三相异步电动机论文，三相异步电动机

三相异步电动机论文篇1

　　【关键词】三相异步电动机；数学模型；非线性

　　引言

　　三相异步电动机的动态数学模型是《电机控制技术》这门课“交流调速系统”部分的重要内容，也是正确理解异步电动机高性能控制方法的基础所在。由于三相异步电机的动态数学模型是一个非线性、强耦合、多变量系统[1]，因此这部分内容比较抽象和复杂，尤其是对于“动态”、“非线性”等概念，学生很难准确理解把握。作者在教学中总结了几点教学体会，供分享和交流。

　　1.遵循从一般到特殊的规律

　　如图1所示，对于旋转电机，通常采用动态耦合电路的分析方法，即将旋转电机看成是一组具有电磁耦合和相对运动的多绕组电路。分析的一般步骤为[2]：

　　①建立物理模型

　　②建立数学模型

　　③求解运动方程

　　④分析结果。

　　图1 旋转电机分析的一般步骤

　　图2 三相异步电机的物理模型

　　三相异步电机属旋转电机，因此对其分析也遵循这样的方法和步骤。首先根据三相异步电动机的结构，定子、转子两套绕组之间的关系，建立其物理模型，如图2所示；然后根据电路中基尔霍夫定律列出电压方程，根据电磁学定律列出磁链方程和转矩方程，根据牛顿力学定律列出转子运动方程；因列出的数学模型通常比较复杂，通常需采用坐标变换对其进行简化；最后对运动方程进行求解，并分析结果。

　　2.抓住关键所在，深刻理解“动态”的内涵

　　三相异步电机的数学模型，有“动态”和“稳态”之分。所谓“动态”模型，是指运动的、变化的、精确的模型。比如当异步电动机运行过程中，转子磁链、转子电阻等参数发生变化时，或者当负载转矩发生变化时，此时只能采用“动态”模型。而“稳态”模型，是指静止的、稳定的、近似的模型，比如三相异步电机的T型等效电路或简化稳态等效电路。很显然，三相异步电机的动态数学模型比稳态模型更为精确。

　　基于不同性质的数学模型，异步电机有不同的控制方法。基于异步电机稳态模型的控制方法有转速开环恒压频比控制、转速闭环转差频率控制等，适合于对调速性能要求不是太高的场合，如风机、水泵；基于异步电机动态模型的控制方法有按转子磁链定向的矢量控制、按定子磁链控制的直接转矩控制等，适合于对调速性能要求比较高的场合，如数控机床、机器人、电梯等。

　　3.深入理解“非线性、强耦合、多变量”的性质

　　满足叠加原理的系统为线性系统，反之为非线性系统。现实世界中，绝大部分系统属非线性系统。对于三相异步电动机这一非线性的系统，其非线性体现在旋转电动势、电磁转矩以及互感矩阵均包含变量。

　　耦合是指两个或两个以上的体系或两种运动形式间通过相互作用而彼此影响以至联合起来的现象。对于三相异步电动机，非线性耦合体现在电压方程、磁链方程与转矩方程中，故为强耦合的系统。而解耦就是用数学方法将两种运动分离开来处理问题。对于三相异步电动机这一非线性、强耦合系统而言，可以采用按转子磁链定向的矢量控制方法来实现电磁转矩和磁链之间的解耦控制，也可以基于非线性系统控制的理论，如反馈线性化、基于微分几何理论的精确线性化等方法来实现电磁转矩和磁链之间的解耦控制。

　　4.弄清数学模型与坐标变换之间的关系

　　三相异步电动机的原始的数学模型，基于三相静止坐标系（ABC坐标系），是一组复杂的非线性方程。为了分析问题的方便，通常利用坐标变换进行简化。进行坐标变换彼此等效的原则是磁动势守恒。常用的坐标变换有：三相坐标系和两相正交坐标系间的变换（3/2变换）、静止两相正交坐标系沪碌叫转正交坐标系dq的变换（2s/2r变换）等。图3所示为坐标变换关系图。

　　图3 坐标变换

　　经过从三相坐标系到两相坐标系的坐标变换，使得三相异步电动机的数学模型得到了简化。不同的坐标系上，对应着异步电动机不同的数学模型。控制系统中，通常采用异步电机在沪伦标系、dq坐标系上的数学模型。

