变压器与交流电动机
-1
变压器和交流电动机
第一节 变压器的构造
一、变压器的用途和种类
变压器是利用互感原理工作的电磁装置，它的符号如图11-1 所示，T 是它的文字符号。
1．变压器的用途：变压器除可变换电压外，还可变换电流、变换阻抗、改变相位。 2．变压器的种类：按照使用的场合，变压器有电力变压器、整流变压器、调压变压器输入、输出变压器等。
二、变压器的基本构造
变压器主要由铁心和线圈两部分构成。
铁心是变压器的磁路通道，是用磁导率较高且相互绝缘的硅钢片制成，以便减少涡流和磁滞损耗。按其构造形式可分为心式和壳式两种，如图11-2(a)、(b)所示。
线圈是变压器的电路部分，是用漆色线、沙包线或丝包线绕成。其中和电源相连的线
圈叫原线圈(初级绕组)，和负载相连的线圈叫副线圈(次级绕组)。
第二节 变压器的工作原理
一、变压器的工作原理
变压器是按电磁感应原理工作的，原线圈接在交流电源上，在铁心中产生交变磁通，从而在原、副线圈产生感应电动势，如图11-3所示。
1．变换交流电压
原线圈接上交流电压，铁心中产生的交变磁通同时通过原、副线圈，原、副线圈中交变的磁通可视为相同。
图11-1 变压器的符号
图11-2 心式和壳式变压器
-2
设原线圈匝数为N 1，副线圈匝数为N 2，磁通为Φ ，感应电动势为
t
N E t N E ??=??=Φ
Φ2
211 ， 由此得
2
1
21N N E E =
忽略线圈内阻得
K N N U U ==2
121 上式中K 称为变压比。由此可见：变压器原副线圈的端电压之比等于匝数比。
如果N 1 < N 2，K < 1，电压上升，称为升压变压器。 如果N 1 > N 2，K >1，电压下降，称为降压变压器。
2．变换交流电流
根据能量守恒定律，变压器输出功率与从电网中获得功率相等，即P 1 = P 2，由交流电功率的公式可得
U 1I 1 cos ?1= U 2I 2 cos ?2
式中cos ?1——原线圈电路的功率因数；
cos ?2——副线圈电路的功率因数。
?1，?2相差很小，可认为相等，因此得到
U 1I 1 = U 2I 2 K
N N I I 11221== 可见，变压器工作时原、副线圈的电流跟线圈的匝数成反比。高压线圈通过的电流小，用较细的导线绕制；低压线圈通过的电流大，用较粗的导线绕制。这是在外观上区别变压器高、低压饶组的方法。
3．变换交流阻抗
设变压器初级输入阻抗为|Z 1|，次级负载阻抗为|Z 2|，则
1
11I U Z =
将21
212211 I N N
I U N N U ==，代入，得
22
2
211I
U N N Z ???? ??= 因为 22
2Z I U
=
所以 2222
211Z K Z N N Z =???
?
??=
可见，次级接上负载|Z 2|时，相当于电源接上阻抗为K 2|Z 2|的负载。变压器的这种阻抗变换特性，在电子线路中常用来实现阻抗匹配和信号源内阻相等，使负载上获得最大功率。
图11-3 变压器空载运行原理图
-3
解1：次级电流 Α255110
222=
==
Z U I 初级电流 Α2110
220
2121==≈=U U N N K
Α122
21===K I I
输入阻抗 Ω===2201220
111I U Z
解2：变压比 2110
220
2121==≈=U U N N K
输入阻抗
Ω=?==???
? ??≈22055422
22
211Z K Z N N Z
解:负载电阻 R 2 = 150 Ω，变压器的输入电阻R 1 = R 0 = 600 Ω，则变比应为
2150
600212
1
==≈=
R R N N K 初、次级电流分别为
mA
66.183.02mA
83.0A 1083.0600
6001
12
123101=?=≈=?≈+=+=
-I N N
I R R E I
二、 变压器的外特性和电压变化率
1．变压器的外特性
变压器外特性就是当变压器的初级电压U 1和负载的功率因数都一定时，次级电压U 2
随次级电流I 2变化的关系，如图11-5所示。
【例11-1】有一电压比为220/110 V 的降压变压器，如果次级接上55 Ω 的电阻，求变压器初级的输入阻抗。
【例11-2】有一信号源的电动势为1V ，内阻为600 Ω，负载电阻为150 Ω。欲使负载获得最大功率，必须在信号源和负载之间接一匹配变压器，使变压器的输入电阻等于信号源的内阻，如图11-4所示。问：变压器变压比，初、次级电流各为多少?
