转速开环恒压频比控制的交流异步电动机调速系统典型例子

课题：转速开环恒压频比控制的交速

姓名：谢海波

学号：P091812925

专业班级：电气工程及其自动化（3）班

西北民族大学电气工程学院

转速开环恒压频比控制的交流异步电动机调速系统

摘要：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。异步电动机的变压变频调速系统一般简称为变频调速系统。由于在调速时转差功率不随转速而变化，调速范围宽，无论高速还是低速时效率都较高，在采取一定的技术措施后能实现高动态性能，可与直流调速系统媲美。因此现在它的应用面很广，目前交流异步电动机的调速系统已经广泛应用于数控机床、风机、泵类、传送带、给料系统、空调器等设备的电力源和动力源，并起到了节省电能，提高设备自动化，提高产品质量的良好效果.下文在详细分析交流异步电动机变频调速的原理基础上，应用MATLAB/SIMULINK仿真软件，实现了转速开环恒压频比控制的交流异步电动机调速系统的仿真，并且详细分析了仿真结果。

关键词：异步电动机；变频调速；MATLAB 仿真

1．仿真系统说明

本文对交流系统进行建模仿真，可以更加熟悉交流调速系统的结构，掌握各种调速系统的优缺点，选择合理的方案，解决实际中的问题。在进行电动机调速时，常须考虑的一个重

要因素，就是希望保持电动机中每极磁通量为额定值不变。如果磁通太弱，没有充分利用

电机的铁芯，是一种浪费；如果过分增大磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机。对于直流电机，励磁系统是独立的，只要对电枢反应有恰

当的补偿，保持不变是很容易做到的。在交流异步电机中，磁通由定子和转子磁动势合成产生，要保持磁通恒定就要费一些周折。

2．变频调速控制方式和原理

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，在异步电动机调速时，总希望保持主磁通为额定值。由异步电机定子每相电动势有效值可知，如果略去定子阻抗下降，有

（1）

由(1)式知，若定子端电压不变，随着升高，将减小。又由转矩公式

知，在相同的情况下，减小会导致电动机输出转矩下降，严重时会使电动机堵转。因此，

在变频调速过程中应该同时改变定子电压和频率，以保持主磁通不变。而如何按比例改变电压和频率，要分基频以下和基频以上两种情况。

2.1基频以下调速

恒定压频比调速要求；当相对较高时，可忽略定子电阻那么最大实用转

矩公式为；由于，为了保证变频调速时电动机过载

能力不变，需要满足变频前后，即

（2）

对于恒转矩调速,采用恒压频比调速控制，既保证了电机的过载能力不变，又满足了

主磁通保持不变, 而电磁转矩表示为；据(2)式，不同频率下的最大转

矩保持不变，则最大转差率为（3）

不同频率时最大转矩所对应的转速降落为

（4）

因此，恒压频比控制变频调速时，因最大转矩和最大转矩对应的转速降落均为常数，故此时异步电动

机的机械特性是一组互相平行硬度相同的曲线，如图1 所示.

2.2基频以上调速

基频以上调速应采取保持定子电压不变的控制策略，即。由于较高，可以忽略定子电阻，则最大转矩

；其对应的最大转差率与

转速降落同式(3)和式(4)为常数。由此可见，保持定子电压不变，升高频率调速时，最大

转矩随频率升高而减小，最大转矩对应的转速降落为常数。但是越高，最大转矩越起效，如图2所示，基频以上变频调速时异步电动机的电磁功率为

（5）

在异步电动机的转差率s 很小时，式(5)中的均可以忽略，即基频以上变频调

速时异步电动机的电磁功率近似为（6）

由式(6)知，在变频调速过程中，若保持不变，转差率s 变化也很小，故可以近似认为

不变，即恒功率调速。

3．仿真过程

综合以上分析，制定出U-f 曲线如图3 所示.

关系式为，式中是电动机额定电压，是电动机额定频率，是初始电

压补偿值. 那是因为如果频率较低，定子阻抗压降所占比重较大，电动机难以保持气隙磁通不变，电动机的最大转矩将随着频率的下降而减小. 为了使电动机在低频低速时仍有较大的转矩，需要低频补偿电压以提高定子电压. 恒压频比变频调速系统原理图如图4 所示，

系统由升降速时间设定、U-f 曲线、SPWM 调制和驱动等环节组成。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，并且低频时进行适当的电压补偿。SPWM 和驱动环节将会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。根据实验原理图在Matlab软件环境下查找器件、连线，接成入上图所示的线路图。

3.1、具体步骤

a、点击图标，打开Matlab软件，在工具栏里根据提示点击，再点击matlab help，打开一个对话框，点击里的new model，创建一个文件头为的新文件。

b、点击工具栏的，打开元器件库查找新的元器件。

图5

如果不知在哪里找到元器件，可以在里输入元器件的名称，键入ENTER即可查找。

3.2所用元器件及其参数设置

转速开环变频调速系统的仿真MATLAB/SIMULINK 模型如下图所示。其中给定积分器(GI，GivenIntegrator)的模型如图7 所示，对它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. 给定积分器后接取整环节(integer)使频率为整数. U-f 曲线、三相调制信号ua、ub、uc 均由Fcn模块产生

图6 转速开环VVVF系统仿真模型

图7 给定积分器(GI，GivenIntegrator)的模块

a.DC Voltage Source(直流电源)

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