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〃与旋转磁场转速小接近，磁场转速小改变后，电机转速“也就随之变化，由公式小=普可知，改变电源频率八，可以调节磁场旋转，从而改变电机转速，这种方為为变频调速。

根据三相异步电动机的转速公式为

n = 丄(1-5)= 771(1-5)

P

式中八为异步电动机的定子电压供电频率；"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八，可以改变同步转速”，从而改变转速。如果频率八连续可调，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

UgE\=4A4f\N\k” 如

式中&为气隙磁通在定子每相中的感应电动势；门为定子电源频率；M为定子每相绕组匝数；也为基波绕组系数，伽为每极气隙磁通量。

如果改变频率八，且保持定子电源电压S不变，则气隙每极磁通加将增大, 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「时，必须同时降低电源电压，已达到控制磁通伽的目的。

.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门时，保持+为常数，使气每极磁通加为常数，应使电压和频率按比例的配合调节。这时，电动机的电磁转

上式对$求导，即空=0 ,有最大转矩和临界转差率为

S>n = -==: ------- 由上式可知：当于二常数时，在八较高时，即接近额7n2+（xi + /2）2f'

定频率时，门幺g+*2）,随着的降低，刀”减少的不多；当较低时，（M + X‘2）较小；八相对变大，则随着「的降低，几就减小了。显然，当八降低时，最大转矩几不等于常数。保持牛二常数，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。

巴z >/:> /:> /r 冷

图1变频调速的机械特性

（a）基频以下调速（于=常数）（b）基频以上调速（5=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“不变，频率八越高，磁通加越低，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。

上式求空=0,得最大转矩和临界转差率为

ds

Tm = —

/ 、 2 2^/11 ri + ^yn 2 +(XI+ x r 2)- I

由于八较高，口、心和匸比门大的多，则上式变为

1

Sm 2 ---- = ----------------X 一 Xi + x f i 27rf\(L\+L r 2] f\

因此，频率越高时，几越小，助也越小。保持S 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，可以釆用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Power Electronics 中，将三相交流电源的频率设置 成60//；,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。

保持5=常数,升髙频率时，电动机的电磁转矩为厂= impUf

yjr\2 +(xi +V2)2

1 impUc 士 1

2 2^/I (A -I +X ,2)CC 7«

rr ri

mipUf — s (a)变频调速仿真模型

Scopel

£1 Block Parameters: Asynchronous Machine SI Units

Asynchrcncus Xechine =jask) Llink)

laplezienta c three-phase asynchronous machine (TO and 工讥6工ox squirrel ca*e) Dodelea m a selectable dQ reference frszie

(rotor, stator, or synchronous). Stater and rotor w:ndinsz arc eonneetad in xsyc to an internal noutral point.

Conficuration Parameters Advanced

Xcainal povorj voltage (line-line), and frcQucncr [ Pn(VA). Vn(V*as)j fn(Kz}.:

(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"是输出响应从零开始第一次上升到稳态值所需的时间。t,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，儿分别设定为40ms,由于初始设定的频率为60H：,根据

可知川应该为1800r/min<>

(1)未变频时仿真结果