交流调速—异步电动机全速度范围内的转矩-转速特性曲线

交流调速专题报告一
—作业1异步电动机全速度范围内的转矩-转速特性曲线
异步电动机全速度范围内的转矩-转速特性曲线
摘要：通过对异步电动机进行数学分析，得到异步电动机的稳态模型。

在全速范围内分段进行恒磁通和恒电压恒功率控制，得到控制下的转矩—转速特性曲线。

关键词：异步电动机；转矩—转速；恒磁通；恒电压恒功率
Abstract: By mathematical asynchronous motor analysis, we can get the steady-state model of the asynchronous motor. Full speed within sections of constant flux and constant voltage constant power control, we can get the torque - speed characteristics under the control.
Keywords: asynchronous motor; torque - speed; constant flux; constant voltage constant power
1.前言
1.1异步电动机转矩—转速研究意义
电动机作为重要的动力装置，已被广泛用于工业、农业、交通运输、国防军事设施以及日常生活中。

与电机配套的控制设备的性能已经成为用户关注的焦点。

电机的控制包括电机的起动、调速和制动。

异步电动机由于具有结构简单、体积小、价格低廉、运行可靠、维修方便、运行效率较高、工作特性较好等优点，因而在电力拖动平台上得到了广泛应用。

据统计，其耗电量约占全国发电量的40%左右。

对于异步电动机的转矩—转速特性曲线则是我们实际控制效果的体现。

2.异步电动机的模型和控制方法
2.1异步电动机的稳态模型
Us—定子相电压；fs—定子频率； fsl—转差频率；
Is、Ir、Im—分别为定子电流、折算到定子侧的转子电流和励磁电流；Eg—气隙磁通感应电动势；
Er —折算到定子侧的转子感应电动势； s —转差率，s=fsl/fs.
2.2异步电动机的控制方法 2.2.1恒磁通控制方法
恒磁通运行条件为 ，可以近似与加入低压补偿的恒电压/频率控制等效。

此时的转矩—转速特性曲线如下：
2.2.2恒电压恒功率控制方法
恒电压恒功率条件为： ，此时的转矩—转速特性曲线如下：
.
const C f E
m E s
g
=Φ=..const f f const U s
sl
s
==
2.2.3异步电动机的转矩公式
通过对运行状态的分析可以得到转矩的公式为：
m 为相数，p n 为极对数，s U 为定子电压，S f 为同步频率，s 为转差率，
S R 为定子电阻，r R 为转子电阻，ls X 为定子漏感，lr X 为转子漏抗。

3.异步电动机转矩—转速的MATLAB 仿真
3.1仿真程序
clc clear
fs1=40;fs2=60;fs3=80;fs4=100;fs5=120;fs6=140;fs7=160;Us1=380/2+10;Us2=380/8*6+5;Us3=380;
m=3;np=2;Rs=0.144;Rr=0.816;Xs1=2*pi*fs1*0.001417;Xs2=2*pi*fs2*0.001417;Xs3=2*pi *fs3*0.001417;Xs4=2*pi*fs4*0.001417;Xs5=2*pi*fs5*0.001417;Xs6=2*pi*fs6*0.001417;Xs7=2*pi*fs7*0.001417;
Xr1=2*pi*fs1*0.001294;Xr2=2*pi*fs2*0.001294;Xr3=2*pi*fs3*0.001294;Xr4=2*pi*fs4*0.001294;Xr5=2*pi*fs5*0.001294;Xr6=2*pi*fs6*0.001294;Xr7=2*pi*fs7*0.001294; for i=1:2000
]
)()[(/2222lr
ls r s r s s p
e X X s
R R s
R U f mn T +++=
π
s1=i/2000;
Tout1(i)
= m*np*Us1*Us1*Rr/2/pi/fs1/s1/[(Rs+Rr/s1)*(Rs+Rr/s1)+(Xs1+Xr1)*(Xs1+Xr1)]; Tout2(i)
= m*np*Us2*Us2*Rr/2/pi/fs2/s1/[(Rs+Rr/s1)*(Rs+Rr/s1)+(Xs2+Xr2)*(Xs2+Xr2)]; Tout3(i)
= m*np*Us3*Us3*Rr/2/pi/fs3/s1/[(Rs+Rr/s1)*(Rs+Rr/s1)+(Xs3+Xr3)*(Xs3+Xr3)]; Tout4(i)
= m*np*Us3*Us3*Rr/2/pi/fs4/s1/[(Rs+Rr/s1)*(Rs+Rr/s1)+(Xs4+Xr4)*(Xs4+Xr4)]; Tout5(i)
= m*np*Us3*Us3*Rr/2/pi/fs5/s1/[(Rs+Rr/s1)*(Rs+Rr/s1)+(Xs5+Xr5)*(Xs5+Xr5)]; Tout6(i)
= m*np*Us3*Us3*Rr/2/pi/fs6/s1/[(Rs+Rr/s1)*(Rs+Rr/s1)+(Xs6+Xr6)*(Xs6+Xr6)]; Tout7(i)
= m*np*Us3*Us3*Rr/2/pi/fs7/s1/[(Rs+Rr/s1)*(Rs+Rr/s1)+(Xs7+Xr7)*(Xs7+Xr7)];
n1(i)=(1-s1)*60*fs1/np;
n2(i)=(1-s1)*60*fs2/np;
n3(i)=(1-s1)*60*fs3/np;
n4(i)=(1-s1)*60*fs4/np;
n5(i)=(1-s1)*60*fs5/np;
n6(i)=(1-s1)*60*fs6/np;
n7(i)=(1-s1)*60*fs7/np;
end
plot(n1,Tout1,'-',n2,Tout2,'-',n3,Tout3,'-',n4,Tout4,'-',n5,Tout5,'-',n6,Tout6, '-',n7,Tout7,'-');
hold on;grid;
xlabel('n');ylabel('Tout');
title('With different Method');
disp('End');
3.2异步电动机转矩—转速仿真结果
仿真结果如下：
3.3仿真结果与理论对比分析
3.3.1恒磁通运行：
曲线1、2、3（对应电动机定子频率在40Hz、60Hz、80Hz恒磁通控制）：
✓Te仅与fsl有关，与fs无关；
✓ Tem不变，转矩—速度特性是一族平行曲线；
✓当fsl保持不变时，可实现恒转矩运行。

因此恒磁通运行也叫做恒转矩运行。

与理论分析基本相同，如下图所示：
3.3.2恒电压恒功率运行：
曲线3、4、5、6、7（对应电动机定子频率在100Hz 、120Hz 、140Hz 、160Hz 恒电压恒功率控制）：
即转矩与
s f 1
成正比，最大转矩和21s
f 成正比， 与理论分析基本相同，如下图所示：
最后可以得出：
曲线1、2、3、4、5、6、7即为全速度范围内的转矩—转速特性曲线，其中1、2、3对应电动机定子频率在40Hz、60Hz、80Hz恒磁通控制，曲线3、4、5、6、7对应电动机定子频率在100Hz、120Hz、140Hz、160Hz恒电压恒功率控制，结果和理论分析几乎相同，分别具有恒磁通和恒电压恒功率的特点。

4.参考文献
[1] 林飞，杜欣.电力电子应用技术的matlab仿真[M]. 北京：中国
电力出版社，2009
[2]冯晓云.电力牵引交流传动及其控制系统[M].北京：高等教育出版
社，2009。