实验四-异步电动机转速开环变压变频调速系统
(完整版)异步电动机变频调速系统..
《自动控制元件及线路》课程实习报告异步电动机变频调速系统1.4.1 系统原理框图及各部分简介本文设计的交直交变频器由以下几部分组成，如图1.1所示。
图1.1 系统原理框图系统各组成部分简介：供电电源：电源部分因变频器输出功率的大小不同而异，小功率的多用单相220V，中大功率的采用三相380V电源。
因为本设计中采用中等容量的电动机，所以采用三相380V电源。
整流电路：整流部分将交流电变为脉动的直流电，必须加以滤波。
在本设计中采用三相不可控整流。
它可以使电网的功率因数接近1。
滤波电路：因在本设计中采用电压型变频器，所以采用电容滤波，中间的电容除了起滤波作用外，还在整流电路与逆变电路间起到去耦作用，消除干扰。
逆变电路：逆变部分将直流电逆变成我们需要的交流电。
在设计中采用三相桥逆变，开关器件选用全控型开关管IGBT。
电流电压检测：一般在中间直流端采集信号，作为过压，欠压，过流保护信号。
控制电路：采用8051单片机和SPWM波生成芯片SA4828，控制电路的主要功能是接受各种设定信息和指令，根据这些指令和设定信息形成驱动逆变器工作的信号。
这些信号经过光电隔离后去驱动开关管的关断。
1.4.2 变频器主电路方案的选定变频器最早的形式是用旋转发电机组作为可变频率电源，供给交流电动机。
随着电力半导体器件的发展，静止式的变频电源成为了变频器的主要形式。
静止式变频器从变换环节分为两大类：交-直-交变频器和交-交变频器。
1.交-交型变频器：它的功能是把一种频率的交流电直接变换成另一种频率可调电压的交流电（转换前后的相数相同），又称直接式变频器。
由于中间不经过直流环节，不需换流，故效率很高。
因而多用于低速大功率系统中，如回转窑、轧钢机等。
但这种控制方式决定了最高输出频率只能达到电源频率的1/3～1/2,所以不能高速运行。
2.交-直-交型变频器：交-直-交变频器是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再直流变换成频率电压可调的交流，又称间接变频器，交-直-交变频器是目前广泛应用的通用变频器。
异步电动机调压调速系统
（5-4）
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（5-5）
由图5-4可见，带恒转矩负载工作时， 普通笼型异步电机变电压时的稳定工作点 为 A、B、C，转差率 s 的变化范围不超 过 0 ~ sm ，调速范围有限。如果带风机类 负载运行，则工作点为D、E、F，调速范 围可以大一些。
U TVC——双向晶闸管交流调压器
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A A’ 闭环变压调速系统的近似动态结构图
’’ 现代带电流闭环的电子控制软起动器可以限制起动电流并保持恒值，直到转速升高后电流自动衰减下来（图5-12中曲线c），起动时间
也短于一级降压起动。
U 根采变据用化图 普 时5通静-6异差a所步率示电很的机大原的（理变见图电图，压5-5可调）以速，画时开，出环调静控速态制范结很围构难很图解窄，决，如这采图个5用矛-7高所盾转示。子。电阻的力矩电机可以增大*n调3速范围，但机械特性又变软，因而当负载
为此，对于恒转矩性质的负载，要求调 速范围大于D=2时，往往采用带转速反馈 的闭环控制系统（见图5-6a）。
1. 系统组成
~
+
U*n +
GT ASR Uc
Un
M 3~
n
T-G-
a)原理图
图5-6 带转速负反馈闭环控制的交流变压调速系统
2. 系统静特性 异步电机近似的传递函数
由图5-4可见，带恒转矩负载工作时，普通笼型异步电机变电压时的稳定工作点为 A、B、C，转差率 s 的变化范围不超过 0 ~ sm ，
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交流异步电动机变频调速系统设计报告
交流异步电动机变频调速系统设计报告一、引言异步电动机在工业生产中具有广泛的应用，通过变频调速系统可以实现对异步电动机的精确控制，提高生产效率和控制精度。
