1、恒壓頻比控制的調速系統仿真摘要：作為一種常用的變頻調速方法，恒壓頻比控制（簡稱U/F控制）在改變輸出頻率和電壓的同時保持磁通不變，實現電機在較大范圍內的平滑調速運行。該方法能夠滿足大多數場合交流電動機調速控制的要求，并且使用方便，從而得到廣泛的應用。本文通過介紹恒壓頻比變頻調速的原理，應用MATLAB仿真軟件，實現了異步電動機變頻調速系統的仿真，并且詳細分析了其仿真結果。關鍵字：變頻調速，恒壓頻比，異步電機，MATLAB仿真一、恒壓頻比變頻調速原理變頻調速系統一般要求在變頻時保持電機氣隙磁通不變，這樣可在允許的電流下獲得最大的轉矩，使電機具有良好的調速性能。交流電機每相定子感應電動勢為 （1）

2、式中，是由電動機結構決定的常數。從式（1）可見，在改變頻率時要保持氣隙磁通不變，就需要同時改變，使隨變化并保持為固定的常數。因為不能直接檢測和控制，在忽略定子繞組電阻時近似等于電動機端電壓。而和都可以方便地通過變頻器控制，因此僅要求穩態時轉速的調節，異步電動機變頻調速系統常采用常數的控制，也稱為VVVF控制或恒壓頻比控制。圖1 恒壓頻比變頻調速系統原理圖恒壓頻比變頻調速系統的基本原理結構如圖1所示，系統由升降速時間設定G1，U/f曲線，SPWM調制和驅動等環節組成。二、恒壓頻比變頻調速系統模型恒壓頻比變頻調速系統的仿真模型如圖2所示。圖2 恒壓頻比變頻調速系統的仿真模型（1）G1模塊G1模塊如

3、圖3所示，用于限制升頻速度。其中放大器的放大倍數取10000，避免積分時間受輸入偏差的影響。限幅器用于設定積分時間，調節限幅器上下限可調節輸出頻率信號的上升速度。圖3 G1模塊結構（2）U-F模塊U-F模塊結構如圖4所示，用于設定U/f曲線（圖5）。圖4 U-F模塊結構圖5 U/f曲線模型中函數發生器Fcn1用于產生與頻率f相應的電壓信號u，函數表達式為（2）式中，為電機額定電壓；為起動時的補償電壓；為電機額定頻率。模型中用放大模塊Gain2調整Fcn1模塊的輸出信號幅值，并且經過Saturation模塊限幅以保證U-F模塊輸出不大于1。（3）函數模塊,經匯總的變量輸入三個函數模塊產生三相調制

4、信號, （3）再經PWM Generator 模塊產生逆變器的驅動脈沖，經逆變器得到三相可調電壓，控制電機的起動和運行。三、恒壓頻比變頻調速系統模型參數逆變器直流側電壓Ud514V交流異步電機參數(4.7KW)電壓380V頻率50Hz定子繞組電阻1.115定子繞組漏感0.005974H轉子繞組電阻1.083轉子繞組漏感0.005974H互感0.2037H轉動慣量0.02J摩擦系數0.005752F極對數2四、恒壓頻比變頻調速系統仿真在給定頻率50Hz、電動機空載起動、1s時加負載50N.m情況下，仿真結果如圖6所示。圖6（a）頻率給定曲線圖6（b）補償后電壓曲線圖6（c）逆變器輸出線電壓圖6（

5、d）逆變器輸出線電壓有效值圖6（e）轉速波形圖6（f）轉矩波形其中圖（a）為頻率上升曲線，經過一段時間頻率上升到給定頻率50Hz。圖（b）為補償后與頻率對應的電壓上升曲線，電壓和頻率基本保持同步，最后穩定到1V。圖（d）為電動機輸入的一相線電壓（有效值），電壓最終達到380V左右的電壓額定值。圖（e）為轉速變化過程，電機從轉速零起動，空載穩定轉速為1500r/min，在1s時給電機施加負載，轉速下降到1300r/min。圖（f）為轉矩波形，空載時轉矩為零，1s時加負載，轉矩變為500N.m。從圖中可以看到電動機電壓基本按曲線的設定上升，但是起動中轉速和轉矩的波動很大。從逆變器輸出電壓的波形中可

6、以看到，輸出電壓的頻率變化呈現出不規則，電壓頻率不是均勻地上升，中間部分時段電壓波形的周期變大，頻率減小。在頻率變化的邊界上，正弦調制信號和轉速都發生了畸變，這是因為頻率變化的時刻不一定是發生在調制信號一個完整周期的末尾，在調制正弦信號一周期尚未結束時，頻率發生了變化就可能使下一周期信號的前半周期變寬或變窄，使相應的一周期頻率減小或增加。進一步比較頻率變化時刻的三相電壓波形，這時的三相電壓的相序也可能異常，出現瞬時的負相序，電動機也產生了負的轉矩，從而使電動機的轉矩和轉速發生急劇波動。延長起動時間，波動的情況可以減小，但是波動還是存在的。如果起動時間設定過小，在正弦一周內發生多次頻率的變化，還

7、可以出現增頻現象，使逆變器輸出頻率超過設定頻率(50Hz) ，電動機轉速出現超調。因此采用等時間間隔的升頻過程，都難以完全避免輸出電壓周期不規則的現象，工程上稱之為"跳頻"現象。五、總結這次通過Matlab軟件仿真，我了解到電力電子變流技術在實際生活中的重要作用，并且對常用電力電子器件在MATLAB中的實現以及常用器件參數的設置有了實際的體驗。這次仿真讓我認識到掌握基礎知識的重要性。復雜知識都是基礎知識的堆積，抓住了基礎，再難的問題都可以拆解開來簡化處理。同時也深深體會到Matlab軟件在本專業中的應用。參考文獻1李華德. 交流調速控制系統M. 電子工業出版社. 2003.3.2 洪乃剛. 電力電子和電力拖動控制系