交流调速系统的设计
交流调速系统的设计
科 技 创 新
交流调速系统的设计
周 丹 裴 久 玲
（ 新疆阿拉 尔市塔里木 大学机械电气化 工程 学院， 新疆 阿拉 尔 ８ ４ ３ ３ ０ ０ ）
摘 要： 动 力 系统 的控 制要 求不 断提 高 ， 在 上世 纪 ６ ０年代 以前 ， 直 流调 速 系统在 调 速领 域 中站 占治地 位 ， 而 在 全控 型 功 率 开 关 器 件 出现 以后 ， 交流调 速 才得 到 了长 足 的发 展 ， 特 别是 集 成 电路 的 出现 ， 使 用合 适 的调 速 方 式（ 如Ｐ ＷＭ 调 速 ） ， 使 得 交流 调 速动 态和 静 态特 性 完全 可 以和 直 流调 速 相 媲 关 ， 在本 课 题 着 重研 究 了现代 交流 调 速 系统 中的 变压 变频 调 速 ， 以及 现 在 已经 运 用 成 熟 的 电 压 空 间 矢量调 速 系统 ， 来解 决本 课题 的调 速 问题 。 关键词： 交流 调速 系￣ Ｅ ； Ｐ ＷＭ调 速 ； 规 模 集成 电路 ； 电 力 电子 器件
在整流逆变环节通过参数的计算得知，型号为 Ｊ ｃ Ｃ ＿ ６ ｋ ｖ ／ ５ ｏ ０ ｋ Ｗ－ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 系列 的通用变频器 。现代 的交 流调速系统 中为 了提高 系统 控制 的 可靠性， 都是采用数字化的控制将上述的控制主回路与过电压保护 ， 过 电流保护，过热保护等检测电路集成到一块芯片上这种智能型的模块 叫做 Ｉ Ｐ Ｍ， 但是在本课题的国内外都没有如此高电压等级的 Ｉ Ｐ Ｍ， 在这 里选 用 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 模块 ： Ｆ Ｄ ４ ０ ０ Ｒ ６ ６ Ｋ Ｆ ２ ， 额 定参数 ４ ０ ０ Ｍ６ ６ ０ ０ Ｖ 。 ４驱动 电路的原理 驱动电路是 １ Ｐ Ｍ主电路和控制电路之间的接口，良好的驱动电路 设计对装置的运行效率、 可靠性和安全性都有重要意义。 在该课 题 中选 择 Ｍ５ ７ １ ４ ０ － ０ １ 和Ｍ ５ ７ １ ２ ０ Ｌ 。它们 是三 菱公 司为其 Ｉ Ｐ Ｍ 系列 产品专 门配 置的电压变换模 块 。在 Ｍ５ ７ １ ２ ０ Ｌ的输 人端加一路 １ １ ３ Ｖ － － ４ ０ ０ Ｖ的直 流 电压 可 以在 输 出端 得 到一 路 ２ ０ Ｖ 的直 流 电压 ， 在
交直流调速系统
交直流调速系统•引言•交直流调速系统基本原理•交直流调速系统组成与结构目录•交直流调速系统控制策略•交直流调速系统性能分析•交直流调速系统设计与实践•交直流调速系统应用与展望引言01CATALOGUE调速系统概述调速系统的定义调速系统是一种能够改变电动机转速的控制系统，通过调整电动机的输入电压、频率等参数，实现对电动机转速的精确控制。
调速系统的分类根据电动机类型不同，调速系统可分为直流调速系统和交流调速系统两大类。
其中，直流调速系统具有调速范围广、静差率小等优点，而交流调速系统则具有结构简单、维护方便等特点。
交直流调速系统的发展与应用发展历程交直流调速系统经历了从模拟控制到数字控制的发展历程。
早期的调速系统主要采用模拟控制技术，随着计算机技术的发展，数字控制技术逐渐取代了模拟控制技术，使得调速系统的性能得到了显著提升。
应用领域交直流调速系统广泛应用于工业生产的各个领域，如机械制造、冶金、化工、纺织等。
在现代化生产线中，交直流调速系统是实现自动化生产的关键技术之一，对于提高生产效率、降低能耗具有重要意义。
交直流调速系统基本原理02CATALOGUE直流电机通过电枢电流和磁通量的相互作用产生转矩，实现电机的旋转运动。