图11-4 例11-2图
图11-5 变压器外特性曲线
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由变压器外特性曲线图可见： (1) I 2 = 0时，U 2 = U 2N 。
(2) 当负载为电阻性和电感性时，随着I 2的增大，U 2逐渐下降。在相同的负载电流情况下，U 2的下降程度与功率因数cos ? 有关。
(3) 当负载为电容性负载时，随着功率因数cos ? 的降低，曲线上升。所以，在供电系统中，常常在电感性负载两端并联一定容量的电容器，以提高负载的功率因数cos ?。
2．电压的变化率
电压变化率是指变压器空载时次级端电压U 2N 和有载时次级端电压U 2之差与U 2N 的百分比。即：
%100N
22
N 2?-=?U U U U
电压变化率越小，为负载供电的电压越稳定。
第三节 变压器的功率和效率
一、变压器的功率
变压器的功率消耗等于输入功率P 1 = U 1I 1 cos ?1和P 2 = U 2I 2 cos ?2输出功率之差，即
P L = P 1 – P 2
变压器功率损耗包括铁损和铜损。
二、变压器的效率
变压器的效率为变压器输出功率与输入功率的百分比，即
%1001
2?=P P
η
大容量变压的效率可达98% ~ 99%，小型电源变压器效率约为70% ~ 80%。
解：次级负载功率 P 2 = U 2I 2cos ?2 = 220?10 = 2200 W
初级功率 W 231695
.02200
21≈==ηP P
损耗功率 P L = P 1 – P 2 = 2316 – 2200 = 116W
初级电流 Α05.12200
2316
111≈=
=U P I
第四节 常用变压器
一、自耦变压器
1．自耦变压器的构造和工作原理
【例11-3】有一变压器初级电压为2200 V ，次级电压为220 V ，在接纯电阻性负载时，测得次级电流为10 A ，变压器的效率为95%。 试求它的损耗功率，初级功率和初级电流。
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自耦变压器原、副线圈共用一部分绕组，它们之间不仅有磁耦合，还有电的关系，如图11-6所示。
原、副线圈电压之比和电流之比的关系为
K N N I I U U =≈=2
1
1
221 自耦变压器在使用时，一定要注意正确接线，否则易于发生触电事故。
实验室中用来连续改变电源电压的调压变压器，就是一种自耦变压器，如图11-7所示。
二、多绕组变压器
1．多绕组变压器
变压器的次级有两个以上的绕组或初、次级都有两个以上绕组的变压器叫多绕组变压器，如图11-8所示。
多绕组变压器原、副线圈的电压关系仍符合变压比的关系，
31
312
1
21N N U U N N U U ≈
≈
2．多绕组变压器的使用
多绕组变压器多使用于电子设备中，输出多种电压。多绕组可串联或并联使用，串联时应将线圈的异名端相接，并联时应将线圈的同名端相接。只有匝数相同的线圈才能并联。
三、互感器
互感器是一种专供测量仪表，控制设备和保护设备中使用的变压器。可分为电压互感器和电流互感器两种。
1．电压互感器
使用时，电压互感器的高压绕组跨接在需要测量的供电线路上，低压绕组则与电压表相连，如图11-9所示。
图 11-6 自耦变压器符号及原理图
图11-7 实验用调压变压器
图11-8 多绕组变压器
图11-9 电压互感器
图11-10电流互感器
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可见，高压线路的电压U 1等于所测量电压U 2和变压比K 的乘积，即U 1=KU 2
使用时应注意：
(1) 次级绕组不能短路，防止烧坏次级绕组。 (2) 铁心和次级绕组一端必须可靠的接地，防止高压绕组绝缘被破坏时而造成设备的破坏和人身伤亡。
2．电流互感器
使用时，电流互感器的初级绕组与待测电流的负载相串连，次
级绕组则与电流表串联成闭和回路，如图11-10所示。
通过负载的电流就等于所测电流和变压比倒数的乘积。 使用时应注意：
(1) 绝对不能让电流互感器的次级开路，否则易造成危险； (2) 铁心和次级绕组一端均应可靠接地。
常用的钳形电流表也是一种电流互感器。它是由一个电流表
接成闭合回路的次级绕组和一个铁心构成，其铁心可开、可合。 测量时，把待测电流的一根导线放入钳口中，电流表上可直接读 出被测电流的大小，如图11-11所示。
四、三相变压器
三相变压器就是三个相同的单相变压器的组合，如图11-12 所示。三相变压器用于供电系统中。根据三相电源和负载的不同，
三相变压器初级和次级线圈可接成星形或三角形。
第五节 变压器的额定值和检验
一、变压器的额定值
变压器的满负荷运行情况叫额定运行，额定运行条件叫变压器的额定值。 额定容量——指次级最大视在功率，单位是伏安(V A)或千伏安(kV A)。 额定初级电压——指接到初级线圈电压的规定值。
额定次级电压——指变压器空载时，初级加上额定电压后，次级两端的电压。
额定电流——指规定的满载电流值。
变压器的额定值取决于变压器的构造及使用的材料。使用时，变压器应在额定条件下运行，不能超过其额定值。
除此外还应注意：
(1) 工作温度不能过高；
(2) 初、次级绕组必须分清；
