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