三相异步电动机论文范文1
关键词：变频器 三相异步电动机 性能影响
中图分类号：TM32 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（a）-0119-01
从理论上来讲，任何形式的变频器的输出电压，或者输出电流中，都会出现高次谐波，这对于三相异步电动机的性能发挥会造成一定程度的影响。从这个角度来讲，要想充分发挥变频器在三相异步电动机性能上的积极作用，就有必要积极探析其影响因子，在此基础上做到趋利避害。
1 三相异步电动机的概况
1.1 三相异步电动机的含义
三相异步电动机是电动机体系中的重要组成部分，不同于其他电动机，其转子的速度远远低于旋转磁场的速度，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换，这种类型的电动机我们将其称作为三相异步电动机。
1.2 三相异步电动机的工作原理
三相异步电动机之所以被广泛的使用，是因为其自身结构比较简单，工作效率相对较高，能够最大化的发挥其效能。具体来讲其运作原理为：在三相电源与异步电动机的定子绕组相互连接之后，对称电流就会流入绕组，此时气隙内会产生一定速度旋转的基波磁场，即n1=60f1/p。在对于转子进行切割的时候，短路转子绕组会对于电动势形成感应，电流感应也是同样的道理，在彼此之间作用的基础上形成电磁转矩，将成为驱动力，使得电动机运转。
2 变频器对于三相异步电动机性能的影响
变频器对于三相异步电动机性能的影响是多方面的，涉及内容比较多，牵涉层次比较广泛，存在很多不确定性因素。具体来讲，可以从以下几个角度入手。
2.1 变频器对于电动机工作效率的影响
谐波电压和谐波电流，是变频器运作过程中产生的“附加品”，很容易使得三相异步电动机处于非正弦电压和电流运作环境下。具体来讲，高次谐波会使得资源消耗量增加，无论是铁还是铜，在此基础上使得转子损耗量加剧。另外，在此过程中还会产生集肤效应，使得损耗进一步增大，一旦损耗达到极限，将使得电动机出现发热的情况，此时运作效率自然会大打折扣。
2.2 变频器对于电动机绝缘结构的影响
一般情况下，在市面上购买的变频器，在生产的过程中都是采用PWM控制方式，其载波频率范围比较广泛，使得异步电动机线圈需要承受相对较高的电压，造成du/dt取值偏大，在冲击电压的作用下，会使得电动机绝缘出现损坏现象。另外，变频器运作过程中产生的矩形斩波冲击电压积累之后，都被叠加在电动机上，同样会对于地绝缘构成威胁，使得绝缘的使用期限不断缩短。
2.3 变频器会造成过多过大的噪声污染
以变频器的供电方式，给予三相异步电动机供电的时候，电动机噪音和振动情况会越来越严重。从理论上来讲，这是因为变频器在运作过程中，谐波电压们相互干扰，使得电磁运动过激，形成电磁激振力，一旦其中频率出现了近乎一致的情况，就会出现共振现象，此时噪声污染将会更加严重。依据相关统计数据显示，变频器供电方式的噪声，相对于在正常供电方式噪声加了15 dB左右。
2.4 变频器对于电动机起动和制动的影响
使用变频器给予三相异步电动机供电的时候，电动机可以在低电压低频率的环境下运行，还可以实现便捷的控制和管理，也就是说处于这种情况下，控制方式变得更加快捷。无疑将使得起动和自动次数变多，随着次数的积累，将使得电动机电磁系统处于循环交变的状态，这对于电动机机械结构和绝缘结构来讲，是任务量的增加，这对于起动和自动装置的使用寿命造成了负面影响。
2.5 变频器对于电动机低速运转冷却性的影响
从理论上来讲，假设电源自身频率处于比较低的水平，三相异步电动机的阻抗作用难以发挥出来，电源产生出来的高次谐波会造成功耗损失，并且冷却性也会随着下降。简单来讲，处于这种情况下的电动机，温度将可能急剧升高，给予其性能的有效发挥造成了极大的干扰。
3 如何发挥变频器在三相异步电动机中的积极作用
任何事物都是有着两面性的，变频器对于三相异步电动机来讲，也是一样，存在积极方面的作用，当然也存在消极方面的作用。对于我们来讲，应该在掌握其影响因素的基础上，做到趋利避害。
3.1 多方面采取措施实现变频器谐波的削弱
从某种角度上来讲，削弱变频器谐波是保证三相异步电动机性能发挥的关键所在。对此，我们应该积极做好以下几方面的工作：其一，依据实际情况，在变频器输出侧加装正弦滤波器，以最大化的除掉变频器输出电压和电流中的谐波，使得三相异步电动机定子侧的电流和电压处于接近正弦波的状态下；其二，积极在变频器输出侧设置滤波电抗器，发挥电流补偿作用的同时，发挥一定的滤波功能。
