三相交流异步电机的变频控制
实验3 三相异步电机变频控制实验
实验3 三相异步电机变频控制实验实验三三相异步电机变频控制实验一、实验目的1．了解三相异步电动机变频调速的原理； 2．掌握用基本操作面板（BOP）更改变频器参数； 3．掌握用PLC实现对变频器的控制方法。
二、实验设备机电控制实验台、计算机、编程软件、通讯电缆三、实验原理三相交流异步电动机的转速n满足如下公式：n?60f(1?s)p式中 f——定子电源频率（Hz）；s——转差率；p——磁极对数。
可见，要改变交流电动机的转速有三种方法：改变定子电源频率；改变转差率；改变磁极对数。
其中以改变定子电源频率最为常见。
四、实验内容 1．变频器的参数设置本实验以SINAMICS G110变频器基本参数名称为例说明。
利用基本操作面板（BOP）可以设置变频器的各个参数。
BOP 具有五位数字七段LED显示器，可以显示参数的序号和数值，报警和故障信息，以及设定值和实际值。
下面以表3-2说明如何改变参数P0003 的数值。
按照这个步骤，可以用BOP设定任何一个参数。
变频器常用参数功能说明如表3-3所示。
表3-2 BOP设定参数P0003步骤1表3-3 BOP设定参数步骤说明参数 P0010 开始快速调试 1=快速调试。
在电动机投入运行前，P0010必须回到0。
但是，如果调试结束后选定P3900=1，那么，P0010的回0操作是自动进行的。
P0100 选择地区是欧洲/北美 0=kw/50Hz 1=hp/60Hz 2=kw/60Hz 用DIP 开关设定为0或1，或把参数P0100设定为2。
P0304 电动机的额定电压根据铭牌输入电动机额定电压（V） P0305 电动机的额定电流根据铭牌输入电动机额定电流（A） P0307 电动机的额定功率根据铭牌输入电动机额定功率（kW），如果P0100=1，功率单位为hp。
P0310 电动机的额定频率根据铭牌输入电动机额定频率（Hz） P0311 电动机的额定速度根据铭牌输入电动机额定速度（rpm）P0700 选择命令信号源（on-接通；off-断开；reverse-反转） 1=BOP 2=由端子排输入 5=USS接口 P1000 设定值信号源 1=BOP 设定值 2=模拟设定值（缺省设置） 3=固定频率 5=USS接口 2说明P1080 最低频率本参数设定最低的电动机频率 [0-650Hz] 。
三相异步电动机的变频范围
三相异步电动机的变频范围三相异步电动机是一种常见的电动机类型，广泛应用于工业生产和家庭设备中。
它的主要特点是结构简单、可靠性高、成本较低，因此受到了广大用户的青睐。
在实际应用中，为了满足不同的工作需求，我们通常需要对三相异步电动机进行变频控制，以实现不同的转速调节。
变频范围是指三相异步电动机在变频控制下能够实现的转速范围。
一般来说，变频范围取决于电动机的设计和制造质量、变频器的性能以及工作环境等因素。
下面我们将详细介绍三相异步电动机的变频范围及其影响因素。
首先，三相异步电动机的变频范围受到电机本身的特性限制。
电机的转速范围取决于其设计参数，如极数、定子槽数、转子槽数等。
一般来说，电机的设计参数越合理，其转速范围就越宽。
同时，电机的铁心材料和绕组材料也会对其转速范围产生影响。
优质的铁心材料和绕组材料可以提高电机的磁导率和导热性能，从而扩大其转速范围。
其次，变频器对电机的转速范围也有一定影响。
变频器是用来控制电机转速的设备，通过改变输入电压和频率来调节电机的转速。
一般来说，变频器的输出频率范围越宽，其对电机转速范围的调节能力就越强。
此外，变频器的响应速度和稳定性也会影响电机的转速范围。
如果变频器响应速度较慢或者稳定性差，可能会导致电机在高速或低速运行时出现问题。
最后，工作环境对电机的转速范围也有一定影响。
