恒压频比控制下交流异步电机调速系统仿真设计.doc

. . word完美格式 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，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。 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Rate Limiter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Ud 514V 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 0.005974H 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. 2.3 U-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 图2-3.1：恒压频比控制特性 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：