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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 n1 p 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 f 1 n1 1 s n 1 s p 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
2、交流调速系统的主要研究和发展方向。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 1 E1 4.44 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
3、是不允许的。因此，降低电源频率 f 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 pU r 2 r 2 1 m1 p U 1 2 f 1 s s1 T 矩为 2 22 f 1 r 2 2 2 f 1 r 2 x1 2 r1 x 2 r1 x1 x 2 s s 上 式 对 s 求 导，即 dT，有最大转矩和临界转差率为 0 ds 1 2 U 2 f 1 1 1 1 1 Tm 2
4、 2 f 1 r 1 2 2 2 2 f 1 f 1 r1 2 2 r 1 x1 x 2 r 1 x1 x 2 sm r 2 由上式可知：当 U 1 常数时，在 f 1 较高时，即接近额 2 2 f 1 x1 x 2 r1 定频率时，r1=x1 x 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 U 1 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
5、 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 受人类干扰较小的某地实验模拟大气氮沉降初期对植被的影响实验地植被以灌木植物为主伴生多年生草本植物表数据为实验地以年为基数年实验中植被的变化值测量时间为每年月日据此完成题表年份地上生物量地下生物量植株数量改变实验期间大气氮沉降导致灌木草本两类植物出现此消彼长竞争的是植株数量总生物量地上生物量地下生物量根据实验结果推测随着大气氮沉降的持续植被未来变化趋是灌木植物和草本植物繁茂灌木植物和草本植物萎缩灌木植物下生物灌木植物略有减少其他都是增加简单计算可知生物量为增加即对植物密度即植株数量从表中可知数量呈递增趋即
6、密度增加即对从表直接可以看出随着时间发展地下生物量灌木植物减少但是草本植物增加符合了题目此消彼长的.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 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。2 r 2 保持 Un=常数,升高频率时，电动机的电磁转矩为 T m1 pU 1 s 2 2 f 1 r 2 2 r 1 x1 x 2 s 上式求 dT 0，得最大转矩和临界转差率为 ds T m 1 m1 pU 1 2 m r 2 2 2 2 2 2 2 f 1 r 1r 1 x1 x 2 r 1 x1 x 2 由于 f
7、 1 较高，x1、x 2 和 r 2 比 r 1 大的多，则上式变为 s 1 m1 pU 1 2 1 Tm f 1 x1 x 2 f 1 2 2 r 2 r 2 1 sm x 2 2 f 1 L1 L 2 f 1 x1 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。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
8、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）整理文档 受人类干扰较小的某地实验模拟大气氮沉降初期对植被的影响实验地植被以灌木植物为主伴生多年生草本植物表数据为实验地以年为基数年实验中植被的变化值测量时间为每年月日据此完成题表年份地上生物量地下生物量植株数量改变实验期间大气氮沉降导致灌木草本两类植物出现此消彼长竞争的是植株数量总生物量地上生物
9、量地下生物量根据实验结果推测随着大气氮沉降的持续植被未来变化趋是灌木植物和草本植物繁茂灌木植物和草本植物萎缩灌木植物下生物灌木植物略有减少其他都是增加简单计算可知生物量为增加即对植物密度即植株数量从表中可知数量呈递增趋即密度增加即对从表直接可以看出随着时间发展地下生物量灌木植物减少但是草本植物增加符合了题目此消彼长的.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
10、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 1 n1 p 可知 n1 应该为 1800r/min。整理文档 受人类干扰较小的某地实验模拟大气氮沉降初期对植被的影响实验地植被以灌木植物为主伴生多年生草本植物表数据为实验地以年为基数年实验中植被的变化值测量时间为每年月日据此完成题表年份地上生物量地下生物量植株数量改变实验期间大气氮沉降导致灌木草本两类植物出现此消彼长竞争的是植株数量总生物量地上生物量地下生物量根据实验结果推测随着大气氮沉降的持续植被未来变化趋是灌木植物和
11、草本植物繁茂灌木植物和草本植物萎缩灌木植物下生物灌木植物略有减少其他都是增加简单计算可知生物量为增加即对植物密度即植株数量从表中可知数量呈递增趋即密度增加即对从表直接可以看出随着时间发展地下生物量灌木植物减少但是草本植物增加符合了题目此消彼长的.（1）未变频时仿真结果 （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 0，1 60 f 1 1800r/min，同时在 40ms 左右，电机 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
12、定 子 电 源 频 率 f 1 时，保 持 整理文档 受人类干扰较小的某地实验模拟大气氮沉降初期对植被的影响实验地植被以灌木植物为主伴生多年生草本植物表数据为实验地以年为基数年实验中植被的变化值测量时间为每年月日据此完成题表年份地上生物量地下生物量植株数量改变实验期间大气氮沉降导致灌木草本两类植物出现此消彼长竞争的是植株数量总生物量地上生物量地下生物量根据实验结果推测随着大气氮沉降的持续植被未来变化趋是灌木植物和草本植物繁茂灌木植物和草本植物萎缩灌木植物下生物灌木植物略有减少其他都是增加简单计算可知生物量为增加即对植物密度即植株数量从表中可知数量呈递增趋即密度增加即对从表直接可以看出随着时间发
13、展地下生物量灌木植物减少但是草本植物增加符合了题目此消彼长的 U 1 f 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 n 60 f 1 1 z p 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，得到仿真图形如图（e）所示。（e）示波器读数 整理文档 受人类干扰较小的某地实验模拟
14、大气氮沉降初期对植被的影响实验地植被以灌木植物为主伴生多年生草本植物表数据为实验地以年为基数年实验中植被的变化值测量时间为每年月日据此完成题表年份地上生物量地下生物量植株数量改变实验期间大气氮沉降导致灌木草本两类植物出现此消彼长竞争的是植株数量总生物量地上生物量地下生物量根据实验结果推测随着大气氮沉降的持续植被未来变化趋是灌木植物和草本植物繁茂灌木植物和草本植物萎缩灌木植物下生物灌木植物略有减少其他都是增加简单计算可知生物量为增加即对植物密度即植株数量从表中可知数量呈递增趋即密度增加即对从表直接可以看出随着时间发展地下生物量灌木植物减少但是草本植物增加符合了题目此消彼长的.由图可知，转速约为
15、2100r/min，满足 n1 60 f 1 这个公式的理论计算结果，p 不过电机的响应时间与基频以上调整时的响应时间要大的多，同时，如果将频率 进行更细微的调整，转速也会有相应细微的变化。整理文档 受人类干扰较小的某地实验模拟大气氮沉降初期对植被的影响实验地植被以灌木植物为主伴生多年生草本植物表数据为实验地以年为基数年实验中植被的变化值测量时间为每年月日据此完成题表年份地上生物量地下生物量植株数量改变实验期间大气氮沉降导致灌木草本两类植物出现此消彼长竞争的是植株数量总生物量地上生物量地下生物量根据实验结果推测随着大气氮沉降的持续植被未来变化趋是灌木植物和草本植物繁茂灌木植物和草本植物萎缩灌木植物下生物灌木植物略有减少其他都是增加简单计算可知生物量为增加即对植物密度即植株数量从表中可知数量呈递增趋即密度增加即对从表直接可以看出随着时间发展地下生物量灌木植物减少但是草本植物增加符合了题目此消彼长的