直流电机原理调速方式控制策略直流调速系统通过改变电枢电压、电枢电阻或磁通量来调节电机的转速。
直流调速系统常采用PID 控制、模糊控制等策略，实现电机转速的精确控制。
030201交流电机通过定子电流产生的旋转磁场与转子电流的相互作用，实现电机的旋转运动。
交流电机原理交流调速系统通过改变定子电压、频率或改变电机结构等方式来调节电机的转速。
调速方式交流调速系统常采用矢量控制、直接转矩控制等策略，实现电机转速的精确控制。
控制策略交直流混合调速系统原理混合调速原理交直流混合调速系统结合了直流和交流调速系统的优点，通过交直流变换器实现能量的双向流动和转速的精确控制。
能量转换交直流混合调速系统通过交直流变换器将直流电能转换为交流电能，或将交流电能转换为直流电能，以满足不同负载的需求。
基于多路数据采集的交流调速系统设计
文章 编 号 ：０ １ ２ ７ ２ ０ ） ０ ０ ３ ３ １ ０ —２ ５ （ ０ ７ １ —０ ０ —０
Ａｂｓｒ ｃ ： ｎ ｒ ｄｕ ｅ Ａ Ｃ ａ ｉ ｂ ｅ ｓ ｅ ｏ ｒ ｌ ｔａ ｔ Ｉ ｔ ｏ ｃ ｖ ｒａ ｌ ｐｅ ｄ ｃ ｎｔ ｏ ｓ ｓ ｅ ａ ｅ ｎ ｍ ｕｔ ｙ ｔｍ ｂ ｓ ｄ ｏ ｌｉ— ｃ ｎ ｌ ｄ ｔ ｃ ｕｉｉｉ ｎ， ｈａ ｎｅ ａ ａ ａ ｑ ｓ ｔｏ ｗ ｈｉｈ ｃ ｎ ｒ ａ ｉｅ ｒ ａ ｃ ａ ｅ ｌｚ ｅ ｌ— ｔｍ ｅ ｄ ｔ ｎ ｏ ｅ ｓｎｇ ｉ ａ ａ ａ ｄ ｐｒ ｃ ｓ ｉ ．
摘 要 ： 绍一 种基 于 多路 数 据 采 集的 交 流调 速 介 系统 ， 实现 数据 实时 的采集 和处理 ， 以 并介 绍 系统 的
硬 件 电路 设 计 及 软 件 开 发 。 经 试 验 验 证 ， 套 系 统 整
集 频率进 行数 据采 集 ］ 。本文 将 提 出一 种 在交 流 调 速系统 的实际应 用 中 ， 于 Ｐ Ｉ 基 Ｃ 总线 的数 据 采 集 卡 来实 现对所 需数 据 的连 续 采集 ， 且在 采 集 的 同 而 时， 还可 以实 时显 示 采 集 数据 的波 形 。下 面将 对 本
ＤＩ ＮＧ ｉ Ｍ ｎｇ— ｙ ｎ・ ｅ ａ ＬＩ Ｗ ｎ
（ ｃ ｏ ｌ ｆＥｌｃ ｒｃ ｌ ｎ ｎ ｏ ｍａ ｉｎ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ Ｄａ ｉｎ Ｊａ ｔ ｎ ｎ ｖ ｒ ｉ Ｄａ ｉｎ １ ６ ２ ， ｉ ａ Ｓ ｈ ｏ ｅ ｔｉ ａ ａ ｄ Ｉ ｆ ｒ ｔ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ， ｌ ｉｏ ｏ ｇ Ｕ ｉ ｅ ｓｔ ｏ ｏ ａ ｙ， ｌ ０ ８ Ｃｈ ｎ ） ａ １
感器 转速信 号 采集 模 块 ， 电流 有效 值 采集 模 块 和 电
三相交流调压调速系统设计与仿真
三相交流调压调速系统设计与仿真三相交流调压调速系统是一种常见的电力系统控制技术，广泛应用于电机驱动、风力发电、太阳能发电等领域。
调压调速系统的设计和仿真是一个重要的环节，可以通过仿真分析系统的性能、稳定性和可靠性等，从而指导实际系统的设计和运行。
首先，三相交流调压调速系统主要由三相桥式整流电路、直流侧LC 滤波器、逆变器、电机负载以及控制系统组成。
为了设计一个稳定可靠的系统，首先需要确定系统的输入电压和输出电压、电流的需求。
根据需求确定整流电路和逆变器的参数。
其次，根据确定的参数，进行系统的电路设计，包括整流电路、滤波器和逆变器。
整流电路采用桥式整流电路，可以将交流电转换为直流电；滤波器用于滤除整流电路输出的直流电中的高频脉动；逆变器将直流电转换为交流电，并输出给电机负载。
然后，设计系统的控制策略。
调压调速系统的控制策略通常包括电压闭环控制和速度闭环控制。