　　5.通过仿真建模验证模型的准确性

　　建立三相异步电机数学模型的目的在于应用。应教会学生利用Matlab/Simulink等仿真软件，对建好的电机数学模型进行仿真验证及分析。通过S-function或Simulink中搭模块的方法来建立异步电动机的各种数学模型。并在此基础上，对三相异步电机的起动、空载、加载运行等情形仿真模拟，从而验证所建数学模型的准确性。这也为基于动态模型的异步电机高性能控制方法，如矢量控制、直接转矩控制等的实现打下基础。

　　6.结论

　　本文详细介绍了“电机控制技术”中三相异步电机动态数学模型教学中的几点体会。包括从模型如何建立、化简，到对性质的理解，以及模型的验证等。不仅可以加深学生对三相异步电机动态数学模型本质的理解，而且教会了他们学习与思考的方法，有助于提高学生知识的综合应用能力。

　　参考文献

　　[1]阮毅，陈伯时。电力拖动自动控制系统[M]。北京：机械工业出版社，2009.

　　[2]汤蕴G，张奕黄，范瑜。交流电机动态分析[M]。北京：机械工业出版社，2004.

三相异步电动机论文篇2

　　关键词：三相异步电机；仿真模型；启动

　　1研究目的

　　三相异步电机在直接启动时，全部电源电压直接加到了电机的定子绕组上，这时的启动电流会达到额定电流的4～7倍，过大的电流会使电机发热，电机绕组受热发生变形，甚至还会造成电网电压显著下降。如果在交流电源和电机每相定子绕组之间串接电抗元件。电机启动过程中，电抗元件产生分压，从而起到限制启动电流的目的，随着启动过程的结束，电抗电压越来越小，直至启动过程结束。为此，结合一台具体电机参数，确定出电抗器的具体参数。

　　2仿真模型

　　2.1三相异步电机直接启动SIMULINK仿真模型

　　三相异步电机机械特性曲线T=f（s） 由电磁转矩参数表达式为

　　建立三相异步电机的直接启动模型可以采用MATLAB仿真软件下的SIMULINK仿真模块建立，如交流电源、电压测量、异步电机、电机测量等。实验中选用的电机参数如下：额定电压为10000V，额定电流30.5A，额定功率450KW，极对数为3，额定转速为985rpm，定子电阻为3.07Ω，转子电阻2.07Ω，自感系数为2.5H，互感系数为2.4H，漏感系数为0.1H。为其仿真模型如下图所示。

　　2.2三相异步电机串电抗器启动SIMULINK仿真模型

　　3仿真结果

　　3.1三相异步电机直接启动SIMULINK仿真结果

　　从上图可以看出，直接起动时，因为负载很小，所以转速非常接近同步转速1000r/min 。定子电流波形和转子电流波形呈现较大的振荡，起动后电流降至正常工作电流。异步电机在直接起动过程中的起动电流较大为232A，为额定电流的8倍，这与实际情况相符。

　　3.2三相异步电机串电抗器启动SIMULINK仿真结果

　　从上图可以看出，异步电动机通过定子串电抗器起动的方法，可以使电抗器起到一定的分压作用，从而达到减小加在机端的电压的目的，这样可以减小起动电流，相比于直接起动，起动电流显著减小。同时，起动过程中定子电流和转子电流的波形也相当理想，在最初起动时的振荡过后能平稳的衰减至正常工作电流。

　　从以上图形可知，当电抗器的参数取R=280Ω，电感取100H时，电抗器分压占总电源电压的6%左右，启动效果比^满意。

　　[1] 常鲜戎。三相异步电机新模型及其仿真与实验[J]。中国电机工程学报，2003.

　　[2] 李家会。一种新型的三相异步电机控制方法 [J]。电源技术，2014.

　　[3] 杨向宇。三相异步电机定子轴系ABC下的Matlab/Simulink仿真模型 [J]。华南理工大学学报（自然科学版），2016.

