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-- 發(fā)布時(shí)間：2010-12-9 12:52:05
-- 關(guān)于Matlab仿真變頻器起動(dòng)時(shí)出現(xiàn)電機(jī)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象的討論
在用Matlab工具仿真變頻器的起動(dòng)(頻率連續(xù)上升)過(guò)程中，電機(jī)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)，可是一旦固定某個(gè)頻率起動(dòng)(比如5、12、15Hz等任一個(gè)頻率)，在相同的仿真條件下(即力矩提升和負(fù)載相同)，則不會(huì)出現(xiàn)電機(jī)堵轉(zhuǎn)這種問(wèn)題，而是順利起動(dòng)成功。為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？按理說(shuō)如果按照V/f控制，在基頻50Hz下應(yīng)該是恒力矩起動(dòng)，如果某個(gè)頻率能帶動(dòng)負(fù)載，即能提供這么大的力矩，那么在基頻50Hz下所有的頻率都能提供這樣大的力矩，使起動(dòng)成功，可是為什么在用Matlab仿真變頻器起動(dòng)(頻率連續(xù)上升)時(shí)會(huì)出現(xiàn)電機(jī)堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象呢？下面就針對(duì)這個(gè)問(wèn)題來(lái)進(jìn)行分析和討論。
2 現(xiàn)象分析
(1)
通常SPWM在計(jì)算脈寬采用式(1)時(shí):都是認(rèn)為ω=ω1為恒值，則θ=ω1t，此時(shí)
，即在穩(wěn)態(tài)時(shí)用式(1)計(jì)算脈寬，這時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速(頻率)是正確的，角頻率為w1。
但由于起動(dòng)過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，因此在仿真時(shí)，ω是一個(gè)變量，即ω=ω(t)，則θ=ω(t)t，實(shí)際角頻率
，顯然多出了一項(xiàng)
，即在加速時(shí)
，實(shí)際頻率會(huì)超過(guò)ω(t)。同樣在減速時(shí) 
，實(shí)際頻率會(huì)低于ω(t)。即此時(shí)不能保證V/f為穩(wěn)定時(shí)的常數(shù)。因?yàn)樵谄饎?dòng)時(shí)，實(shí)際頻率比正常運(yùn)行時(shí)的頻率大，而電壓V是按照正常值上升的，所以實(shí)際中得到的V/f壓頻比當(dāng)然要比正常時(shí)小，所提供的力矩也就要小，這就是為什么連續(xù)上升時(shí)帶不動(dòng)負(fù)載，而固定某個(gè)頻率卻能順利起動(dòng)的原因。
例:若電機(jī)頻率的給定積分曲線為:
但當(dāng)t=x秒時(shí)，電機(jī)的頻率不是kx，而是2kx。
因?yàn)?f(t)=kt
(2)
即實(shí)際的頻率為2kx赫茲。為驗(yàn)證其真實(shí)性，在Simulink中對(duì)其進(jìn)行仿真，Simulink模型如圖1所示。
圖1 VF曲線的VVVF控制系統(tǒng)仿真
的前半部分是產(chǎn)生一條VF曲線，設(shè)定頻率是20Hz，框圖中的限幅值是20Hz，系統(tǒng)達(dá)到設(shè)定頻率時(shí)的調(diào)制度為1。
以k=10，c=20為例，仿真波形如圖2所示。
圖2 未做處理的變頻器起動(dòng)頻率示意波形
圖2(a)中可以明顯的看出在上升過(guò)程中，有一段頻率顯示比穩(wěn)定時(shí)的頻率顯示緊密，即此時(shí)的頻率比穩(wěn)定時(shí)的設(shè)定的最大值還要大。從圖2(b)中的臨界狀態(tài)也可以看出，從動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)到穩(wěn)態(tài)的過(guò)程中，頻率反而減小，其原因可以從上面的公式推導(dǎo)中得到解釋。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，必須加一個(gè)補(bǔ)償:
補(bǔ)償角度: 
(3)
此時(shí)
而
就正確了，即在每次計(jì)算完角度后減去補(bǔ)償角度θc。
以上例
此時(shí) 
在考慮補(bǔ)償后的Simulink仿真模型如圖3所示。
圖3 帶有補(bǔ)償?shù)腣VVF系統(tǒng)
仿真波形如圖4所示。
從圖4(a)中可以看出，加了補(bǔ)償后在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中，頻率是按照正常的斜率上升，能保證真正的恒壓頻比，從圖4(b)中可以看出，在從動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)到動(dòng)態(tài)的過(guò)程中，頻率不變，因此按照這樣的方式進(jìn)行起動(dòng)仿真，能夠在整個(gè)基頻下保持恒力矩起動(dòng)，使電機(jī)順利起動(dòng)。
圖4 變頻器起動(dòng)時(shí)頻率示意波形
從圖4(a)中可以看出，加了補(bǔ)償后在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中，頻率是按照正常的斜率上升，能保證真正的恒壓頻比，從圖4(b)中可以看出，在從動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)到動(dòng)態(tài)的過(guò)程中，頻率不變，因此按照這樣的方式進(jìn)行起動(dòng)仿真，能夠在整個(gè)基頻下保持恒力矩起動(dòng)，使電機(jī)順利起動(dòng)。
人們不禁要問(wèn)，為什么在以單片機(jī)或者DSP控制的變頻器在起動(dòng)過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)弱磁現(xiàn)象呢？那是因?yàn)樵趩纹瑱C(jī)或者DSP控制的系統(tǒng)中， 的計(jì)算是靠在每個(gè)中斷周期中進(jìn)行累加，即先求出△θ=2πfTs，再計(jì)算θi=θi-1+△θ，在這種情況下，可以避免上述起動(dòng)或者停機(jī)過(guò)程中的超頻或低頻現(xiàn)象，這是因?yàn)?/font>
但是對(duì)于用高級(jí)語(yǔ)言編程的場(chǎng)合，如果直接計(jì)算 ω=2πf(t)就會(huì)出現(xiàn)事實(shí)上的超頻或低頻現(xiàn)象，這一點(diǎn)需要注意。
3 結(jié)論
通過(guò)上面的分析可知，對(duì)于采用連續(xù)積分來(lái)計(jì)算頻率，實(shí)現(xiàn)變頻器的起動(dòng)仿真，會(huì)出現(xiàn)超頻現(xiàn)象，因此在起動(dòng)過(guò)程中，需要做出相應(yīng)的補(bǔ)償措施。但在實(shí)際的單片機(jī)控制系統(tǒng)中，則不需要考慮這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)槠漕l率不是連續(xù)上升的，而是通過(guò)累加上升的