电压闭环控制用于控制逆变器输出的交流电电压，保持其稳定在设定值附近；速度闭环控制用于控制电机负载的转速，保持其稳定在设定值附近。
最后，进行系统的仿真。
利用电力仿真软件，可以对系统进行仿真分析，评估其性能、稳定性和可靠性。
通过仿真可以观察系统的响应过程、稳态性能以及系统动态参数等，并进行相应的调整和优化。
在仿真过程中，可以分别对电压闭环控制和速度闭环控制进行仿真。
首先，电压闭环控制仿真分析逆变器输出的交流电电压是否在设定值附近稳定；其次，速度闭环控制仿真分析电机负载的转速是否在设定值附近稳定。
通过分析仿真结果，可以发现系统的问题并进行相应的改进。
综上所述，三相交流调压调速系统的设计与仿真是一个重要的环节，可以帮助工程师评估系统性能并进行优化。
通过合理的参数选择、电路设计和控制策略，可以设计出稳定可靠的调压调速系统，满足实际应用需求。
毕业设计(论文)-单片机控制的电机交流调速系统设计
毕业设计毕业设计任务书摘要............................................................................................. 错误!未定义书签。
第1章引言................................................................................. 错误!未定义书签。
1.1单片机的产生和发展.......................................................... 错误!未定义书签。
1.2交流调速系统的现状.......................................................... 错误!未定义书签。
第2章硬件设计....................................................................... 错误!未定义书签。
2.1系统总体方案设计.............................................................. 错误!未定义书签。
2.2主回路设计.......................................................................... 错误!未定义书签。
2.2.1整流滤波电路的设计................................................ 错误!未定义书签。
2.2.2整流电路意义总结.................................................... 错误!未定义书签。
2.3整流电路分类...................................................................... 错误!未定义书签。
基于变频器的交流调速系统的实验设计
交流 变频 调 速技 术具 有集 成度 高 ， 制稳定 ， 控 环
控 制 电路组 态 灵活 ， 过 ＢＣ （ 通 Ｉ Ｏ 二进 制 互联 连 接 ） 技 术 ， 供 了强 大 而灵 活 的内部互 联 功能 ， 提 能够 十分
保 节 能等 特点 ， 已被 广 泛应 用 于各 种控 制领 域 ， 其在 自动 化专 业 “ 动 控 制 系 统 ” 程 中 也 占有 很 重 要 运 课
熟 悉 Ｖ Ｆ开 环调 速 系统控 制 特性 ， ／ 掌握 电机模 型 的“ 静止状 பைடு நூலகம் 电机 辨 识 ”方 法 ， 习通 过 ＢＣ 技 学 ＩＯ 术 与 Ｄ Ａ输 出端 口， 察参 数变 化 对 系统 调 速性 能 ／ 观 的影 响 ， 量 Ｖ Ｆ控 制 曲线 。图 １为 Ｐ ２ ４ Ｖ（ 测 ／ ３ ５＝ ０ ｆ
