转速开环恒压频比控制的交流异步电动机调速系统仿真

转速开环恒压频比控制的交流异步电动机调速系

统仿真

转速开环恒压频比控制是交流电动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模式。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磁通不变，电动机的最大转矩将随频率的下降而减小。为了使电动机在低频低速时仍有较大的转矩，在低频时应适当提高定子电压(低频电压补偿)，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，系统由升降速时间设定、SPWM调制和驱动等环节组成。Uf曲线、其中升降速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，相当于软起动控制的作用。Uf曲线用于根据频率确定相应的电压，以保持压频比不变(Uf=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，以实现电动机的变压变频调速。

图1 恒压频比变频调速系统原理图

转速开环变频调速系统的仿真模型如图2所示。图中逆变器、电动机、SPWM生成等主要模块提取路径见表1。

图2 转速开环VVVF系统仿真模型

其中给定积分器的模型同图3，设定恰当的积分时间常数可以控制频率上升的速率，从而设定电动机的起动时间。在给定积分器的后面插人了一个取整环节(integer)，使频率为整数。

图3定积分器的模型

Uf曲线(见图4)由函数发生器Fcn产生，根据频率确定相应的

电压值，其函数表达式为式为

表1转速开环变频调速系统模型模块提取路径

U?UNf?U0 fN

图4 Uf曲线

式中，UN为电动机额定电压，fN为电动机额定频率，U0为初始电压补偿值。电压U、频率f、时间t经Dux汇总为一维向量二式中u(1)、u(2)、u(3)依次表示电压、频率和时间。x??u(1),u(2),u(3)?，

函数模块ua,ub,uc分别用于产生三相调制信号;

ua?u(1)?sin[2?pi?u(2)?u(3)]

2?pi] 34?piub?u(1)?sin[2?pi?u(2)?u(3)?]

3ub?u(1)?sin[2?pi?u(2)?u(3)?根据三相调制信号，由PWM发生器产生逆变器驱动脉冲，经逆变器得到频率和幅值可调的三相电压，使交流电动机按给定要求起动和

运行。模型中的其他参数设定见表2。

表2转速开环VVVF系统模型参数

在给定频率为50Hz，起动时间为5s，的情况下，仿真结果如图5所示。其中图a是电动机输人的一相线电压(有效值)，图b为转速变化曲线，图c为转速一转矩特性。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。

a）逆变器输出线电压Uab

b）转速波形n