河南理工大学毕业设计（论文）说明书
5 异步电机调速特性仿真
长期以来，一直认为三相异步电动机调速比较困难，常作为它点的一个缺点提出。然而，由于近些年电力电子器件和计算机技术的发展，交流电动机调速已取得很大进展。异步电动机调速不再成为难题，有的方法已取得令人满意的成果。
由异步电动机转速表达式
可以看出，有三种方法可以调节异步电动机转速。 （1）改变定子极对数——变极调速； （2）改变定子电源频率——变频调速；
（3）改变电动机转差率——改变定子电压频率、转子回路串电阻调速、电磁离合器调速和串极调速等。
5.1变极调速
5.1.1变极原理
(1)根据电机学原理，只有当定、转子的极对数相同时两者磁势才能相互作用产生恒定电磁转矩。因此，要求变极时定、转子的极对数必须同时改变，
(2)这对绕线式转子显然是不现实的，所以，只有鼠笼式异步电机才能采用变极调速方式。
(3)同时由于极对数的改变是成倍的，因此尽管可在一台电机中做成单绕组双速或双绕组三速或四速，
(4)变极调速仍是有极调速，只适应于不要求平滑调速的场合。单绕组多速异步电动机已普遍地用在车、磨、钻床以及拖动风机、水泵负载上。
异步电动机极对数的改变是靠改变定子绕线组的接线实现的，如下图所示：
33
河南理工大学毕业设计（论文）说明书
图 5-1 定子绕组改接改变极对数
5.1.2 变极调速仿真
图 5-2 变极调速仿真模型
在仿真时，只改变它的极对数p，然后观察示波器中定子，转子电流，转矩及转速的变化。其电机的参数如图所示，将电机的极数设置成3.如果将极对数设置成非整数或者其他的，系统将无法正常仿真。
然后运行仿真系统，得到示波器读数如图5-3所示：
34
河南理工大学毕业设计（论文）说明书
图 5-3 变极调速仿真波形图
5.2 变频调速
5.2.1变频调速原理及其机械特性
改变异步电动机定子绕组供电电源的频率，可以改变同步转速n，从而改变转速。如果频率连续可调，则可平滑的调节转速，此为变频调速原理。
三相异步电动机运行时，忽略定子阻抗压降时，定子每相电压为
式中为气隙磁通在定子每相中的感应电动势；为定子电源频率；N1为定子每相绕组匝数；为基波绕组系数，为每极气隙磁通量。
如果改变频率，且保持定子电源电压不变，则气隙每极磁通将增大，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，降低电源频率时，必须同时降低电源电压，已达到控制磁通的目的。
5.2.2.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时，保持为常数，使气每极磁通为常数，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:
35
河南理工大学毕业设计（论文）说明书
上式对s求导，即，有最大转矩和临界转差率为:
由上式可知：当常数时，在较高时，即接近额定频率时，随着的降低，减少的不多；当较低时，较小；相对变大，则随着的降低，就减小了。显然，当降低时，最大转矩不等于常数。保持常数，降低频率调速时的机械特征如图5-4所示。这相当于他励直流电机的降压调速。
图 5-4 变频调速的机械特性
（a） 基频以下调速（常数） （b）基频以上调速（=常数）
5.2.3.基频以上变频调速
在基频以上变频调速时，也按比例身高电源电压时不允许的，只能保持电压为不变，频率越高，磁通越低，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=常数,升高频率时，电动机的电磁转矩为：
上式求=0，得最大转矩为：
由于较高，、和
因此，频率越高时，越小。保持 Un为常数，升高频率调速时的机械特性如图5-4（b）所示。
r?2比大的多，则上式变为 s5.2.4 变频调速仿真
变频调速使用的系统模型及电机参数与变极调速的均相同，在仿真时，需要将参数更改为：
36