3.2 改善和调整电动机的电磁设计方案
首先，尽量采取措施去降低定子和转子的电阻，使得基波铜损耗量不断降低，使得高次谐波的铜损耗不断增加，并在此基础上使得电动机处于低速状态下的电阻不断降低，使得转矩得以提升；其次，积极从提高变频器输出电压角度出发，以保证三相异步电动机自身主磁路设计的合理性和科学性。
3.3 采取有效措施去处理噪声污染问题
对于噪声问题来讲，我们应该积极做好两个方面的问题：其一，依据实际情况，选择合适的定子和转子槽，发挥其配合作用；其二，积极研究加工技术，使得定子和转子的加工精度不断提升，避免出现过大的缝隙，以实现对于噪声污染的抑制。
4 结语
综上所述，将变频器使用到三相异步电动机中去，的确可以发挥积极方面的作用，同时也存在很多的缺陷和不足。我们应该在全面掌握其性能影响因素的基础上，做到趋利避害，充分发挥变频器在三相异步电动机性能优化方面的作用。
参考文献
[1] 贾宝媛，夏春茂，卿燕平.对进口三辊压光机传动系统的改造[J].天津造纸， 2013（2）.
[2] 田青山.变频器对三相异步电动机性能影响的研究[J].科技风，2013（7）.
[3] 张天生.电动钻机绞车控制研究[J].电气传动，2012（8）.
三相异步电动机论文范文2
文/曹银立
摘?要：电机与变压器是技校电类专业的专业基础课。本文从教学内容、课程编排、教学方法以及学生学习方法等方面对技工院校三相异步电动机课程教与学进行了探讨。
关键词 ：技校?电动机?教学方法
电机与变压器课程是电类专业学生接触的第一门专业课。目前的技校生源普遍存在基础较差，学习积极性不高的问题。很多学生很难把电路相关知识与电机与变压器相结合，找不到科学的学习方法，掌握相关知识很困难。但它是一门重要的专业基础课，知识点多，内容杂，会影响学生对电的学习兴趣及以后专业课的学习。经过教学实践得出：通过科学的课程安排与教法、学法相结合能帮助学生取得较好的学习效果。
一、教学安排
1.课前准备
（1）分组。为调动学生学习的积极性，在新学期开始笔者就对学生实行分组，对每位学生的课堂表现进行打分，最后评出优秀组和优秀个人。这一环节抓住学生争强好胜的心理，为提前上好这堂课打好了预防针，也可以培养学生的集体荣誉感和团队意识。
（2）教案、课件、教具准备齐全。搜集有关电机的相关知识，例如三峡机组资料；利用单相异步电动机，讲解电动机的结构并供拆装时应用；准备拆装工具，讲解电动机拆装过程。
2.预习
温故而知新，此课题的知识与电工基础联系紧密，可以起到温故引新的作用。例如在讲解三相异步电动机的工作原理前预习磁场与电磁感应的相关内容，这对理解三相异步电动机的工作原理是非常重要的。通过电磁感应相关知识讲解三个知识点：三相定子绕组通上三相交流电产生旋转磁场：转子导体在磁场中切割磁力线产生感生电势、感生电流：通电的转子导体在磁场中受力旋转。以上三点即三相异步电动机的工作原理，通过相应知识的联系学生能很快掌握三相异步电动机的工作原理。
3.讲授
（1）引入。目前技校学生的学习现状不容乐观。为了吸引学生求知的欲望，教师由生活实际引入所学课题，让学生想一想在日常生活中哪些电器中使用了电动机作为动力设备。从生活中的实物引入所学内容让学生真实感受到所学专业课的重要性和实用性，从而激发他们学习的兴趣。
（2）授课。内容从电动机结构到工作原理的知识衔接，从实物到原理的过渡更让学生易于理解。第一，实物教学必不可少。在讲电动机的结构时，如果单纯地给学生讲三相异步电动机由什么组成，学生也能记住，但谈不上对电动机结构的真正了解。教师应把电动机实物呈现到学生面前，让学生真实了解各个部分的结构。电动机的拆装课采用实物教学，不仅让学生掌握电动机的拆装顺序，还让学生掌握各个工具的使用方法和适用场合。学生通过实物教学能切切实实掌握相关内容。第二，模拟实验使虚拟知识更易理解。在讲异步电动机的旋转磁场时，由于旋转磁场是看不到摸不着的，学生很难理解旋转磁场的形成，感觉这一部分知识很空洞，难掌握。笔者通过多媒体教学，利用matlab软件制作动画模拟其旋转磁场的形成，让旋转磁场以动画的形式表现出来，鲜活地呈现在学生面前，通过模拟动画学生轻松地理解了旋转磁场的形成。第三，以实习操作训练技能。电机与变压器是一门非常具有操作性的专业课。笔者学校建有电动机和变压器车间。学生在车间可以进行电动机和变压器的相关实验以及操作，例如单项变压器极性的判别、三相电动机接线盒的接线方法、三相异步电动机的定子绕组端部接线以及电动机通电实验等等。动手操作不仅便于学生更好地掌握相关知识，也让学生具备了相应的操作能力，使学生不仅懂理论，更会操作，从而适应社会对技能人才的需求。
