课题五 转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统设计
《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。
《电力拖动自动控制系统》教学大纲
《电力拖动自动控制系统》教学大纲《电力拖动自动控制系统》教学大纲英文名称：Automatic Control System for Electric Drive 课程编码：D***** 课内教学时数：48 学分：3适用专业：电气工程及其自动化开课单位：机械与电子工程系制定（或修订）时间：20XX年9月一、课程性质与任务本课程是电气工程及其自动化专业主干课程之一，电力电子与电力传动专业方向课程。
通过本课程的学习，应掌握电力拖动自动控制系统的基本知识、掌握交直流电机典型自动控制系统的工作原理及运用。
培养学生解决实际问题的能力,为今后从事电气工程及其自动化有关的专业工作打下基础。
二、课程教学内容的基本要求、重点和难点第一章闭环控制的直流调速系统㈠基本要求：了解闭环控制的直流调速系统的工作原理㈡教学重点：反馈控制闭环调速系统的稳态、动态分析和设计㈢教学难点：无静差调速系统和积分、比例积分控制规律㈣教学内容1、直流调速系统用的可控直流电源2、晶闸管-电动机系统的特殊问题3、反馈控制闭环调速系统的稳态分析和设计4、反馈控制闭环调速系统的动态分析和设计5、无静差调速系统和积分、比例积分控制规律6、电压反馈电流补偿控制的调速系统第二章多环控制的直流调速系统㈠基本要求：让学生熟悉掌握转速、电流双闭环调速系统的静特性、系统各变量的稳态工作点和稳态参数计算㈡教学重点：双闭环系统电路特点、如何实现转速无静差㈢教学难点：调节器的工程设计方法、三环调速系统㈣教学内容：1、转速、电流双闭环调速系统及其静特性2、双闭环调速系统的动态性能3、调节器的工程设计方法4、按工程设计方法设计双闭环系统5、转速超调的抑制――转速微分负反馈6、三环调速系统7、弱磁控制的直流调速系统第三章可逆调速系统㈠基本要求：让学生了解可逆调节系统的不同整流装置㈡教学重点：晶闸管-电动机系统的可逆线路、晶闸管-电动机系统的回馈制动㈢教学难点：有环流可逆调速系统、无环流可逆调速系统㈣教学内容：1、晶闸管-电动机系统的可逆线路2、晶闸管-电动机系统的回馈制动3、两组晶闸管可逆线路中的环流4、有环流可逆调速系统5、无环流可逆调速系统第四章直流脉宽调速系统㈠基本要求：要求学生对调速系统能运用自如㈡教学重点：脉宽调速系统的开环机械特性、脉宽调速系统的控制电路㈢教学难点：晶体管脉宽调速系统的特殊问题㈣教学内容1 脉宽调制变换器2 脉宽调速系统的开环机械特性3 脉宽调速系统的控制电路4晶体管脉宽调速系统的特殊问题第五章位置随动系统㈠基本要求：了解位置随动系统的概念㈡教学重点：位置随动系统概述㈢教学难点：位置随动系统概述㈣教学内容：1、位置随动系统概述2、位置信号的检测3、自整角机位置随动系统及其设计第六章交流调速的基本类型和交流变压调速系统㈠基本要求：使学生在掌握了交直流调速系统的基本组成原理的同时并能掌握结合工程实际，根据生产设备所提出的技术指标组成，选择控制系统结构的思路和方法㈡教学重点：交流调速的基本类型、闭环控制的交流变压调速系统――一种转动差功率消耗型调速系统㈢教学难点：交流调速的基本类型、闭环控制的交流变压调速系统――一种转动差功率消耗型调速系统㈣教学内容：1、交流调速的基本类型2、闭环控制的交流变压调速系统――一种转动差功率消耗型调速系统第七章异步电动机变压变频调速系统㈠基本要求：要求学生掌握异步电动机变压变频调速系统的各种调速方法㈡教学重点：异步电动机电压、频率协调控制的稳态机械特性转速开环、恒压频比控制的变频调速系统、转速闭环、转差频率控制的变频调速系统㈢教学难点：转速开环、恒压频比控制的变频调速系统、转速闭环、转差频率控制的变频调速系统㈣教学内容：1 变频调速的基本控制方式2 静止式变频装置3 正弦波脉宽调制逆变器4异步电动机电压、频率协调控制的稳态机械特性5 转速开环、恒压频比控制的变频调速系统 6 转速闭环、转差频率控制的变频调速系统7 异步电动机的多变理数学模型和坐标变换8矢量控制的变频调速系统第八章绕线转子异步电动机串级调速系统――转差功率回馈型的调速系统㈠基本要求：认识了解串级调速系统的原理及其应用㈡教学重点：串级调速系统性能的讨论、异步电动机在串级调速工作时的机械特征㈢教学难点：具有双闭环控制的串级调速系统、超同步串级调速系统㈣教学内容：1 串级调速原理及其基本类型2 串级调速系统性能的讨论3 异步电动机在串级调速工作时的机械特征4 具有双闭环控制的串级调速系统5 超同步串级调速系统6 串级调速系统的几个特殊问题第九章同步电动机的变频调速系统㈠基本要求：了解电动机的不同调速系统㈡教学重点：同步电动机的变频调速㈢教学难点：同步电动机的变频调速㈣教学内容:1、同步电动机的变频调速2、他控变频同步电动机调速系统和矢量调速系统3、自控变频同步电动机（无换向器电动机）调速系统三、课程学时分配四、本课程的特点及教法、学法建议电力拖动自动控制系统是一门知识综合性强、内容覆盖宽的课程。
