转速开环恒压频比控制的交流异步电动机调速系统

《计算机仿真及应用C》答卷

题目名称： 转速开环恒压频比控制的交流异步电动机调速系统 班 级： 学 号： 姓 名： 任课教师：

命题说明：此门课程主要考核学生的实际动手能力，掌握用MATLAB建立系统仿真模型的方法，为了对每个学生进行考核，一人一题，雷同率不能超过50%，由学生自己确定题目。要满足以下几点要求：1、详细描述所做题目的工作原理及所用电机参数；2、直流电机参数要有计算步骤；3、画出仿真原理图，子系统要一一展开；4、仿真结果分析；5、用A4纸打印，在规定时间内交上来。

成绩评定标准：1．原理描述清楚得20分。2．仿真原理图正确得30分。3．子系统展开得20分。4、仿真结果正确及有分析得30分。

一.原理分析

转速开环恒压频比控制室交流电机变频调速最基本的控制方式，一般变频调速装置都带有这项功能，恒压频比的转速开环工作方式能满足大多数场合交流电动机调速控制的要求，并且使用方便，是通用变频器的基本方式。采用恒压频比控制，在基频以下的调速过程中可以保持电动机气隙磁通基本恒定，在恒定负载情况下（恒转矩），电动机在变频调速过程中的转差率基本不变，所以电动机的机械特性较硬，电动机有较好的调速性能。但是如果频率较低，定子阻抗压降所占比重较大，电动机就难于保持气隙刺痛不变，电动机的最大转矩将随频率下降而减小。为了使电动机在频率低速度低时仍有较大的转矩，在低频时应适当提高定子电压（低频补偿电压），使电动机在低频时仍有较大的转矩。恒压频比变频调速系统的基本原理结构如图1所示，系统由升降时间设定、U/f曲线、SPWM调制和驱动等环节组成。其中升降时间设定用来限制电动机的升频速度，避免转速上升过快而造成电流和转矩的冲击，相当于软启动控制的作用。U/f曲线用于根据频率确定相应的电压，以保持压频比不变（U/f=常数），并在低频时进行适当的电压补偿。SPWM和驱动环节将根据频率和电压要求产生按正弦脉宽调制的驱动信号，控制逆变器，以实现电机的变压变频调速。

图1 恒压频比变频调速系统原理图

二.仿真原理图及参数

表1 转速开环VVVF系统模型参数

电动机（容量3.7kw） 电压 380v 定子绕组电阻Rs 1.115 Ω 转子绕组电阻Rs 1.083 Ω 互感Lm 0.2073 H 摩擦系数F 0.005752 N*m*s 模块 参数 设置值 给定积分器 Gain（G） 1e4 +/-10 Round Ode23tb Saturation 取整integer 仿真算法

频率 50Hz 定子绕组漏感Lls 0.005974 H 转子绕组漏感Lls 0.005974 H 转动惯量J 0.02 kg*m^2 模块 参数 设置值 逆变器直流侧电压 PWM发生器 仿真精度 Ud 载波频率fs 514V 1500Hz 1e-3 图2 转速开环恒压频比控制的交流异步电动机调速系统仿真模型 子系统封装图 给定积分器：

图3 给定积分器封装图

同时PWM Generator、Machine measurement设置如下：

三.仿真结果

仿真时间为6s

a.逆变器输出线电压

b.转速波形.

c.转速--转矩特性 图4 VVVF启动过程

a.转速波形

b.逆变器输出电压（瞬时值）

c.正弦调制信号

d.频率上升曲线

图5 VVVF系统启动分析

四．仿真分析

在给定频率为50Hz，起动时间为5s的情况下，仿真结果如图4所示。其中图4-a是电动机输入的一相线电压（有效值），图4-b为转速变化曲线，图4-c为转速-转矩特性。从图中可以看到，电动机电压基本按U-f曲线的设定上升，但是起动中转速和转矩的波动很大。

为分析转速和转矩产生较大波动的原因，将起动过程中一段(3-4s)的电压、转速等波形展开，如图5所示。从逆变器输出的电压的波形（见图5-b）中可以看到，输出电压的频率变化呈现出不规则，电压频率不是均匀地上升，中间部分时段电压波形的周期变大、频率减小。将起动过程中的升频曲线（见图5-d）和相应时段的正弦调制信号（见图5-c），以及转速曲线（见图5-d）相比较，在频率变化的边界上，正弦调制信号和转速都发生了畸变，这是因为频率变化的时刻不一定是发生在调制信号一个完整周期的末尾，在调制正弦信号一周期尚未结束时，频率发生了变化，就可能使下一周期信号的前半周期变宽或变窄，使相应的一周期频率减小或增加。进一步比较频率变化时刻的三相电压波形，这时的三相电压的相序也可能异常，出现瞬时的负相序，电动机也就产生了负的转矩，从而使电动机的转矩和转速发生急剧的波动。延长起动时间，波动的情况可以减小，但是波动还是存在的。如果起动时间设定过小，在正弦一周内发生多次频率的变化，还可以出现增频现象，使逆变器输出频率超过设定频率（50Hz），使电动机转速出现超调。因此采用等时间间隔的升频过程，都难于完全避免输出电压周期不规则的现象，工程上也称之为“跳频”现象。