二、学习方法
1.培养动手能力
电机与变压器是一门实践性很强的专业课。在讲操作理论时学生觉得很简单（如讲电动机的拆装），但很多学生在实际操作时就会出现各种问题，如再装的时候把前后端盖装反等问题。学生只有通过实际操作才能真正掌握电动机的拆装技能。
2.学会合作
团队合作，不仅体现在学校的实习操作中，而且以后到了工作岗位中显得更为重要。例如，电动机的定子绕组嵌线工作一个人是很难完成的，两位同学配合得好才能较好地完成此项操作。这样的实操培养了学生自身团队的荣誉感和使命感。学生学会与他人合作，为将来走上工作岗位，进入团体工作打下基础。
3.学会归纳总结
电动机学完后，学生可以通过比较的方式来归纳直流电动机、单相异步电动机、三相异步电动机以及同步电动机的启动方法，通过归纳比较更好地掌握电动机启动的相关知识。
教与学的完美统一，需要教师在课前精心备课，上课过程中组织好教学，利用学校和社会资源进行教学，培养学生良好学习方法，从而掌握实践技能，满足社会对技能人才的要求。
参考文献：
[1]郑国强.高等职业技术教育教学质量问题综论[J].职业技术教育,2004(4).
三相异步电动机论文范文3
[关键词]隔爆；三相异步电动机；提高效能
[中图分类号]O442 [文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）06-0193-02
电动机被广泛应用于社会各个领域，包括工业、公用设施以及家用电器等等。一般来说，在工业大国或者较大的发展中国家，电动机用电量在国家总用电量中占了一大半。随着我国经济的高速发展，电力工业也有了长足的发展，这就带动了电力用煤量的大力增长，从而使得矿用隔爆型三相异步电动机的需求量也在持续增长。然而，在能源危机的大背景下，电动机的高效与节能是电机设计时必须考虑到的问题，各国政府对于电动机的节能降耗都给予了高度的重视。
1 矿用隔爆型三相异步电动机的种类
1.1 采煤机用隔爆型三相异步电动机
采煤机用电动机与普通场合用隔爆电动机在结构上有很明显的不同，采煤机用电动机本身大多和电控箱一起构成整个壳体，一侧为三相异步电动机，另一侧包括接线箱体和电控箱体。具体结构如（图1）所示。由于采煤机工作环境的特殊性（受到煤层采高的限制），所以采煤机用电动机最大的特点就是高度较低，长度尺寸大，同时壳体必须具有足够的机械强度。
1.2 刮板输送机用隔爆型三相异步电动机
刮板输送机用隔爆型三相异步电动机需随刮板输送机沿着回采的方向移动，所以该种电动机必须具有能够适应和满足所需的强度要求。电动机功率较低（160KW及以下）时，一般采用外风冷的结构，而当电动机功率较高（160KW以上）时，电动机结构采用机壳水冷式。其中较大功率的刮板输送通常用机壳与出线腔焊接为一体的电动机。
1.3 掘进机用隔爆型三相异步电动机
掘进机用隔爆型三相异步电动机除主切割电动机外，还包括装载、旋转、行走等一些辅助电动机。由于掘进机结构的不同，采用机械传动方式时，所有动作分别由单独的电动机驱动完成，以液压方式传动时，除了主泵以电动机驱动外，其他的所有辅助动作都由液压结构来控制实现。
1.4 其他矿用隔爆型三相异步电动机
除了以上几种主要的矿用隔爆型三相异步电动机外，还有一些其他的矿用隔爆型三相异步电动机，包括矿井装载机械用隔爆型三相异步电动机、矿井工作面小型绞车用隔爆型三相异步电动机、泵站用隔爆型三相异步电动机以及煤电钻和岩石电钻等。
2 提高矿用隔爆型三相异步电动机效能所采取的措施1-定子；2-转子；3-轴承内盖；4-轴承32318；5-橡胶油封；6-内端盖；7-后端盖；8-外端盖；9-接地螺栓；10-控制线压紧螺母；11-主接线柱；12-接线室盖板；13-控制接线座；14-控制室小盖；15-螺旋水道；16-控制盖大盖板；17-前端盖；18-轴承220；19-油封PD90×