(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。
课题五转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统设计
课程设计任务书电气与信息工程系自动化专业班题目转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统设计任务起止日期：2016 年 6 月 6 日～ 2016年6月17日学生姓名学号指导教师一、设计要求：设计一个转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统：系统包括速度设定、速度显示、速度测量、速度控制、正反转控制等，且根据交流异步电动机的容量采用由三相二极管整流桥、电容滤波、基于全控型开关器件 IGBT 或 MOSFET 的三相 PWM 逆变桥构成的主电路给异步电动机供电。
已知：（1）异步电动机：额定容量 PN =3KW ，额定电压 UN =380V ，额定电流 IN =6.9A ，额定转速为 nN =1400 r/min，额定频率 fN =50Hz ，定子绕组 Y 联接。
由实验测得定子电阻 Rs =Ω，转子电阻 Rr =Ω，定子自感 Ls =，转子自感 L r = ，定、转子互感 L m =，转子参数已折算到定子侧，系统转动惯量J =0.1284kg.m2。
（2）变频电源主要技术指标：1）输入电压额定值：三相、380VAC 、50Hz，2）效率： 80%以上，3）额定输出容量： 4KVA 或 250VA ，4）额定输出电压：三相、380VAC ，5）输出频率： 5~400Hz，6）控制方式：转速闭环转差频率控制方式，SPWM 或 SVPWM 脉冲产生方式。
二、设计任务：1、绘出异步电动机T 型等效电路和简化等效电路；2、求额定运行时的转差率、定子额定电流和额定定子转矩；3、定子电压和频率均为额定值时，求空载时的额定电流；4、定子电压和频率均为额定值时，求临界转差率和临界转矩，绘出异步电动机的机械特性；5、完成系统电气原理图的设计三、设计说明书的格式要求：1、绪论a. 设计的目的和意义。
b. 设计要求。
c. 设计对象及有关数据。
2、系统结构方案的选择：3、系统结构及性能分析4、主回路的选择。
5、触发器的设计和同步相位的配合： a. 触发电路的设计与选择。
转差频率控制
根据起动转矩倍数确定最大转差频率，然
后，由最大转差频率求得过流倍数，并由此 确定变频器主回路的容量。
4转差频率控制系统的特点
转差频率控制系统突出的特点或优点 转差角频率与实测转速相加后得到定子频 率。在调速过程中，实际频率随着实际转速 同步地上升或下降，加、减速平滑。 在动态过程中转速调节器 ASR 饱和，系统 以对应于最大转差频率的最大转矩起、制动， 并限制了最大电流，保证了在允许条件下的 快速性。
4 转差频率控制系统的特点
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。
4转差频率控制系统的特点
电力拖动自动控制系统 —运动控制系 统
基于稳态模型的异 步电动机调速系统
转速闭环转差频率控制的变压变 频调速系统
转速开环变频调速系统可以满足平滑调速
的要求，但静、动态性能不够理想。 采用转速闭环控制可提高静、动态性能， 实现稳态无静差。 需增加转速传感器、相应的检测电路和测 速软件等。 转速闭环转差频率控制的变压变频调速是 基于异步电动机稳态模型的转速闭环控制 系统。
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起动过程
图5-45 转差频率控制的转速闭环变压变频调速系统静态特性
3 最大转差频率的计算
从理论上说，只要使系统最大的允许转差