关键词 ：交流调 速系统 ；变频器 ；西 门子 ６ Ｅ ０ Ｓ ７
中图 分 类 号 ：Ｐ７ Ｔ２６ 文献 标 识 码 ： Ｂ ｄｉ１． ９ ９ｊｉ ｎ １７ — ３ ５ ２ １ ．４ ０ ８ ｏ：０ ３ ６ ／．ｓ ．６ ２ ４ ０ ．０ ０ ０ ．２ ｓ
Ｄｅ ｉｎ ｏ ｈ ｘ ｅ ｉ ｎ ｆｔ ｅ ＡＣ ｓ ｅ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓｅ ｗｉ ｎ ｅ ｔｒ ｓｇ ｎ ｔ ｅ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔｏ ｈ ｐ ｅ ｏ ｔｏ ｙ ｔｍ ｔ ｉ ｖ ｒｅ ｈ
交流调速系统..课件
VS
详细描述
模糊控制策略通过将专家的知识和经验转 化为模糊规则，对系统的输入和输出进行 模糊化处理，并根据模糊逻辑进行决策。 这种控制策略能够处理不确定性和非线性 问题，但可能存在计算量大和鲁棒性不足 的问题。
控制策略的比较与选择
总结词
根据系统特性和应用需求，选择合适的控制 策略。
详细描述
在交流调速系统的实际应用中，需要根据电 机的类型、系统的性能要求、控制精度和动 态响应等要求，选择合适的控制策略。同时 ，需要对各种控制策略的优缺点进行比较， 以实现最佳的控制效果。
系统维护保养与故障排除
故障诊断
根据故障现象，分析可能的原因。
故障排除
根据诊断结果，采取相应措施排除故障。
预防措施
对故障进行分析，采取预防措施，避免类似故障再次发生。
系统性能测试与评估
要点一
转速控制精度
测试系统转速控制的准确性。
要点二
调速范围
测试系统调速范围是否满足要求。
系统性能测试与评估
• 稳定性：测试系统在各种工况下的稳定性。
02
交流调速系统的种类与特点
变频器调速系统
01
02
03
种类
交-直-交变频器、交-交变 频器
特点
调速范围宽、动态响应快 、运行效率高、节能效果 好、易于实现自动控制和 过程控制
应用领域
广泛应用于各行业的风机 、水泵、压缩机等通用机 械的调速和节能运行
串级调速系统
工作原理
通过改变电机转子回路电 阻来调节电机转子电流， 进而改变电机转速
行。
系统软件设计
控制算法选择
选择适合的控制系统算法，如PID控制、模 糊控制等。
软件架构设计
单片机控制交流变频调速系统的设计
检 测 保 护 电路 及 转 速 测 量 电路 等环 节 构 成 。如 图 １ 示 。 所
图 １ 单 片 机 控 制 的 Ｐ Ｍ 交流 变 频 调 速 系 统 Ｗ
本 文 选 用 ８５ ０ １芯 片 作 为 系 统 主 机 。８ ５ ０ １内 部 只 有
４ 的 Ｒ Ｋ ０Ｍ ， 此 利 用 ８ Ｐ 因 ＫＢ Ｅ ＲＯＭ ７ ４ 进 行 扩 展 。 ２６
１ 系统 硬 件 设 计
１ １ 系 统 组 成 与 工 作 原 理 ．
交流 变频调 速 系 统 主要 由单 片 机 系统 、 流 电路 、 整 逆
变器 电路 、 ＷＭ 模 块 、 Ｐ 门极 关 断 可 控 硅 （ Ｔ 驱 动 电 路 、 Ｇ Ｏ）
在保 证 电路 电压 、 电流 正 常 、 无 电流 冲 击 的情 况 下才 允 且 许 启 动 ； 常 运 行 时 单 片 机 控 制 集 成 触 发 芯 片 ＨＥ ４５Ｖ 产 正 Ｆ ７２
（ ． 汉理 ５ 大 学 ， 北 武 汉 ４ ０ ７ ； ． 军航 空仪 器设 备 计 量 总 站 ， 京 １ ０ ７ ） １武 － 湖 ３０ ０ ２ 空 北 ０ ００
