三相異步電動機(jī)變頻調(diào)速

1、一、三相異步電動機(jī)變頻調(diào)速原理由于電機(jī)轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速接近，磁場轉(zhuǎn)速改變后，電機(jī)轉(zhuǎn)速也就隨之變化，由公式可知，改變電源頻率，可以調(diào)節(jié)磁場旋轉(zhuǎn)，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，這種方法稱為變頻調(diào)速。根據(jù)三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為 式中為異步電動機(jī)的定子電壓供電頻率；為異步電動機(jī)的極對數(shù)；為異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率。所以調(diào)節(jié)三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速有三種方案。異步電動機(jī)的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一般簡稱變頻調(diào)速系統(tǒng)，由于調(diào)速時轉(zhuǎn)差功率不變，在各種異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中效率最高，同時性能最好，是交流調(diào)速系統(tǒng)的主要研究和發(fā)展方向。改變異步電動機(jī)定子繞組供電電源的頻率，可以改變同步轉(zhuǎn)速，從而改變轉(zhuǎn)速。如果頻率連續(xù)可調(diào)，則可平滑的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)

2、速，此為變頻調(diào)速原理。三相異步電動機(jī)運(yùn)行時，忽略定子阻抗壓降時，定子每相電壓為 式中為氣隙磁通在定子每相中的感應(yīng)電動勢；為定子電源頻率；為定子每相繞組匝數(shù)；為基波繞組系數(shù)，為每極氣隙磁通量。如果改變頻率，且保持定子電源電壓不變，則氣隙每極磁通將增大，會引起電動機(jī)鐵芯磁路飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴(yán)重時會因繞組過熱而損壞電機(jī)，這是不允許的。因此，降低電源頻率時，必須同時降低電源電壓，已達(dá)到控制磁通的目的。.1、基頻以下變頻調(diào)速18為了防止磁路的飽和，當(dāng)降低定子電源頻率時，保持為常數(shù)，使氣每極磁通為常數(shù)，應(yīng)使電壓和頻率按比例的配合調(diào)節(jié)。這時，電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為上式對求導(dǎo)，即 ，有最大轉(zhuǎn)矩和臨界

3、轉(zhuǎn)差率為由上式可知：當(dāng)常數(shù)時，在較高時，即接近額定頻率時，隨著的降低，減少的不多；當(dāng)較低時，較小；相對變大，則隨著的降低，就減小了。顯然，當(dāng)降低時，最大轉(zhuǎn)矩不等于常數(shù)。保持常數(shù)，降低頻率調(diào)速時的機(jī)械特征如圖1所示。這相當(dāng)于他勵直流電機(jī)的降壓調(diào)速。圖1 變頻調(diào)速的機(jī)械特性（a）基頻以下調(diào)速（常數(shù)）  （b）基頻以上調(diào)速（=常數(shù)）（a） 2、基頻以上變頻調(diào)速在基頻以上變頻調(diào)速時，也按比例身高電源電壓時不允許的，只能保持電壓為不變，頻率越高，磁通越低，是一種降低磁通升速的方法，這相當(dāng)于它勵電動機(jī)弱磁調(diào)速。保持=常數(shù),升高頻率時，電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為上式求，得最大轉(zhuǎn)矩和臨界轉(zhuǎn)差率為

4、由于較高，、和比大的多，則上式變?yōu)?因此，頻率越高時，越小，也越小。保持 為常數(shù)，升高頻率調(diào)速時的機(jī)械特性如圖1（b）所示。二、SIMULINK仿真模型建立三相異步電動機(jī)的變頻調(diào)速仿真模型，可以采用simulink提供的仿真模塊，如交流電源，電壓測量，異步電機(jī)，電機(jī)測量等。其中，三相交流電源位于【Power System】的Power Electronics中，將三相交流電源的頻率設(shè)置成60，電壓值設(shè)置的與電機(jī)的電壓相同。電壓表位于【Power System】的Measurement中，異步電機(jī)模塊位于【Power System】庫的Machines中，雙擊電機(jī)模型，設(shè)置其參數(shù)，設(shè)置如圖（a）

5、所示，設(shè)置增益K的值為（30/3.14）其仿真圖形如實(shí)例圖（b）所示。（a）變頻調(diào)速仿真模型 （b）異步電動機(jī)參數(shù)設(shè)置3、 結(jié)果集分析 這是個簡單的電機(jī)調(diào)速仿真系統(tǒng)，雖然簡單但是仍然要觀察電機(jī)的性能指標(biāo)，其中比如超調(diào)，調(diào)節(jié)時間等。上升時間是輸出響應(yīng)從零開始第一次上升到穩(wěn)態(tài)值所需的時間。越小，表示初始響應(yīng)速度越快。由自動控制原理可知，系統(tǒng)的快，穩(wěn)是相對矛盾的，兩者是沖突的，一般我們都在尋找一個兩者最佳的平衡點(diǎn)。根據(jù)參數(shù)設(shè)定將，分別設(shè)定為40ms，由于初始設(shè)定的頻率為60，根據(jù) 可知應(yīng)該為1800r/min。（1）未變頻時仿真結(jié)果 （c）示波器讀數(shù)由圖可知，由于沒有負(fù)載，所以定子和轉(zhuǎn)子電流以及電磁

6、轉(zhuǎn)矩均最終趨于0，根據(jù)公式可知，轉(zhuǎn)速最終穩(wěn)定在1800r/min，同時在40ms左右，電機(jī)的轉(zhuǎn)速到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)，與預(yù)定結(jié)果差入不大。（2）變頻時仿真結(jié)果（基頻以下調(diào)速）改變電源頻率，將其變?yōu)?0，由于這是基頻以下調(diào)速，所以為了防止磁路的飽和，當(dāng)降低定子電源頻率時，保持常數(shù)，因此電壓要相應(yīng)的改變成183.3v，重新運(yùn)行仿真模型，得到仿真結(jié)果如圖（d）（d）示波器讀數(shù)由示波器讀數(shù)可知，當(dāng)頻率變?yōu)?0后，根據(jù)公式可知，轉(zhuǎn)速最終穩(wěn)定在1500r/min，同時由圖可知頻率改變后，相應(yīng)的反應(yīng)時間也變短了，也就是說反應(yīng)更快了。(3)變頻時仿真結(jié)果（基頻以上調(diào)速）改變電源頻率，將其變成為70，由前面的理論知識可知，基頻以上調(diào)速時電源電壓是不變的，重新運(yùn)行仿真模型，得到仿真圖形如圖（e）所示。 （e）