　　作者简介：

三相异步电动机论文篇3

　　关键词：异步电机；同步电机

　　中图分类号：TB857+。3 文献标识码：B 文章编号：1009-9166（2008）33（c）-0056-02

　　同步电机和异步电机是电机学中两大主要电机。为充分发挥各自不同性能，通常被安放在不同工作领域。为能够让理论上异步电机既可做电动机又可做发电机在实际中得以实现，本文在前人基础上，简单介绍如何将异步电机改为所需要的同步电机。

　　首先，简单介绍异步电机和同步电机。

　　在结构上，同步电机和异步电机都主要由定子，转子及端盖和风扇之类的部分构成，在定子和转子中，都有相应的定子绕组和转子绕组。

　　在分类上，异步电机按相数分，有单相异步电机、三相异步电机；按转子结构分，有鼠笼式异步电机和绕线式异步电机。同步电机按用途来分，有发电机、电动机和调相机；按结构形式分，有旋转电枢式和旋转磁极式。在旋转磁极式中，按磁极形状又可分为隐极式同步电机和凸极式同步电机。

　　在工作原理中，异步电机是电机转速N1和旋转磁场转速N不相同的电机。在工作时，定子绕组接到三相电源，输入三相对称电流，便在气隙中建立基波圆形旋转磁动势，从而产生基波旋转磁场，其转速N1=60F/P，方向与定子电流相序一致。

　　若转子不转，该气隙磁场与转子绕组有相对运动，便切割转子绕组，转子绕组产生电动势，方向可由右手定则判断。由于转子电路是闭合的，在转子绕组中产生相应的电流，电流的有功分量的方向与电动势同相。

　　转子带电导体在变化的磁场中会受电磁力的作用，受力方向可用右手定则判断。因此便产生电磁转矩，方向与旋转磁动势相同。这样，转子便在该方向上旋转起来。转子旋转起来后，转速为N，只要N

　　同步电机是电机转速N1和旋转磁场转速N相同的电机。在工作时，原动机将同步发电机拖动到同步转速，转子绕组同入直流励磁电流，定子绕组开路（称为空载运行）或带负载（称为对称负载运行）。电机中有励磁电流IF，产生励磁磁动势，建立励磁磁场。在电枢绕组中感应出对称的三相电动势，若接上负载，则三相绕组中流过三相对称电流，定子绕组中会产生电枢磁动势。励磁磁动势和电枢磁动势一起产生合成次动势，从而产生出电能。无论是对于隐极还是凸极式同步发电机都要注意不考虑饱和和考虑饱和这两种情况

　　根据上述所说的原理，要将一台异步电机改装成为同步电机，首先在运行工作原理上要加以改动。要把异步机的三相电流输入定子绕组改为直流励磁通入转子绕组。由于外界是三相交流电，在把直流励磁通入转子之前，需要把交流变为直流，下面介绍如何将三相交流电变为直流电。

　　交流变直流通常要经过变压，整流，滤波，稳压这四个步骤，如图。

　　1、电源变压器：将电网交流电压（220V或380V）变换成符合需要的交流电压，此交流电压经过整流后可获得电子设备所需的直流电压。因为大多数电子电路使用的电压都不高，这个变压器是降压变压器。

　　2、整流电路：利用具有单向导电性能的整流元件，把方向和大小都变化的50Hz交流电变换为方向不变但大小仍有脉动的直流电。在这我们用三相全控桥整流电路。利用二极管的单向导电性组成整流电路，可将交流电压变为单向脉动电压。为便于分析整流电路，把整流二极管当作理想元件，即认为它的正向导通电阻为零，而反向电阻为无穷大。那么三相整流电路中各个二极管如何导电？基本原则仍然是二极管的阳极电位高于阴极电位时二极管导电，反之不导电。在图1中根据各相波形相交的情况，按30°为一段进行时间段的划分，在图的最下方用1、2、3、4、5、6、7、…表示。

　　图1电阻负载三相桥式整流电路 图2三相桥式整流电路的波形图

　　三相桥式电阻负载整流电路的输出电压波形见图2的下半部分，它是由相应时间段导电二极管所对应的两相电压之差得到的。由于输出电压是以共阳极线为参考地电位，对于其中时间段1，可由A相和B相电压之差得到，见图3，同理可得到其他时间段的输出波形。这样在一个工频周期内，输出电压有六个波头，相当于300赫兹，这有利于提高输出电压的平均值，同时有利于滤波，减小输出的纹波。