摘 要 ： ８５ 以 ０ １单 片 机 为核 心 ， 计 了单 片 机 控 制 交流 变 频 调 速 系统 ， 细 说 明 了 系统 硬 件 和 软 件 各 个 部 分 的 设 计 设 详 思路 及 元 器 件 选 择 原 理 。 系 统 简 单 实 用 ， 全 可 靠 ， 能优 良 ， 有 较 高 的 实 际使 用 价 值 。 安 性 具 关 键 词 ： 片机 ； 流 变 频 调 速 ； Ｗ Ｍ 单 交 Ｐ 中图分类 号 ： ＴＤ７ ３ １ 文献标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ６ ３１ ３ （Ｏ １０ ０ ２０ １ ７ １ １ ２ １ ）２０ ２ ２
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交流调速系统的设计
摘要：动力系统的控制要求不断提高，在上世纪60年代以前，直流调速系统在调速领域中站占治地位，而在全控型功率开关器件出现以后，交流调速才得到了长足的发展，特别是集成电路的出现，使用合适的调速方式（如pwm调速），使得交流调速动态和静态特性完全可以和直流调速相媲美，在本课题着重研究了现代交流调速系统中的变压变频调速，以及现在已经运用成熟的电压空间矢量调速系统，来解决本课题的调速问题。
关键词：交流调速系统；pwm调速；规模集成电路；电力电子器件
1 交流调速控制的选择
现阶段的变压变频调速的控制方式，矢量控制系统：根据磁链的是否闭环又可以分为直接矢量控制和间接矢量控制，她们都具有非常良好的动态和静态性能，调速范围也很宽在实践中得到了普遍的运用；不足之处是动态性能受电动机参数影响。
在本课题的设计中选择间接矢量控制方法即--磁链开环转差型
矢量控制。
2 电动机类型的选择
按照本课题的设计要求，以500kw的电动机为被控对象，那么电动机就选择西安电动机厂生产的js1410-4型三相交流异步电动机。
在电动机参数测量问题上，一般都是同过电动机空载和短路试验测的，但是因为条件的限制，对以上电动机的参数直接给出：
3 主电路元器件的计算
主电路的动能介绍
主电路采用典型的交-直-交电压源通用变频器结构，输入功率级采用三相桥式不可控整流电路ui，整流输出环节由大容滤波，获得平滑的直流电压，逆变部分通过功率开关器件有规律的导通和关断产生变压变频的电压。
主电路中主要是对整流器和逆变器电力电子器件的计算
3.1 整流二极管参数的整定
在主电路中采用的是三相不可控的桥式整流电路
电力二级管参数整定：
3.2 滤波电路
整流电路的输出的直流电压含有很大的脉动成分，此外逆变部分和所带负载的变化也使直流电压产生脉动，因此要加入大电容滤波环节。
当没加滤波电容时，三相整流输出平均直流电压为：
加上滤波电容时，三相整流输出最大交流线电压峰值为：
假设输入电压的波动范围是5900-6200v，此时对应6000v的输入，整流后的电压为8484v。
设电源的功率因数是0.9，那么每个周期电容吸收的容量为：
其中pout是电动机的输出功率，upk为峰值电压，最小的输入电压应该在370v以上，所以得：
滤波电容理论上讲越大越好，在实际中考虑到价格的影响，用8
个2500v，300？自f的电容，两个串接，然后再3个并联，等效成一个耐压10000v800 的电容。
3.3 逆变电路
igbt的正反向峰值电压：
考虑到2-2.5倍的安全系数，取耐压值为19000v。
通态峰值电流：
在整流逆变环节通过参数的计算得知，型号为
jcc-6kv/500kw-igbt系列的通用变频器。
现代的交流调速系统中为了提高系统控制的可靠性，都是采用数字化的控制将上述的控制主回路与过电压保护，过电流保护，过热保护等检测电路集成到一块芯片上这种智能型的模块叫做ipm，但是在本课题的国内外都没有如此高电压等级的ipm，在这里选用igbt模块：fd400r66kf2，额定参数400a/6600v。
4 驱动电路的原理
