三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的原理及其仿真(編輯修改稿)
2025-01-09 01:13 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 直流調(diào)速等調(diào)速系統(tǒng)，越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于冶金、紡織、印染、煙機(jī)生產(chǎn)線及樓宇、供水空調(diào)等領(lǐng)域。 三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速原理及其種類(lèi) 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速開(kāi)始于上世紀(jì) 50 年代末 。在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中，原來(lái)只用于恒速傳動(dòng)的交流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了調(diào)速控制，以取代制造復(fù)雜，價(jià)格昂貴，維護(hù)麻煩的直流電動(dòng)機(jī)。以后，隨著電力電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，再加上現(xiàn)代控制理論向電氣傳動(dòng)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(kuò)大，性能指標(biāo)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(mén)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(dá)到節(jié)能 ，縮 小體積、降低成本的目的。 根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為 ? ? ? ?1 160 11fn s n sp? ? ? ? 式中 1f 為異步電動(dòng)機(jī)的定子電壓供電頻率； p 為異步電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)； s 為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率。 所以調(diào)節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有三種方案 。 異步電動(dòng)機(jī)的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一般簡(jiǎn)稱(chēng)變頻調(diào)速系統(tǒng)，由于調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)差功率不變，在各種異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中效率最高，同時(shí)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(jī)械特性 改變異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，忽略定子阻抗壓降時(shí)，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(dòng)勢(shì)； 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(huì)引起電動(dòng)機(jī)鐵芯磁路飽和，從而導(dǎo)致過(guò)大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過(guò)熱而損壞電機(jī)，這是不允許的。因此，降低電源頻率 1f 時(shí)，必須同時(shí)降低電源電壓，已達(dá)到控制磁通 m?的目的。對(duì)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(dāng)降低定子電源頻率 1f 時(shí)，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(shí)，電動(dòng)機(jī)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(duì) s 求導(dǎo)，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(dāng) 11Uf ? 常數(shù)時(shí)，在 1f 較高時(shí)，即接近額 定頻率時(shí)， ? ?1 1 2r x x?? ，隨著 1f 的降低， mT 減少的不多；當(dāng) 1f 較低時(shí) ， ? ?12xx?? 較?。?1r 相對(duì)變大，則隨著 1f 的降低， mT 就減小了。顯然，當(dāng) 1f 降低時(shí)，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(shí)的機(jī)械特征如圖 1 所 示。這相當(dāng)于他勵(lì)直流電機(jī)的降 壓調(diào)速。 圖 1 變頻調(diào)速的機(jī)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(shí)，也按比例身高電源電壓時(shí)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(dāng)于它勵(lì)電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速。 保持 nU =常數(shù) ,升高頻率時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為? ?22211221 1 1 22rm p UsTrf r x xs??????????????? ??? ? ? 上式求 0dTds? ，得最大轉(zhuǎn)矩和臨界轉(zhuǎn)差率為 ? ?? ?211221 1 1 1 212 2mm p UTf r r x x?? ?? ? ? ? ?2 221 1 2m rs r x x?? ??? 由于 1f 較高， 1x 、 2x? 和 2rs? 比 1r 大的多，則上式變?yōu)? ? ?? ?2111 1 2 1221 2 1 1 2 1112212mmm p UTf x x frrsx x f L L f????????? ? ????? 因此，頻率越高時(shí)， mT 越小， ms 也越小。保持 nU 為常數(shù)，升高頻率調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性如圖 1（ b） 所示。 2 三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速仿真模型 問(wèn)題 提出及 分析 這是篇驗(yàn)證性的論文，所以我并沒(méi)有將調(diào)速放到實(shí)際的環(huán)境中，只是通過(guò)仿真將參數(shù)變化引起的轉(zhuǎn)速及其他數(shù)據(jù)的變化作為問(wèn)題來(lái)驗(yàn)證，然后分析這些變化的優(yōu)缺點(diǎn)，從而來(lái)講述它們所適應(yīng)的環(huán)境。 由于電機(jī)轉(zhuǎn)速 n 與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速 1n 接近，磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速 1n 改變 6 后，電機(jī)轉(zhuǎn)速 n 也就隨之變化，由公式 11 60fn p? 可知，改變電源頻率 1f ，可以調(diào)節(jié)磁場(chǎng) 旋轉(zhuǎn)，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，這種方法稱(chēng)為變頻調(diào)速。 SIMULINK 仿真模型 建立 三
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