在恶劣的工作环境下，如高温、高湿、多尘等条件下，电机的转速范围可能会受到限制。
这是因为这些条件会影响电机的散热和绝缘性能，从而限制其运行在高速或低速状态下。
综上所述，三相异步电动机的变频范围受到多个因素的影响，包括电机本身的设计和制造质量、变频器的性能以及工作环境等。
在实际应用中，我们需要根据具体情况选择合适的电机和变频器，并合理设置工作环境，以实现所需的转速调节范围。
同时，在使用过程中需要注意合理使用和维护电机和变频器，以确保其正常运行和延长使用寿命。
简述三相异步电动机变频调速的原理及变频器的基本构成
简述三相异步电动机变频调速的原理及变频器的基本构成三相异步电动机是在控制系统中应用得较为广泛的一种电动机，其是由三相异步电动机、变频器及一些辅助的控制设备组成的一种调速系统。
三相异步电动机的变频调速要实现，其中变频器就是起着关键作用的，下面我们来具体讨论一下它的基本原理及构成要素。
三相异步电动机变频调速的原理三相异步电动机变频调速的基本原理是：在网侧调整电源电压，而使用变频器改变电动机输出转速，从而使所驱动的机械设备达到调速的效果，实现了转矩精确控制，转速精确控制，功率精确控制的目的。
在三相异步电动机变频调速过程中，关键的任务是将电压变换到电机组上，并将采集的电机组反馈信号反馈到变频器上，进行反馈控制，从而使调速系统具有精确控制的可能性，实现了变频调速的效果。
变频器的结构特点变频器的主要功能是将电压变换成频率，使电源的输出频率随电源的输入电压的变化而变化，从而改变三相异步电动机的转速。
变频器的基本构成主要有电源模块、控制模块、变频模块、调速模块四大部分。
电源模块主要负责将电源输入的电压转化为模拟信号及功率放大电压，供变频模块使用。
控制模块主要负责变频系统控制逻辑的处理，其包括电压、频率、转矩等参量的检测及调节，实现三相异步电动机变频控制。
变频模块负责将电源模块输出的功率放大电压转换为频率，来改变电动机的转速。
调速模块是变频系统的动力模块，负责将变频模块的输出经过功率放大后输出给三相异步电动机，从而实现调速的功能。
总结以上就是有关三相异步电动机变频调速的原理及变频器的基本构成的介绍，三相异步电动机变频调速的基本原理是：以变频器改变电动机输出转速，从而使所驱动的机械设备达到调速的效果，变频器的主要构成主要有四大部分：电源模块、控制模块、变频模块、调速模块。
其中电源模块负责将电源输入电压转化为模拟信号及功率放大电压，而控制模块则负责变频系统控制逻辑的处理，变频模块则负责将电源模块输出的功率放大电压转换为频率，调速模块则是变频系统的动力模块，负责将变频模块的输出经过功率放大后输出给三相异步电动机，实现调速的功能。
三相异步电动机双速可逆变频调速PLC控制
三相异步电动机双速可逆变频调速PLC控制异步电动机变频调速所要求的变频电源几乎都采用静止式变频器。
利用变频器进行调速控制时，只需改变变频器内部逆变电路换流器件的开关顺序，即可以达到对输出进行换相的目的，很容易实现电动机的正、反转切换。
本文介绍了PLC在三相交流异步电动机变频调速系统方面的设计，说明了系统的控制策略和工作原理，探讨三相异步电动机双速可逆变频调速PLC控制。
1、PLC在三相交流异步电动机变频调速系统设计三相交流异步电动机变频调速系统，以可编程序控制器PLC 作为核心控制部件，通过速度传感器将电动机的转速信号传给PLC, PLC经过控制规律的运算后，给出控制信号，改变电动机输入电压的频率，来调节电动机的转速，从而构成了一个闭环的速度控制系统。
如图1 所示。
2、三相异步电动变频器电路连接的要点2.1变频器前面一定要加接触器输入侧接触器的作用。
一般说来，在断路器和变频器之间，应该有接触器。
a. 可通过按钮开关方便地控制变频器的通电与断电。