120×12；20-与底托架连接孔；21-固定螺钉
2.1 降低定子绕组的铜损耗
电动机的定子绕组中有着相当一部分的铜损耗，在电动机的总能耗中是不可忽略的，铜损耗的公式可以表示成：PCu1-m1I1R1×10-3。从公式中我们不难看出，要想降低铜损耗的值，就要降低定子绕组的电阻值R1及电流值11，又因为电阻R1=pL/S，那么要降低R1的值就要通过降低导线的电阻率，或者缩短绕组线圈的长度，或者增大线圈截面积来实现。以上是从理论上来分析降低铜损耗的措施，下面分析在电动机实际设计中的具体实施。
首先，可以适当增大绕线的截面直径来降低绕组电阻；其次，要提高绕线、嵌线以及冲片叠压的工艺要求，从而尽可能使得端部的长度尺寸变短；还可以通过适当变薄绝缘层的措施来提高槽的利用率，也就是相当于增大线圈截面积。
2.2 降低铁损耗
铁心是电动机中的核心部件，铁心材料性能的好坏对电动机的各项性能都有直接的影响，并且铁性材料价格相对较高，在电机成本中占相当一部分比重，所以要慎重选择铁性材料才能设计出高效能高质量的电动机。
通常在小功率电机中是通过采用导磁率比较高的电工钢片来降低铁损耗的，然而在功率相对较大的电动机中，由于电机的空载电流比较小，所以通过提高铁胜的磁导率来降低铁损的效果并不理想。考虑到铁心材料在生产厂中进行冲剪叠压的生产过程中，受到了很大的压力，使得铁心的单位铁损值有所增加，并且齿槽中存在的气隙谐波磁场也会导致铁心的表面出现空载高频损耗，这同样会使得电机的铁损值大大增加。所以要使尽可能的降低定子的铁损值，仅仅选择单位铁损值较低的铁心材料是不够的，还要提高制作工艺水平来控制叠压的压力以及采取其他的一些必要措施来从各方面综合降低铁损。
如果选用高磁导率（尤其是在中高磁场下还能具备高磁导率以及低的比损耗性能）的优质冷轧硅钢片，则可以为增大气隙间的磁通密度、调整线负荷值以及线电流值提供条件，这是提高电机效能的另一种新的可实施方法。在选用高磁导率和低比损耗的优质冷轧硅钢片前提下再对电机其他结构进行整体的优化改进，同时结合其他相关技术可明显降低定子的铁损，从而提高电机的效率。
2.3 降低转子绕组的损耗
降低转子绕组的损耗通常是通过采用截面积较大的转子导条和转子端环来实现的。截面积较大的转子导条和转子端环有着较好的导电率，因此可以降低转子绕组的损耗。
2.4 减少电机的通风损耗
电机的通风损耗在电机的主要机械损耗，在所有的机械损耗中占很大一部分，所以要提高电机效能，则电机的通风损耗是不可忽略的。要降低电机的通风损耗，首先要保证电机的风路通畅，使风路的风阻尽可能小；同时还可以通过采用轴流式或者后倾式的风扇设计来降低风摩损失，从而提高风扇的效率；合理设计通风风路的结构，选择合适的风罩，并保证风罩在不变形的情况下良好工作，这些措施也可以降低通风损耗提高电机效能。
2.5 降低其他机械损耗
其他机械损耗主要包括有密封圈摩擦损耗、轴承摩擦损耗、空气摩擦损耗以及机械偏心引起的损耗组成等。
减少电机的其他机械损耗，通常要采用优质的低摩擦轴承，选择合适的轴承密封材料和密封方法，轴承间隙大小对电机的效能也会产生影响，所以要合理选择轴承紧固方法。
结束语
防爆电动机主要在一些具有爆炸性气体的危险场合中作为传动装置来使用，比如煤炭、化工、石油化工等行业中，是主要防爆电气设备之一。矿用隔爆型三相异步电动机作为防爆电动机中的一个系列，它的研究和发展得到了国内外很多公司的重视，尤其是在全球处于能源危机的大环境下，节能高效电动机的研究更是重中之重。目前市场上的矿用隔爆型三相异步电动机的效能都还有很大提高的空间，根据本文的分析，从电动机结构的优化以及各种材料的合理选择出发可以明显的提高电动机的效能。
参考文献
[1]李梅兰，防爆电动机行业的现状与展望[J]电气防爆，2005，3
三相异步电动机论文范文4
关键词：变频器 矢量控制 电机旋转
中图分类号：O47 文献标识码： A 文章编号：1672-1578（2012）07-0070-02