(3) 防止变压器绕组短路，以免烧毁变压器。
二、变压器的检验
图11-11 钳形 电流表
图11-12 三相变压器
-7 变压器在使用前应进行检验，通常其检验内容有：(1) 区分绕组、测量各绕组的直流电阻；
(2) 绝缘检查；
(3) 各绕组的电压和变压比；
(4) 磁化电流Iμ ，变压器次级开路时的初级电流叫磁化电流，Iμ一般为初级额定电流的3% ~ 8%。
各项检验都应符合设计标准，否则不宜使用。
第六节三相异步电动机
一、异步电动机的构造
电动机由定子和转子两个基本部分组成，如图11-13所示。
1．定子
三相异步电动机的定子由机座、铁心和定子绕组组成。
定子绕组是电动机的电路部分，由三相对称绕组组成，按一定规则连接，有六个出线端。即U1-U2、V1-V2、W1-W2接到机座的接线盒中，定子绕组接成星形或三角形。
图11-14(a)是定子绕组的星形连接图；
图11-14(b)是定子绕组的三角形连接图。
2．转子
转子是异步电动机的旋转部分，由转轴、转子铁心和转子绕组三部分组成，其作用是输出机械转矩。跟据构造的不同，转子绕组分为绕线式和笼型两种，图11-15 (a)所示为笼型绕组，(b)为铸铝的笼型转子。
图11-13 三相异步电动机的构造图11-14定子绕组的星形和三角形连接图图11-15 笼型绕组及转子图11-16 三相绕组电流的波形图
-8 二、旋转磁场
1．旋转磁场的产生
将对称三相电流通入在空间彼此相差120?的作星形连接的三线圈。
设三相电流为：i1=I m sin(ωt)
i2 = I m sin(ωt– 120?)
i3 = I m sin(ωt + 120?)
其波形如图11-16所示。
根据电流的磁效应，在三相绕组的空间上就会产生旋转磁场，如图11-7所示，为方便分析，规定电流为正值时，电流从线圈的首端(即U1、V1和W1)流向末端(即U2、V2和W2)。图中首端用?表示，末端用⊙表示，反之电流由末端流向首端。取ωt= 0?、90?、180?、270?和360?五个瞬间，依次的标出电流的方向，由右手螺旋法则确定磁场的方向。ωt = 0?时，磁场方向由右指向左；ω t = 90?时，磁场的方向垂直向上；ωt = 180?、270?和360?时，磁场的方向分别向右、向下和向左，顺时针旋转一周，分别如图11-7(a)、(b)、(c)、(d)和(e)所示。
由图可见，当空间彼此相差120?的三个相同线圈通入对称三相交流电，就能产生与电流有相同角速度的旋转磁场(即交流电变化一周，旋转磁场在空间也旋转一周)。
当我们i1使通入V相，i2通过U相时，分析可见，旋转磁场逆时针旋转。因此，只要把接到三相绕组上的两根电源线任意对调，即改变电源的相序，就可实现旋转磁场的反转。
2．旋转磁场的转速
上述旋转磁场具有一对磁极，若用p表示磁极对数，则p = 1。磁极对数p = 1的旋转磁场，其转速与正弦电流同步。若交流电的频率为f，则旋转磁场的转速
n0 = 60 f(r/min)
当磁极对数p = 2时，交流电变化一周，旋转磁场转动
2
1周，依次类推当旋转磁场具有
p对磁极时，交流电变化一周，旋转磁场转动
p
1周。因此交流电频率为f，磁极对数为p，则旋转磁场的转速为
图11-17 旋转磁场的产生
-9
(r/mim)600p
f
n =
式中n 0又称为同步转速
三、三相异步电动机的工作原理
旋转磁场以同步转速n 0顺时针旋转，相当于磁场不动，转子逆时针切割磁力线，产生感应电流，用右手定则判定，转子半部分的感应电流流入纸面。有电流的转子在磁场中受 到电磁力的作用，用左手定则判定，上半部分所受磁场力向右，下半部分所受磁场力向左，如图11-18所示。这两个力对转子转轴形成电磁转矩，使转子沿旋转磁场的方向以转速n 旋转。
四、三相异步电动机的极数与转速
电动机总是以低于旋转磁场的转速转动。即n < n 0异步电动机的同步转率n 0与转子转速n 之差，即n 0 ? n 称为转速差。转速差(n 0 ? n )与n 之比称为异步电动机的转差率，用s 表示
%10000?-=n n n s
也可写成 n = (1 – s ) n 0
转差率是异步电动机的一个重要参数。
五、异步电动机的铭牌
在电动机的铭牌上标有其主要技术数据，使用时应多加注意，表11-1就是一台三相异步电动机的铭牌。
第七节 三相异步电动机的控制
一、三相异步电动机的起动
三相异步电动机的起动可分为全压起动和降压起动两种。 1．全压起动
加在定子绕组的起动电压是电动机的额定电压，这样的起动叫全压起动。
全压起动在刚接通电源的瞬间，旋转磁场与转子间的相对转速较大，在转子中产生的感应电流和变压器的原理一样，定子电流必然很大，一般为额定电流的4 ~ 7倍。
过大的起动电流会在线路上造成较大的电压降，影响供电线路上其他设备的正常工作。此外，当起动频繁时，过大的起动电流会使电动机过热，影响其使用寿命。只有二、三十千瓦以下的异步电动机采用全压起动。
2．降压起动
三相异步电动机
型号 Y132M —4 功率 频率 50HZ 电压 380V 电流 接法 ? 转速 1440r/min 绝缘等级 B 工作方式 连续 年 月 日 编号
??电机厂
图11-18 三相异步电动机的工作原理
-
10
在起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，待起动结束时恢复到额定值运行。笼型电动机的降压起动常用串电阻降压起动、星形-三角形换接起动和自耦降压起动等方法。