b. 发生故障时可自动切断变频器电源，如：变频器自身发生故障，报警输出端子动作时，可使接触器KM迅速断电，从而使变频器立即脱离电源。
另外，当控制系统中有其他故障信号时，也可迅速切断变频器电源。
2.2变频器与电动机之间是否接输出接触器并不要求和工频进行切换时，变频器与电动机接触器，则有可能在变频器的输出频率较高的致变频器跳闸。
a. 当一台变频器只控制一台电动机，且并不要求和工频进行切换时，变频器与电动机之间不要接输出接触器。
因为如果接入了输出接触器，则有可能在变频器的输出频率较高的情况下启动电动机，产生较大的启动电流，导致变频器跳闸。
b. 必须接输出接触器的情况有两种：当一台变频器接多台电动机时，每台电动机必须要有单独控制的接触器。
另外，在变频和工频需要切换的情况下，当电动机接至工频电源时，必须切断和变频器之间的联系。
通用变频器，一般都是采用交、直、交的方式组成，利用普通的电网电源运行的交流拖动系统，为了实现电动机的正、反转切换，必须利用触器等装置对电源进行换相切换。
三相异步电动机的几种调速方式
三相异步电动机的几种调速方式一、手动控制调速手动控制是一种最普遍的三相异步电动机调速方式。
它依靠加装变压器、电阻器或多脉冲变压器等器件，调节其输入电压、输入频率或输出电压，从而在一定范围内实现电动机的速度调节。
手动控制调速简单易行，但需要对其进行操作并且无法在一定时间内快速响应，因此其调速效果难以满足大功率调速应用的需求。
二、电压型调速又称为调压调速，它利用晶闸管、继电器等智能控制器调节电动机供电输入电压或输出电压，控制电动机转速。
这种调速方式具有精度高、响应快的优点，而且兼容性好，可实现精细调节。
三、频率型调速频率型调速是运用变频器将变频器输入电源的固定频率变换为可调的变频电源，并通过变频器控制电动机转速。
变频器能够调节电动机速度，实现电机无极调速，从而应用广泛。
此外，特别适用于中低速大扭矩的电动机。
四、矢量控制调速矢量控制调速又称为磁场定向控制调速。
它是一种高精度、高响应速度的调速方式，它利用磁场定向技术，利用电机开机后的瞬态响应，精确测量电机位置并控制电机转速。
与其它调速方式相比，矢量控制调速能够实现缓启动、粘滑保护，并且可以自动调整电磁场大小和角度，实现高速、高精度的调速。
五、惯量调节法惯量调节法是利用电动机惯性和输出转矩的反比关系控制电动机转速的，通常应用于重载起动场景中的电动机调速。
它适用于一些运行要求高的场合，在某些情况下，可达到更好的调速效果，但一般不适用于低速调节。
六、PWM调速PWM调速广泛应用于三相异步电动机调速中，它结合了电压调速和频率调速的优点，而且具有成本低、可靠性高等优点。
PWM调速采用高频脉冲宽度调制技术，调节输出电压的宽度，从而控制电动机转速。
PWM调速还可以实现过流保护、欠压保护等，应用性强。
以上为六种三相异步电动机的调速方式，每种调速方式都有其适用的场合。
根据实际应用需求，选择合适的调速方式可以实现电动机稳定、高效的工作。
三相异步电动机的变频范围
三相异步电动机的变频范围摘要：I.引言- 介绍三相异步电动机- 变频技术的概念II.三相异步电动机的变频范围- 变频范围的影响因素- 实际应用中的变频范围III.变频技术的优势- 节能- 提高效率- 精确控制IV.变频技术的应用- 工业生产- 交通运输- 家电设备V.结论- 总结变频技术的重要性- 展望变频技术的未来发展正文：I.引言三相异步电动机是一种广泛应用于工业、交通运输、家电等领域的电动机。
随着电力电子技术的发展，变频技术逐渐成为电机控制领域的研究热点。
本文将介绍三相异步电动机的变频范围及其优势和应用。
II.三相异步电动机的变频范围三相异步电动机的变频范围受多种因素影响，包括电机本身的特性、变频器的质量和参数设置等。
