三相異步電動(dòng)機(jī)交流調(diào)壓調(diào)速的研究

黃旭　王康　任俊

【摘 要】三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有多種，其中較為常用的調(diào)速手段為調(diào)壓調(diào)速。本文在現(xiàn)有理論的基礎(chǔ)上，在Matlab中運(yùn)用Simulink模型庫(kù)中的電路、電子、電機(jī)、電力電子等模塊庫(kù)，以轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)為例，進(jìn)了行仿真實(shí)驗(yàn)，直觀地觀察不同的控制方式下對(duì)系統(tǒng)的控制。

【關(guān)鍵詞】調(diào)壓調(diào)速；Simulink；三相異步電動(dòng)機(jī)

中圖分類號(hào)： TM343.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）04-0135-002

Research on AC Voltage Regulation and Speed Regulation of Three Phase Induction Motor

HUANG Xu WANG Kang REN Jun

（Anhui University of Science and Technology， Huainan 232001， China）

【Abstract】There are many ways to speed control the three-phase asynchronous motor， among which the most common speed-regulating method is speed regulation. Based on the existing theory， this paper uses the module library of circuits， electronics， motors， power electronics and other modules in Simulink model library in Matlab， taking the speed single closed-loop voltage regulating system as an example， Observe the control of the system under different control modes.

【Key words】Speed regulator； Simulink； Three-phase asynchronous motor

1 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法

根據(jù)異步電機(jī)轉(zhuǎn)速公式：

n=n1（1-s）=60f1/p（1-s）（1）

若要改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以通過(guò)控制定子電源相電壓，調(diào)節(jié)定子電源頻率，或者是改變異步電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)三種方法。無(wú)論采用三種方法中的哪一種都有其優(yōu)缺點(diǎn)，本文主要對(duì)調(diào)壓調(diào)速加以研究。

2 調(diào)壓調(diào)速的原理

根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程：

Te=（2）

異步電機(jī)的調(diào)速控制本質(zhì)上是調(diào)控電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，對(duì)于異步電機(jī)來(lái)說(shuō)，其作為電機(jī)使用時(shí)通過(guò)電磁轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)負(fù)載，不同的負(fù)載對(duì)應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速也不同，這是異步電機(jī)的主要穩(wěn)態(tài)特性。而通過(guò)各種調(diào)節(jié)方式，包括：改變定子電壓、頻率等可以得到相應(yīng)條件下的電機(jī)機(jī)械特性。從圖1中可以直觀看出這一特點(diǎn)，定子電壓發(fā)生變化時(shí)，異步電機(jī)的機(jī)械特性不同，在相同的負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速必然發(fā)生變化，這是通過(guò)調(diào)節(jié)電壓來(lái)調(diào)控異步電機(jī)轉(zhuǎn)速的理論基礎(chǔ)。

3 轉(zhuǎn)速反饋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

三相異步電機(jī)通過(guò)調(diào)壓進(jìn)行調(diào)速的調(diào)控范圍很窄。對(duì)于要求調(diào)速范圍要求較大的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，可以采用轉(zhuǎn)速反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。通過(guò)速度給定值與速度反饋值進(jìn)行比較，經(jīng)ASR得到控制電機(jī)，控制導(dǎo)通角調(diào)節(jié)輸出電壓，進(jìn)而改變定子繞組電壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)速目的。

轉(zhuǎn)速反饋調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖如圖3所示，當(dāng)負(fù)載增大時(shí)→轉(zhuǎn)速n下降→電壓Un下降→ΔU=U*n-Un，因此ΔU增大→經(jīng)過(guò)ASR調(diào)節(jié)晶閘管導(dǎo)通角→調(diào)高定子電壓→轉(zhuǎn)速回升，PID Controller采用PI調(diào)節(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)靜差控制的效果。在圖1中，調(diào)高后的定子電壓就運(yùn)行在電壓較高的一條機(jī)械特性上。

4 交流調(diào)壓調(diào)速Simulink仿真

創(chuàng)建交流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速Simulink仿真模型，使用示波器查看輸出轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩波形。系統(tǒng)的主要組成主要由三相對(duì)稱電壓源、三相調(diào)壓器、同步六脈沖觸發(fā)器、交流異步電動(dòng)機(jī)、ASR、速度反饋等部分組成。

4.1 仿真模型的建立和參數(shù)設(shè)置

三相調(diào)壓器由6個(gè)晶閘管組成，為了簡(jiǎn)化模型結(jié)構(gòu)，仿真模型如圖4所示，經(jīng)多次實(shí)踐后設(shè)置合適的仿真算法和仿真時(shí)間，啟動(dòng)仿真，在示波器中觀察并分析得到的波形。

需要注意的是，對(duì)于強(qiáng)耦合系統(tǒng)的異步電機(jī)來(lái)說(shuō)，其參數(shù)設(shè)置一定要嚴(yán)格依據(jù)電機(jī)的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，隨意更改參數(shù)容易導(dǎo)致運(yùn)行故障。

4.2 仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析

最終可以得到如下結(jié)論：在啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速?gòu)牧汩_(kāi)始上升過(guò)程中，電磁轉(zhuǎn)矩較大，到電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，電磁轉(zhuǎn)矩保持不變；當(dāng)啟動(dòng)1s時(shí)，負(fù)載由20增加到40，轉(zhuǎn)速下降，電磁轉(zhuǎn)矩上升，穩(wěn)定時(shí)轉(zhuǎn)速恢復(fù)到原來(lái)值，保持無(wú)靜差調(diào)速。

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