(1) 串电阻降压起动
串电阻降压起动，就是电动机起动时将电阻串联在定子绕组与电源之间的起动方法，如图11-19所示。
(2) 星形-三角形换接起动
星形-三角形换接起动，就是电动机起动时把定子绕组连成星形，等到转速接近额定值时再换接成三角形的起动方法。图11-20是一种星三角起动器的连接简图，起动时，将手柄指向右，定子绕组连成星形降压起动。等电动机接近额定转速时，将手柄指向左，定子绕组换接成三角形，电动机正常运行。
(3) 自耦降压起动
自耦降压起动，是利用三相自耦变压器将电动机在起动过程中的端电压降低的起动方法，如图11-21所示。
二、三相异步电动机的调速
在负载不变的条件下改变异步电动机的转速n 叫 调速。由转速公式
p f
s n s n 60)1()1(0-=-= 可知，调速有下面三种方法：
1．变频调速
变频调速采用晶闸管整流器将交流电转换为直流电，再由逆变器变换为频率，电压有效值可调的三相交流电，为三相异步电动机供电，实现电动机无级调速。
2．变转差率调速
此种调速方法，只适用于绕线式电动机。通过改变接在转子电路中调速电阻的大小，就可平滑调速。
3．变级调速
设计制造的电动机具有不同的磁极对数，根据需要改变定子绕组的连接方式，就能改变磁极对数，使电动机得到不同的转速。
图11-19 定子绕组串电阻降压起动 图11-20 星—三角降压起动
图11-21 自耦变压器降压起动
-
11
三、三相异步电动机的反转
异步电动机的转向与旋转磁场的方向一致，而旋转磁场的方向取决于三相电源的相序。所以，只要将三根相线中任意两根对调即可使电动机反转。
图11-22是电动机正反转控制的原理图。
四、三相异步电动机的制动
为克服惯性，保证电动机在断电时迅速停车，需要对电动机进行制动。 异步电动机的制动常采用反接制动和能耗制动。 1．反转制动
在电动机停车时，将三根电线中的任意两根对调，产生反转矩，起到制动作用。当转速接近零时切断电源，否则电动机会反转。
2．能耗制动
在断电的同时，接通直流电源，如图11-23所示。直流电源产生的磁场是固定的，而转子由于惯性转动产生的感应电流与直流电磁场相互作用产生的转矩方向，恰好与电动机的转向相反，起到制动的作用。
第八节 单相异步电动机
单相异步电动机的构造与三相异步电动机相似，也可由定子和笼型转子两个基本部分组成。
一、单相异步电动机的工作原理
单相异步电动机的定子绕组通以单相电流后，电动机内就产生一交变磁场，但磁场的方向时而垂直向上，时而垂直向下，即单相定子绕组的磁场不是旋转磁场，所以转子不能自行起动。因此，单相异步电动机转动的关键是产生一个起动转矩。
二、单相电容式异步电动机
单相电容式异步电动机在定子上有工作绕组和起动绕组两个绕组。两个绕组在定子铁心上相差90 的空间角度，起动绕组中串联一个电容器， 图11-24所示是单相电容式异步电动机的原理图。
由图可见，同一电源向两个绕组供电，则工作绕组的电 流和起动绕组的电流就会产生一个相位差，适当选择电
图11-22正反转控制原理
图11-23 电动机的能耗制动
图11-24 单相电容式异步电
动机原理图
-12
容，是i 1和i 2的相位差为90?，即
i 1= I 1m sin(ω t - 90?) i 2 = I 2m sin(ω t )
用三相异步电动机的分析方法，相位差为90?的i 1和i 2，流过空间相差90?的两个绕组，能产生一个旋转磁场。在旋转磁场的作用，单相异步电动机转子得到起动矩而转动。
图11-25所示i 1和i 2 的波形图和旋转磁场图。
改变电动机定子绕组接线的顺序，可以改变旋转磁场的方向，也就改变了电动机的转向。
本 章 小 结
一、变压器的用途是变换电压、变换电流、变换阻抗、改变相位，由铁心和线圈两部分构成，它是按电磁感应原理工作的。
二、变压器原副线圈的端电压之比等于匝数比，变压器工作时原线圈的电流跟线圈的匝数成反比，即
21
1221N N I I U U =
= 三、常用变压器有自耦变压器、多绕组变压器、互感器和三相变压器等。
四、三相异步电动机由定子和转子两部分构成当空间彼此相差120?的三个相同线圈通入对称三相交流电，就能产生与一个旋转磁场，与转子间存在相对运动，在转子上产生感应电流，是转子受到电磁转矩的作用而转动起来。电动机的转向与旋转磁场的方向相同，任意对调两相电源线，就可改变电动机的转向。
五、电动机的起动电流为额定电流的4 ~ 7倍，为避免过大的起动电流造成电网电压的波动和降低电动机的寿命，大型电动机要采用降压起动的方法。电动机的调速方法有变频调速、变转速率调速和变极调速。常用的制动方法是反接制动和能耗制动。
六、单相电容式异步电动机定子上有空间上相差90?的工作绕组和起动绕组，起动绕组中串联一个电容器，同一电流流过空间相差90?的两个绕组，能产生一个旋转磁场，使单相异步电动机转子得到起动转矩而转动。
图11-25 两相绕组中的电流与旋转磁场
永磁同步电机基础知识