在实际应用中，根据负载需求和运行条件，可以通过调整电源频率和电压来实现对电机转速和输出功率的控制。
III.变频技术的优势变频技术具有许多优势，包括节能、提高效率和精确控制。
通过调整电机转速，可以实现对负载的有效控制，避免无谓的能源浪费。
同时，变频技术可以提高电机的运行效率，降低运行成本。
此外，变频技术还能够实现对电机的精确控制，提高生产过程的自动化程度。
IV.变频技术的应用变频技术在工业生产、交通运输、家电设备等领域都有广泛的应用。
在工业生产中，变频技术可以应用于各类机械设备的驱动控制，提高生产效率和产品质量。
在交通运输领域，变频技术可以应用于电动汽车、轨道交通等交通工具的驱动控制，提高运行效率和安全性。
在家电设备中，变频技术可以应用于空调、洗衣机、冰箱等家用电器的电机控制，提高产品性能和用户体验。
V.结论总之，变频技术在三相异步电动机的控制领域具有重要意义。
通过实现电机转速和输出功率的精确控制，变频技术可以提高电机的运行效率，降低能源消耗，为我国工业、交通运输、家电等领域的可持续发展提供有力支持。
三相异步电机矢量变频
三相异步电机矢量变频三相异步电机作为现代工业中最为常见的电动机类型之一，其性能与运行效率对于整个工业体系的能源消耗和生产力具有重要影响。
随着科技的不断进步，对于三相异步电机的控制技术要求也日益提高。
其中，矢量变频技术作为一种先进的电机控制技术，为三相异步电机的高效、稳定运行提供了有力支持。
一、三相异步电机的基本原理三相异步电机是利用三相交流电源供电的一种交流电机。
其工作原理基于电磁感应定律，即当定子绕组通入三相交流电时，会在定子中产生一个旋转磁场。
这个旋转磁场以同步转速在定子中旋转，同时切割转子导条，从而在转子导条中产生感应电流。
这个感应电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，从而使转子转动。
二、矢量变频技术的引入传统的三相异步电机控制方法主要依赖于电机的稳态模型，难以实现对电机转矩和磁场的独立控制。
这在一定程度上限制了三相异步电机的性能发挥和节能潜力。
为了解决这一问题，矢量变频技术应运而生。
矢量变频技术，又称磁场定向控制或矢量控制，是一种基于电机动态模型的高性能控制方法。
它将三相异步电机的定子电流分解为磁场产生分量和转矩产生分量，并分别进行控制。
通过这种方法，可以实现对电机磁场和转矩的独立、精确控制，从而显著提高电机的运行效率和动态性能。
三、矢量变频技术的实现矢量变频技术的实现主要依赖于坐标变换和PWM（脉宽调制）技术。
坐标变换包括Clarke变换和Park变换，它们可以将三相异步电机在定子坐标系下的数学模型转换为旋转坐标系下的数学模型，从而简化控制算法的设计和实现。
PWM技术则用于将控制算法输出的电压或电流指令转换为适合逆变器开关的PWM信号，以驱动电机运行。
在矢量变频控制系统中，通常需要测量电机的转速、转子位置以及定子电流等信号作为反馈信号。
这些信号经过处理后与给定值进行比较，产生误差信号。
误差信号经过控制器（如PI控制器）的调节后输出控制指令，再经过坐标变换和PWM调制后驱动电机运行。
通过这种方法，可以实现对电机转速、转矩和磁场的精确控制。
简述三相异步电动机变频调速的原理及变频器的基本构成
简述三相异步电动机变频调速的原理及变频器的基本构成三相异步电动机变频调速技术是将变频器与三相异步电动机相结合，利用变频器改变电动机的工作频率，使用电动机调节转速，从而实现调节机器的工作状态。
变频调速技术具有高可靠性、节能降耗特性，在电机驱动应用中得到广泛的应用，在工业生产、家用电器等领域都发挥着重要的作用。
本文将介绍三相异步电动机变频调速的原理及变频器的基本构成。
