1转差率控制的异步电动机调速系统的设计

电气传动２００８年第３８卷第５期

ＥＬＥＣＴＲＩＣＤＲＩＶＥ２００８Ｖ０１．３８Ｎｏ．５

转差率控制的异步电动机调速系统的设计

刘军华，李春茂，褚丽丽

（西南交通大学电气工程学院，四川成都６１００３１）

摘要：以异步电动机机械特性方程为基础，讨论了转差率控制的基本概念，分析了转差率控制的基本规律，设计了基于转差率ｆｊ了环控制的异步电动机变频调速系统，并介绍了该系统的主要特点．使用Ｍａｔｌａｂ中的仿真工具箱Ｓｉｍｕｌｉｎｋ为基于转差率闭环控制的异步电动机变频调速系统建立了仿真模型，并给出了仿真结果。结果表明，系统具有良好的调速性能。

关键词：转差率；异步电动机；调速；仿真

中图分类号：ＴＭ３４３

文献标识码：Ａ

ｏｎ

ＤｅｓｉｇｎｏｆＡｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＭｏｔｏｒＶａｒｉａｂｌｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙＳｐｅｅｄＲｅｇｕｌａｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍＢｕｓｅｄ

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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｌｉｐ；ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ；ｓｐｅｅｄｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

异步电动机是变频调速技术中应用最广泛的电力拖动设备。转差率是异步电动机运行的重要电气参数之一，它反映了电动机转速降落，影响转子损耗和电动机的效率‘¨。转差率控制是一种解决异步电动机电磁转矩控制问题的方法，采用这种控制方案的调速系统，可以获得与直流电动机恒磁通调速系统相似的性能。为此本文设计了基于转差频率闭环控制的异步电动机变频调速系统，并建立了仿真模型，给出了仿真结果。

式（１）可写成

一——１Ｆ一

４．４４Ｎ１ｋＮｌ瓯

Ｔｃ＝Ｋ。戤丽再葡寿等珊（２）

Ｋｍ一３砩（生学）２一号砩Ｎ；惫‰（３）

由于异步电动机机械特性上有一最大值，当转差率小于临界转差率（对应于电磁转矩最大的转差率）时，电动机运行在稳定工作区，电动机的电流比较小；当转差率大于临界转差率时，电动机进入不稳定工作区，电动机的电流增大，转矩减小。所以在调速过程中，要始终使电动机的转差率小于临界转差率。也就是说，异步电动机稳定运行时的转差率很小。从而∞。一ｓ叫。也很小，可以认为式（２）中ｓＲ。《Ｒ：，∞。（ＬＩｌｑ－Ｌ：ｚ）《Ｒ；，由此式（２）可近似写为

１转差率控制的基本概念

Ｌ地，（警）２酉碾群落而

异步电动机的机械特性方程式为

（１）

令式（１）中Ｓｉｌ０，＝∞。，ｆｉｔ）。为转差角频率；

Ｕｌ≈Ｅ一４．４４＾ＮｌｋＮｌ瓯

即

’

Ｔｃ＝Ｋ。娥鸭／Ｒ７２

（４）

堕≈垦一兰：兰兰厶盟！墨盟！垒

式（４）表明，在转差率ｓ很小的范围内，只要能够

维持气隙磁通瓯不变，异步电动机的转矩就近

作者简介：刘军华（１９８２一），男，硕士研究生，Ｅｍａｉｌ：ｌｉｕｊｕｎｈｕａ２４＠１６３．ｏＤｍ２２

万方数据

刘军华，等：转差事控制的异步电动机调速系统的设计似与转差角频率成正比。这就是说，在异步电动机中控制魄，就和直流电动机中控制电流一样，能够达到控制转矩的目的。控制转差角频率就代表了控制转矩，这就是转差角频率控制的基本概念。

２转差率控制规律

上面只是近似地找到了转矩与转差角频率的正比关系，可以用它表明转差角频率控制的基本概念。但是这一正比关系必须有两个条件才能成立：首先转差角频率魄必须较小，即控制系统必须对ｔＯ。限幅，使其满足

ｃｃ，。＜鲫。。

（５）

式中，甜。。。一ｓ。ｔｏ，。这是转差角频率控制的基本规律之一。对∞。限幅的功能由转速调节器实现。

第２个条件是气隙磁通必须保持恒定。异步电动机可以控制的量是定子电流王。，而ｊ，中包含励磁电流分量工。和负载电流分量Ｅ，只有保持励磁电流分量Ｊｏ恒定，才能使气隙磁通Ｃｍ恒定。而Ｌ和Ｅ均难以直接测量，若能找到厶，ｊ。和御。间的函数关系，当负载改变引起鲫。变化时，只要调节Ｉ，，使厶维持不变，问题便可以解决了。异步电动机的等值电路如图１所示。

图１异步电动机的等值电路

Ｆｉｇ．１

Ｔｈｅ

ｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅｃｉｒｃｕｉｔｏｆａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ

根据并联支路的分流公式得

ｊ。一ｊ－习再Ｒ２／面ｓ＋瓦ｊｏＪｓＬ雨乜ｊ

：｝，

墨！±照生”Ｒ２＋ｊｓ叫ｌ（Ｌｎ＋Ｌ。）

；

Ｒ：＋ｊｃｃ，。Ｌ１２

“Ｒ２＋ｊ叫。（Ｌ１２＋Ｌ。）

取等式两侧相量的幅值相等，得

１０

１１石器器旨

㈣

令Ｉｏ三常数，可以画出Ｉ。＝ｆ（ｔｏ。）的曲线如图２所示。它具有下列性质：１）当ｃｃ，。一０时，Ｉ，一Ｉ。，在理想空载时定子电流等于励磁电流；２）若吐值增大，定子电流Ｉ，也相应增大；３）当叫。一ｏ。时，

