高頻斬波式串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)分析

　　3.3 異步電動(dòng)機(jī)模型

　　圖3 為異步電動(dòng)機(jī)仿真子系統(tǒng)的內(nèi)部模型結(jié)構(gòu)，封裝后為四個(gè)輸入端、7個(gè)輸出端的Motor 子系統(tǒng)模塊(見(jiàn)圖2)。

　　異步電動(dòng)機(jī)模塊(Asynchronous Machine) 的參數(shù)設(shè)置為繞線式電機(jī)，參數(shù)折算到轉(zhuǎn)子側(cè)。在定子側(cè)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(jié)仿真子系統(tǒng)內(nèi)部模型結(jié)構(gòu)，封裝后為9個(gè)輸入端、3個(gè)輸出端的Start子系統(tǒng)模塊(見(jiàn)圖2),完成電機(jī)平穩(wěn)起動(dòng)的任務(wù)。

　　在電機(jī)起動(dòng)時(shí)，1KM閉合，2KM、3KM打開(kāi)，電機(jī)轉(zhuǎn)子回路串入三相頻敏變阻器PF，限制起動(dòng)電流。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速升高到設(shè)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(jī)轉(zhuǎn)子回路經(jīng)1KM短路,進(jìn)入全速工作狀態(tài)。運(yùn)行穩(wěn)定后，1KM斷開(kāi)，2KM和3KM閉合，接入串級(jí)調(diào)速控制系統(tǒng)，進(jìn)入調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)整占空比來(lái)改變速度的大小。

　　3.5 串級(jí)調(diào)速控制系統(tǒng)的仿真

　　圖5 為斬波式串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)仿真子系統(tǒng)內(nèi)部模型結(jié)構(gòu)，封裝后為7 個(gè)輸入端、3 個(gè)輸出端的Speed Control 子系統(tǒng)模塊(見(jiàn)圖2)，通過(guò)調(diào)整輸入7 的占空比大小完成電機(jī)調(diào)速的任務(wù)。

　　圖5中調(diào)速系統(tǒng)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(zhuǎn)子回路三相交流變?yōu)橹绷?，以便?duì)轉(zhuǎn)子回路施加串接直流電勢(shì)控制。②IGBT為斬波單元，以恒頻調(diào)寬方式工作，由外部的高頻脈沖信號(hào)作為IGBT 的門(mén)控信號(hào)，其占空比和頻率由脈沖信號(hào)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(zhuǎn)差功率逆變?yōu)槿喙ゎl交流送至內(nèi)反饋繞組，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

　　4 仿真實(shí)例

　　針對(duì)適用于風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)等大容量平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真試驗(yàn)，建立如圖2 所示的模型，有關(guān)參數(shù)設(shè)置如下：供電電源為6KV 、50HZ 三相交流電源;異步電動(dòng)機(jī)為額定功率2240KW ，極對(duì)數(shù)2， 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量140 kg.m2 。仿真時(shí)間0～10 秒，在t=3.5 秒投入調(diào)速系統(tǒng)，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(yàn)。

　　圖6 為電機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速運(yùn)行過(guò)程的轉(zhuǎn)速、A 相轉(zhuǎn)子電流、整流電壓和直流電流的仿真曲線。可見(jiàn)啟動(dòng)過(guò)程中，電機(jī)平穩(wěn)從零轉(zhuǎn)速升至全速運(yùn)行，轉(zhuǎn)子電流得到有效抑制。調(diào)速過(guò)程平穩(wěn)快速，并且隨著占空比的降低，等效附加直流電動(dòng)勢(shì)Ub 增大，轉(zhuǎn)子電流I2 減小，轉(zhuǎn)速降低，符合2.2 節(jié)的理論分析。

　　5 結(jié)論

　　本文對(duì)高頻斬波式串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)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(jié)構(gòu)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(jí)調(diào)速系統(tǒng)建立了仿真模型。

　　從仿真實(shí)例的結(jié)果來(lái)看，該模型逼真再現(xiàn)了實(shí)際系統(tǒng)的啟動(dòng)、調(diào)速運(yùn)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(jí)調(diào)速系統(tǒng)仿真模型，符合實(shí)際工程設(shè)計(jì)的組成結(jié)構(gòu)，仿真效果真實(shí)，為電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)和驗(yàn)證手段。