随着新型电力电子器件和高性能微处理器的应用以及控制技术的发展，变频器的性能价格比越来越高，体积越来越小，而厂家仍然在不断地提高可靠性实现变频器的进一步小型轻量化、高性能化和多功能化以及无公害化而做着新的努力。变频器性能的优劣，一要看其输出交流电压的谐波对电机的影响，二要看对电网的谐波污染和输入功率因数，三要看本身的能量损耗如何。变频器的网侧变流器对低压小容量的装置常采用6脉冲变流器，而对中压大容量的装置采用多重化12脉冲以上的变流器。负载侧变流器对低压小容量装置常采用两电平的桥式逆变器，而对中压大容量的装置采用多电平逆变器。对于四象限运行的传动，为实现变频器再生能量向电网回馈和节省能量，网侧变流器应为可逆变流器，同时出现了功率可双向流动的双PWM变频器，对网侧变流器加以适当控制可使输入电流接近正弦波，减少对电网的公害。目前，低、中压变频器都有这类产品。脉宽调制变压变频器的控制方法可以采用正弦波脉宽调制（SPWM）控制、消除指定次数谐波的PWM控制、电流跟踪控制、电压空间矢量控制（磁链跟踪控制）。
交流电动机变频调整控制方法的进展主要体现在由标量控制向高动态性能的矢量控制与直接转矩控制发展和开发无速度传感器的矢量控制和直接转矩控制系统方面。VVVF 是 Variable Voltage and Variable Frequency 的缩写，意为改变电压和改变频率，也就是人们所说的变压变频。CVCF是 Constant Voltage and Constant Frequency 的缩写，意为恒电压、恒频率，也就是人们所说的恒压恒频。我们使用的电源分为交流电源和直流电源，一般的直流电源大多是由交流电源通过变压器变压，整流滤波后得到的。交流电源在人们使用电源中占总使用电源的95%左右。无论是用于家庭还是用于工厂，单相交流电源和三相交流电源，其电压和频率均按各国的规定有一定的标准，如我国大陆规定，直接用户单相交流电为220V，三相交流电线电压为380V，频率为50Hz，其它国家的电源电压和频率可能于我国的电压和频率不同，如有单相100V/60Hz，三相200V/60Hz等等，标准的电压和频率的交流供电电源叫工频交流电。通常，把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。
微处理器的进步使数字控制成为现代控制器的发展方向：运动控制系统是快速系统，特别是交流电动机高性能的控制需要存储多种数据和快速实时处理大量信息。近几年来，国外各大公司纷纷推出以DSP（数字信号处理器）为基础的内核，配以电机控制所需的功能电路，集成在单一芯片内的称为DSP单片电机控制器，价格大大降低，体积缩小，结构紧凑，使用便捷，可靠性提高。DSP和普通的单片机相比，处理数字运算能力增强10～15倍，以确保系统有更优越的控制性能。
数字控制使硬件简化，柔性的控制算法使控制具有很大的灵活性，可实现复杂控制规律，使现代控制理论在运动控制系统中应用成为现实，易于与上层系统连接进行数据传输，便于故障诊断加强保护和监视功能，使系统智能化（如有些变频器具有自调整功能）。
交流同步电动机已成为交流可调传动中的一颗新星，特别是永磁同步电动机，电机获得无刷结构，功率因数高，效率也高，转子转速严格与电源频率保持同步。同步电机变频调速系统有他控变频和自控变频两大类。自控变频同步电机在原理上和直流电机极为相似，用电力电子变流器取代了直流电机的机械换向器，如采用交―直―交变压变频器时叫做“直流无换向器电机”或称“无刷直流电动机（BLDC）”。传统的自控变频同步机调速系统有转子位置传感器，现正开发无转子位置传感器的系统。同步电机的他控变频方式也可采用矢量控制，其按转子磁场定向的矢量控制比异步电机简单。
同步调速系统的特点：
交流电机旋转磁场的同步转速ω1与定子电源频率 f1有确定的关系ω1=■异步电动机的稳态转速总是低于同步转速的，二者之差叫做转差；同步电动机的稳态转速等于同步转速，转差s=0。同步电动机和异步电动机的定子都有同样的交流绕组，一般都是三相的，而转子绕组则不同，同步电动机转子除直流励磁绕组（或永久磁钢）外，还可能有自身短路的阻尼绕组
由于同步电动机转子有独立励磁，在极低的电源频率下也能运行，因此，在同样条件下，同步电动机的调速范围比异步电动机更宽。
异步电动机的转子绕组不需与其他电源相连，其定子电流直接取自交流电力系统；与其他电机相比，异步电动机的结构简单，制造、使用、维护方便，运行可靠性高，重量轻，成本低。以三相异步电动机为例，与同功率、同转速的直流电动机相比，前者重量只及后者的二分之一，成本仅为三分之一。
