三相异步电动机调压调速系统 - 图文

目 录

摘 要............................................................... I

1概述 .............................................................. 1

1.1三相异步电动机的调速方法..................................... 2 1.2调压调速的简介............................................... 2 1.3课程设计的要求............................................... 3

2三相异步电动机调压调速系统的组成 .................................. 4 3三相异步电动机调压调速系统的设计和实现 ............................ 7

3.1三相异步电动机调压调速系统的电路............................. 7 3.2三相异步电动机在不同电压的机械特性........................... 8 3.3闭环调速结构图............................................... 9 3.4 系统各部分参数的计算 ........................................ 9

4三相异步电动机调压调速系统的仿真 ................................. 12

4.1MATLAB仿真的介绍............................................ 12 4.2三相异步电动机调压调速系统的仿真图.......................... 13 4.3系统各部分的参数............................................ 14 4.4仿真效果图.................................................. 16

5实物连线图 ....................................................... 17

总结............................................................... 18 参考文献........................................................... 19

摘 要

本课程设计介绍了异步电动机调压调速系统的几大组成部分，并着重讲述了三相异步电动机（M）、测速发电机（TG）、晶闸管交流调压器（TVC）的简单的工作原理。在了解异步电动机调压调速的基本原理的基础上，设计了异步电动机单闭环调压调速系统的结构原理图。还将调压调速与其他的调速方法相比，所具有的优点以及不足之处。

以转速单闭环调压调速系统为例，基于Matlab语言开发仿真软件，并进行仿真实验。

关键词:调压调速；MATLAB；三相异步电动机

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1概述

直流电力拖动和交流电力拖动在19世纪先后诞生。在20世纪上半叶的年代里，鉴于直流拖动具有优越的调速性能，高性能可调速拖动都采用直流电机，而约占电力拖动总容量80%以上的不变速拖动系统则采用交流电机，这种分工在一段时期内已成为一种举世公认的格局。交流调速系统的多种方案虽然早已问世，并已获得实际应用，但其性能却始终无法与直流调速系统相匹敌。

直到20世纪60-70年代，随着电力电子技术的发展，使得采用电力电子变换器的交流拖动系统得以实现，特别是大规模集成电路和计算机控制的出现，高性能交流调速系统便应运而生，一直被认为是天经地义的交直流拖动按调速性能分工的格局终于被打破了。

交流调速系统的应用领域主要有三个方面： ? 一般性能的节能调速

? 高性能的交流调速系统和伺服系统 ? 特大容量、极高转速的交流调速 （1）一般性能的节能调速

在过去大量的所谓“不变速交流拖动”中，风机、水泵等通用机械的容量几乎占工业电力拖动总容量的一半以上，其中有不少场合并不是不需要调速，只是因为过去的交流拖动本身不能调速，不得不依赖挡板和阀门来调节送风和供水的流量，因而把许多电能白白地浪费了。

如果换成交流调速系统，把消耗在挡板和阀门上的能量节省下来，每台风机、水泵平均都可以节约 20-30% 以上的电能，效果是很可观的。

（2）高性能的交流调速系统和伺服系统

许多在工艺上需要调速的生产机械过去多用直流拖动，鉴于交流电机比直流电机结构简单、成本低廉、工作可靠、维护方便、惯量小、效率高，如果改成交流拖动，显然能够带来不少的效益。但是，由于交流电机原理上的原因，其电磁转矩难以像直流电机那样通过电枢电流施行灵活的实时控制。

（3）特大容量、极高转速的交流调速

直流电机的换向能力限制了它的容量转速积不超过106 kw?r/min，超过这一数值时，其设计与制造就非常困难了。

交流电机没有换向器，不受这种限制，因此，特大容量的电力拖动设备，以及极高转速的拖动，如高速磨头、离心机等，都以采用交流调速为宜。

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1.1三相异步电动机的调速方法

异步电机的调速方法有不少，根据异步电机的转速公式

n?n1?1?s??60f1/p?1?s? (1.1) 其中n1为同步转速(r/min);f1为定子频率，也就是电源频率(Hz);p为磁极对数。

可知；异步电动机有以下三种基本调速方法： （1）改变定子极对数p调速。 （2）改变电源频率f1调速。 （3）改变转差率s调速。

1.2调压调速的简介

由电力拖动原理可知，当异步电机等效电路的参数不变时，在相同的转速下，电磁转矩与定子电压的平方成正比，因此，改变定子外加电压就可以改变机械特性的函数关系，从而改变电机在一定负载转矩下的转速。

当改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机械特性曲线，由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很多，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用。为了扩大调速范围，调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机，如专供调压调速用的力矩电动机，或者在绕线式电动机上串联频敏电阻。为了扩大稳定运行范围，当调速在2：1以上的场合应采用反馈控制以达到自动调节转速目的。调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源，目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压器（TVC）等几种。晶闸管调压方式为最佳。交流调压器一般用三对晶闸管反并联或三个双向晶闸管分别串接在三相电路中，主电路接法有多种方案，用相位控制改变输出电压。调在异步电动机调速方法中，变压调速是异步电机调速方法中比较简便的一种。

由电力拖动原理可知，当异步电机等效电路的参数不变时，在相同的转速下，电磁转矩与定子电压的平方成正比，因此，改变定子外加电压就可以改变机械特性的函数关系，从而改变电机在一定负载转矩下的转速。

调压调速的机械特性如图3.2所示。由图可以看出，随着定子电压的降低，机械特性变软，而且最大转矩也减小很多，这样就降低了电机的过载能力。若负

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载稍有波动，电机就可能停转。因此对于恒转矩负载，其调速范围很小。若用于通风机类负载，可以得到较大的调速范围。

图3.2 电机调压调速机械特性

但在低速时磁通量较小，会使转子电流较大，电机发热问题就会变得严重。为了克服上述调压调速中存在的问题，通常采用以下方法。

（1）采用转子电阻较大的高转差率笼型电动机、实心转子电动机或双层转子电动机，以获得较宽的调速范围。

（2）对于笼型的电动机可采用速度负反馈闭环调压调速系统。如图3.2所示。这时的机械特性硬度较大，可以得到平滑调速和较大调速范围。

1.3课程设计的要求

1) 了解并熟悉三相异步电动机调压调速系统的组成及原理； 2) 主回路设计；整流滤波电路设计计算；逆变桥主电路设计计算； 3) 控制回路的设计； 4) 元器件的选型和参数计算； 5) 系统应用与调试说明； 6) 按照要求完成课程设计报告。

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