绕线式异步电动机串级调速仿真
7页1、. . . . . .基于Matlab的绕线式异步电动机串级调速仿真张毅(重庆交通大学 机电与汽车工程学院, 400074)a. . .1.研究背景随着人们对能源转换效率要求的不断提高和交流电机的飞速发展,交流电机用途已经十分广泛。对交流电机进行必要的调速就显得比较重要了,作为比较常见的绕线式异步电动机,改变其转子绕组控制变量以实现调速,并且转子侧的控制变量有电流、电动势、电阻等。通常转子电流随负载的大小决定,因此,不能对电动机转速进行平滑调节,而转子回路阻抗的调节属于耗能型调速,从节能的角度希望产生附加直流电动势的装置能够吸收异步电动机转子侧传递来的转差动率并加以利用,所以转子侧的控制变量只能是电动势,这就是本文主要的研究方向。2.串级调速系统的工作原理对绕线式异步电动机,其转子侧影响电机转速的参数有转子回路的阻抗和转子电动势。改变其转子回路电阻进行转速调节属于能耗型的调速方法。本论文研究改变转子电动势这个物理量将会产生什么效果。异步电动机运行时其转子相电动势为 (2.1)其中,为异步电机的转差率;为绕线式异步电动机在转子开路时的相电动势,也是转子额定相电压值。式2.1表明,绕线式异
2、步电动机工作时,其转子电动势值与转差率成正比。此外,转子频率也与成正比,。在转子短路情况下,转子相电流的表达式为 (2.2)其中,为转子绕组每相电阻;为时的转子绕组每相漏抗。如在转子绕组回路加上一个可控的交流电动势,此附加电动势与转子电动势频率相同,并与同相(反相)串接,如图2.1所示。图2.1 绕线式异步电机转子附加电动势的原理图此时转子回路的相电流表达式为 (2.3)当电机处于电动状态时,其转子电流与负载大小有关1。当电动机带有恒定负载转矩时,可近似的认为不论转速高低转子电流都不变,此时在不同值下式2.2与式2.3应相等。设在未串入附加电动势前,电动机原在某一转差率下稳定运行。当引入同相的附加电动势后,电动机转子回路的合成电动势增大了,转子电流和电磁转矩也相应增大,由于负载转矩未变,电动机就加速,因此降低,转子电动势随之减少,转子电流也逐渐减少,直至转差率降低到时,转子电流有恢复到负载所需的原值,电动势便进入新的更高转速的稳定状态。此时式2.2与式2.3的平衡关系为同理可知,若减少或串入反相的附加电动势,则可使电动势的转速降低。所以,在异步电动机的转子侧引入一个可控的附加电动势,就
3、可调节电机的转速。在异步电动机转子回路中附加交流电动势调速的关键就是在转子侧串入一个可变频,可变幅的电压。对于只用于次同步电动状态的情况来说,比较方便的方法是将转子电压先整流成直流电压,然后再引入一个附加的直流电动势,控制此直流附加电动势的幅值,就可以调节异步电动机的转速。当然对这一直流附加电动势要有一定的技术要求。首先,它应该是可平滑调节的,以满足对电动机转速平滑调节的要求;其次从节能的角度看,希望产生附加值流电动势的装置能够吸收从异步电动机转子侧传递来的转差功率并加以利用。根据以上两点要求,较好的方案是采用工作在有源逆变状态的晶闸管可控整流装置作为产生附加直流电动势的电源。图2.2 串级调速原理图图2.2中,M为三相绕线式异步电动机,其转子相电动势经三相不可控整流装置UR整流,输出直流电压。工作在有源逆变状态的三相可控整流装置UI除提供可调的直流电压作为电机调速所需的附加直流电动势外,还可将经UR整流输出的转差率逆变,并回馈到交流电网。TI为逆变变压器,L为平波电抗器。两个整流装置电压和的极性以及直流电路的电流的方向如图中所示。显然,系统在稳定工作时,必须。3.双闭环控制的串级调速
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