万方数据

电气传动２００８年第３８豢第５期

Ｉ。一Ｉｏ（Ｌｍ＋Ｌ乞）／Ｌ乞，这是Ｉ。一ｆ（吡）的渐进线；４）鸭为正、负值时，Ｉ。的对应值不变，Ｉ。一ｆ（ｔＯ。）曲线左右对称。上述关系表明：只要定子电流Ｉ－和叫。的关系符合图２或式（６）的规律，就能

保持气隙磁通瓯恒定。这是转差角频率控制的

基本规律之二。它由电流函数发生器来实现。

图２保持面ｌｍ恒定时１１＝，（魄）曲线

Ｆｉｇ．２

Ｔｈｅ

ｃｕｒｖｅ

ｏｆ

１１＝，（屿）

转差角频率控制的规律是：

１）在御。＜ｃｃ．一。的范围内，转矩ｔ基本上与

２）定子电流Ｉ－和地的关系符合图２或式

（６）的规律，就能保持气隙磁通瓯恒定。

３

转差率控制的变频调速系统

实现上述转差率控制的转速闭环变频调速系

统结构原理图示于图３。

图３系统结构原理图

Ｆｉｇ．３

Ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｓｙｓｔｅｍ

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

由图３可以看出该系统有以下特点。１）采用电压源变频器。

２）和直流电动机双闭环调速系统一样，外环３）转差率ｔｏ，的控制作用分两路作用在ＰＷＭ．

２３

哦成正比，条件是气隙磁通瓯恒定；

３．１系统结构原理图是转速环，内环是电流环。转速调节器的输出是转差率给定值Ｕ五，代表转矩给定。

逆变器上。前者通过Ｉ。＝ｆ（ｔＯ，）函数发生器，按

％的大小产生相应的定子电流信号【，五信号，再

通过电流调节器控制定子电流，以保持瓯恒定。

另一路按魄＋∞一∞。产生对应于定子频率叫，的

控制电压乩，决定逆变器的输出频率。

电气传动２００８年第３８卷第５期刘军华，等：转差率控制的异步电动机调速系统的设计

３．２系统仿真结构图

系数Ｂ和负载转矩Ｔ。表示）。它由异步电动机图４是转差率控制变频调速系统的Ｍａｔｌａｂ模块、异步电动机测量模块、变频器模块、速度调仿真模型。异步电动机由一个电流控制型ＰＷＭ节器、电流调节器、函数发生器、三相可控振荡器变流器供电，驱动一个机械负载（用惯量Ｊ、摩擦

以及测量模块等构成。

图４系统仿真模型图

Ｆｉｇ．４

Ｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌｉｎｋｍｏｄｅｌ

４仿真

本上具备了直流电动机双闭环控制系统的优点，控制系统不算复杂，静、动态性能都较好，且能在设置异步电动机的参数为：２．２３８ｋＷ，２２０Ｖ，４象限运行。但在实际运行中，仍存在以下问题。

２极，定子电阻Ｒ。一０．４３５Ｑ，定子漏电感Ｌｌ。一

１）“气隙磁通西。恒定”的结论只有在稳态情２

ｍＨ，互感Ｌ。＝６９．１ｍＨ，转子电阻Ｒ，一０．８１６

Ｑ，

况下才能成立。在动态中并不能保证气隙磁通

转子漏感Ｌ。，一２ｍＨ，转动惯量Ｊ＝０．８９ｋｇ・ｍ２，瓯恒定，将影响系统的实际动态性能。

摩擦系数Ｆ＝０．０５Ｎ・ｍ・ｓ。

２）电流调节器只控制了定子电流的幅值，并在示波器模块上分别观察转矩、转速、电流调没有控制电流的相位。具体作法是在控制系统中整器中电流和定子电流，仿真波形如图５所示。引入适当的相位校正环节。

可以观察到，大约经过１．５ｓ，系统达到稳定状态。３）采用模拟运算放大器作成的函数发生器存更改图４中给定速度ｃｔ，耐和给定负载转矩的开始在一定的误差。

时间，重新启动仿真，能观察到不同的驱动响应。

４）目前的控制系统中∞大多是靠测速发电机进行检测，其检测误差一般都有１％，由此引起

茎靶＝

的转差率误差将达２０％，这使系统的动态特性偏离理想情况。

珧参考文献

（ｂ）

１齐维贵，朱学莉，张延丽．抽油机节能的模糊神经网络控制研

嗣㈣㈣疆邀燃

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以如西安：西北工业大学出版社，１９９９．

（ｃ）

（由

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与仿真口］．电气传动自动化，１９９９，２１（３）：３５—３７．

图５系统仿真波形图

Ｆｉｇ．５

Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

ｗａｖｅｆｃＩｍ

５藏英杰，吴守箴．交流电机的变频调速ＥＭ］．北京：中国铁道出

版社，１９８４．

５

结论

硬霜百］永面而而

转速闭环转差率控制的交流变频调速系统基

修改稿日期：２００７—１２－０１

２４

万方数据

转差率控制的异步电动机调速系统的设计

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

刘军华， 李春茂， 褚丽丽， LIU Jun-hua， LI Chun-mao， CHU Li-li西南交通大学,电气工程学院,四川,成都,610031电气传动

ELECTRIC DRIVE2008，38(5)0次

参考文献(5条)

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