矢量控制变频调速的做法是：将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic通过三相——两相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Iβ1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流，然后仿效直流电动机的控制方法，求得直流电动机控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。在高性能的异步电机控制系统中多采用交叉闭环控制的矢量控制。采用矢量控制方式的目的，主要是为了提高变频调速的动态性能。虽然这一理论的提出是交流传动理论上的一个飞跃，但是由于它既要确定转子的磁链，又要进行坐标变换，还要考虑转子参数变动带来的影响，所以系统非常复杂。
交流电动机变频调整控制方法的进展主要体现在由标量控制向高动态性能的矢量控制与直接转矩控制发展、开发无速度传感器的矢量控制和直接转矩控制系统方面。微处理器的进步使数字控制成为现代控制器的发展方向。运动控制系统是快速系统，特别是交流电动机高性能的控制需要存储多种数据和快速实时处理大量信息。近几年来，国外各大公司纷纷推出以DSP（数字信号处理器）为基础的内核，配以电机控制所需的功能电路，集成在单一芯片内的称为DSP单片电机控制器，价格大大降低，体积缩小，结构紧凑，使用便捷，可靠性提高。DSP和普通的单片机相比，处理数字运算能力增强10～15倍，可确保系统有更优越的控制性能。数字控制使硬件简化，柔性的控制算法使控制具有很大的灵活性，可实现复杂控制规律，使现代控制理论在运动控制系统中应用成为现实，易于与上层系统连接进行数据传输，便于故障诊断、加强保护和监视功能，使系统智能化。
参考文献：
[1]王志新.同步电动机的变压变频调速[M].机械工业出版社，2010-10.
[2]张承慧，崔纳新，李珂.交流电机变频调速及其应用[M].机械工业出版社，2008-08-01.
[3]徐海，施利春，孙佃升，王东辉.变频器原理及应用[M].清华大学出版社，2010-8-20.
三相异步电动机论文范文5
关键词:异动电动机 数学模型
三相异步电动机是一个多变量、高阶、强祸合、非线性的复杂系统,为了便于对三相异步电动机进行分析研究,抽象出理想化电机模型,对实际电机常作如下假设:
(1)忽略磁路饱和影响,认为各绕组的自感和互感都是恒定的。
(2)忽略空间谐波,三相定子绕组A、B、C及三相转子绕组a、b、c在空间对称分布,互差120“电角度,且认为磁动势和磁通在空间都是正弦规律分布的。
(3)忽略铁心损耗的影响。
(4)不考虑温度和频率变化对电机参数的影响。
在上述假定条件下,异步电机在各种坐标系中的具有不同的数学模型,本文只分析三相静止坐标系中的异步电动机数学模型。
三相静止坐标系中的异步电机数学模型
无论电机转子是绕线还是鼠笼式,都将它等效成绕线转子,并折算到定子侧,折算后的每相绕组匝数都相等。这样,实际电机绕组就被等效为图1所示的三相异步电机的物理模型。图中,定子三相绕组轴线A、B、C在空间是固定的,以A轴为参考坐标轴,转子绕组轴线a、b、c随转子旋转;转子轴a与定子A轴间的电角度0为空间角位移变量,并规定各绕组电压、电流、磁链的正方向符合右手螺旋定则。
因此可以得异步电机三相原始数学模型,模型中转子各量都已经折算到定子侧。
1.电压方程
三相定子绕组的电压平衡方程为:
2.磁链方程
每个绕组的磁链是它本身的自感磁链和其它绕组对它的互感磁链之和,因此
六个绕组的磁链可以表达为:
也可以写成:
式中,L是6x6的电感矩阵,其中对角线元素是各有关绕组的自感,其余各项则
是绕组间的互感。
3.运动方程
一般情况下,对于恒转矩负载,机电系统的基本运动方程为:
式中: TE、TL一电磁转矩和负载转矩;
W一电动机角速度;
J一机电系统转动惯量;
PN一极对数。
4. 转矩方程
三相异步电动机论文范文6
【关键词】MATLAB;永磁同步电机;变频调速;系统仿真
Study on simulation of frequency control system of permanent magnet synchronous motor based on MATLAB
