三相异步电动机变频调速

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1n接近，磁场转速1n改变后，电机转速n也就随之变化，由公式1160fnp可知，改变电源频率1f，可以调节磁场旋转，从而改变电机转速，这种方法称为变频调速。根据三相异步电动机的转速公式为116011fnsnsp式中1f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。改变异步电动机定子绕组供电电源的频率1f，可以改变同步转速n，从而改变转速。如果频率1f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1111m4.44mUEfNk式中1E为气隙磁通在定子每相中的感应电动势；1f为定子电源频率；1N为定子每相绕组匝数；mk为基波绕组系数，m为每极气隙磁通量。如果改变频率1f，且保持定子电源电压1U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1f时，必须同时降低电源电压，已达到控制磁通m的目的。.1、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1f时，保持11Uf为常数，使气每极磁通m为常数，应使电压和频率按比例的配合调节。这时，电动机的电磁转矩为2222111111212222111211222prrmpUfmUssTfrrfrxxrxxss[1][8]上式对s求导，即0dTds，有最大转矩和临界转差率为2211111222211111211112112222mmpUmpUfTffrrxxfrrxx222112mrsrxx由上式可知：当11Uf常数时，在1f较高时，即接近额定频率时，112rxx，随着1f的降低，mT减少的不多；当1f较低时，12xx较小；1r相对变大，则随着1f的降低，mT就减小了。显然，当1f降低时，最大转矩mT不等于常数。保持11Uf常数，降低频率调速时的机械特征如图1所示。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（11Uf常数）（b）基频以上调速（1U=常数）（a）2、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nU不变，频率1f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。保持nU=常数,升高频率时，电动机的电磁转矩为222112211122rmpUsTrfrxxs上式求0dTds，得最大转矩和临界转差率为2112211112122mmpUTfrrxx222112mrsrxx由于1f较高，1x、2x和2rs比1r大的多，则上式变为211112122121121112212mmmpUTfxxfrrsxxfLLf因此，频率越高时，mT越小，ms也越小。保持nU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【PowerSystem】的PowerElectronics中，将三相交流电源的频率设置成60zH，电压值设置的与电机的电压相同。电压表位于【PowerSystem】的Measurement中，异步电机模块位于【PowerSystem】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（30/3.14）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rt是输出响应从零开始第一次上升到稳态值所需的时间。rt越小，表示初始响应速度越快。由自动控制原理可知，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，st分别设定为40ms，由于初始设定的频率为60zH，根据1160fnp可知1n应该为1800r/min。（1）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1160fnp可知，转速最终稳定在1800r/min，同时在40ms左右，电机的转速到达标准，与预定结果差入不大。（2）变频时仿真结果（基频以下调速）改变电源频率，将其变为50zH，由于这是基频以下调速，所以为了防止磁路的饱和，当降低定子电源频率1f时，保持11Uf常数，因此电压要相应的改变成183.3v，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50zH后，根据公式1160fnp可知，转速最终稳定在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)变频时仿真结果（基频以上调速）改变电源频率，将其变成为70zH，由前面的理论知识可知，基频以上调速时电源电压nU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1160fnp这个公式的理论计算结果，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。