畢業(yè)設(shè)計-三相異步電動機變頻調(diào)速的原理及其仿真(編輯修改稿)
2025-01-06 19:26 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制 4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為 IGBT 三相橋式逆變器，且輸出為 PWM 波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。 變頻器實際上就是一個逆變器 .它首先是將交流電變?yōu)橹绷麟?.然后用電子元件對直流電進行開關(guān) .變?yōu)榻涣麟?.一般功率較大的變頻器用可控硅 .并設(shè)一個可調(diào)頻率的裝置 .使頻率在一定 范圍內(nèi)可調(diào) .用來控制電機的轉(zhuǎn)數(shù) .使轉(zhuǎn)數(shù)在一定的范圍內(nèi)可調(diào) .變頻器廣泛用于交流電機的調(diào)速中 .變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動技術(shù)重要發(fā)展的方向，隨[1] [7] 3 著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流變頻技術(shù)從理論到實際逐漸走向成熟。變頻器不僅調(diào)速平滑，范圍大，效率高，啟動電流小，運行平穩(wěn)，而且節(jié)能效果明顯。因此，交流變頻調(diào)速已逐漸取代了過去的傳統(tǒng)滑差調(diào)速、變極調(diào)速、直流調(diào)速等調(diào)速系統(tǒng)，越來越廣泛的應(yīng)用于冶金、紡織、印染、煙機生產(chǎn)線及樓宇、供水空調(diào)等領(lǐng)域。 三相異步電動機變頻調(diào)速原理及其種類 三相異步電動機的調(diào)速開始于上世紀 50 年代末 。在電氣傳動領(lǐng)域中，原來只用于恒速傳動的交流電動機實現(xiàn)了調(diào)速控制，以取代制造復(fù)雜，價格昂貴，維護麻煩的直流電動機。以后，隨著電力電子技術(shù)和微型計算機的發(fā)展，再加上現(xiàn)代控制理論向電氣傳動領(lǐng)域的滲透，使得交流調(diào)速技術(shù)得到了迅速發(fā)展，其設(shè)備容量不斷擴大，性能指標及可靠性不斷提高，高性能交流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用的比例逐年上升，在 各工業(yè)部門中，使得交流調(diào)速系統(tǒng)逐步取代直流調(diào)速系統(tǒng)，以達到節(jié)能 ，縮 小體積、降低成本的目的。 根據(jù)三相異步電動機的轉(zhuǎn)速公式為 ? ? ? ?1 160 11fn s n sp? ? ? ? 式中 1f 為異步電動機的定子電壓供電頻率； p 為異步電動機的極對數(shù)； s 為異步電動機的轉(zhuǎn)差率。 所以調(diào)節(jié)三相異步電動機的轉(zhuǎn)速有三種方案 。 異步電動機的變壓變頻調(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。 變頻調(diào)速原理及其機械特性 改變異步電動機定子繞組供電電源的頻率 1f ，可以改變同步轉(zhuǎn)速 n ，從而改變轉(zhuǎn)速。如果頻率 1f 連續(xù)可調(diào)，則可平滑的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，此為變頻調(diào)速原理。 三相異步電動機運行時，忽略定子阻抗壓降時，定子每相電壓為 1 1 1 1 m4 .4 4 mU E f N k ??? 式中 1E 為氣隙磁通在定子每相中的感應(yīng)電動勢； 1f 為定子電源頻率； 1N 為定子每相繞組匝數(shù)； mk 為基波繞組系數(shù)， m? 為每極氣隙磁通量。 如果改變頻率 1f ，且保持定子電源電 壓 1U 不變，則氣隙每極磁通 m? 將增大，會引起電動機鐵芯磁路飽和，從而導致過大的勵磁電流，嚴重時會因繞組過熱而損壞電機，這是不允許的。因此，降低電源頻率 1f 時，必須同時降低電源電壓，已達到控制磁通 m?的目的。對此，需要考慮基頻（額定頻率）以下的調(diào)速和基頻以上調(diào)速兩種情況。 4 為 了防止 磁路的飽和，當降低定子電源頻率 1f 時，保持 11Uf 為常數(shù) ， 使氣每極磁通m? 為常數(shù)，應(yīng)使電壓和頻率按比例的配合調(diào)節(jié)。這時，電動機的電磁 轉(zhuǎn) 矩為 ? ? ? ?222 21 1 111 1212 2 221 1 1 2 1 1 222prrm p U fmUssTf rrf r x x r x xss?? ?????????????????????? ?? ?????? ? ? ?? ? ????? 上式對 s 求導，即 0dTds?， 有 最 大 轉(zhuǎn) 矩 和 臨 界 轉(zhuǎn) 差 率 為? ?? ? ? ?2 21 1 1 1 122 22 11 1 1 1 21 1 1 1 2112 2 22mm p U m p U fTff r r x xf r r x x ?????? ???? ?? ? ? ?? ? ? ? ?2 221 1 2m rs r x x?? ???由上式可知：當 11Uf ? 常數(shù)時，在 1f 較高時，即接近額 定頻率時， ? ?1 1 2r x x?? ，隨著 1f 的降低， mT 減少的不多；當 1f 較低時 ， ? ?12xx?? 較??； 1r 相對變大，則隨著 1f 的降低， mT 就減小了。顯然，當 1f 降低時，最大轉(zhuǎn)矩 mT 不等于常數(shù)。保持 11Uf ? 常數(shù)，降低頻率調(diào)速時的機械特征如圖 1 所 示。這相當于他勵直流電機的降 壓調(diào)速。 圖 1 變頻調(diào)速的機械特性 [1][8] 5 （ a） 基頻以下調(diào)速（ 11Uf ? 常數(shù)） （ b）基頻以上調(diào)速（ 1U =常數(shù)） 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 nU 不變，頻率 1f 越高，磁通 m? 越低，是一種降低磁通升速的方法，這相當于它勵電動機弱磁調(diào)速。 保持 nU =常數(shù) ,升高頻率時，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩為? ?22211221 1 1 22rm pUsTrf r x xs??????????????? ??? ? ? 上式求 0dTds? ，得最大轉(zhuǎn)矩和臨界轉(zhuǎn)差率為
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