三相异步电动机恒压频比闭环变频调速仿真 **** (，陕西 西安 710054 ) 摘要：利用 Matlab 建立异步电动机恒压频比变频调速仿真模型，通过控制 PWM 调制波的幅值和频率，达到控制电机输入端电压幅值、频率的目的，并利用 PI 调节器构建转速闭环控制，调整 PI 控制器参数，最终得到系统的闭环控制模型， 给电机负载转矩以扰动，观察转速曲线得出结论。 关键词：恒压频比 变频调速 PWM 闭环控制 0 引言 电力电子器件的飞速发展促使了变频 技术的革新，这一技术广泛应用于电机调速 领域，可以使变频器输出各种频率的正弦电 压波形，使频率的实时控制变成了可能。 而高速开关器件问世，更是让 PWM 技术 得以硬件实现，利用 DSP 芯片可以实现对开 关器件的高频控制，同时实现对变频器输出 波形的频率和幅值进行控制，电机调速进入 了一个崭新的时代。 变频调速方式中以恒压频比调速最为 简单实用，本文利用 matlab/simulink 工具 对恒压频比变频调速进行仿真分析，验证相 关结论。 1 变频调速 三相异步电动机调速时，保持磁通量 m 为额定值不变，磁通太弱则电机利用效 率低，若磁通过大，又会导致铁心饱和励磁 比值恒定，即可保持磁通 m 恒定。 变频调速即对输入三项交流电的频率 进行调节改变，一般分为额定频率以下和额 定频率以上两种情况其中恒压频比调速属 于额定频率以下调速方式 由式（1-1）可知，要保持 m 不变，当 频率 1f 从额定值 1nf 向下调节时，必须同时 降低 gE ，使 gE f 1  常值，即采用恒定的电动 势频率比的控制方式。 然而，绕组中的感应电动势是难以直接 控制的，当电动势值较高时，可以忽略定子 绕组的漏磁阻抗压降，而认定定子相电压 U E g 1 U 则得： 1 f 1  常值，即恒压频比 电流过大，严重时会因绕组过热而损坏电机。 的控制方式。 低频时， 1U 和 gE 都较小，定子阻抗压 降所占的份量就比较显著，不再能忽略。这 时，可以人为地把电压 1U 抬高一些，以便 近似地补偿定子压降，带定子压降补偿的恒 压频比控制特性见图 1。 在交流感应电机中，磁通是定子和转子 磁势合成产生的，而三相异步电机定子每相 电动势的有效值是： 4.44  E g f N k  1 1 1 N m 1-1 式中 gE ——气隙磁通和定子每相中感 应电动势有效值，单位为 V； 1f ——定子频率，单位为 Hz； 1N ——定子每相绕组内联匝数； 1Nk ——基波绕组系数； m ——每极气隙磁通量，单位为 Wb 由式（1-1）可知，只要保持 gE 和 1f 的 

图 1 恒压频比控制特性 a——不带定子压降补偿 b——带定子压降补偿 2 SPWM 调制原理 图 3 单极性 PWM 控制方式波形 3 闭环仿真实验 在 matlab 中搭建恒压频比变频闭环调 为了实现对逆变波形的控制，PWM 控制得 速仿真模型可得图 4. 以大规模应用，基本原理如下： 图 4 恒压频比变频闭环调速仿真模型 其中 PWM Genetor 模块为系统 PWM 波产 生，输入为调制波波形；模块设置载波频率 为 3000Hz。 电机参数为 400V，50Hz，1430rpm，负 载转矩为 19，速度给定 1000rpm；调节器 Kp 为 2.0，Ki 为 0.6。 仿真时间设置为 10s，仿真采样时间间 隔为 0.0001s，选取 od23td 算法，运行后可 得电动机速度曲线如图 6 所示。 图 2 用 PWM 波代替正弦半波 如图 2 所示，正弦半波 N等分，可看成 N个彼此相连的脉冲序列，宽度相等，但幅 值不等；可以等效为面积（冲量）相等，宽 度按正弦规律变化的一组矩形。 通过三角波与正弦波的重合叠加，取重 合部分可得图 3 中的单极性 PWM 波，SPWM 波即利用 PWM 等效正弦波后得到的波形。 图 6 电动机速度曲线 

速度曲线稳定后与给定值基本相一致， 通过调节 PID 参数，速度曲线可进一步收敛 平滑。 4 总结 恒压频比变频调速与定频调压调速相 比，机械特性好，调速范围大，具备调压调 速所不具备的优点。 通过负载转矩跃升，观察速度曲线可知， 在不过载的情况下，负载转矩的变化基本不 会影响转速稳定，可以证明恒压频比变频调 速方式下，系统的机械特性优良。 参考文献： 【1】阮毅，陈伯时主编。电力拖动自动控 制系统[M].北京：机械工业出版社，2009.8 【2】李发海，朱东起。电机学[M].北京:科 学出版社，2007.6 【3】马宏忠，方瑞明，王建辉。电机学[M]. 北京：高等教育出版社，2009.1