恒压频比控制下交流异步电机调速系统仿真

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1、电力拖动自动控制系统——运动控制系统仿真作业班级：电气12-6姓名：金坤学号：1205030207指导老师：任老师变压变频调速下交流异步电机的系统仿真——转速开环与闭环对比分析一、异步电动机的恒压恒频调速原理分析异步电动机的变频调速系统基本控制方式是变压变频，在基频以下采用恒压频比带定子压降补偿的控制方式，基本上要保持磁通在各级转速上都为恒值。基频以下，磁通恒定，属于“恒转矩调速”；基频以上，迫于定子电压不能超过额定电压，磁通与频率成反比下降，转速升高，转矩下降，近似属于“恒功率调速”。当定子电压和角频率都为恒定值时，异步电动机的机械特性方程可以改写为（1—1）当s很小的时候，

2、可忽略分母中含s各项，则：（1—2）当s很小的时候，转矩近似与s成正比，机械特性=f（s）是一段直线；当s接近1时。可忽略（1—2）式分母中的，则：（1—3）即s接近1时，转矩近似与s成反比，这时=f（s）是对称于原点的一段双曲线；当s为以上两段的中间数值时，机械特性从直线过度到双曲线。如下图1-1.由式（1-1），对于同一负载要求，即以一定的转速在一定的负载转矩下运行时，电压和频率可以有多种组合，其中恒压频比（恒值）最容易实现的。它的变频机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，能满足一般的调速要求。但是低速带载能力还较差，需对定子压降实行补偿为了近似的保持气隙磁通不便，以便充分

3、利用电机铁心，发挥电机产生转矩的能力，在基频以下采用恒压频比控制，实行恒压频比控制时，同步转速自然也随着频率变化：图1-1：恒压频比控制下的机械特性（1—4）带负载时的转速降落为，（1—5）在式（1—2）中所表示的机械特性近似直线段上。可以导出（1—6）可见，当为恒值时，对同一转矩，是基本不变的，因而也是基本不变的。即：在恒压频比条件下改变频率时，机械特性基本上是平行下移的，它们和直流他激电机调速时特性变化情况近似，所不同的是，当转矩达到最大值以后，转速再降低，特性就折回来了。而且频率越低的时候转矩越小。对前式整理可得出为恒值时最大转矩随角频率的变化关系为（1—7）可见，是随着

4、的降低而减小的，频率很低时，太小将限制调速系统的带载能力，采用定子压降补偿，适当提高电压可以增强带载能力。二、恒压频比变频调速开环系统仿真原理2.1恒压频比变频调速系统原理图由图，系统由升降速时间设定G1（可由simulink中RateLimiter模块代替），U/f曲线，SPWM调制，交流电机和驱动电路等环节组成。只要将不同环节根据特定要求独立地设计出来并有效连接即可。2.2调速电机选定表2.2：电机参数设置逆变器直流侧电压Ud514V交流异步电机参数(4.7KW)电压380V频率50Hz定子绕组电阻1.115定子绕组漏感0.005974H转子绕组电阻1.083转子绕组漏感0

5、.005974H互感0.2037H转动惯量0.021J摩擦系数0.005752F极对数2根据电机的给定参数，选定合适的电机，参数设置如下图2-2.2.3U-F模块和三相调制信号输出已知，变频调速系统一般要求在变频时保持电机气隙磁通不变，这样可在允许的电流下获得最大的转矩，使电机具有良好的调速性能。交流电机每相定子感应电动势为：图2-3.1：恒压频比控制特性在改变频率时要保持气隙磁通不变就需要。因为不能直接检测和控制，在忽略定子绕组电阻时近似等于电动机端电压。而和都可以方便地通过变频器控制，因此仅要求稳态时转速的调节，异步电动机变频调速系统常采用常数的控制，也称为VVVF控制或恒

6、压频比控制。一般，精度要求需要考虑定子绕组压降，需要抬高，其控制特性如图2-3-1.所以，U-f函数关系可设为：为电机额定电压；为起动时的补偿电压；为电机额定频率。不妨取满载时转差率为0.97，根据异步电动机稳态等效电路和感应电动势，以及电机的阻抗参数，不难得到，，，,所以：。同时，在恒压频比条件下构建三相调制信号仿真模块如下图2-3-2：2.4SPWM调制电路将恒压频比下输出的三相调制信号导入PWM发生器，设置其载波频率为1500Hz，输出的脉宽调制波形下图2-4-1：将SPWM波作为三相桥的门极触发脉冲，如图2-4-2.为得到380V的整流电压值，直流源电压.2.5恒压频比

7、变频开环调速系统的仿真模型将系统升降速时间设定G1（可由simulink中RateLimiter模块代替），U/f曲线，SPWM调制，交流电机和驱动电路等环节连接在一起，得到恒压频比变频调速系统的仿真模型图2-5.已知电机的阻抗、额定频率、额定电压、额定转差率和压频比，由式（1-1）估算额定转矩，通过Timer模块设置转矩为0（空载），转矩为5（轻载），转矩为9.8（额定负载，转速1455r/min,转差率0.97），转矩为18（过载），各持续0.5s,并通过示波器观察定子转子电流、电机转速