（一）PMSM的数学模型 交流电机是一个非线性、强耦合的多变量系统。永磁同步电机的三相绕组分布在定子上，永磁体安装在转子上。在永磁同步电机运行过程中，定子与转子始终处于相对运动状态，永磁体与绕组，绕组与绕组之间相互影响，电磁关系十分复杂，再加上磁路饱和等非线性因素，要建立永磁同步电机精确的数学模型是很困难的。为了简化永磁同步电机的数学模型，我们通常做如下假设： 1）忽略电机的磁路饱和，认为磁路是线性的； 2）不考虑涡流和磁滞损耗； 3）当定子绕组加上三相对称正弦电流时，气隙中只产生正弦分布的磁势，忽略气隙中的高次谐波； 4）驱动开关管和续流二极管为理想元件； 5）忽略齿槽、换向过程和电枢反应等影响。 永磁同步电机的数学模型山电压方程、磁链方程、转矩方程和机械运动方程组成，在两相旋转坐标系下的数学模型如下： （1）电机在两相旋转坐标系中的电压方程如下式所示： 叫=RJd + Ld - — 3趴 at 此 dt 其中，Rs为定子电阻；ud、uq分别为d、q轴上的两相电压；id、iq分别为d、q轴上对应的两相电流；Ld、Lq分别为直轴电感和交轴电感；为电角速度；巾d、Wq 分别为直轴磁链和交轴磁链。 若要获得三相静止坐标系下的电压方程，则需做两相同步旋转坐标系到三相静止坐标系的变换，如下式所示。 / X cos 8 一sin。 （22 、 2 / \ = cos（。一—-sm(8— 3 3 宀 2 2 cos(& + -?r) 一sin(8 + - I 3 3丿 （2）d/q轴磁链方程： 其中，Wf为永磁体产生的磁链，为常数，,而◎=% 是机械角速度，P为同步电机的 极对数，3c为电角速度，eO为空载反电动势，其值为
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、
电动机基本知识
电动机基本知识 电动机通常简称为电机，俗称马达，在电路中用字母“M”（旧标准用“D”）表示。它的作用就是将电能转换为机械能。 1、按工作电源分类 根据工作电源的不同，电动机可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机根据电源相数分为单相电动机和三相电动机。直流电动机又分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。 2、按结构和工作原理分类 电动机按结构及工作原理可分为同步电动机和异步电动机两种。同步电动机又分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机 3 种。异步电动机又分为感应电动机和交流换向器电动机两种。感应电动机又分为单相异步电动机、三相异步电动机和罩极异步电动机3 种。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机 3 种。 3、按启动与运行方式分类 电动机按启动与运行方式可分为电容启动式电动机、电容启动运转式电动机和分相式电动机。
4、按用途分类 电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。驱动用电动机又分为电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、复读机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀、电动自行车、电动玩具等）用电动机、其他通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。 5、按转子的结构分类 电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机（早期称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（早期称为绕线型异步电动机）。 6、按运转速度分类 电动机按运转速度可分为低速电动机、高速电动机、恒速电动机、调速电动机。低速电动机又分为齿轮减速电动机、电磁减速电动机、力矩电动机和爪极同步电动机等。调速电动机除可分为有极恒速电动机、无极恒速电动机、有极变速电动机和无极变速电动机外，还可分为电磁调速电动机、直流调速电动机、PWM 变频调速电动机和开关磁阻调速电动机。 7、按防护形式分类
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。
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。
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)
第一节 交流异步电动机变频调速原理
第一节 交流异步电动机变频调速原理 根据电机学原理，交流异步电动机的转速可表示为： )1(**60s p f n -= （2-1-1） 式中： n 一 电动机转速/分钟，单位：r/min ； p 一 电动机磁极对数； f 一 电源频率，单位：Hz ； s 一 转差率，10<
