三相異步電動機交流調壓調速的研究

黃旭　王康　任俊

【摘 要】三相異步電動機的調速方法有多種，其中較為常用的調速手段為調壓調速。本文在現有理論的基礎上，在Matlab中運用Simulink模型庫中的電路、電子、電機、電力電子等模塊庫，以轉速單閉環調壓調速系統為例，進了行仿真實驗，直觀地觀察不同的控制方式下對系統的控制。

【關鍵詞】調壓調速；Simulink；三相異步電動機

中圖分類號： TM343.2 文獻標識碼： A 文章編號： 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 三相異步電動機的調速方法

根據異步電機轉速公式：

n=n1（1-s）=60f1/p（1-s）（1）

若要改變三相異步電動機的轉速，可以通過控制定子電源相電壓，調節定子電源頻率，或者是改變異步電動機的極對數三種方法。無論采用三種方法中的哪一種都有其優缺點，本文主要對調壓調速加以研究。

2 調壓調速的原理

根據異步電動機的機械特性方程：

Te=（2）

異步電機的調速控制本質上是調控電機的轉矩，對于異步電機來說，其作為電機使用時通過電磁轉矩拖動負載，不同的負載對應的電機轉速也不同，這是異步電機的主要穩態特性。而通過各種調節方式，包括：改變定子電壓、頻率等可以得到相應條件下的電機機械特性。從圖1中可以直觀看出這一特點，定子電壓發生變化時，異步電機的機械特性不同，在相同的負載轉矩下，對應的轉速必然發生變化，這是通過調節電壓來調控異步電機轉速的理論基礎。

3 轉速反饋系統的設計

三相異步電機通過調壓進行調速的調控范圍很窄。對于要求調速范圍要求較大的恒轉矩負載，可以采用轉速反饋的閉環控制系統。通過速度給定值與速度反饋值進行比較，經ASR得到控制電機，控制導通角調節輸出電壓，進而改變定子繞組電壓，實現調速目的。

轉速反饋調速系統電路原理圖如圖3所示，當負載增大時→轉速n下降→電壓Un下降→ΔU=U*n-Un，因此ΔU增大→經過ASR調節晶閘管導通角→調高定子電壓→轉速回升，PID Controller采用PI調節能夠實現無靜差控制的效果。在圖1中，調高后的定子電壓就運行在電壓較高的一條機械特性上。

4 交流調壓調速Simulink仿真

創建交流電動機調壓調速Simulink仿真模型，使用示波器查看輸出轉速和電磁轉矩波形。系統的主要組成主要由三相對稱電壓源、三相調壓器、同步六脈沖觸發器、交流異步電動機、ASR、速度反饋等部分組成。

4.1 仿真模型的建立和參數設置

三相調壓器由6個晶閘管組成，為了簡化模型結構，仿真模型如圖4所示，經多次實踐后設置合適的仿真算法和仿真時間，啟動仿真，在示波器中觀察并分析得到的波形。

需要注意的是，對于強耦合系統的異步電機來說，其參數設置一定要嚴格依據電機的實際數據進行調整，隨意更改參數容易導致運行故障。

4.2 仿真結果的輸出及結果分析

最終可以得到如下結論：在啟動時轉速從零開始上升過程中，電磁轉矩較大，到電機轉速穩定后，電磁轉矩保持不變；當啟動1s時，負載由20增加到40，轉速下降，電磁轉矩上升，穩定時轉速恢復到原來值，保持無靜差調速。

【參考文獻】

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