三相异步电动机变频调速

1、.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 n1 接近，磁场转速 n1 改变后，电机转速 n 也60 f 1可知，改变电源频率f 1 ，可以调节磁场旋转，从就随之变化，由公式 n1p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60 f1n1 1 sn1 sp式中 f 1 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

2、方向。改变异步电动机定子绕组供电电源的频率f 1 ，可以改变同步转速n ，从而改变转速。如果频率f 1 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U 1E14.44 f 1N 1km m式中 E1 为气隙磁通在定子每相中的感应电动势； f 1 为定子电源频率； N1 为定子每相绕组匝数； km 为基波绕组系数， m 为每极气隙磁通量。如果改变频率f 1 ，且保持定子电源电压 U 1 不变，则气隙每极磁通m 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f

3、1 时，必须同时降低电源电压，已达到控制磁通m 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f 1 时，保持 U 1 为常数，使气每f 1极磁通m 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18整理文档.m1 pUr 2r 21m1 pU 12f 1ss1T矩为222f 1r 222 f 1r 2x12r1x 2r1x1 x 2ss上 式 对 s 求 导 ， 即dT，有最大转矩和临界转差率为0ds12U2f11111m pU1 m pTm2 2 f 1 r 1222 2 f1f1r122r 1x1 x 2r 1x1 x 2smr2由上式可知：当 U1常

4、数时，在 f 1 较高时，即接近额22f 1x1x 2r1定频率时， r1 = x1x 2 ，随着 f 1 的降低， Tm 减少的不多； 当 f 1 较低时， x1 x 2较小； r 1 相对变大，则随着 f 1 的降低， Tm 就减小了。显然，当f 1 降低时，最大转矩 Tm 不等于常数。保持 U1常数，降低频率调速时的机械特征如图1 所示。f 1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（ U 1 常数） （b）基频以上调速（ U 1 = 常数） f 1（ a） 2、基频以上变频调速整理文档.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

5、电压为 Un 不变，频率 f 1 越高，磁通m 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。2r 2保持 Un =常数 ,升高频率时，电动机的电磁转矩为Tm1 pU 1s22 f 1r 22r 1x1 x 2s上式求 dT0 ，得最大转矩和临界转差率为dsTm1m1 pU 12mr 22s2222 2 f 1 r 1r 1x1 x 2r 1x1 x 2由于 f 1 较高， x1 、 x 2 和 r 2 比 r 1 大的多，则上式变为s1m1 pU 121Tmf 1x1x 2f 12 2r 2r 21smx 22 f 1 L1 L 2f 1x1因此，频率越高时， Tm 越小， s

6、m 也越小。保持 Un 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60Hz，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

7、为（30/3.14）其仿真图形如实例图 （b）整理文档.所示。（ a）变频调速仿真模型（ 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 tr 是输出响应从零开始第一次上升到稳态值所需的时间。 tr 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， ts 分别设定为 40ms，由于初始设定的频率为60Hz，根据60 f 1n1p可知 n1 应该为 1800r/min。整理文档.（ 1）未变频时仿真结果（ c）示

8、波器读数由图可知，由于没有负载，所以定子和转子电流以及电磁转矩均最终趋于0，160 f 11800r/min，同时在 40ms 左右，电机根据公式 n可知，转速最终稳定在p的转速到达标准，与预定结果差入不大。（ 2）变频时仿真结果（基频以下调速）改变电源频率，将其变为50Hz，由于这是基频以下调速，所以为了防止磁路的饱和，当 降低定 子电源 频率f 1时，保 持整理文档U 1f 1.常数，因此电压要相应的改变成183.3v，重新运行仿真模型， 得到仿真结果如图（ d）（d）示波器读数由示波器读数可知， 当频率变为 50H后，根据公式 n60 f 11可知，转速最终zp稳定在 1500r/min，同时由图可知频率改变后，相应的反应时间也变短了，也就是说反应更快了。(3)变频时仿真结果（基频以上调速）改变电源频率，将其变成为 70Hz，由前面的理论知识可知，基频以上调速时电源电压 Un 是不变的，重新运行仿真模型，得