I 一 定子绕组的相电流； r 一 定子绕组电阻与转子绕组电阻折算到定子侧的电阻之和。 交流异步电动机的定子绕组的感应电动势是定于绕组切割旋转磁场磁力线的结果， 其 有效值计算如下： E = K * f * Φ （2-1-3） 式中：Ｋ 一 与电动机结构有关的常数； ｆ 一 电源频率； Φ 一 磁通量 。 由式（2-1-2）知，加在电机绕组端的电源电压Ｕ，一部分产生感应电动势Ｅ，另一部 分消耗在电阻 r （ 定子绕组电阻与转子绕组电阻折算到定子侧的电阻之和 ）上 。其中定 子绕组的相电流 I 由两部分构成： 21I I I += （2-1-4） 电机的定子电流有一小部分1I 用于建立磁场的主磁通，其余大部分2I 用于产生拖动负 载的电磁力。 由式 （2-1-1）知，调整电源频率f 时，可以调节速度n 。 当电源频率f 下降时，由 式 （2-1-3）知，感应电动势随之比例减小；在相电压U 保持不变的情况下，由式（2-1-2） 知，定子绕组的相电流I 相应增大。在很多情况下，电机的负载是基本恒定的，因此用于产 生电磁力的电流2I 是基本不变的，于是1I 将增大；1I 的增大将直接导致主磁通的增大。由 式 （2-1-3），主磁通的增大，将引起感应电动势Ｅ比例增大；由式（2-1-2），感应电动势 Ｅ的增大将使定子电流I 减小。不难理解，通过这样的负反馈，电机将最终稳定在一个新的 工作点。 这样的控制方法看起来似乎没有问题。但实际情况是主磁通容量上限与电机的铁芯有 关。电机的铁芯受制于重量、体积、成本等因素的考虑，不可能做的很大。对于电机设计来 说，设计目标之一就是：当电机处于额定工作状态下时，主磁通接近容量上限。上述的变频 调速方法工作在额定频率以下时，将会导致铁心磁饱和，引起电流波形畸变，有效力矩下降； 严重时，将导致电机发热过快，振动和噪音加大；工作在额定频率以上时，铁心处于弱磁状 态，电磁力矩不足，电机的机械特性变软（转差率s 变大），带载能力下降。 结论：通过只调节电源频率来调节速度的方法不可取。
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
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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 本文介绍了三相异步电动机的七种调速方式及其特点,指明其适用的场合、情况。 三相异步电动机转速公式为：n=60f/p(1-s) 从上式可见，改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可达到改变转速的目的。从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转速两种。 在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电 动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。 从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：①高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法（如串级调速等）。 ②有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中； ③电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中； ④液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。
一、变极对数调速方法 这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，特点如下： 1、具有较硬的机械特性，稳定性良好； 2、无转差损耗，效率高； 3、接线简单、控制方便、价格低； 4、有级调速，级差较大，不能获得平滑调速； 5、可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。 本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。 二、变频调速方法 变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流－直流－交流变频器和交流－交流变频器两大类，目前国内大都使用交－直－交变频器。其特点： 1、效率高，调速过程中没有附加损耗； 2、应用范围广，可用于笼型异步电动机； 3、调速范围大，特性硬，精度高； 4、技术复杂，造价高，维护检修困难。 本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。
电动机基础知识(精)
