交流调速―异步电动机全速度范围内的转矩-转速特性曲线

北京交通大学电气工程学院北京交通大学电气工程学院交流调速专题报告一—作业1异步电动机全速度范围内的转矩-转速特性曲线异步电动机全速度范围内的转矩-转速特性曲线摘要：通过对异步电动机进行数学分析，得到异步电动机的稳态模型。在全速范围内分段进行恒磁通和恒电压恒功率控制，得到控制下的转矩—转速特性曲线。关键词：异步电动机；转矩—转速；恒磁通；恒电压恒功率Abstract:Bymathematicalasynchronousmotoranalysis,wecangetthesteady-statemodeloftheasynchronousmotor.Fullspeedwithinsectionsofconstantfluxandconstantvoltageconstantpowercontrol,wecangetthetorque-speedcharacteristicsunderthecontrol.Keywords:asynchronousmotor;torque-speed;constantflux;constantvoltageconstantpower北京交通大学电气工程学院北京交通大学电气工程学院1.前言1.1异步电动机转矩—转速研究意义电动机作为重要的动力装置，已被广泛用于工业、农业、交通运输、国防军事设施以及日常生活中。与电机配套的控制设备的性能已经成为用户关注的焦点。电机的控制包括电机的起动、调速和制动。异步电动机由于具有结构简单、体积小、价格低廉、运行可靠、维修方便、运行效率较高、工作特性较好等优点，因而在电力拖动平台上得到了广泛应用。据统计，其耗电量约占全国发电量的40%左右。对于异步电动机的转矩—转速特性曲线则是我们实际控制效果的体现。2.异步电动机的模型和控制方法2.1异步电动机的稳态模型Us—定子相电压；fs—定子频率；fsl—转差频率；Is、Ir、Im—分别为定子电流、折算到定子侧的转子电流和励磁电流；Eg—气隙磁通感应电动势；北京交通大学电气工程学院北京交通大学电气工程学院Er—折算到定子侧的转子感应电动势；s—转差率，s=fsl/fs.2.2异步电动机的控制方法2.2.1恒磁通控制方法恒磁通运行条件为，可以近似与加入低压补偿的恒电压/频率控制等效。此时的转矩—转速特性曲线如下：2.2.2恒电压恒功率控制方法恒电压恒功率条件为：，此时的转矩—转速特性曲线如下：.constCfEmEsg..constffconstUssls北京交通大学电气工程学院北京交通大学电气工程学院2.2.3异步电动机的转矩公式通过对运行状态的分析可以得到转矩的公式为：m为相数，pn为极对数，sU为定子电压，Sf为同步频率，s为转差率，SR为定子电阻，rR为转子电阻，lsX为定子漏感，lrX为转子漏抗。3.异步电动机转矩—转速的MATLAB仿真3.1仿真程序clcclearfs1=40;fs2=60;fs3=80;fs4=100;fs5=120;fs6=140;fs7=160;Us1=380/2+10;Us2=380/8*6+5;Us3=380;m=3;np=2;Rs=0.144;Rr=0.816;Xs1=2*pi*fs1*0.001417;Xs2=2*pi*fs2*0.001417;Xs3=2*pi*fs3*0.001417;Xs4=2*pi*fs4*0.001417;Xs5=2*pi*fs5*0.001417;Xs6=2*pi*fs6*0.001417;Xs7=2*pi*fs7*0.001417;Xr1=2*pi*fs1*0.001294;Xr2=2*pi*fs2*0.001294;Xr3=2*pi*fs3*0.001294;Xr4=2*pi*fs4*0.001294;Xr5=2*pi*fs5*0.001294;Xr6=2*pi*fs6*0.001294;Xr7=2*pi*fs7*0.001294;fori=1:2000])()[(/2222lrlsrsrsspeXXsRRsRUfmnT北京交通大学电气工程学院北京交通大学电气工程学院s1=i/2000;Tout1(i)=m*np*Us1*Us1*Rr/2/pi/fs1/s1/[(Rs+Rr/s1)*(Rs+Rr/s1)+(Xs1+Xr1)*(Xs1+Xr1)];Tout2(i)=m*np*Us2*Us2*Rr/2/pi/fs2/s1/[(Rs+Rr/s1)*(Rs+Rr/s1)+(Xs2+Xr2)*(Xs2+Xr2)];Tout3(i)=m*np*Us3*Us3*Rr/2/pi/fs3/s1/[(Rs+Rr/s1)*(Rs+Rr/s1)+(Xs3+Xr3)*(Xs3+Xr3)];Tout4(i)=m*np*Us3*Us3*Rr/2/pi/fs4/s1/[(Rs+Rr/s1)*(Rs+Rr/s1)+(Xs4+Xr4)*(Xs4+Xr4)];Tout5(i)=m*np*Us3*Us3*Rr/2/pi/fs5/s1/[(Rs+Rr/s1)*(Rs+Rr/s1)+(Xs5+Xr5)*(Xs5+Xr5)];Tout6(i)=m*np*Us3*Us3*Rr/2/pi/fs6/s1/[(Rs+Rr/s1)*(Rs+Rr/s1)+(Xs6+Xr6)*(Xs6+Xr6)];Tout7(i)=m*np*Us3*Us3*Rr/2/pi/fs7/s1/[(Rs+Rr/s1)*(Rs+Rr/s1)+(Xs7+Xr7)*(Xs7+Xr7)];n1(i)=(1-s1)*60*fs1/np;n2(i)=(1-s1)*60*fs2/np;n3(i)=(1-s1)*60*fs3/np;n4(i)=(1-s1)*60*fs4/np;n5(i)=(1-s1)*60*fs5/np;n6(i)=(1-s1)*60*fs6/np;n7(i)=(1-s1)*60*fs7/np;endplot(n1,Tout1,'-',n2,Tout2,'-',n3,Tout3,'-',n4,Tout4,'-',n5,Tout5,'-',n6,Tout6,'-',n7,Tout7,'-');holdon;grid;xlabel('n');ylabel('Tout');title('WithdifferentMethod');disp('End');3.2异步电动机转矩—转速仿真结果仿真结果如下：北京交通大学电气工程学院北京交通大学电气工程学院3.3仿真结果与理论对比分析3.3.1恒磁通运行：曲线1、2、3（对应电动机定子频率在40Hz、60Hz、80Hz恒磁通控制）：Te仅与fsl有关，与fs无关；Tem不变，转矩—速度特性是一族平行曲线；当fsl保持不变时，可实现恒转矩运行。因此恒磁通运行也叫做恒转矩运行。与理论分析基本相同，如下图所示：北京交通大学电气工程学院北京交通大学电气工程学院3.3.2恒电压恒功率运行：曲线3、4、5、6、7（对应电动机定子频率在100Hz、120Hz、140Hz、160Hz恒电压恒功率控制）：即转矩与sf1成正比，最大转矩和21sf成正比，与理论分析基本相同，如下图所示：北京交通大学电气工程学院北京交通大学电气工程学院最后可以得出：曲线1、2、3、4、5、6、7即为全速度范围内的转矩—转速特性曲线，其中1、2、3对应电动机定子频率在40Hz、60Hz、80Hz恒磁通控制，曲线3、4、5、6、7对应电动机定子频率在100Hz、120Hz、140Hz、160Hz恒电压恒功率控制，结果和理论分析几乎相同，分别具有恒磁通和恒电压恒功率的特点。4.参考文献[1]林飞，杜欣.电力电子应用技术的matlab仿真[M].北京：中国电力出版社，2009[2]冯晓云.电力牵引交流传动及其控制系统[M].北京：高等教育出版社，2009