本文将详细介绍异步电动机变频调速系统设计的原理和过程。
二、系统设计原理异步电动机通过变频器驱动，实现调速功能。
变频器将交流电源转换为直流电源，通过PWM技术将直流电转换为交流电，进而控制电机的转速。
变频器的主要组成部分包括整流器、中间环节直流母线、逆变器和控制电路。
整流器将交流电源转换为直流电源，并通过滤波电路削波，保持直流电的稳定性。
中间环节直流母线存储电能，为逆变器提供稳定的电源。
逆变器将直流电源转换为交流电源，并通过PWM调制技术调整交流电的频率和幅值，从而控制电机的转速。
控制电路通过传感器采集电机的运行状态，并通过对逆变器的控制信号实现控制目标。
三、系统设计步骤1.确定系统需求：根据应用场景和任务要求，确定对异步电动机的调速要求，包括速度范围、控制精度等。
2.选择电机和变频器：根据系统需求，选择适合的异步电动机和变频器，确保其参数和性能满足需求。
3.设计电路连接：根据电机和变频器的技术规格，设计电机与变频器的连线方式和电路连接，确保信号传输畅通。
4.设计控制系统：根据系统需求，设计控制系统包括传感器、控制电路和控制算法等，确保对电机的精确控制。
5.实施系统调试：将设计好的电路和控制系统进行组装和调试，确保系统能够正常工作。
6.测试系统性能：对系统进行性能测试，包括速度响应、负载变化等测试，验证系统的设计目标是否达到。
7.优化系统性能：根据测试结果，对系统进行调整和优化，提高系统的性能和稳定性。
8.编写设计报告：整理系统设计过程、实施步骤和测试结果，撰写设计报告。
四、系统设计考虑因素1.变频器和电机的匹配性：选择变频器时需要考虑其输出能力是否足够满足电机的需求，包括最大输出功率、额定电流等。
2.控制系统的精确性：设计控制系统时需要考虑传感器的精度、控制器的计算性能等因素，确保控制系统能够精确控制电机的转速。
交流异步电机调速系统实验报告
交流异步电机调速系统实验报告引言在电力系统中，电机调速是一个非常重要且复杂的问题。
随着技术的不断发展，异步电机调速系统成为了广泛应用的一种方案。
本实验旨在通过搭建和调试一个交流异步电机调速系统，来研究其调速性能和控制策略。
实验目的1.理解交流异步电机调速系统的工作原理；2.掌握电机调速系统的基本组成和实验搭建方法；3.研究不同控制策略对电机调速性能的影响；4.分析实验结果，评价不同控制策略的优劣。
实验原理1.异步电机工作原理：异步电机由主电路和励磁电路组成。
主电路中的三相对称电压产生一个旋转磁场，而励磁电路中的电压和电流则产生感应转子电动势和转矩，使得电机运转起来。
2.异步电机调速原理：异步电机调速主要通过控制转子电阻、定子电压以及改变电机的励磁电流来实现。
常见的调速方法有直接转矩控制(DTC)、矢量控制(VC)等。
实验设备和步骤1.实验设备：–交流异步电动机–实验控制器–电压调节器–电流测量仪–速度测量仪–控制软件2.实验步骤：1.搭建电机调速系统的硬件连接，确保各设备按照要求连接并接通电源。
2.在控制软件中选择合适的控制策略，并设置调速参数。
3.运行实验控制器，观察电机的调速性能，并记录实验数据。
4.根据实验数据分析电机的调速性能，并评价不同控制策略的优劣。
实验结果分析根据实验数据，我们可以得出以下结论：1.不同控制策略对电机调速性能的影响：–直接转矩控制(DTC)可以实现较好的转矩和速度响应，但对转子电阻参数变化较为敏感。
–矢量控制(VC)具有较好的转矩和速度响应特性，并且对转子电阻参数变化不敏感。
2.不同电机负载对调速系统的影响：–在轻载情况下，不同控制策略的性能相对较为接近。
–在重载情况下，矢量控制(VC)表现出较好的调速稳定性和承载能力。
结论本实验通过搭建和调试交流异步电机调速系统，研究了不同控制策略对电机调速性能的影响，并分析了不同负载下的调速系统性能。
通过实验结果，我们得出了以下结论：1.矢量控制(VC)相比直接转矩控制(DTC)具有更好的转矩和速度响应特性，且对转子电阻参数变化不敏感。
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。
内容提要转速开环变压变频调速SV...
