三相异步电动机变频调速的原理及其仿真

由天下分享时间：2025/2/23 4:53:46 加入收藏我要投稿点赞

1.3.2.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f1时，保持

U1为常数，使气每极磁通f1?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

r?2r?22m1pU1f1m1p?U1?ss1T????22???2??f1??2?矩为r?2?2 ??r?2??2?f1??r1????x1?x?2???r1??x1?x2???????s?s??????[1][8]

上式对s求导，即

dT?0，有最大转矩和临界转差率为dsTm?1m1pU122?f1r1?r12??x1?x?2?22??1m1p?U1?f1 ???2222?f1?f1?r1?r1??x1?x?2?U1?常数时，在f1较高时，即接近额定频率f12sm?r?2r12??x1?x?2?2由上式可知：当

时，r1??x1?x?2?，随着f1的降低，Tm减少的不多；当f1较低时，?x1?x?2?较小；r1相对变大，则随着f1的降低，Tm就减小了。显然，当f1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。这相当于他励直流电机的降压f1调速。

图1 变频调速的机械特性

（a）基频以下调速（

U1?常数）（b）基频以上调速（U1=常数） f11.3.3.基频以上变频调速

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，只能保持电压为Un不变，频率f1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。

m1pU12r?2s?2?2???保持Un=常数,升高频率时，电动机的电磁转矩为T?2?fdT?0，得最大转矩和临界转差率为 ds????1??1????r?r???x1?x?s2?????2

上式求

1m1pU12 Tm?22?f1r1?r12??x1?x?2?2?? sm?r?2r??x1?x?2?212

由于f1较高，x1、x?2和

r?2比r1大的多，则上式变为 s1m1pU121Tm??22?f1?x1?x?2?f1

r2?r?21sm???x1?x?22?f1?L1?L?2?f1因此，频率越高时，Tm越小，sm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。

2 三相异步电动机变频调速仿真模型

2.1 问题提出及分析

这是篇验证性的论文，所以我并没有将调速放到实际的环境中，只是通过仿真将参数变化引起的转速及其他数据的变化作为问题来验证，然后分析这些变化的优缺点，从而来讲述它们所适应的环境。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也就随之变化，由公式n1?磁场

60f1可知，改变电源频率f1，可以调节p旋转，从而改变电机转速，这种方法称为变频调速。

2.2 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的值为（30/3.14）其仿真图形如实例图（b）所示。

（a）异步电动机参数设置

（b）变频调速仿真模型

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n1?可知n1应该为1800r/min。

60f1 p

2.3未变频时仿真结果

[2][4]

（c）示波器读数

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，根据公式n1?60f1可知，转速最终稳定在1800r/min，同时在40ms左右，电机的转速到达p标准，与预定结果差入不大。

2.4变频时仿真结果（基频以下调速）