三相异步电动机变频调速

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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1

160f n p

=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

()()1

16011f n s n s p

=

-=- 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

1111m 4.44m U E f N k φ≈=

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;m k 为基波绕组系数,m φ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 φ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 φ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

1

1

U f 为常数,使气每极磁通m φ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()()222

2111

111

212222*********p r r m pU f m U s s T f r r f r x x r x x s s ππ⎡⎤

⎛⎫⎢⎥ ⎪

⎢⎥ ⎪⎢⎥ ⎪⎝⎭⎣⎦

''⎛⎫== ⎪''⎛⎫⎝⎭'+++'+++ ⎪⎝⎭ [1][8]

上式对s 求导,即

0dT

ds

=,有最大转

矩和临界转差率为()()

()

2

2

11

111

22

221111121111212222m m p U T f f r r x x f r r x x ππ⎛⎫=

= ⎪⎝⎭''++++++ ()

2

2

2112m s r x x '=

'++由上式可知:当

1

1

U f =常数时,在1f 较高时,即接近额定频率时,()112r x x '+=,随着1f 的降低,m T 减少的不多;当1f 较低时,()12x x '+较小;1r 相对变大,则随着1f 的降低,m T 就减小了。显然,当1f 降低时,最大转矩m T 不等于常数。保持

1

1

U f =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(

1

1

U f =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n U 不变,频率1f 越高,磁通m φ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n U =常数,升高频率时,电动机的电磁转矩为()

2

2

211221112

2r m pU s

T r f

r x x s

π⎡⎤⎛⎫⎢⎥ ⎪⎢⎥

⎪⎢⎥ ⎪⎝

⎣⎦

'=

'

'+

++

上式求

0dT

ds

=,得最大转矩和临界转差率为 ()()

2

112

21111222m T f r r x x π=

'+++

()

2

2

21

12m s r x x '=

'++

由于1f 较高,1x 、2x '和

2

r s

'比1r 大的多,则上式变为 ()()2111121

22121121

11221

2m m m pU T f x x f r r s x x f L L f ππ≈'∝

'+'≈=∝

''++

因此,频率越高时,m T 越小,m s 也越小。保持 n U 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Power Electronics 中,将三相交流电源的频率设置成60z H ,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

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