关键词：电机控制；牵引电机；仿真

1  调速系统原理

变频电机在正常运行的范围内，定子绕组内电动势 近似于外加电压，电机结构一定的条件下，主磁通。这就说明电机在运行时，主磁通的大小取决于电动势与频率的比值，并近似取决于电压与频率的比值。变频电机的变频调速电路如图1所示。

                                                    图1  变频电机的驱动控制电路

附表  转速开环恒压频比控制的变频调速系统模型参数

本文搭建交-直-交电压源变频器速开环调速系统，采用恒压频比带低频电压补偿的协调控制。转速开环恒压频比控制的变频调速系统仿真模型如图2所示。

图2  转速开环恒压频比控制的变频调速系统仿真模型

3  仿真结果分析

变频电机参数设定后，对其交流调速系统进行开环恒压频比控制的变频调速的仿真，在给定的电源频率为50Hz，启动时间为5s的情况下，仿真曲线如图3所示，（a）为电机输入线电压波形，（b）为电机转速随时间变化的波形。

（b）电机输入线电压波形

（a）电机转速随时间变化的波形

图3  仿真曲线图

将启动过程中一段（4.5s-5.5s）的电压、转速等波形展开分析，对应的曲线如图4所示。从逆变器输出波形图4（a）中频率变化呈现出不规则，电压频率不是均匀的上升，中间部分的电压波形的周期变大，频率减小。升频曲线图4（b）和相应时间段的正弦调制信号波形图4（c），以及转速曲线图4（d）相比较，在频率变化的边界上，正弦调制信号和转速都发生了畸变，这时候的三相电压的相序也可能发生异常，出现瞬间负相序，电机会产生了负转矩，因而会使电机转矩和转速发生急剧波动。

                                          （a）逆变器输出电压波形                               （b）频率上升曲线

（c）正弦调制信号波形

                                                                                   （d）电机转速波形

图4  电机转速开环变频调速系统启动分析

对此，采取减小电机转矩和转速发生急剧波动，可以延长启动时间，但是波动还是会存在的。如果启动时间设定过小，在正弦一周内发生多次频率变化，还可能出现增频现象，逆变器频率可能超过设定的频率，电机转速出现超调。

4  结论

本文对变频电机调速系统进行建模，对其转速开环恒压频比控制的变频调速系统模拟仿真，并对仿真结果进行了分析。恒压频比的转速开环工作方式能够满足大多数场合交流电机的调速控制要求，并且调速方便，是变频调速的基本模式，充分地验证了满足变频调速系统恒压频比控制的机械特性。采用恒压频比控制时，基频以下的调速可以保存电机的气隙磁通不变，属恒磁通调速，在转矩基本不变的情况下，电机具有较硬的机械特性，使电机具有较高的调速性能。