电力电子电机控制系统仿真技术 作者 洪乃刚 第6章.pptVIP

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。 6.1 SPWM变频器-异步电动机系统 三相交流电动机M由变频器供电，通过调制和驱动单元控制变频器输出电压和频率，从而观察研究电动机变压和变频时的工作情况。 6.1.1 SPWM变频器-异步电动机系统模型 6.1.2 SPWM变频器-异步电动机系统仿真 例6.1 设定直流电源DC为500V， 在universal bridge模块对话框选择器件(Power Electronic device)为IGBT/Diodes,其它参数保留预设值。异步电动机参数同例4.4（见表4.7），在负载TL模块中设定0.3秒时加载40N.m， 在PWM Generator模块中设调制度(Modulation indeg)为0.95，正弦波频率（Frequency of output votlage）为50Hz，载波频率（Carrier frequency）为1080Hz， 逆变器 输出电压 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 定子磁场 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电动势 恒压频比变频调速系统原理图 转速开环VVVF系统仿真模型 U/F曲线和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。 仿真波形 频率给定曲线 （GI模块 输出） 逆变器输出 线电压（RMS） 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。 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 仿真波形 转速 转子 电流 6.3.2 绕线式异步电动机串级调速系统仿真 一 系统模型 仿真波形 转速 交流电源电压和电流 电源输出有功和无功功率 串调系统特点分析 串调系统功率曲线显示了，在加载后变压器副边的有功功率为“-”，这说明电机转子的转差功率经串调装置输出，并经变压器回馈电源，这是串级调速节能的主要原因。 转子在输出有功的同时也产生了较大无功，这使电源输入的无功大于电机输入的无功，因此使整个系统的功率因数下降，这是串级调速系统的不足。 6.4 永磁同步电动机调速系统仿真 永磁同步电动机与普通同步电动机有相同的定子绕组，但是转子用永久磁铁代替了普通同步电动机的直流励磁绕组，因此永磁同步电动机不需要输入直流励磁用的电刷，是无刷电动机。 从定子电流波形区分永磁同步电动机有正弦波和梯形波两种， 梯形波永磁同步电动机相当于一般直流电动机电枢和励磁互相交换了位置，且变频器代替了直流电动机机械换向器 ，因此也称为无刷直流电动机（Brushless DC Motor, BLDM） 6.4.1 梯形波永磁同步电动机调速原理 梯形波永磁同步 电动机系统结构 6.4.2 梯形波永磁同步电动机调速系统建模 Controller模块结构 6.4.3 梯形波永磁同步电动机调速系统仿真 转速响应 定子A相 感应电势 小 结 本章介绍了交流电动机调速系统的建模和仿真，其中PWM-VVVF控制是重点，用PWM Generator模块可以方便地进行逆变器VVVF控制，也介绍了用Fcn模块产生调制正弦波的方法，使用VVVF控制模型可以研究异步电动机调压，调频和电压频率协调控制下的调速性能。 绕线式异步电动机串电阻和串级调速现在已经很少采用，但是作为调速的一种方法，是电机拖动和电力拖动控制系统的教学内容之一，仿真这些系统对课程的学习可有很好的帮助。 同步电动机调速介绍了永磁同步机中的梯形波控制，根据转子位置产生驱动控制信号的模块设计是其要点，其他同步电动机变频控制可以使用PWM Generator模块进行。 梯形波永磁同步电动机调速系统