感应电机仿真与建模(五)

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U1≈E1=4.44f1N1kmΦm

式中E1为气隙磁通在定子每相中的感应电动势；f1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，Φm为每极气隙磁通量。

如果改变频率f1，且保持定子电源电压U1不变，则气隙每极磁通Φm 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，这是不允许的。因此，降低电源频率f1时，必须同时降低电源电压，已达到控制磁通的目的。

5.1.2.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f1时，保持U1/f1为常数，使气每极磁通Φm 为常数，应使电压和频率按比例的配合调节。这时，电动机的电磁转矩为: T=m1pU1r2′/s/2πf1[(r1+ r2′/s)2+(x1+ r2′) 2]

上式对s求导，即dT/ds=0，有最大转矩和临界转差率为:

Tm=1/2*m1pU12/2πf1(r1+2)

由上式可知：当U1/f1=常数时，在f1较高时，即接近额定频率时，随着f1的降低，Tm减少的不多；当f1较低时，(x1+x2＇)2较小；r1相对变大，则随着f1的降低，Tm就减小了。显然，当f1降低时，最大转矩Tm 不等于常数。保持U1/f1=常数，降低频率调速时的机械特征如图15所示。这相当于他励直流电机的降压调速。

图15：变频调速的机械特性

（a）基频以下调速（U1/f1=常数）（b）基频以上调速（U1=常数）

图16仿真参数要求和程序

（1）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，当降低定子电源频率f1时，保持U1/f1常数，重新运行仿真模型，得到仿真结果如图16所示。

基频以下调速仿真结果

源程序如下：

syms U1n Nph Poles Fe0 Fe1 Fe2 Fe3 Fe4 Nn R1 R2p X10 X20p Rm Xm0 X1 X2p...

Ns0 Xm Zeq1 Z1 E1n Sn E1 Ns m S Nr1 Tem1 i F1;

U1n=380;Nph=3;Poles=2;Fe0=50;

Nn=1480;R1=0.715;R2p=0.416;X10=1.74;

X20p=4.4;Rm=6.2;Xm0=75;

Ns0=60*Fe0/Poles;

Sn=(Ns0-Nn)/Ns0;

Z1=R1+X10;

Zeq1=(Rm+j*Xm0)*(R2p/Sn+X20p)/((Rm+j*Xm0)+(R2p/Sn+j*X20p));

E1n=abs(Zeq1/(Zeq1+Z1)*U1n);

Fe1=50;Fe2=35;Fe3=25;Fe4=10;

for m=1:4

if m==1

F1=Fe1;

elseif m==2

F1=Fe2;

elseif m==3

F1=Fe3;

elseif m==4

F1=Fe4;

end

Ns=60*F1/Poles;

X1=X10*(F1/Fe0);

X2p=X20p*(F1/Fe0);

Xm=Xm0*(F1/Fe0);

U1=U1n/50*F1;

fori=1:2000

S=i/2000;

Nr1=Ns*(1-S);

Tem1=Nph*Poles/(2*pi)*(U1/F1)^2*(F1*R2p/S/((R2p/S)^2+(X1+X2p)^2));

plot(Tem1,Nr1);

hold on;

end

（2）保持E1/f1=常数，采用恒E1/f1控制，f1=（50,35,25,10Hz）,重新运行仿真模型，得到仿真结果如图17所示

图17基频以下调速仿真结果

由图可知，当频率变为50Hz后，根据公式n1=60f1/p可知，转速最终稳定在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。

源程序如下：

U1n=380;Nph=3;poles=2;fe0=50;nn=1480;

r1=0.715;r2p=0.416;X10=1.74;X20p=4.4;rm=6.2;Xm0=75;

ns0=60*fe0/poles;

sn=(ns0-nn)/ns0;

Zeq1=(rm+1i*Xm0)*(r2p/sn+1i*X20p)/((rm+1i+Xm0)+(r2p/sn+1i*X20p));

E1n=abs(U1n*Zeq1/(r1+1i*X10+Zeq1));

fe1=50;fe2=35;fe3=25;fe4=10;

for m=1:1:4

if m==1

f1=fe1;

elseif m==2

f1=fe2;

elseif m==3

f1=fe3;

else

f1=fe4;

end

ns=60*f1/poles;

x1=X10*(f1/fe0);

x2p=X20p*(f1/fe0);

xm=Xm0*(f1/fe0);

E1=E1n*(f1/fe0);

fori=1:1:2000

s=i/2000;

nr1=ns*(1-s);

Tem1=Nph*poles/(2*pi)*(E1/f1)^2*(f1*r2p/s/((r2p/s)^2+x2p^2));

nr(i)=nr1;

Tem(i)=Tem1;

end

plot(Tem,nr);

hold on;

end

xlabel('Torque[N*m]');ylabel('Speed[rpm]');

disp('End');

5.1.3.基频以上变频调速

在基频以上变频调速时，保持电压为Un不变，频率f1越高，磁通Φm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。

保持Un=常数,升高频率时，电动机的电磁转矩为：

T=m1pU1r2′/s2πf1[(r1+r2′/s)2+（x1+x2′） 2)]

上式求dT/ds转矩为：

Tm=1/2*m1pU12/2πf1(r1+2)

由于f1较高，x1、 x＇2和r2′/s比r1大的多.因此，频率越高时，Tm越小。保持Un为常数，升高频率调速时的机械特性如图所示。

仿真参数要求和程序：

采用U1升f1控制，通过MATLAB编程，绘出下列不同供电频率(f1=50,60,70,80,100Hz）下三相感应电动机的机械特性。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18所示。

图18：基频以上调速仿真结果

源程序如下：

clc

clear

symsU1nNphPolesFe0Fe1Fe2Fe3Fe4 Fe5NnR1R2pX10X20pRmXm0X1X2p...