频率小于临界转差频率， Rr s max sm Llr 就可使系统稳定运行，并通过转差频率来 控制电磁转矩。
毕业设计(论文)-磁链闭环控制变频调速系统仿真模型设计模板
目录中文摘要 (1)ABSTRACT (1)一、绪论 (1)1、引言 (1)2、交流调速技术概况 (3)3、完成的主要工作 (3)二、矢量控制系统的介绍 (4)1、异步电动机的数学模型概述 (4)2、矢量控制思想及原理 (6)(1)矢量控制技术思想 (6)(2)矢量控制的原理 (6)3、坐标变换 (8)(1)变换矩阵的确定原则 (8)(2)功率不变原则 (9)4、3S/2R 变换 (9)(1)三相/两相变换 (9)(2)两相/两相旋转变换 (10)三、仿真模型的建立 (11)1、MATLAB/SIMULINK简介 (11)2、带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统的构框图 (13)3、各个子模块模型 (13)(1)转速调节器模型 (13)(2)转矩调节器模型 (14)(3)磁链调节器模型 (14)(4)转矩观测器模型 (15)(5)磁链观测器模型 (15)(6)带滞环脉冲发生器模型（CHBPWM） (16)(7)dq_to_abc(2r/3s)和abc_to_dq(3s/2r)模型 (16)3、带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统仿真模型 (17)四、 SIMULINK 仿真 (18)1、参数设置 (18)(1)电动机参数 (18)(2)各调节器参数 (18)(3)各给定参数 (19)2、仿真结果 (20)(1)定子磁链轨迹 (20)(2)转矩调节器输出 (20)(3)输出转矩 (20)(4)转速响应 (21)(5)转速调节器输出 (21)(6)经2r/3s变换的三相电流给定波形 (22)(7)Uab (22)3、分析 (23)五、结论 (23)致谢 (24)参考文献 (24)磁链闭环控制变频调速系统仿真模型设计重庆工商大学自动化专业 2008级自动化1班马永祥指导教师：中文摘要：该文对带转矩内环转速、磁链闭环矢量控制系统进行研究及仿真。
利用MATLAB/SIMULINK工具，构建了异步电动机矢量控制系统的仿真模型以及对各个主要模块的仿真模型，利用3/2变换计算出相电流。
转速闭环变频调速系统的简易设计方法
转 （ 转 ）面 板 按 钮 突 加 给 定 ， 间隔 ｔ时 间后 ， 电 反 ．
机 转 速 达 ｎ ｒｍｉ ） 则 Ｋｌ ｌｆ，（￣ ５Ｔｌ ｌ ｌ（／ ｎ 。 ＝ｎ／ ｌ ３ ） ＝ｔ， 即 （ ￣５Ｔｌ 程 结 束 【。 故 对 象 数 学 模 型 ： ３ ） 过 ３ 】
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频 调 速 系 统 时 ，异 步 交 流 电机 是 多 变 量 、非 线 性 、
强 耦 合 的 被 控 对 象 【 。故 利 用 飞 升 曲线 法 和 应 用 工 ２ 】 程 设 计法 ， 完成 转 速 闭环 变 频 调 速 系 统 简 易 设 计 。
（）变 频 器 的 近 似 数 学 模 型 ２ 变 频 器 在 闭 环 方 式 下 ， 为 外 部 给 定 ， 输 入 是 调
第5章 5.5转速开环、电压频率协调控制的变频调速系统讲解
实例
二、 电压频率协调控制系统
1. 系统组成
KK
UUR R
RRR00 0
RRR1 1 1
RRRb
UUI I
~~
bb
MM
33~~Biblioteka RRR2 2 2VVTT
bb
显显示示
单单
设设定定
片片
机机
接接口口
电电压压 泵泵升升 电电流流 温温度度 电电流流 检检测测 限限制制 检检测测 检检测测 检检测测
PPWWMM 发发生生器器
进线电抗器 ——二极管整流器虽然是全波整流装置，但由于其输出端有滤波 电容存在，因此输入电流呈脉冲波形，如下图所示。
三相二极管整流电路的输入电流波形
控制电路——现代PWM变频器的控制电路大都是以微处理器为核心的数字 电路，其功能主要是接受各种设定信息和指令，再根据它们的要求形成驱动 逆变器工作的PWM信号。微机芯片主要采用8位或16位的单片机，或用32位 的DSP，现在已有应用RISC的产品出现。
综上所述，PWM变压变频器的基本控制作用如图6-39所示。近年来，许多企 业不断推出具有更多自动控制功能的变频器，使产品性能更加完善，质量不 断提高。
工作频 率设定
升降速 时间设定
电压补偿设定
PWM产生