HU Xuelin，QI Xiangdong，ZHANG Yuan
（School of Electronic and Information Engineering，Taiyuan University of Science and Technology，Taiyuan 030024）
Abstract：Frequency control technology is one of the research focuses of permanent magnet synchronous motor.Based on the frequency control theory of permanent magnet synchronous motor，the frequency control of the starting，braking and simulation model of three-phase synchronous motor were built by MATLAB.The change of the armature current，power Angle and speed of single-phase were studied by dynamic simulation.The research method and technical reference of frequency control of permanent magnet synchronous motor were provided in this study.
Key words：MATLAB;permanent magnet synchronous motor;frequency control;system simulation
1.引言
随着电子元器件制造技术和永磁材料性能的不断提高，永磁同步电机的开发和应用向着微型化、大功率化和高效率化的方向不断发展。永磁电动机是在永磁磁场上通过电磁原理实现机电信号和能量转换的电机。新型永磁材料的出现，使得同步电动机具有高功率密度和优良的动静态品质。由于永磁同步电机本身具有时变、非线性、强耦合等特性，所以使它具有更好的调速性能是永磁同步电机的研究难点。本文利用MATLAB软件建立一种同步电机变频调速系统的仿真模型，模拟了现实情况下该系统的运行状况，采集和分析了各性能指标的变化情况，并对系统进行调整，使其具备更好的变频调速性能。
2.永磁同步电动机拓扑结构及工作特点
同步电机具有电源频率与转速保持严格同步的特性，当电源频率保持恒定，电机的转速也保持恒定，自控式永磁同步电机拓扑结构如图1所示。同步电机有单独的励磁，可以通过控制励磁电流来调节它的输入功率因数，使得功率因数达到1.0，甚至超前。
同步电机转差恒为零，属于转差功率不变型调速系统。同步电机变频调速的基本方法、原理及变压变频装置都和异步电机基本相同。但由于同步电机在转子侧有独立的直流励磁，在极低频率下也能运行。因此，在相同条件下，同步电机的调速范围比异步电机更宽。除直流励磁绕组（或永久磁铁）外，还可能有自身短路的阻尼绕组。当同步电机恒频运行时，阻尼绕组有助于抑制重载时容易发生的振荡和失步;当同步电机在转速闭环下变频调速时，阻尼绕组有助于加快动态响应和抑制变频器引起的谐波影响。而且，相比异步电机，同步电机对转矩扰动具有更强的承载力和更快的响应。
图1 自控式永磁同步电动机的拓扑结构
3.建模与MATLAB仿真
3.1 建模
永磁同步电动机的电磁转矩基本上取决于定子交轴电流分量和直轴电流分量，在永磁同步电机中，由于转子磁链恒定不变，故采用转子磁链定向方式来控制永磁同步电机。假设电机是线性的，参数不随温度等变量变化;且忽略磁滞、涡流损耗，那么基于转子坐标系的电机磁链方程为：
（1）
（2）
式中，――转子磁钢在定子上的耦合磁链;
Ld、Lq――永磁同步电动机的直、交轴分量;
id、iq――定子电流矢量的直、交轴主电流。
电机定子电压方程为：
（3）
（4）
式中，Ud、Uq――定子电压矢量U的d、q轴分量;
――转子角频率。
电机的转矩方程为：
（5）
式中，np――电机的极对数。
根据永磁同步电机的不同用途，可采用不同的电流矢量的控制方法，如：id=0控制、控制、弱磁控制、恒磁链控制和最大输出功率控制等。其中，id=0最为简单，可降低与之匹配的逆变器的容量，恒磁链控制可增大电动机的最大输出转矩。本文采用id=0控制方式，电磁转矩为：
