数; w1为定子电源角速度; U1为定子电源相电压; R 2’为折算到定子侧的每相转子电阻; R 1为每相定子电阻; L 11为每相定子漏感; L 12为折算到定子侧的每相转子漏感; S 为转差率。

图 1 异步电动机在不同电压的机械特性 由电机原理可知, 当转差率 s 基本保持不变时, 电动机的电磁转矩与定子电压的平方成正比。因此, 改变定子电压就可以得到不同的人为机械特性,从而达到调节电动机转速的目的。 1、调压电路 改变加在定子上的电压是通过交流调压器实现的。目前广泛采用的交流调压器由晶闸管等器件组成。它是将三个双向晶闸管分别接到三相交流电源与三相定子绕组之间通过调整晶闸管导通角的大小来调节加到定子绕组两端的端电压。这里采用三相全波星型联接的调压电路。

电气控制系统的设计

第1章绪论 1.1选题的目的和意义 由于现代加工技术的日益提高，对加工机床特别是工作母机的要求也越来越高，由此人们也将注意力集中到机床上来，数控技术是计算机技术、信息技术、现代控制技术等发展的产物，他的出现极大的推动了制造业的进步。机床的控制系统的优劣与机床的加工精度息息相关，特别是PLC广泛应用于控制领域后，已经显现出它的优越性。可编程控制器PLC已广泛应用于各行各业的自动控制。在机械加工领域，机床的控制上更显示出其优点。由于镗床的运动很多、控制逻辑复杂、相互连锁繁多，采用传统的继电器控制时，需要的继电器多、接线复杂，因此故障多维修困难，费工费时，不仅加大了维修成本，而且影响设备的功效。采用PLC控制可使接线大为简化，不但安装十分方便而且工作可靠、降低了故障率、减小了维修量、提高了功效。 1.2 关于课题的一些介绍和讨论 1.2.1 设计目标、研究内容和拟定解决的关键问题 完成对T6113机床的整个控制系统的设计改造，控制核心是PLC，并使其加工精度进一步提高，加工范围扩大，控制更可靠。 研究内容： （1） T6113的电气系统（PLC）硬件电路设计和在机床上的布局。 （2） PLC程序的编制。 解决的关键问题：PLC对机床各个工作部分的可靠控制电气电路的安全问题的解决 1.2.2题目的可行性分析 虽然目前数控机床以其良好的加工性能得到了人们的肯定，但是其昂贵的价格是一般用户望尘莫及的，所以改造现有的机床以达

到使用要求是比较现实的，也是必须的。经过实践证明这样的改造是可以满足大多数情况下的精度和其他加工要求，并且在实践中已取得的相当好的效益。 1.2.3本项目的创新之处 利用PLC作为控制核心，替代传统机床的继电器控制，使得机床的控制更加灵活可靠，减少了很多中间的机械故障的可能。利用PLC的可编程功能使得变换和改进控制系统成为可能。 1.2.4设计产品的用途和应用领域 镗床是一种主要用镗床刀在工件上加工孔的机床。通常用于加工尺寸较大、精度要求较高的孔。特别是分布在不同表面上、孔距和位置精度要求较高的孔，如各种箱体，汽车发电机缸体等零件的孔。一般镗刀的旋转为主运动，镗刀或工件的移动为进给运动。在镗床上除镗孔外，还可以进行铣削、钻孔、扩孔、铰孔、锪平面等工件。因此镗床的工作范围较广。它可以应用于机械加工的各个领域，但因其价格比一般机床贵好多，所以在比较大的加工车间才可见到。 1.3 电气控制技术的发展 电气控制技术是随着科学技术的不断发展、生产工艺不断提出新的要求而迅速发展的，从最早的手动控制到自动控制，从简单的控制设备到复杂的控制系统，从有触点的硬接线控制系统到以计算机为中心的存储系统。现代电气控制技术综合应用了计算机、自动控制、电子技术、精密测量等许多先进的科学技术成果。作为生产机械的电机拖动，已由最早的采用成组拖动方式，发展到今天无论是自动化功能还是生产安全性方面都相当完善的电气自动化系统。继电接触式控制系统主要由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成，其控制方式是断续的，所以又称为断续控制系统。由于这种系统具有结构简单、价格低廉、维护容易、抗干扰能力强等优点，至今仍是机床和其他许多机械设备广泛采用的基本电气控制形式，也是学习先进电气控制的基础。这种控制系统的缺点是采用固定的接线方式，灵活性差，工作频率低，触点易损坏，可靠性差。