转速闭环转差频率控制的交流变压变频调速 系统的性能还不能完全达到直流双闭环系统 的水平，其原因如下： （1）转差频率控制系统是基于异步电动机稳 态模型的，所谓的“保持磁通恒定”的结论 也只在稳态情况下才能成立。在动态中难以 保持磁通恒定，这将影响到系统的动态性能。
43
（2）压频函数中只抓住了定子电流的幅值， 没有控制到电流的相位，而在动态中电流的 相位也是影响转矩变化的因素。 （3）频率与转速同步升降，这本是转差频 率控制的优点。然而，如果转速检测信号不 准确或存在干扰，也就会直接给频率造成误 差，因为所有这些偏差和干扰都以正反馈的 形式毫无衰减地传递到频率控制信号上来了。
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32
随着电流的建立和转速的上升，定子电压 和频率上升，转差频率不变
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起动电流和起动转矩也不变，电动机在允 许的最大输出转矩下加速运行。 转差频率控制变压变频调速系统通过最大 转差频率间接限制了最大的允许电流。
33
当t=t2时，转速达到给定值，ASR开始退 饱和，转速略有超调后，到达稳态
电力拖动自动控制系统 —运动控制系统
第5章
基于稳态模型的异 步电动机调速系统
1
内容提要
转速开环变压变频调速 1. SPWM实现 2. SVPWM实现 转速闭环转差频率控制的变压变频调速
2
5.5 转速开环变压变频调速系统
控制系统原理
3
5.5.1 转速开环变压变频调速系 统结构
由于系统本身没有自动限制起制动电流的 作用，频率设定必须通过给定积分算法产 生平缓的升速或降速信号，
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实验四 异步电动机变频调速系统
1.通过实验掌握异步电动机带速度传感器矢量控制系统的组成及工作原理； 2.掌握异步电动机带速度传感器矢量控制系统静、动特性。 3.掌握数字化测速的原理。
二、异步电动机带速度传感器矢量控制系统工作原理
异步电动机的动态数学模型是一个高阶、 非线性、 强耦合的多变量系统， 虽然通过坐标变换可使之降阶并化简， 但并没有改变其非线性、多变量的本质。因此，需要异步电动机调速系统具有高动态性能时，必须面向这样一个动 态模型。经过多年的研究和实践，有几种控制方案已经获得了成功的应用，其中应用最多的方案之一，就是按转子 磁链定向的矢量控制系统。 在研究异步电动机的时候，如果以产生同样的旋转磁动势为准则，在三相坐标系上的定子交流电流iA，iB，iC 通过三相-两相变换可以等效成两相静止坐标系上的交流电流iα 和iβ ，再通过同步旋转变换，可以等效成同步旋转 坐标系上的直流电流id 和iq。如果观察者站到铁心上与坐标系一起旋转，他所看到的便是一台直流电动机。通过控 制，可是交流电动机的转子总磁通Φ r 就是等效直流电动机的励磁磁通，如果把d 轴定位于Φ r 的方向上，称作M （Magnetization）轴，把q 轴称作T（Torque）轴，则M 绕组相当于直流电动机的励磁绕组，im相当于励磁电流，T 绕组相当于伪静止的电枢绕组，it 相当于与转矩成正比的电枢电流。 如此一来，我们就可以模仿直流电动机的控制策略，得到直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，就能 够控制异步电动机了。如图中所示，给定和反馈信号（转速、电枢电流）经过类似于直流调速系统所用的控制器，
控制类型的设置： 1．变频器菜单 1.4 电机控制→电机控制类型→选择“FVC” 给定方式的设置： 1．变频器菜单” 1.6 命令→给定1 通道→图形终端给定。 3．带速度传感器矢量控制系统静特性的测定 合上电源，调节给定频率至50Hz、30 Hz、15 Hz，使电机空载运行，负载电阻置最 大，调节实验台左侧单相调压器，使发电机励磁电流不大于0.57A，然后调节负载电阻， 将电机加至额定负载（变频器图形显示终端转矩显示为100% T），读取被测电动机转速 n，电流Ia，转矩T，逐渐减小发电机励磁电压直至为零，测取变频调速系统实验
交流异步电机调速系统实验报告
交流异步电机调速系统实验报告一、实验目的本次实验的主要目的是掌握交流异步电机调速系统的工作原理和相关知识，了解电机调速系统中各个部件的作用及其相互关系，并通过实验验证电机调速系统的性能指标。
二、实验原理1. 交流异步电机调速系统的基本构成交流异步电机调速系统由三个部分组成：电源、控制器和驱动器。
其中，电源为整个系统提供稳定的直流或交流电源；控制器负责控制驱动器输出信号，从而控制电机转速；驱动器则将控制信号转换为适合于驱动电机运行的功率信号。
2. 交流异步电机调速系统的工作原理交流异步电机通过变化磁场来产生转矩，在正常运行时，其转矩与转速成正比。
因此，通过改变输入到电机绕组中的频率和幅值可以改变其输出功率。
在实际应用中，可以采用不同类型的控制器来实现不同方式的调速，如开环调速、闭环调速等。