Ns0XmZeq1Z1E1nSnE1NsmSNr1Tem1iF1;

U1n=380;Nph=3;Poles=2;Fe0=50;

Nn=1480;R1=0.715;R2p=0.416;X10=1.74;

X20p=3.03;Rm=6.2;Xm0=75;

Ns0=60*Fe0/Poles;

Sn=(Ns0-Nn)/Ns0;

Z1=R1+X10;

Zeq1=(Rm+j*Xm0)*(R2p/Sn+X20p)/((Rm+j*Xm0)+(R2p/Sn+j*X20p));

E1n=abs(Zeq1/(Zeq1+Z1)*U1n);

Fe1=50;Fe2=60;Fe3=70;Fe4=80; Fe5=100

for m=1:5

if m==1

F1=Fe1;

elseif m==2

F1=Fe2;

elseif m==3

F1=Fe3;

elseif m==4

F1=Fe4;

elseif m==5

F1=Fe5;

end

Ns=60*F1/Poles;

X1=X10*(F1/Fe0);

X2p=X20p*(F1/Fe0);

Xm=Xm0*(F1/Fe0);

U1=U1n;

fori=1:2000

S=i/2000;

Nr1=Ns*(1-S);

Tem1=Nph*Poles/(2*pi)*(U1/F1)^2*(F1*R2p/S/((R2p/S)^2+(X1+X2p)^2));

plot(Tem1,Nr1);

holdon;

end

5.2调压调速

仿真参数要求和程序:

当外施电源电压改变时,最大转矩将随U1的平方而变化,但最大转矩出现的转差率Sm保持不变.改变电源电压的有效值,将其设置成数据U1=（380,300,190,150V）,而其他的参数不变,重新运行仿真模型,得到仿真如图所示.

图19电压调速仿真结果

源程序如下：

U1n=380;Nph=3;poles=4;fe0=50;nn=1480;

r1=0.715;r2p=0.416;X10=1.74;X20p=4.4;rm=6.2;Xm0=75;

ns0=60*fe0/poles;

sn=(ns0-nn)/ns0;

Zeq1=(rm+1i*Xm0)*(r2p/sn+1i*X20p)/((rm+1i+Xm0)+(r2p/sn+1i*X20p));

E1n=abs(U1n*Zeq1/(r1+1i*X10+Zeq1));

U1=380;U2=300;U3=190;U4=150;

for m=1:1:4

if m==1

E1=U1;

elseif m==2

E1=U2;

elseif m==3

E1=U3;

else

E1=U4;

end

fori=1:1:2000

s=i/2000;

nr1=ns0*(1-s);

Tem1=Nph*poles/(4*pi)*(E1/fe0)^2*(fe0*r2p/s/((r2p/s)^2+x2p^2));

nr(i)=nr1;

Tem(i)=Tem1;

end

plot(Tem,nr);

hold on;

end

xlabel('Torque[N*m]');ylabel('Speed[rpm]');

disp('End');

由图19可知,调压调速可以改变电机的机械特性。而当电机空载或者轻载时，转速基本不变。调压调速目前广泛采用交流调压器，由晶闸管等器件组成。通过调整晶闸管的导通角大小来调节加到定子绕组上的端电压。结构比较简便，控制电路价格较低。但是低速时转子铜耗较大，效率较低。对于风机类负载，负载功率近似与转速的三次方成正比。虽然转速下降不多，但是输入功率下降的较多，节能效果明显。所以比较适合风机类负载的调速。

结论：感应电动机模型在两相固定框架下建立了利用MATLAB / SIMULINK模块的设计。使用该模块设计求解定子电流、流量均有所提高，并且提高了模型的正确性。此仿真结果证明了该模型的正确性。

第6章结论与总结

本文对感应电机的研究背景与现状，进行了分析。通过对三相感应电机工作原理的分析，并对其非线性﹑强耦合﹑高阶次的特点进行分析。

首先建立三相感应电机的物理模型，进一步建立三相感应电机动态数学模型，接下来利用Matlab/Simulink仿真工具对三相感应电机的机械特性和调速特性进行分析，并建立模块图形。并对不同电压下，定子电流、定子功率因数、电磁转矩、输出转矩、效率和不同转速等相关参数，进行分析，并分析各个变量之间的关系，及建立相关仿真模型。

利用Simulink功能，进一步的了解了三相感应电机的机械特性和调速特性,并得到仿真模型。通过对得到的仿真模型的分析得知，通过Matlab/Simulink仿真工具优化电机的方法更高效直观，而且仿真结果与实际结果比较接近。所以说明使用Matlab建立数学模型，进一步提高电机效率，达到优化设计的目的。

参考文献

[1]张德丰等.MATLAB/Simulink建模与仿真实例精讲.北京：机械工业出版社,2010

[2]贺益康.许大中.电机控制.浙江:大学出版社,2010

[3]陈世坤.电机设计.北京:机械工业出版社.2000

[4]戴文进.徐龙权.电机学.北京:清华大学出版社.2008

[5]潘成林.实用中小型电机手册.上海:上海科学技术出版社.2007

[6]沈阳机电学院电机系.三相感应电动机原理设计与试验.沈阳:科学出版社.1977

[8]彭鸿才.电机原理及拖动.北京:机械工业出版社.1996

[9]陈伯时.电力拖动自动控制系统(第三版).北京:机械工业出版社.2003

[10]张庆新.常丽东.感应电机功率因数控制器的研究[J].沈阳航空工业学院学报.2000

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