（6）
由上式可知只要控制iq就可以控制电磁转矩，从而控制同步电机的转速。
自控变频同步电动机调速系统的特点是在电机轴端装有转子位置检测器BQ，如图2所示，由它发出的信号控制逆变器UI换相，从而改变同步电动机的供电频率，保证转子转速与供电频率同步。调速时，由脉宽调制或外部信号控制逆变器的输入直流电压。
图2 自控变频同步电动机调速系统结构原理框图
大型同步电动机转子上一般都有励磁绕组，通过集电环由交流励磁发电机经过整流器供电，或由直流励磁电源供电。对于经常高速运行的机械设备，定子常用交-直-交电流型变频器供电，其逆变器比给异步电动机供电时更简单，可以省去强迫换相电路，利用同步电动机定子中感应电动势的波形实现换相，图3为该系统的原理图。
图3 由交-直-交电流型负载换相变压变频器供电的
同步电动机调速系统
图4 永磁同步电机变频调速控制系统原理图
图4为永磁同步电机变频调速控制系统原理图，图中的控制系统可以分成两部分，虚线框内为控制系统的硬件部分，其余为控制系统的软件部分。
3.2 MATLAB/Simulink仿真
3.2.1 三相同步电动机的启动仿真
图5 三相同步电动机异步启动仿真模型
图6 三相同步电动机异步启动仿真结果
用MATLAB/Simulink建立三相同步电动机异步启动仿真模型，如图5所示。异步启动实质是依靠电机转子上阻尼绕组进行启动。因此，在启动开始时不能给励磁绕组施加电流，只有当转速达到同步转速时，再施加电流，进入同步。模型中主要有同步电动机、测量信号模块、三相交流电源、示波器、励磁电流施加控制等模块。仿真实验监测了整个启动过程，示波器显示同步电动机异步启动过程的A相电枢电流、电磁功率、转速和功率角的变化曲线。由图6可知，在电机的异步启动过程中A相电枢电流逐渐趋向于0，电磁功率经过小幅度的振荡最终也趋于0，转速趋于稳定，功率角在不断的变化。
3.2.2 三相同步电动机的能耗制动仿真
用MATLAB/Simulink建立三相凸极同步电动机能耗制动仿真模型，如图7所示。该仿真模型在同步电动机起动仿真模型的基础上增加了能耗制动部分，采用两个三相断路器，其中一个三相断路器用于异步起动时接通三相交流电压源，另一个三相断路器用于同步电动机从正常运行进入能耗制动的控制。仿真实验监测了整个制动过程，示波器显示同步电动机能耗制动过程的A相电枢电流、电磁功率、转速和功率角的变化曲线。
由图8可知，在电机的能耗制动过程中A相电枢电流逐渐趋向于0，但还有一些微小的波动，电磁功率逐渐趋于0，转速趋于稳定，功率角呈规律性变化。
图7 三相同步电动机能耗制动仿真模型
图8 三相同步电动机能耗制动仿真结果
图9 三相同步电动机变频调速仿真模型
3.2.3 三相同步电动机的变频调速仿真
用MATLAB/Simulink建立三相同步电动机变频调速仿真模型，如图9所示。为了获得可控频率电压源实现变频调速，本文构建了由外部斜坡源信号控制的三个正弦信号源，以控制电压源的频率，模型如图10所示。在30s时刻给一个初始值为1、斜率为0.001的斜坡信号，限幅参数设置为1.01。仿真实验监测了整个调速过程，示波器显示同步电动机变频调速过程的A相电枢电流、电磁功率、转速和功率角的变化曲线。由图11可知，在电机的变频调速过程中A相电枢电流在零点附近不断振荡，电磁功率为0，转速平稳上升，功率角为0。
图10 三相可控频率电压源模块结构
图11 三相同步电动机变频调速仿真结果
4.结论
利用MATLAB/Simulink建立三相同步电动机启动、制动和变频调速的仿真模型，获得了三种过程中单相的电磁功率、电枢电流、功率角及转速的变化规律：在启动过程中A相电枢电流趋向于0，电磁功率经小幅度振荡后趋于0，转速趋于稳定，功率角不断变化;在能耗制动过程中A相电枢电流趋向于0，但有微小的波动，电磁功率趋于0，转速趋于稳定，功率角呈规律性变化;在变频调速过程中A相电枢电流在零点附近不断振荡，电磁功率为0，转速平稳上升，功率角为0。本文可以为同步电动机变频调速系统的理论研究和实际应用提供一定的技术支撑。
参考文献
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