一、三相异步电动机变频调速的原理三相异步电动机变频调速，是把变频器和三相异步电动机结合在一起，利用变频器对电动机的运行频率进行调节，从而改变电动机的转速，实现调节机械设备的工作状态，可有效提高机器的运行精度和可靠性。
变频调速技术的基本原理是通过改变电源频率，来改变电动机的转速。
电动机的转速与电压相关，电源频率的改变可以改变电动机的转速。
变频器为电动机提供的电压是恒定的，并且可以随电源频率的改变而改变电动机的转速。
通过改变电源频率，可以调节电动机的转速，实现变频调速。
二、变频器的基本构成变频器是三相异步电动机变频调速的核心设备，它由控制器、变频电路和电压调节等部分组成。
（1）控制器：控制器是控制变频器运行的主要部件，它负责处理输入指令，根据指令来控制变频电路的变频比，并确保运行的稳定性。
（2）变频电路：变频器是控制电动机运转的主要部件，它由电容开关、功率晶体管、变频器等组成，它负责处理控制器输出的指令，控制电动机运转的变频比。
（3）电压调节：电压调节器用于调节变频器输出的电压，确保变频器在不同转速下给电动机提供恒定的电压输出以及满足电动机每秒最大转速的要求。
三相异步电动机变频调速技术，是一种通过改变电源频率调节电动机转速来改变机械设备的工作状态的高精度控制技术，是当今工业自动化生产中广泛应用的技术之一。
变频调速技术的实现，主要依赖变频器的控制器、变频电路和电压调节这三个部件。
变频器的控制器处理输入信息，调整变频电路的变频比，保证变频器的正常运行；变频电路给电动机供电，改变电源频率实现电动机转速的调节；而电压调节器则负责确保恒定的电压输出以及有效的转速调节。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
60f1 1 s n p
(r/min)
(6-5-1)
式中 f1—定子电源频率（Hz）； p—磁极对数； s—转差率。 由转速表达式可知，异步电机的调速有变转差率、变极对数及变频三种。 •改变转差率，实际上是转子绕组串电阻或改变定子电压，有损耗、效率 低，且导致机械特性变软，低速时转差率大。 •变极调速只能产生二种或三种转速，不可能做成无级调速，应用范围较 窄。 •变频调速是从高速到低速都可以保持有限的转差率，故它具有高效率、 宽范围和高精度的调速性能，可以认为是一种理想的调速方法。
• 本次课的任务： √转速开环恒压频比控制的变频调速系统(掌握) • 转速闭环转差频率控制的变频调速系统(了解) • 按转子磁场定向的矢量控制系统(了解) • 按定子磁场控制的直接转矩控制系统(了解)
• 变频器可把固定电压、固定频率的交流电变换为可调电 压、可调频率的交流电。
一、转速开环恒压频比控制的变频调速系统
• 交直交变频实现恒压频比的方式有三种：
1.可控整流器调压、变频器变频 • 调压和调频分别在两个环节上进行，两者要在控制电路上 协调配合。这种装置结构简单，控制方便，但由于采用可 控整流器，功率因数较低，还易产生较大的谐波成分，一 般用于电压变化不太大的场合。 2.直流斩波器调压、变频器变频 • 采用不可控整流器，在直流环节上设置直流斩波器完成电 压调节。这种调压方法有效地提高了变频器整流侧的功率 因数，并能方便灵活地调节电压，但增加了一个电能变换 环节——斩波器，该方法仍有谐波较大的问题。
变频主电路分为交-直-交变频和交-交变频两大类。 交-直-交变频是先将频率固定的交流电整流成直流电， 再把直流电逆变成频率可变的交流电。 交-交变频不经过中间环节，把频率固定的交流电直接 变换成频率连续可调的交流电。因只需一次电能转换，效 率高，工作可靠，但是频率的变化范围有限。交-直-交变 频虽需两次电能的变换，但频率变化范围不受限制，目前 应用得比较广泛。 我们以交直交变频为例做介绍。
主电路逆变器输出电压 属于强电！
•利用的是面积等效原理d
O
-
wt
双极性
U
d