电动机基础知识 第一节、三相异步电动机介绍 一、电动机的分类 1、按电源分： （1）、直流电动机：直流电通入定子形成磁极，直流电由电刷和整流子通入电梳转子，两者作用产生转矩，将电能转变成机械能。 （2）、交流电动机：交流电通入定子产生旋转磁场，和转子带电流导体相作用产生转矩，而使电能转换成机械能。据转子导体中电流的产生方法不同，又分为同步电动机和异步电动机。两者的定子结构是相同的，只是转子不同。 A、同步电动机：一般是从外部将直流电由滑环通入转子线圈，此转子线圈中的带流导 体和定子旋转磁场作用而产生转矩，使转子旋转与定子的旋转同步。 B、异步电动机：转子导体中的电流是由定子磁场感应产生，气隙旋转磁场与转子导体中的感应电流相互作用产生转矩，从而实现电能转换成机械能的一种交流电动机其运行转速与旋转磁场转速间存在一定差异，即所谓异步。固称为异步电动机。又由于转子导体中的电流是由气隙旋转磁场感应产生，故亦称为感应电动机。使用电流单相和三相的不同，又有单相异步电动机和三相异步电动之分。由于三相异步电动机具有结构简单、制造、使用、维护方便，运行可靠等优点，因而广泛用于驱动机床、水泵、鼓风机、压缩机、起重卷杨设备、矿山机械、轻工机械及农用机械等，电力传动机械中有90﹪左右是由异步电动机驱动，其用电量约占总用电量的50﹪以上。 2、异步电动机的分类。异步电动机一般为系列产品，其系列、品种、规格繁多，又可分为许多类别。 （1）、按电机尺寸或功率大小分： 大型电机定小铁心外经＞1000mm或机座中心高＞630mm。 中型电机定子铁心外经500-1000mm或机座中心高在355mm-630mm。 小型电机定子铁心外经在100-500mm或机座中心高在80-315mm （2）、按系列产品用途分： 基本系列产量最大，使用范围最广的通用电机系列。如：Y系列、Y2系列小型三相异步电动机。 派生系列为满足不同使用要求，在基本系列的基础上作部分改动而派生的系列产品，其零部件与基本系列有较高的通用性和一定程度的统一性。如：YR系列绕线转子电动机，Y-WF系列户外防腐型电动机，YB系列隔爆型电动机。 专用系列为满足特殊使用要求而专门设计制造的系列产品。如：YZR、YZ系列起重冶金用电动机，DFP系列屏风电动机。 （3）、按冷却方式分：有自扇冷和自冷式两种 （4）、按安装方式分：有卧式安装、立式安装等安装型式。
《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
7、交流电动机调速及变频原理
交流电动机调速及变频原理 一、交流异步电动机调速的基本类型 交流调速系统的主要类型 交流电机主要分为异步电机（即感应电机）和同步电机两大类，每类电机又 有不同类型的调速系统。现有文献中介绍的异步电机调速系统种类繁多，可按照不同的角度进行分类。 1、交流异步电动机调速的基本类型 由异步电动机的转速公式：min)/)(1(60r s p f n -= 可知，异步电动机有下列三种基本调速方法： （1）改变定子极对数p 调速。 （2）改变电源频率1f 调速。 （3）改变转差率s 调速。 异步电动机的调速方式： 1.1 变频调速 交流变频调速技术的原理是把工频50Hz 的交流电转换成频率和电压可调的交流电，通过改变交流异步电动机定子绕组的供电频率，在改变频率的同时也改变电压，从而达到调节电动机转速的目的。
它与直流调速系统相比具有以下显著优点： （1）变频调速装置的大容量化。 （2）变频调速系统调速范围宽，能平滑调速，其调速静态精度及动态品质好。 （3）变频调速系统可以直接在线起动，起动转矩大，起动电流小，减小了对电网和设备的冲击，并具有转矩提升功能，节省软起动装置。 （4）变频器内置功能多，可满足不同工艺要求；保护功能完善，能自诊断显示故障所在，维护简便；具有通用的外部接口端子，可同计算机、PLC 联机，便于实现自动控制。 （5）变频调速系统在节约能源方面有着很大的优势，是目前世界公认的交流电动机的最理想、最有前途的调速技术。其中以风机、泵类负载的节能效果最为显著，节电率可达到20%～60％。 1.2变极调速 磁极对数 p 的改变，取决于电动机定子绕组的结构和接线。通过改变定子绕组的接线，就可以改变电动机的磁极对数。 1.3 变转差率调速 1.3.1、改变定子电压调速 ??交流调压调速 异步电动机的机械特性方程式: ])()/[(/32'21212' 211' 221l l e L L s R R s R pU T +++=ωω
相异步电动机基本知识
第一部分三相异步电动机的基本知识 一、三相异步电动机概述： 作电动机运行的三相异步电机。三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。 1、什么叫电动机？ 将电能转变为机械能的电机。通常电动机的作功部分作旋转运动，这种电动机称为旋转电动机；也有作直线运动的，称为直线电动机。电动机能提供的功率范围很大，从毫瓦级到万千瓦级。电动机的使用和控制非常方便，具有自起动、加速、制动、反转、掣住等能力，能满足各种运行要求；电动机的工作效率较高，又没有烟尘、气味，不污染环境，噪声也较小。由于它的一系列优点，所以在工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设备等各方面广泛应用。 各种电动机中应用最广的是交流异步电动机（又称感应电动机）。它使用方便、运行可靠、价格低廉、结构牢固，但功率因数较低，调速也较困难。大容量低转速的动力机常用同步电动机（见同步电机）。同步电动机不但功率因数高，而且其转速与负载大小无关，只决定于电网频率。工作较稳定。在要求宽范围调速的场合多用直流电动机。但它有换向器，结构复杂，价格昂贵，维护困难，不适于恶劣环境。20世纪70年代以后，随着电力电子技术的发展，交流电动机的调速技术渐趋成熟，设备价格日益降低，已开始得到应用。 电动机在规定工作制式（连续式、短时运行制、断续周期运行制）下所能承担而不至引起电机过热的最大输出机械功率称为它的额定功率，使用时需注意铭牌上的规定。 电动机运行时需注意使其负载的特性与电机的特性相匹配，避免出现飞车或停转。