三相异步电动机变频调速.pdf

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1、一、三相异步电动机变频调速原理一、三相异步电动机变频调速原理由于电机转速n与旋转磁场转速n1接近，磁场转速n1改变后，电机转速n也60f1就随之变化，由公式n1可知，改变电源频率f1，可以调节磁场旋转，从p而改变电机转速，这种方法称为变频调速变频调速。根据三相异步电动机的转速公式为n 60 f11s n11sp式中f1为异步电动机的定子电压供电频率；p为异步电动机的极对数；s为异步电动机的转差率。所以调节三相异步电动机的转速有三种方案。异步电动机的变压变频调速系统一般简称变频调速系统，由于调速时转差功率不变，在各种异步电动机调速系统中效率最高，同时性能最好，是交流调速系统的主要研究和发展方向。

2、改变异步电动机定子绕组供电电源的频率f1，可以改变同步转速n，从而改变转速。如果频率f1连续可调，则可平滑的调节转速，此为变频调速原理。三相异步电动机运行时，忽略定子阻抗压降时，定子每相电压为U1 E1 4.44 f1N1kmm式中E1为气隙磁通在定子每相中的感应电动势；f1为定子电源频率；N1为定子每相绕组匝数；km为基波绕组系数，m为每极气隙磁通量。如果改变频率f1，且保持定子电源电压U1不变，则气隙每极磁通m将增大，会引起电动机铁芯磁路饱和，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，这是不允许的。因此，降低电源频率f1时，必须同时降低电源电压，已达到控制磁通m的目的。.1.1

3、、基频以下变频调速、基频以下变频调速为了防止磁路的饱和，当降低定子电源频率f1时，保持U1为常数，使气每f1极磁通m为常数，应使电压和频率按比例的配合调节。这时，电动机的电磁转r2r22m1pU1f1m1pU1ss1T 222f1 2矩为r22r22f1 r1x1 x2r1 x1 x2ss18上 式 对s求 导，即2dT 0，有 最 大 转 矩 和 临 界 转 差 率 为dsTm1m1pU122f1r1r12x1 x221 m1p U1f122 2f1f1r1r12x1 x2U1常数时，在f1较高时，即接近额f12smr2r12x1 x22由上式可知：当定频率时，r1=x1x2，随着f1的降低

4、，Tm减少的不多；当f1较低时，x1 x2较小；r1相对变大，则随着f1的降低，Tm就减小了。显然，当f1降低时，最大转矩Tm不等于常数。保持U1常数，降低频率调速时的机械特征如图 1 所示。f1这相当于他励直流电机的降压调速。图 1 变频调速的机械特性（a）基频以下调速（U1常数）（b）基频以上调速（U1=常数）f1（a a）2 2、基频以上变频调速基频以上变频调速在基频以上变频调速时，也按比例身高电源电压时不允许的，只能保持电压为Un不变，频率f1越高，磁通m越低，是一种降低磁通升速的方法，这相当于它励电动机弱磁调速。m1pU12保持Un=常数,升高频率时，电动机的电磁转矩为T r2s22

5、2fdT 0，得最大转矩和临界转差率为ds11r rx1 xs22上式求1m1pU12Tm22f1r1r12x1 x22smr2rx1 x2212由于f1较高，x1、x2和r2比r1大的多，则上式变为s1m1pU121Tm 2 2f1x1x2f1r2r21smx1 x22f1L1L2f1因此，频率越高时，Tm越小，sm也越小。保持Un为常数，升高频率调速时的机械特性如图 1（b）所示。二、SIMULINK 仿真模型建立三相异步电动机的变频调速仿真模型，可以采用 simulink 提供的仿真模块，如交流电源，电压测量，异步电机，电机测量等。其中，三相交流电源位于【Power System】的 P

6、ower Electronics 中，将三相交流电源的频率设置成 60Hz，电压值设置的与电机的电压相同。电压表位于【Power System】的 Measurement中，异步电机模块位于【Power System】库的 Machines 中，双击电机模型，设置其参数，设置如图（a）所示，设置增益K 的值为（30/）其仿真图形如实例图（b）所示。（a）变频调速仿真模型（b）异步电动机参数设置三、结果集分析这是个简单的电机调速仿真系统，虽然简单但是仍然要观察电机的性能指标，其中比如超调，调节时间等。上升时间tr是输出响应从零开始第一次上升到稳态值所需的时间。tr越小，表示初始响应速度越快。由自

7、动控制原理可知，系统的快，稳是相对矛盾的，两者是冲突的，一般我们都在寻找一个两者最佳的平衡点。根据参数设定将，ts分别设定为 40ms，由于初始设定的频率为60Hz，根据n160f1p可知n1应该为 1800r/min。（1 1）未变频时仿真结果）未变频时仿真结果（c）示波器读数由图可知，由于没有负载，所以定子和转子电流以及电磁转矩均最终趋于 0，根据公式n160f1可知，转速最终稳定在 1800r/min，同时在 40ms 左右，电机p的转速到达标准，与预定结果差入不大。（2 2）变频时仿真结果（基频以下调速）变频时仿真结果（基频以下调速）改变电源频率，将其变为 50Hz，由于这是基频以下调

8、速，所以为了防止磁路的饱和，当降低定子电源频率f1时，保持U1常数，因此电压要相应的改变成，f1重新运行仿真模型，得到仿真结果如图（d）（d）示波器读数由示波器读数可知，当频率变为 50Hz后，根据公式n160f1可知，转速最p终稳定在 1500r/min，同时由图可知频率改变后，相应的反应时间也变短了，也就是说反应更快了。(3)(3)变频时仿真结果（基频以上调速）变频时仿真结果（基频以上调速）改变电源频率，将其变成为 70Hz，由前面的理论知识可知，基频以上调速时电源电压Un是不变的，重新运行仿真模型，得到仿真图形如图（e）所示。（e）示波器读数由图可知，转速约为2100r/min，满足n160f1这个公式的理论计算结果，p不过电机的响应时间与基频以上调整时的响应时间要大的多，同时，如果将频率进行更细微的调整，转速也会有相应细微的变化。