3. 实验所需设备及材料本次实验所需设备及材料包括：一台交流异步电机、一个变频器、一台示波器、一台数字万用表、一套实验线缆和电源线等。
三、实验步骤1. 搭建交流异步电机调速系统首先，将交流异步电机与变频器连接起来，然后将变频器与控制器相连。
最后，将控制器与示波器和数字万用表相连。
2. 测试电机转速接下来，通过调整变频器的输出频率和幅值，逐渐增加电机的转速，并记录下不同转速时的输出功率和效率等参数。
同时，在调整过程中需要注意保持系统稳定，并避免因过载等原因造成设备损坏。
3. 分析实验结果最后，根据实验结果对交流异步电机调速系统的性能进行分析，并对其应用领域及优化方向进行探讨。
四、实验结果分析通过本次实验，我们可以得到以下结论：1. 交流异步电机调速系统具有较好的稳定性和可靠性，在不同负载条件下均能保持较为稳定的输出功率和效率。
2. 调节变频器输出频率和幅值可以有效地改变电机转速，并且在一定范围内可以保证较高的效率。
3. 在实际应用中，可以根据不同的工作条件和要求选择适合的调速方式和控制器类型，以达到最优的性能指标。
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实验四基于SVPWM及SPWM的交流变频调速系统
一、实验目的
1.加深理解异步电动机变压变频调速的基本工作原理。
2.熟悉PWM变频器主回路结构和异步电动机转速开环变压变频调速系统的基本结构。
3.异步电动机转速开环变压变频调速系统机械特性。
二、实验系统组成及工作原理
异步电动机变压变频调速实验系统如图4-1所示，主回路由不可控整流桥、直流滤波环节、全控型电力电子器件IGBT或POWER-MOSFET构成的逆变桥组成，M为三相异步电动机，G为负载直流发电机。
控制器包括驱动电路、微机数字控制器、控制键盘和运行显示等几部分。
~
实验图4-1 异步电动机转速开环变压变频调速系统
三、实验设备及仪器
1. NMCL-32主控制
2.三相异步电动机-负载直流发电机组
3. NMCL-13A挂箱
4.双踪示波器
5.万用表，电压表，电流表
四、实验内容
1.用SPWM变频器给三相异步电动机供电，实现变频调速运行。
2.观测在不同频率和不同负载下的输出电流波形，测试开环机械特性。
3.改变V/f曲线，观察变频器在不同低频补偿条件下的低速运行情况。
4.改变加速时间，观察加速过程。
五、实验步骤及方法
1. 实验系统的连接
按实验图4-1连接系统，合上控制电源开关，电源指示灯亮，表示微机系统处于等待接受指令状态，按“运行”或“停止”按钮可启动或停止调速系统的运行。
2. 变频调速
将负载直流发电机输出电路断开，按“运行”按钮使调速系统进入运行状态，通过给定电位器或键盘改给定频率，记录不同频率下三相异步电动机的空载转速和空载定子电流，并
3.测试开环机械特性 (1) 基频开环机械特性测试
接通负载直流发电机输出电路，并将负载电阻调到最大，按“运行”按钮使变频器进入运行，将频率给定设定为50Hz ，逐步减小负载电阻，记录异步电动机的转速、定子电流和负载直流发电机的输出电压和电流。
实验过程中应使定子电流小于1.2倍的额定电流，如调速系统不能带载启动，可先断开负载直流发电机励磁，待启动后再接通励磁。
(2) 基频以下和基频以上开环机械特性测试
在基频以下和基频以上各选择一个频率作为给定，重复上述实验。
(3) 机械特性)(e T f n =的绘制
由于一般的实验装置不带有负载转矩检测仪，故采用间接方法计算电磁转矩，以便绘制机械特性。
忽略机组的摩擦损耗和负载直流发电机的铜耗，异步电动机的输出功率约等于负载直流发电机的输出功率，即d d I V P ≈2，则电磁转矩n
I V T d
d e π260≈。
4. 在不同低频补偿下的低速运行情况
选择一个较低的给定频率（2Hz或5Hz），测试不加低频补偿的机械特性，再加上低频补偿，测试加低频补偿后的机械特性，比较两者的差异。
5. 异步电动机的变频起动和加速过程
改变加速时间，用慢扫描示波器或存储示波器观察不同参数设置下，电动机的起动和加速过程。
六、实验注意事项
1.观察、记录各处波形时，要注意观察点的参考地（地线）选择，注意微机系统的数字地和变频器主电路的功率地之间的区别。
2.如出现过流保护，一般按“复位”键后，再按“运行”键，可让系统继续运行。
如果运行时又立即出现过流故障,则应关机检查原因。
在低频补偿与加速时间配合不当时，也会出现过流现象。
出现严重故障时，应先按“复位”键,恢复缺省状态，再断开功率电源,以确保故障不扩大。
3. 为了观测系统的过载能力，可使异步电动机的电流达到1.2或1.5倍的额定电流，具体的数值应实验装置而异。
做过载能力测试的实验时，动作应快些，以免变频器长期工作在过流状态。
4.注意控制电源和功率电源的开关顺序：开机时，应先合上控制电源，后合功率电源；停机时，应先断开功率电源，后断控制电源。
七、思考题
1.加载后，转速为什么会下降？分析转速下降的原因。
2.PWM的开关频率很高，一般为几千赫兹，而电流频率却不高，等于给定频率，这时什么原因？
3.加低频补偿的机械特性与不加低频补偿的机械特性有何差异，为什么？
4.低频补偿与加速时间对异步电动机的起动有何影响？低频补偿是不是越大越好？。