三相异步电动机交流调压调速的研究

黄旭　王康　任俊

【摘 要】三相异步电动机的调速方法有多种，其中较为常用的调速手段为调压调速。本文在现有理论的基础上，在Matlab中运用Simulink模型库中的电路、电子、电机、电力电子等模块库，以转速单闭环调压调速系统为例，进了行仿真实验，直观地观察不同的控制方式下对系统的控制。

【关键词】调压调速；Simulink；三相异步电动机

中图分类号： TM343.2 文献标识码： A 文章编号： 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 三相异步电动机的调速方法

根据异步电机转速公式：

n=n1（1-s）=60f1/p（1-s）（1）

若要改变三相异步电动机的转速，可以通过控制定子电源相电压，调节定子电源频率，或者是改变异步电动机的极对数三种方法。无论采用三种方法中的哪一种都有其优缺点，本文主要对调压调速加以研究。

2 调压调速的原理

根据异步电动机的机械特性方程：

Te=（2）

异步电机的调速控制本质上是调控电机的转矩，对于异步电机来说，其作为电机使用时通过电磁转矩拖动负载，不同的负载对应的电机转速也不同，这是异步电机的主要稳态特性。而通过各种调节方式，包括：改变定子电压、频率等可以得到相应条件下的电机机械特性。从图1中可以直观看出这一特点，定子电压发生变化时，异步电机的机械特性不同，在相同的负载转矩下，对应的转速必然发生变化，这是通过调节电压来调控异步电机转速的理论基础。

3 转速反馈系统的设计

三相异步电机通过调压进行调速的调控范圍很窄。对于要求调速范围要求较大的恒转矩负载，可以采用转速反馈的闭环控制系统。通过速度给定值与速度反馈值进行比较，经ASR得到控制电机，控制导通角调节输出电压，进而改变定子绕组电压，实现调速目的。

转速反馈调速系统电路原理图如图3所示，当负载增大时→转速n下降→电压Un下降→ΔU=U*n-Un，因此ΔU增大→经过ASR调节晶闸管导通角→调高定子电压→转速回升，PID Controller采用PI调节能够实现无静差控制的效果。在图1中，调高后的定子电压就运行在电压较高的一条机械特性上。

4 交流调压调速Simulink仿真

创建交流电动机调压调速Simulink仿真模型，使用示波器查看输出转速和电磁转矩波形。系统的主要组成主要由三相对称电压源、三相调压器、同步六脉冲触发器、交流异步电动机、ASR、速度反馈等部分组成。

4.1 仿真模型的建立和参数设置

三相调压器由6个晶闸管组成，为了简化模型结构，仿真模型如图4所示，经多次实践后设置合适的仿真算法和仿真时间，启动仿真，在示波器中观察并分析得到的波形。

需要注意的是，对于强耦合系统的异步电机来说，其参数设置一定要严格依据电机的实际数据进行调整，随意更改参数容易导致运行故障。

4.2 仿真结果的输出及结果分析

最终可以得到如下结论：在启动时转速从零开始上升过程中，电磁转矩较大，到电机转速稳定后，电磁转矩保持不变；当启动1s时，负载由20增加到40，转速下降，电磁转矩上升，稳定时转速恢复到原来值，保持无静差调速。

【参考文献】

[1]张少军，杜金城.交流调速原理及应用[M].北京：中国电力出版社，2003.

[2]李发海，王岩.电机与拖动基础[M].北京：清华大学出版社，2005.

[3]王沫然.Simulink建模及动态仿真[M].北京：电子工业出版社，2002.

[4]曹弋.MATLAB在电类专业课程中的应用[M].北京：机械工业出版社，2016.