第6章 交流电机调速系统仿真 《电力电子电机控制系统仿真技术》课件

1
u(f)
G(VF)
1
In1 Fcn1
Gain1
Sa tu ra ti o n 1
Out1
V-F模块结构
u(1)、u(2)、 u(3) 为三相电压、频率和时间
三个变量。汇总输入三个函数模块（Fcn）
产生三相调制信号ua、ub、uc，再经Mux1 输入PWM Generator模块产生逆变器 Universal Bridge的控制脉冲。
一 系统模型
Continuous pow ergui
us
is
Active & Reactive Power
ps
V
PQ
I
Βιβλιοθήκη Baiduqs
+ -
v
usa usb usc
ps1 qs1
Un*
+
i -
+ -
v
V PQ
I
Active & Reactive Power1
i s1
N-Fi l t 1
0.01s+1
A
a
B
b
C
常采用 US / f1 常数的控制，称为VVVF控制
恒压频比变频调速系统原理图
升降速时间设定用来限制电机的升频速度， 避免转速上升过快而造成电流和转矩的冲击，
U/F曲线根据频率确定相应的电压以保持压 频比不变
SPWM和驱动环节产生按正弦脉宽调制的驱 动信号控制逆变器和电机。
Ud
50 f* Hz
g +
A B C
SPWM Bridge
In1 Out1
GI
TL
Tm
A
m B
C
AC motor
Pulses Signal(s)
PWM Generator
f(u)
In1 Out1
u
ua
V-F f(u)
f ub
clock
f(u)
Mux
uc
Machines Demux
is_abc
m wm
Te
Demux1
Demux
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
time (s)
200
150
100
50
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
time (s)
转速 转矩
is (A)
ir (A)
80
60
40
20
0
-20
-40
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
time (s)
100
50
0
-50
-100
0
0.5
1
1.5
2
ia
ib
ic
9.55
Gain
n
Te
signal rms
RMS
Uab
3
Demux
uab
Multimeter
Demux
ubc
Mux1 uca
转速开环VVVF系统仿真模型
U/F曲线和V-F模块结构
u(f)VN V0 fN
f
V0
V N 电机额定电压，
f N 电机额定频率。
V0
起动时补偿定子 电阻压降的电压，
2
3
4
5
6
t/s
2000
1500
1000
转速上升曲线
500
0
0
1
2
3
4
5
t/s
n / rpm
Te / N.m
Uab / V
500
400
300
200
100
0
0
1
2
3
4
5
6
t/s
200
100
0
-100
0
1
2
3
4
5
t/s
逆变器输出 线电压（RMS）
转矩响应
6.2 绕线式异步电动机调速系统
绕线式异步电动机特点是转子绕组可以外 接电阻或附加电势，通过调节外接电阻或 附加电势来限制电机的起动电流或调节电 机的转速。
-100 0
0.2
0.4
0.6
0.8
t/s
0.2
0.4
0.6
0.8
t/s
电动机 定子电流
1
电动机 转子电流
1
SPWM变频器供电下的电动机机械特性，图中0-A 是电动机的起动过程，B是空载工作点，C是电动机 加载后的工作点。
输出电压的谐波分析
phisq phirq
1 0.5
0 -0.5
-1 -1 -0.5 0 0.5 1 phisd
ua u(1)*sin2[*pi*u(2)*u(3)]
ub
u(1)*sin2[*pi*u(2)*u(3)2*pi] 3
uc
u(1)*sin2[*pi*u(2)*u(3)4*pi] 3
转速开环VVVF系统模型参数表6.3
仿真波形
f / Hz
50
40 30
频率给定曲线
20 10
（GI模块 输出）
0
0
1
0 -200 -400 -600
0.2
0.205
0.21
0.215
0.22
0.225
0.23
time ( s )
逆变器 输出电压
n / rpm
1500
1000
500
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
t/s
电动机 转速
ira / A
isa / A
100 50 0 -50
-100 0
100 50 0 -50
c
T hree-Phase T ransform er (Two Windings)
ir_abc
is_abc
m
TL
wm
30/pi
Te
Asynchronous Machine SI Units
6.2.1 绕线式异步电动机转子串电阻调速
绕线式异步电动机转子串电阻调速仿真模型
M a ch i n e s Demux
ir_abc
iabc
+ -
v
uAB
is_abc
m wm
iABC
9.55
40
Te
Gain
n
TL
Tm
m
ua
A
a
te
+ -
v
Uab
+ -
v
uab1
R1a
R2a
B
b
R1b
R2b
ub
C
c
Asynchronous Machine
定子磁场
1 0.5
0 -0.5
-1 -1 -0.5 0 0.5 1
phird
转子磁场
6.2 恒压频比控制的 异步电动机调速系统
交流电机每相定子感应f改1电变频率动势
E g4 .4f1 4 N Eg skNs mC 1m f
在变频调速时要保持气隙磁通 m 不变， 就需要同时改变 E g
使 E g / f1 为固定的常数 C m
2.5
3
3.5
4
4.5
5
time (s)
转子 电流
定子 电流
6.3.2 绕线式异步电动机串级调速系统仿真
不控整流器将转子的三相交流转变为直流，经三相晶闸管整流器 将直流变换为50Hz的交流电经变压器与电网连接。串调系统中晶 闸管整流器工作于有源逆变状态，改变逆变角，可以实现电动机 的平滑调速。晶闸管整流器采用了转速、电流的闭环控制，改变 转速的设定值即可调节电动机速度。
第6章 交流电机调速系统仿真
本章介绍正弦脉宽调制（SPWM）变频调速， 以稳态控制为主的VVVF（Variable Voltage Variable Frequency ）笼型异步电动机变频调速 系统的仿真，以及绕线式异步电动机和永磁同 步电动机调速系统的仿真研究。
uab ( A )
600 400 200
R1c
R2c
SI Units uc
c 12
c 12
k1
k3
Step
c 12
k2
Step1
c 12
k4
调速电阻设R1=R2=5Ω, 在起动1.5秒时接通开关K3和 K4， 切除三相电阻R2；3秒时接通开关K1和K2，切除全部转子电阻。
n (r/m)
Te (N.m)
仿真波形
1500
1000
500
0
0
0.5