电动机的调速方法很多，能适应不同生产机械速度变化的要求。一般电动机调速时其输出功率会随转速而变化。从能量消耗的角度看，调速大致可分两种：⑴、保持输入功率不变。通过改变调速装置的能量消耗，调节输出功率以调节电动机的转速。 ⑵、控制电动机输入功率以调节电动机的转速。 2、什么是异步电机？ 利用气隙旋转磁场与转子绕组中的感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现能量转换的交流电机。主要作电动机用。异步电机的转子实际转速总是低于（作电动机运行）或高于（作发电机运行）旋转磁场的转速，两者始终存在一定差异，故称异步。异步是这种电机产生电磁转矩的必要条件。由于转子绕组电流是感应而生的，所以异步电机也称为感应电机。如果旋转磁场和转子的转速分别为n s和n，则异步电机的转差率s为 它代表转子导体与旋转磁场之间的相对运动速度。在电源电压和频率一定的条件下，转子导体中的电动势、电流及异步电机的运行状态都由转差率决定。 当转差率s不同时，异步电机有3种不同的运行状态： 0＜s≤1，n S＞n≥0 电动机运行
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）
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
电动机转速的调节方法
电动机转速的调节方法 众所周知有两大类，一类是直流电动机：另一类是交流电动机。交流电动机中用得最多的是异步电动机（感应电动机），转别是鼠笼式异步电动机。 两类电动机有不同的调速方法： 一、直流电动机调速 直流电动机是指将直流电送到直流，把直流电动机的电能转换成机械能。这里首先要介绍如何将市电的交流电转换成需要的直流电。六十年代以前采用的是发电机--电动机系统（F-D），这种方法只有在由专用的发电机供电时才有可能。 另一种是可控硅--电动机系统（SCR-D）。 两种系统的原理示意图如下： 直流电动机的调速还比较方便，可以通过调节电枢供电电压，电枢中串联电阻，激磁回路串联电阻来实现。 可见直流电动机调速有三种方法，而且调节电枢供电电压的方法容易实现平滑、无级、宽范围、低损耗的要求。尽管直流电动机调速就其性能而言，可以相当满意，但因其结构夏杂，惯量大，维护麻烦，不适宜在恶劣环境中运行，不易实现大容量化、高压化、高速化，而且价格昂贵。 二、交流电动机调速 交流电动机刚好相反。电动机结构简单、惯量小、维护方便，可在恶劣环境中运行，容易实现大容量化，高压化、高速化，而且价格低廉。 从节能的角度看，交流电动机的调速装置可以分为高效调速装置和低效调速装置两大类。高效调速装置的特点是：调速时基本保持额定转差，不增加转差损耗，或可以将转差动率回馈至电网。低效调速装置的特点是：调速时改变转差，增加转差损耗。 （一）具体的交流调速装置有： 高效调速方法包括： 改变极对数调速——鼠笼式电机 变频调速——鼠笼式电机 串级调速——绕线式电机 换向器电机调速——同步电机 低效调速方法包括： 定子调压调速——鼠笼式电机
电动机维修基础知识
电动机维修基础知识 洛阳机电技术学校 1．三相电动机的铭牌 交流异步电动机铭牌：主要标记以下数据，并解释其意义如下： （1）额定功率（P）：是电动机轴上的输出功率。 （2）额定电压：指绕组上所加的电压。 （3）额定电流：定子绕组线电流。 （4）额定转速：（r/min）：额定负载下的转速。 （5）温升：指绝缘等级所耐受超过环境温温度。 （6）工作定额：即电动机允许的工作运行方式。 （7）绕组的接法：△或Y形连接，与额定电压相对应。 例如：某台电机、铭牌介绍： （1）型号： “112” 例如：Y112M-4 中表示Y系列鼠笼式异步电动机（YR表示绕线式异步电动机）， 表示电机的中心的高为112mm，“M”表示中机座（L表示长机座，S表示短机座），“4” 表示4极电机。 （2）额定功率： 电动机在额定状态下运行时，其轴上所能输出的机械功率称为额定功率。 单位：W或KW。 （3）额定转速： 在额定状态下运行时的转速。转子没分钟的转数，单位：转/分 （4）额定电压： 额定电压是电动机在额定运行状态下，电动机定子绕组上应加的线电压值。 Y系列电动机的额定电压都是380V的。 对于Y、Y2系列 凡功率：3千瓦及以下的电机，定子绕组接法：均为星形连接（Y）， 4千瓦以上的电机接法：都是三角形连接（△）。 铭牌上标明的电压220/380伏和接法△/Y,表示绕组按△形连接,额定电压是220伏, 按Y形连接时,额定电压是380伏。 （5）额定电流： 电动机加以额定电压，在其轴上输出额定功率时，定子从电源吸取的线电流值， 称为：额定电流。 电动机的电流有三种： a：额定电流、 b：启动电流、 c、空载电流。如:----铭牌上注明的电流2.8/1.62安表示：绕组按△形连接在220伏额定电压下工作时的额定电流是2.8安；按Y形连接在380伏额定电压下工作时的额定电流是1.62安。 55千瓦以下的四极式电动机，在380伏电压下，工作时额定电流值，大约是额定功率值的2倍。电动机在启动时，因为转子尚未转动，电流很大，通常是额定电流的4-7倍。为此，功率较大的电动机使用时必须采取降压启动。启动时降压，使起动电流不致过大。待转子加速到正常转速时，再把电动机就直接接在电源上正常工作。