轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的交流異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的交流異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制是交流電動機(jī)變頻調(diào)速最基本的控制方式，一般變頻調(diào)速裝置都帶有這項功能，恒壓頻比的轉(zhuǎn)速開環(huán)工作方式能滿足大多數(shù)場合交流電動機(jī)調(diào)速控制的要求，并且使用方便，是通用變頻器的基本模式。采用恒壓頻比控制，在基頻以下的調(diào)速過程中可以保持電動機(jī)氣隙磁通基本恒定，在恒定負(fù)載情況下(恒轉(zhuǎn)矩)，電動機(jī)在變頻調(diào)速過程中的轉(zhuǎn)差率基本不變，所以電動機(jī)的機(jī)械特性較硬，電動機(jī)有較好的調(diào)速性能。但是如果頻率較低，定子阻抗壓降所占比重較大，電動機(jī)就難于保持氣隙磁通不變，電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩將隨頻率的下降而減小。為了使電動機(jī)在低頻低速時仍有

2、較大的轉(zhuǎn)矩，在低頻時應(yīng)適當(dāng)提高定子電壓(低頻電壓補(bǔ)償)，使電動機(jī)在低頻時仍有較大的轉(zhuǎn)矩。恒壓頻比變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本原理結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)由升降速時間設(shè)定、曲線、SPWM調(diào)制和驅(qū)動等環(huán)節(jié)組成。其中升降速時間設(shè)定用來限制電動機(jī)的升頻速度，避免轉(zhuǎn)速上升過快而造成電流和轉(zhuǎn)矩的沖擊，相當(dāng)于軟起動控制的作用。曲線用于根據(jù)頻率確定相應(yīng)的電壓，以保持壓頻比不變(=常數(shù))，并在低頻時進(jìn)行適當(dāng)?shù)碾妷貉a(bǔ)償。SPWM和驅(qū)動環(huán)節(jié)將根據(jù)頻率和電壓要求產(chǎn)生按正弦脈寬調(diào)制的驅(qū)動信號，控制逆變器，以實現(xiàn)電動機(jī)的變壓變頻調(diào)速。圖1 恒壓頻比變頻調(diào)速系統(tǒng)原理圖轉(zhuǎn)速開環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型如圖2所示。圖中逆變器、電動機(jī)、SPWM

3、生成等主要模塊提取路徑見表1。圖2 轉(zhuǎn)速開環(huán)VVVF系統(tǒng)仿真模型其中給定積分器的模型同圖3，設(shè)定恰當(dāng)?shù)姆e分時間常數(shù)可以控制頻率上升的速率，從而設(shè)定電動機(jī)的起動時間。在給定積分器的后面插人了一個取整環(huán)節(jié)(integer)，使頻率為整數(shù)。圖3定積分器的模型曲線(見圖4)由函數(shù)發(fā)生器Fcn產(chǎn)生，根據(jù)頻率確定相應(yīng)的電壓值，其函數(shù)表達(dá)式為式為表1轉(zhuǎn)速開環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)模型模塊提取路徑圖4 曲線式中，為電動機(jī)額定電壓，為電動機(jī)額定頻率，為初始電壓補(bǔ)償值。電壓U、頻率f、時間t經(jīng)Dux匯總為一維向量二，式中u(1)、u(2)、u(3)依次表示電壓、頻率和時間。函數(shù)模塊分別用于產(chǎn)生三相調(diào)制信號;根據(jù)三相調(diào)制信號

4、，由PWM發(fā)生器產(chǎn)生逆變器驅(qū)動脈沖，經(jīng)逆變器得到頻率和幅值可調(diào)的三相電壓，使交流電動機(jī)按給定要求起動和運(yùn)行。模型中的其他參數(shù)設(shè)定見表2。表2轉(zhuǎn)速開環(huán)VVVF系統(tǒng)模型參數(shù) 在給定頻率為50Hz，起動時間為5s，的情況下，仿真結(jié)果如圖5所示。其中圖a是電動機(jī)輸人的一相線電壓(有效值)，圖b為轉(zhuǎn)速變化曲線，圖c為轉(zhuǎn)速一轉(zhuǎn)矩特性。從圖中可以看到，電動機(jī)電壓基本按U-f曲線的設(shè)定上升，但是起動中轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的波動很大。a）逆變器輸出線電壓Uabb）轉(zhuǎn)速波形nc）轉(zhuǎn)矩Te波形圖5 VVVF起動過程為分析轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大波動的原因，將起動過程中一段(3-4s)的電壓、轉(zhuǎn)速等波形展開，如圖6所示。從逆變器輸出

5、電壓的波形(b)中可以看到，輸出電壓的頻率變化呈現(xiàn)出不規(guī)則，電壓頻率不是均勻地上升，中間部分時段電壓波形的周期變大、頻率減小。將起動過程中的升頻曲線(見圖d)和相應(yīng)時段的正弦調(diào)制信號(見圖c) ,以及轉(zhuǎn)速曲線(見圖 a)相比較，在頻率變化的邊界上，正弦調(diào)制信號和轉(zhuǎn)速都發(fā)生了畸變，這是因為頻率變化的時刻不一定是發(fā)生在調(diào)制信號一個完整周期的末尾，在調(diào)制正弦信號一周期尚未結(jié)束時，頻率發(fā)生了變化，就可能使下一周期信號的前半周期變寬或變窄，使相應(yīng)的一周期頻率減小或增加。a)轉(zhuǎn)速n的波形b)逆變器輸出電壓（瞬時值）Uabc）正弦調(diào)制信號圖6 VVVF系統(tǒng)啟動分析進(jìn)一步比較頻率變化時刻的三相電壓波形，這時的三相電壓的相序也可能異常，出現(xiàn)瞬時的負(fù)相序，電動機(jī)也就產(chǎn)生了負(fù)的轉(zhuǎn)矩，從而使電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速發(fā)生急劇的波動。延長起動時間，波動的情況可以減小，但是波動還是存在的。如果起動時間設(shè)定過小，在正弦一周內(nèi)發(fā)生多次頻率的變化，還可以出現(xiàn)增頻現(xiàn)象，使逆變