思考：如何顺序控制逆变电路中的6个电力全控器件，才能把 直流逆变成UA、UB、UC三相等效于正弦波的脉冲序列呢？
单片机根据 设定值，直 接输出U/f= 恒定的三相 正弦波信号。
我们以控制信号SPWMa为例，分析其通入V1、V4后如何产生在A 向产生等效正弦波： SPWMa的上半周，V1导通时间大于V4导通时间，而很显然V1导 通时A相逆变输出正脉冲，而V4导通时A相逆变输出负脉冲； 即SPWMa控制V1、V4后逆变出的A相脉冲与SPWMa波形一致， 但大小不同，SPWMa是弱电而A相脉冲是强电。实现弱电控制 强电！
3.变频器自身调压、变频 • 采用不可控整流器，改变输出电压脉冲列的脉冲宽度，便 可达到调节输出电压的目的。其控制信号通常是正弦波脉 宽调制信号(SPWM)。 • 因采用不可控整流，功率因数高；因用PWM逆变，谐波可 以大大减少，且结构简单，性能优良。是应用最广泛的变 频控制方式。 • 我们以变频器自身调压、变频为例，详细介绍。
二、基于转速开环恒压频比控制的通用变频器
• 所谓“通用”，包含着两方面的含义： • （1）可以和通用的笼型异步电机配套使用； • （2）具有多种可供选择的功能，适用于各种不 同性质的负载。 • 下页图绘出了一种典型的数字控制通用变频器异步电动机调速系统原理图。
交-直-交变频主电路
整流部分把交流电压转换为直流电压； 电容能使直流电压波纹平直； 逆变器把直流逆变为等效交流同时完成调频和调压任务。 控制电路向逆变器发出指令，按规律导通各个器件，使直流变为三相等效 交流。
恒压频比控制的交-直-交变频控制电路
•控制电路的主要作用是为主电路中的逆变器提供控制信号 （即为逆变电路中的6个电力器件提供顺序通断信号）；其次 是对主电路的电压、电流、温度等进行监控。 •首先我们可以确定，主电路逆变器输出的电压波形是三串脉 冲，且这三串脉冲都应等效于正弦波。
当略去定子阻抗压降时，定子相电压U1为
U E K f (6-5-3) 1 1 E 1 m
由式(6-5-3)可见，定子电压不变时，随f1的上升，气隙磁通Φm将减小。 又从转矩公式
T C I cos T m 2 2
(6-5-4)
式中 CT—转矩常数； I2—折算到定子上的转子电流； cosφ2 —转子电路功率因数。 可以看出，Φm减小导致电机允许输出转矩 T下降，则电机利用率下降， 电机的最大转矩也将降低，严重时可能发生负载转矩超过最大转矩，电机 就带不动了，即所谓堵转现象。 又当定子电压U1不变，减小f1时，Φm上升会造成磁路饱合，励磁电流 会上升，铁心过热，功率因数下降，电机带负载能力降低。 故在调频调速中，要求在变频的同时改变定子电压U1，以维持Φm接近 不变，即U1/ f1=常数，这样电机输出转矩T保持不变。 恒 压 频 比 控 制 也 称 为 变 压 变 频 控 制 （ VVVF-Variation Voltage Variation Frequency频率可变、电压可变)
由上述分析可知改变频率f1，可平滑调节同步转速。但在实际调速时， 只改变频率是不够的，现在来看一下变频时电动机的机械特性的变化情况， 由电机学知：
E 4 . 44 K f N 1 r 1 1 1 m
式中 E1—感应电势；
(6-5-2)
Kr1—基波绕组系数； N1—定子每相绕组串联匝数； Φm—每极气隙磁通量。
项目6 数控机床的主轴伺服系统
任务6.5 主轴电机(三相异步电机)的变频控制 数控机床上的主轴电动机通常三相交流异步电动 机。 交流异步电机不但结构简单、坚固耐用、运行可 靠、价格低廉，而且异步电机的变频调速控制节 能且实现无级调速，应用广泛。
交流异步电机的控制策略:
基本上分成两大类：开环控制与闭环控制 开环控制：恒压频比控制方式。 闭环控制：转差频率控制、矢量控制和直接转 矩控制。