高頻斬波式串級調速系統分析

　　3.3 異步電動(dòng)機模型

　　圖3 為異步電動(dòng)機仿真子系統的內部模型結構，封裝后為四個(gè)輸入端、7個(gè)輸出端的Motor 子系統模塊(見(jiàn)圖2)。

　　異步電動(dòng)機模塊(Asynchronous Machine) 的參數設置為繞線(xiàn)式電機，參數折算到轉子側。在定子側串入的三相變壓器(linear transformer)為逆變變壓器。

　　3.4 啟動(dòng)過(guò)程的仿真

　　圖4為啟動(dòng)環(huán)節仿真子系統內部模型結構，封裝后為9個(gè)輸入端、3個(gè)輸出端的Start子系統模塊(見(jiàn)圖2),完成電機平穩起動(dòng)的任務(wù)。

　　在電機起動(dòng)時(shí)，1KM閉合，2KM、3KM打開(kāi)，電機轉子回路串入三相頻敏變阻器PF，限制起動(dòng)電流。當電機轉速升高到設定的允許值時(shí)，裝置自動(dòng)將2KM閉合，切除頻敏變阻器，電機轉子回路經(jīng)1KM短路,進(jìn)入全速工作狀態(tài)。運行穩定后，1KM斷開(kāi)，2KM和3KM閉合，接入串級調速控制系統，進(jìn)入調速運行狀態(tài)，調整占空比來(lái)改變速度的大小。

　　3.5 串級調速控制系統的仿真

　　圖5 為斬波式串級調速系統仿真子系統內部模型結構，封裝后為7 個(gè)輸入端、3 個(gè)輸出端的Speed Control 子系統模塊(見(jiàn)圖2)，通過(guò)調整輸入7 的占空比大小完成電機調速的任務(wù)。

　　圖5中調速系統的三個(gè)核心單元分別為：①Universal Bridge為通用橋模塊，用于模擬三相全波整流單元，將轉子回路三相交流變?yōu)橹绷?，以便對轉子回路施加串接直流電勢控制。②IGBT為斬波單元，以恒頻調寬方式工作，由外部的高頻脈沖信號作為IGBT 的門(mén)控信號，其占空比和頻率由脈沖信號決定。③Thyristor bridge 為6 脈沖晶閘管橋模塊，用于模擬三相全橋有源逆變器，將經(jīng)斬波控制后的轉差功率逆變?yōu)槿喙ゎl交流送至內反饋繞組，實(shí)現節能。

　　4 仿真實(shí)例

　　針對適用于風(fēng)機、泵類(lèi)等大容量平方轉矩負載的串級調速系統進(jìn)行仿真試驗，建立如圖2 所示的模型，有關(guān)參數設置如下：供電電源為6KV 、50HZ 三相交流電源;異步電動(dòng)機為額定功率2240KW ，極對數2， 轉動(dòng)慣量140 kg.m2 。仿真時(shí)間0～10 秒，在t=3.5 秒投入調速系統，占空比100% 。t=5 秒后，每間隔1 秒將占空比降低10%，進(jìn)行仿真試驗。

　　圖6 為電機啟動(dòng)、調速運行過(guò)程的轉速、A 相轉子電流、整流電壓和直流電流的仿真曲線(xiàn)?？梢?jiàn)啟動(dòng)過(guò)程中，電機平穩從零轉速升至全速運行，轉子電流得到有效抑制。調速過(guò)程平穩快速，并且隨著(zhù)占空比的降低，等效附加直流電動(dòng)勢Ub 增大，轉子電流I2 減小，轉速降低，符合2.2 節的理論分析。

　　5 結論

　　本文對高頻斬波式串級調速系統的交流回路和直流回路進(jìn)行了詳盡分析，并從電氣原理結構圖出發(fā)，在 MATLAB/Simulink 環(huán)境下利用SimPowerSystem 工具箱和封裝技術(shù)為串級調速系統建立了仿真模型。

　　從仿真實(shí)例的結果來(lái)看，該模型逼真再現了實(shí)際系統的啟動(dòng)、調速運行等動(dòng)態(tài)過(guò)程，說(shuō)明該仿真方法是有效的，具有工程實(shí)用價(jià)值。

　　本文作者創(chuàng )新點(diǎn)：在 MATLAB/Simulink 環(huán)境下利用SimPowerSystem 工具箱和封裝技術(shù)建立的串級調速系統仿真模型，符合實(shí)際工程設計的組成結構，仿真效果真實(shí)，為電機調速系統的工程設計提供了理論依據和驗證手段。