驱动电路是ipm主电路和控制电路之间的接口，良好的驱动电路设计对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要意义。
在该课题中选择 m57140-01和m57120l。
它们是三菱公司为其ipm 系列产品专门配置的电压变换模块。
在m57120l的输入端加一路113v-400v的直流电压可以在输出端得到一路20v的直流电压，在m57140-0的输入端加一路18v-22v的直流电压，输出端可以得到4路相互隔离的15v电压，方便地为ipm供电；hcpl4504和pc817是高速光耦，起到电气隔离ipm与外部电路的作用，ipm的控制信号
cin和故障输出信号fo通过光耦传输。
5 ipm保护电路的原理
过电压、欠电压保护：
因为igbt射集耐压能力有限，而我国的电网又不是很稳定，因此设置的过电压，欠电压电路图2所示
工作原理：在过电压、欠电压保护中，当电压高于（低于）参考点v2（v1）时，ovh（ovl）输出为低电平，故障信号经过逻辑电路送入控制电路，立即封锁pwm输出和停止运行。
保护点参数的选择：
欠电压保护：
过电流保护：
光耦电路参数：
一次侧：vf=1.3v，连续正向电流if（max）=10ma
二次侧：电流传输比if=1ma，ctr=70%
过电流保护电路：igbt虽然可以承受短时间的过流，但是一旦超出了安全区，就有可能造成管子的永久损坏，所以要设置快速的过电流保护，系统利用采样电流和规定值进行比较，当超过时数字端输出低电平，控制部分产生中断。
6 电流调节器的计算
保证电动机稳定调速的要求就要保证其动态参数要满足控制要求，下面就对电流调节器进行参数整定。
6.1 确定时间常数：
由于pwm逆变器采用ipm模块，不会产生滞后所以，时间常数只对电动机，整流器和电流环回路来计算
6.2 电流调节器结构的选择：
因为电流调节器是内环，要求对系统的跟随性良好，所以选择用典型的i型系统。
7 控制器的选择
控制器是整个交流调速系统的中心，她起到控制系统，监测系统，对数字信号处理等作用，是一个功能非常强大的数字处理器，数字信号处理器（dsp）已经发展了20多年，数字控制系统克服了模拟控制系统电路功能单一、控制精度不高的缺点，它抗干扰能力强，可靠性高，可实现复杂控制，增强了控制的灵活性。
在本课题中我选用tms320lf2407a，tms320lf2407a是美国ti公司推出的新型高性能16位定点数字信号处理器，它专门为数字控制设计，集dsp的高速信号处理能力及适用于控制的优化外围电路于一体，在数字控制系统中得以广泛应用
系统组成：tms320lf2407a系统组成包括：40mhz、40mips的低电压3.3v cpu、片内存储器、事件管理器模块、片内集成外围设备。
8 交流调速系统的实现
通过以上对交流调速系统中每个部分的原理及功能介绍，按照模拟参数的计算来选择或者设置相应的参数就能够得到一个调速性
能优良的调速系统；在其中电流调节器和转速调节器在间接矢量控制系统中用分立元件够成的模拟电路已经在现实中用的非常少了，
这是因为模拟电路的各种局限性导致的，在实际中转速和电流调节器都是集成在dsp芯片上，具体操作时只需要设置其参数即可。
所以现在的交流调速系统在数字化大发展的前提下精度和可靠性都
有了非常的高度，设备的复杂性和占地空间现实因素已经被基本解决。
参考文献
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[7]张少军杜金城，交流调速原理及运用，北京：中国电力出版社，2003
[8]塔济那特罗斯基著；李杨译，异步电动机的控制，北京：机械工业出版社
作者简介：周丹（1984-），女，新疆阿拉尔人，新疆塔里木大学机电学院，843300，助教。
裴久玲（1980-），女，新疆阿拉尔人，新疆塔里木大学机电学
院，843300，讲师。