《電力電子電機(jī)控制系統(tǒng)仿真技術(shù)》洪乃剛第6章

第6章

交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真本章介紹正弦脈寬調(diào)制（SPWM）變頻調(diào)速，以穩(wěn)態(tài)控制為主的VVVF（VariableVoltageVariableFrequency）籠型異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的仿真，以及繞線式異步電動(dòng)機(jī)和永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的仿真研究。6.1SPWM變頻器-異步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)三相交流電動(dòng)機(jī)M由變頻器供電，通過調(diào)制和驅(qū)動(dòng)單元控制變頻器輸出電壓和頻率，從而觀察研究電動(dòng)機(jī)變壓和變頻時(shí)的工作情況。6.1.1SPWM變頻器-異步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)模型

6.1.2SPWM變頻器-異步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)仿真例6.1設(shè)定直流電源DC為500V，在universalbridge模塊對話框選擇器件(PowerElectronicdevice)為IGBT/Diodes,其它參數(shù)保留預(yù)設(shè)值。異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)同例4.4（見表4.7），在負(fù)載TL模塊中設(shè)定0.3秒時(shí)加載40N.m，在PWMGenerator模塊中設(shè)調(diào)制度(Modulationindeg)為0.95，正弦波頻率（Frequencyofoutputvotlage）為50Hz，載波頻率（Carrierfrequency）為1080Hz，模型算法：ode23t

逆變器輸出電壓電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)定子電流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電流SPWM變頻器供電下的電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性，圖中0-A是電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程，B是空載工作點(diǎn)，C是電動(dòng)機(jī)加載后的工作點(diǎn)。輸出電壓的諧波分析定子磁場轉(zhuǎn)子磁場6.2恒壓頻比控制的

異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)交流電機(jī)每相定子感應(yīng)電動(dòng)勢改變頻率就需要同時(shí)改變使為固定的常數(shù)

在變頻調(diào)速時(shí)要保持氣隙磁通不變，常采用的控制，稱為VVVF控制

恒壓頻比變頻調(diào)速系統(tǒng)原理圖升降速時(shí)間設(shè)定用來限制電機(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，U/F曲線根據(jù)頻率確定相應(yīng)的電壓以保持壓頻比不變SPWM和驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)產(chǎn)生按正弦脈寬調(diào)制的驅(qū)動(dòng)信號控制逆變器和電機(jī)。

轉(zhuǎn)速開環(huán)VVVF系統(tǒng)仿真模型

U/F曲線和V-F模塊結(jié)構(gòu)

電機(jī)額定電壓，起動(dòng)時(shí)補(bǔ)償定子電阻壓降的電壓，電機(jī)額定頻率。

V-F模塊結(jié)構(gòu)

u(1)、u(2)、u(3)為三相電壓、頻率和時(shí)間三個(gè)變量。匯總輸入三個(gè)函數(shù)模塊（Fcn）產(chǎn)生三相調(diào)制信號ua、ub、uc，再經(jīng)Mux1輸入PWMGenerator模塊產(chǎn)生逆變器UniversalBridge的控制脈沖。轉(zhuǎn)速開環(huán)VVVF系統(tǒng)模型參數(shù)表6.3仿真波形頻率給定曲線（GI模塊輸出）轉(zhuǎn)速上升曲線逆變器輸出線電壓（RMS）轉(zhuǎn)矩響應(yīng)6.2繞線式異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)繞線式異步電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)是轉(zhuǎn)子繞組可以外接電阻或附加電勢，通過調(diào)節(jié)外接電阻或附加電勢來限制電機(jī)的起動(dòng)電流或調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。6.2.1繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速仿真模型

調(diào)速電阻設(shè)R1=R2=5Ω,在起動(dòng)1.5秒時(shí)接通開關(guān)K3和K4，切除三相電阻R2；3秒時(shí)接通開關(guān)K1和K2，切除全部轉(zhuǎn)子電阻。

仿真波形轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子電流定子電流6.3.2繞線式異步電動(dòng)機(jī)串級調(diào)速系統(tǒng)仿真不控整流器將轉(zhuǎn)子的三相交流轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷?，?jīng)三相晶閘管整流器將直流變換為50Hz的交流電經(jīng)變壓器與電網(wǎng)連接。串調(diào)系統(tǒng)中晶閘管整流器工作于有源逆變狀態(tài)，改變逆變角，可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速。晶閘管整流器采用了轉(zhuǎn)速、電流的閉環(huán)控制，改變轉(zhuǎn)速的設(shè)定值即可調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)速度。

一系統(tǒng)模型仿真波形轉(zhuǎn)速直流回路電流交流電源電壓和電流電機(jī)輸入電壓和電流變壓器副邊電壓和電流電源輸出有功和無功功率電機(jī)輸入有功和無功功率變壓器副邊有功和無功功率串調(diào)系統(tǒng)特點(diǎn)分析串調(diào)系統(tǒng)功率曲線顯示了，在加載后變壓器副邊的有功功率為“-”，這說明電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差功率經(jīng)串調(diào)裝置輸出，并經(jīng)變壓器回饋電源，這是串級調(diào)速節(jié)能的主要原因。轉(zhuǎn)子在輸出有功的同時(shí)也產(chǎn)生了較大無功，這使電源輸入的無功大于電機(jī)輸入的無功，因此使整個(gè)系統(tǒng)的功率因數(shù)下降，這是串級調(diào)速系統(tǒng)的不足。6.4永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真永磁同步電動(dòng)機(jī)與普通同步電動(dòng)機(jī)有相同的定子繞組，但是轉(zhuǎn)子用永久磁鐵代替了普通同步電動(dòng)機(jī)的直流勵(lì)磁繞組，因此永磁同步電動(dòng)機(jī)不需要輸入直流勵(lì)磁用的電刷，是無刷電動(dòng)機(jī)。從定子電流波形區(qū)分永磁同步電動(dòng)機(jī)有正弦波和梯形波兩種，梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于一般直流電動(dòng)機(jī)電樞和勵(lì)磁互相交換了位置，且變頻器代替了直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械換向器，因此也稱為無刷直流電動(dòng)機(jī)（BrushlessDCMotor,BLDM）6.4.1梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速原理梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)開關(guān)順序和電流波形6.4.2梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)建模Controller模塊結(jié)構(gòu)梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)模型參數(shù)表6.46.4.3梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真轉(zhuǎn)速響應(yīng)電機(jī)線電壓定子A相感應(yīng)電勢定子A相電流小結(jié)

本章介紹了交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的建模和仿真，其中PWM-VVVF控制是重點(diǎn)，用PWMGenerator模塊可以方便地進(jìn)行逆變器VVVF控制，也介紹了用Fcn模塊產(chǎn)生調(diào)制正弦波的方法，使用VVVF控制模型可以研究異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓，調(diào)頻和電壓頻率協(xié)調(diào)控制下的調(diào)速性能。繞線式異步電動(dòng)機(jī)串電阻和串級調(diào)速現(xiàn)在已經(jīng)很少采用，但是作為調(diào)速的一種方法，是電機(jī)拖動(dòng)和電力拖動(dòng)控