斜坡函数 f*
t
U / f 曲线 u
f
脉冲发生器 f
u
驱动 电路
PWM电压/频率协调控制变频器的基本控制原理
南阳志联软件
5.5 转速开环、电压 频率协调控制的变频调速系统
一、 电压频率协调控制方式
▼基频以上调速
在基频以上调速时，频率从额定频率f1N向上升高，但定子电压Us 不可能超 过额定电压UsN，最多只能保持Us = UsN (额定电压)。
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技术. 2012(01)
[10]XuHuazhong, MaSha.Research and simulation of PMSM based on
Coordination control technology[J].Procedia Engineering 16 ( 2011 )157 – 162
2、求额定运行时的转差率、定子额定电流和额定定子转矩；
3、定子电压和频率均为额定值时，求空载时的额定电流；
4、定子电压和频率均为额定值时，求临界转差率和临界转矩，绘出异步电动机
的机械特性；
5、完成系统电气原理图的设计
三、设计说明书的格式要求：
1、绪论
a.设计的目的和意义。b.设计要求。c.设计对象及有关数据。
2、系统结构方案的选择：
3Байду номын сангаас系统结构及性能分析
4、主回路的选择。
5、触发器的设计和同步相位的配合：a.触发电路的设计与选择。b.同步相位的配合。
6、辅助电路设计：辅助电路设计：a.高精度给定电源的设计。b.其它辅助电源的设计。如＋15V、－15V、5V等。c.其它辅助电路设计。
7、转速环设计：a.调节器参数计算。b.调节器实现。
[3][谢爱华.基于空间矢量调制技术的永磁同步电机直接转矩控制系统的研究[D].浙江工业大学2009
[4]王松.永磁同步电机的参数辨识及控制策略研究[D].北京交通大学2011(1)
[5]李垚,林永君,侯晓勇,刘瑞.基TMS320F2812的永磁同步电机的伺服系统的研究[J].自动化与仪器仪表. 2007(01)
同组设计者
件IGBT或MOSFET的三相PWM逆变桥构成的主电路给异步电动机供电。
已知：
（1）异步电动机：额定容量PN =3KW，额定电压UN =380V，额定电流IN =6.9A，额定转速为nN =1400 r/min，额定频率fN =50Hz，定子绕组Y联接。由实验测得定子电阻Rs =1.85Ω，转子电阻Rr =2.658Ω，定子自感Ls =0.294H，转子自感L r =0.2898H，定、转子互感L m =0.2838H，转子参数已折算到定子侧，系统转动惯量J =0.1284kg.m2。
8、系统动态框图
9、课程设计总结
10、参考文献
四、主要参考文献
[1]隋峻,王晶,樊键,尹彦东,仲丽萍.SVPWM在永磁同步电机系统中的应用与仿真[J].兵工自动化. 2011(03)
[2]王洪诚,赵波,陈洁,文四名.基于Simulink的永磁同步电机矢量控制系统研究[J].物联网技术. 2012(02)
[6]李耀华；吴俊；郭巧娟；刘晶郁.永磁同步电机矢量控制的两种实现方法比较[J].微电机. 2012(01)
[7]文小玲,尹项根,张哲.三相逆变器统一空间矢量PWM实现方法[J].电工技术学报. 2009(10)
[8]陈涛,吕中楠,章小卫.基于STM32F103的永磁同步电机驱动器设计[J].伺服控制. 2011(04)
课程设计任务书
电气与信息工程系自动化专业班
题目转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统设计
任务起止日期：2016年6月6日～2016年6月17日
学生姓名学号
指导教师
一、设计要求：
设计一个转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统：
系统包括速度设定、速度显示、速度测量、速度控制、正反转控制等，且根据
交流异步电动机的容量采用由三相二极管整流桥、电容滤波、基于全控型开关器
（2）变频电源主要技术指标：
1）输入电压额定值：三相、380VAC、50Hz，
2）效率：80%以上，
3）额定输出容量：4KVA或250VA，
4）额定输出电压：三相、380VAC，
5）输出频率：5~400Hz，
6）控制方式：转速闭环转差频率控制方式，SPWM或SVPWM脉冲产生方式。
二、设计任务：
1、绘出异步电动机T型等效电路和简化等效电路；