　　图3三相桥式整流电路输出电压波形的合成

　　3、滤波电路：利用储能元件电容器C两端的电压不能突变的性质，把电容C与整流电路的负载RL并联，就可以将整流电路输出中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电。在小功率整流电路中，经常使用的是电容滤波。

　　电容滤波电路滤波原理

　　滤波电容容量大，因此一般采用电解电容，在接线时要注意电解电容的正、负极。电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑。

　　当u2为正半周并且数值大于电容两端电压uC时，二极管D1和D3管导通，D2和D4管截止，电流一路流经负载电阻RL，另一路对电容C充电。当uC>u2，导致D1和D3管反向偏置而截止，电容通过负载电阻RL放电，uC按指数规律缓慢下降。

　　当u2为负半周幅值变化到恰好大于uC时，D2和D4因加正向电压变为导通状态，u2再次对C充电，uC上升到u2的峰值后又开始下降；下降到一定数值时D2和D4变为截止，C对RL放电，uC按指数规律下降；放电到一定数值时D1和D3变为导通，重复上述过程。

　　4、稳压电路：当电网电压或负载电流发生变化时，滤波电路输出的直流电压的幅值也将随之变化，因此，稳压电路的作用是使整流滤波后的直流电压基本上不随交流电网电压和负载的变化而变化

　　最后，交流电就变成了直流电。

　　在把交流电转变为所需要的直流电后，下面就要把转变而来的直流点加入到转子绕组中。

　　对转子绕组加入直流电的方式有两种，一种是将转子任意两个线圈并联，再与另一个线圈串联后连到直流电源上。另一种是将转子任意一个线圈开路，将另两个线圈接到直流上。这两种方法只要在滑环外面改变接线即可，不必改变转子内部接线，如图所示。

　　当把要改装的异步机的转子通入直流电后，还需要一个原动机拖动转子转动。在定子绕组外部接入负载。把所需要的原动机和转子相连，在输入直流励磁电流的同时，开动原动机，使原动机拖动转子转动，一直拖动到同步转速。这样，转子上所需要的机械能和电能都给予了提供。在产生的磁场的作用下，在电枢绕组中感应出对称的三相电动势，在负载中就会流过的电流。这样，就把一台异步电动机改装成了一台同步发电机。

　　作者单位：东南大学成贤学院

　　作者简介：许家文（1986年），男，汉族，江苏南京人，东南大学成贤学院2005级电力系统及其自动化本科生。

　　参考文献：

三相异步电动机论文篇4

　　关键词：异步发电机 并网冲击 磁链

　　中图分类号：TM306 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（a）-0106-02

　　异步发电机的两种运行方式中，单机自激运行供电质量很差；作为电能利用的最有效方式，并网运行成为这些年来的研究重点。异步发电机并网的主要问题一个是须从电网吸收励磁无功，加重了电网的无功负担，使电网电能质量恶化。另一个是异步发电机直接并网会产生很大的冲击电流，可能导致接入电网电压的大幅下降，而且还会对发电机组各部件造成损坏。更为严重的是，长时间的并网冲击，甚至还会造成电力系统的解列以及威胁其他发电机组的正常运行。并网冲击电流到底是如何产生的呢？

　　我们知道，异步发电机正常运行时，定、转子绕组中存在一定的磁链。在并网的瞬间，磁链是不能突变的。按照磁链守恒原理[1]，我们可以对并网冲击电流的大小进行分析。

　　式中取标幺值。

　　由并网过程可知，当异步发电机并入电网前已接近同步速旋转，并网后转子电势达稳态值的速度是很快的，所以定转子电流很快达到稳态值。并网冲击过程的长短与并网时电机的转速及机组惯性时间常数有关，但对同一台电机而言，异步发电机的并网冲击过程远小于其作电动机的起动过程。

　　关于并网冲击电流的一些结论：（1）当异步发电机在同步转速附近并网时，其并网过程最短，与其机端短路的暂态过程相近，远小于其电动机状态的起动过程；（2）并网冲击电流的倍数的容许值可大于电动机起动电流倍数的容许值；（3）并网冲击电流倍数小于突然三相机端短路冲击电流的倍数。他们都与电机的相同暂态参数有关。

　　本文通过对异步发电机并网冲击电流产生机理进行详细研究，得出一些关于并网冲击电流的结论，为采用合理的并网技术提供理论依据。