对异步电动机暂态过程的探析

工 业 技 术
Ｃ ｈｉ ｎａ Ｓ Ｃｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗ
●Ｉ Βιβλιοθήκη 对 异 步 电动 机 暂 态 过 程 的 探 析
彭刘 啸
（ 武 汉 大学 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ２ ） （ 摘 要］ 当前 ， 异 步 电动 机 中的单 相和 三 相 电动 机分 别在 家 用 电器和 工 厂动 力设 备 中获得 了广 泛 的应 用 ， 是 国 内外 的热 门研 究话题 。 而异 步 电动 机和 传 统 的 直流 电动机 相 比 ， 其数学 模 型更 加复 杂 ， 仿真 更加 困难 。 基于 此 ， 本 文在 异步 电动 机基础 数学 模 型的基 础上 建立 了相 应 的仿 真 模型 并进行 了仿 真 ， 最后 对仿 真结 果 进行 了探 讨 。 ［ 关键词 】 异 步 电动 机 暂 态过 程 数 学模 型 仿真 分析 中 图分 类号 ： Ｔ Ｄ１ ０ １ 文献 标识码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ０ ０ ９ — ９ １ ４ Ｘ （ ２ ０ １ ５ ） ３ １ — ０ ０ ６ １ 一 Ｏ １
从图 中明显可 以看出 ， 负载 的大小突变 并不 会对 电动机 的 电流产生实质 性 的影 响 ， 它 和 电动 机启动 时候 的空载 电流冲 击值相 比 ， 远远 不足 以达到 。 结 果还 表明， 转矩 的追 踪能力 还是 比较有 优势 的 ， 转速 随着 时间 的推移 慢慢 稳定 了下 来， 而 且其 下降 的幅度 也不 大 ， 在百 分之 五左 右小范 围波 动 。 通过 这种分 析 ， 可 以明显对 电动 机 的抗 干扰 和稳 定性 有一 些明 确 的认 识 。
引 言 随着 当前社会 机械 水平的快 速 发展 ， 对异 步 电动 机的研 究也成 为 了国内外 研 究的热 门 内容 。 异 步 电动 机 ， 又称 之为“ 感应 电动机 ” ， 其工作 原理 是将转 子放 置 于旋转 的磁 场中 ， 在选择 磁场 的作用 下 ， 获得一 个转动 力矩 ， 从而使 得转 子转 动。 由于 转子 可 以在 磁场 内部转 动 ， 因而多 呈现出 鼠笼 的形状 。 异步 电动机 中还 有 一个部 件成 为为定 子 ， 定子 主要是用 来产生 选择 磁场 的， 可 以看 出， 选择 磁场 的产 生和机 械方 法是 没有 关系 的 。 和传 统的 直流 电动机 相 比 ， 异步 电动机 并没 有 电刷或者 集 电环 ， 目前 应 用较为 广泛 的是 单相 电动机 和 三相 电动机 ， 前 者主 要 用 于一些 电风扇等 家用 设备 ， 而 后者 则主 要用 于工 厂的动 力设 备 。 异步 电动 机 的模 型 由于 具有高 阶 、 非 线性 、 高耦 合度 等特 征 ， 分析 起来 较为 困难 ， 本 文结 合笔者 的实践 工作 经验 ， 在 异步 电动机 基础数 学模 型的基础 上建立 了相 应的仿 真模 型并进 行 了仿真 ， 最 后对 仿真 结果 进行 了详 细分析 ， 希 望 可 以为相 关的理 论和 实践 提供 一定 的借 鉴 意义 。 二． 异步 电动机 的 相关 理论 （ １） 异 步 电 动 机 基础 数 学 模 型 在对 异步 电动机 暂态过程 分析 之前 ， 要对异 步 电动机 的基础 数学模 型进行 明确 。 异步 电动 机 是一 个 多变量 的 复杂 系统 ， 涉及 非 线性 、 高 耦合 度 以及 高 阶 等。 其基 础数 学模 型的 建立 是需要 以选 择合 适 的坐标 系统 为前提 的 ， 在 建立模 型后 ， 通 过一 定规 律的 坐标 变换 ， 可 以消 除暂态 过程 方程 中 的周 期 性时 变系数 和 降低方 程 的阶数 ， 从 而达 到简 化数 学模 型使其 便于 分析 和应 用的 目的 。 这 里 所 采用 的参 照系 为 同步速 参 照 系 ， 即ｄ 、 ｑ 轴 以电源 角速 度 ０ ３ １ 旋转 。 因此 ， 在 仿 真之 前 ， 要 根据相 关的理 论对 异步 电动机 的基 础数 学模 型进 行 明确 和建立 。
一
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（ ２） 异 步 电 动 机 的 仿 真 模 型 本 文根据异 步 电动 机基础 数学模型 进行仿真 模型 的建立 ， 下 图为笔者根 据
选取 的 电动机基 础 数学模 型 建立 的异 步 电动机 封装 仿真 模型 ： 选 取 的异 步 电动 机供 电方 式采 用正 弦 电压 源 的方 式 ， 因此 ， Ｕｄ ｒ ＝ Ｕｑ ｒ ＝ Ｏ 。 下文 的仿 真将 根据 该模 型 结合 相 应 的实例 展开 ， 实例 首先 选取 的 电动 机为 四 极、 ２ ． ２ ｋ Ｗ、 ３ ８ ０ Ｖ、 ５ ０ ＨＺ 、 ｎ＝ ０ ． ８ ８ ， 之后 对该 异步 电动 机在 不 同暂 态过程 下 的
的性 能和 启动 时 间是 比较 好 的 ， 具有 一 定 的优势 。 随惯 量增 加 ， 超调 量 衰减 为 零， 但启 动速 率 几乎 线性 下降 ， 启 动 转矩倍 数 也稍 有增 大 。 （ ２） 基 于 负 载 突 变 的 过 程 分析 下图展示 了 电动 机在负 载突然变 大或者 突然变小 这种现 象的仿 真结果 图 ：
特性进 行 了仿 真分 析 ， 下 文将对 仿 真分析 的结果进 行 探讨 。 三、 关 于 异步 电动 机暂态 过 程的 分析
（ １） 基 于 转 动 惯 量 影 响下 的启 动 性 能
本 文首 先分 析 了基 于 转动惯 量Ｊ 影响 下的 启动性 能 ， 并且 得 出了相 应的仿
真分 析结 果。 结果 发现 ， 电动机 的启 动时 间会 随着 转动惯 量Ｊ 的增 加而 增加 ， 或 者减 少而减 少 ， 呈现正 比例 的关系 。 也就 是说 ， 如果转 动惯量 Ｊ 较小的话 ， 电动机