基于matlab下的工頻變頻仿真研究

摘 要：利用matlab仿真軟件，分別對工頻直接啟動和變頻調(diào)速進(jìn)行仿真建模，通過對比，進(jìn)一步闡述變頻調(diào)速的優(yōu)點。希望可以對相關(guān)工作提供借鑒。

關(guān)鍵詞：matlab；工頻；變頻；優(yōu)點

引言

變頻調(diào)速是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。變頻器靠內(nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機(jī)的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的。

Matlab軟件下的simulink環(huán)境可以使用的電力系統(tǒng)仿真模塊庫（Power system blockset）主要是由加拿大的Hydro Quebec和TECSIM International公司共同開發(fā)的，其功能非常強(qiáng)大，可以用于電路、電力電子系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)、電力傳輸?shù)阮I(lǐng)域的仿真，提供一種類似電路搭建的方法用于系統(tǒng)模型的繪制。

1 變頻調(diào)速原理

按照電機(jī)學(xué)的基本原理，電機(jī)的轉(zhuǎn)速滿足如下的關(guān)系式：

可知，只要平滑調(diào)節(jié)異步電動機(jī)的供電頻率f，就可以平滑調(diào)節(jié)同步轉(zhuǎn)速n0，從而實現(xiàn)異步電動機(jī)的無級調(diào)速，這就是變頻調(diào)速的基本原理。

表面看來，只要改變定子電壓的頻率f就可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速大小了，但事實上僅改變f并不能正常調(diào)速。在實際系統(tǒng)中，是在調(diào)節(jié)定子電源頻率f的同時調(diào)節(jié)定子電壓U，通過U和f的協(xié)調(diào)控制實現(xiàn)不同類型的變頻調(diào)速。由電機(jī)學(xué)知：

2 工頻直接啟動建模及仿真

3 變頻調(diào)速建模及仿真

3.1 變頻調(diào)速模型的基本結(jié)構(gòu)

（1）整流器，采用三相全波橋式二極管整流。（2）中間直流環(huán)節(jié)，采用濾波電容。（3）逆變器，采用IGBT元件做為逆變元件。（4）觸發(fā)回路，采用離散PWM發(fā)生器做為IGBT逆變觸發(fā)。（5）監(jiān)測回路，采用電動機(jī)檢測模塊，負(fù)責(zé)對電機(jī)的轉(zhuǎn)速、定子電流、電磁轉(zhuǎn)矩指標(biāo)參數(shù)加以觀測。

3.2 變頻調(diào)速建模

異步電動機(jī)參數(shù)和工頻直接啟動一樣。變頻調(diào)速模型如圖3。變頻調(diào)速仿真波形如圖4。

4 變頻調(diào)速的優(yōu)點

（1）從工頻直接啟動和變頻調(diào)速的波形來看，工頻啟動電流大，啟動后電機(jī)電流一般為額定電流的4-7倍，若多臺大功率的電機(jī)同時啟動，將對電網(wǎng)造成很大沖擊。而采用變頻調(diào)速，變頻啟動電流小，速度上升平滑，減少了啟動電流對電機(jī)和電網(wǎng)的沖擊，延長了電機(jī)的使用壽命。（2）工頻直接啟動電動機(jī)功率因素不高，而從變頻調(diào)速模型中可以看出有濾波電容，使得功率因素接近為1，增大了電網(wǎng)的有功功率，從而節(jié)省了無功功率消耗的能量。（3）工頻條件下，電機(jī)只能全轉(zhuǎn)速運行，當(dāng)系統(tǒng)只需要不太大的出力即可滿足要求時，此時變頻調(diào)速的優(yōu)勢就顯現(xiàn)出來，通過降低電機(jī)轉(zhuǎn)速能大大降低軸功率從而達(dá)到了節(jié)能的目的。

5 結(jié)束語

通過觀察matlab下工頻和變頻的仿真不難看出，變頻調(diào)速啟動小、對電網(wǎng)和電機(jī)的沖擊小，延長了設(shè)備的使用壽命；變頻調(diào)速具有巨大的節(jié)能效果，隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻調(diào)速會得到越來越廣泛的應(yīng)用。

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作者簡介：張東東（1982，12-），男，內(nèi)蒙古包頭人，本科學(xué)歷，助理工程師，研究方向：發(fā)電廠電氣設(shè)備檢修。