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-- 發(fā)布時間：2010-12-9 11:25:34
-- 關(guān)于Matlab仿真變頻器起動時出現(xiàn)電機(jī)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象的討論
1 引言
在用matlab工具仿真變頻器的起動(頻率連續(xù)上升)過程中，電機(jī)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)，可是一旦固定某個頻率起動(比如5、12、15hz等任一個頻率)，在相同的仿真條件下(即力矩提升和負(fù)載相同)，則不會出現(xiàn)電機(jī)堵轉(zhuǎn)這種問題，而是順利起動成功。為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？按理說如果按照v/f控制，在基頻50hz下應(yīng)該是恒力矩起動，如果某個頻率能帶動負(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，使起動成功，可是為什么在用matlab仿真變頻器起動(頻率連續(xù)上升)時會出現(xiàn)電機(jī)堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象呢？下面就針對這個問題來進(jìn)行分析和討論。
2 現(xiàn)象分析
(1)
通常spwm在計算脈寬采用式(1)時:都是認(rèn)為ω=ω1為恒值，則θ=ω1t，此時
，即在穩(wěn)態(tài)時用式(1)計算脈寬，這時電機(jī)轉(zhuǎn)速(頻率)是正確的，角頻率為w1。
但由于起動過程是一個動態(tài)過程，因此在仿真時，ω是一個變量，即ω=ω(t)，則θ=ω(t)t，實際角頻率
，顯然多出了一項
，即在加速時
，實際頻率會超過ω(t)。同樣在減速時 
，實際頻率會低于ω(t)。即此時不能保證v/f為穩(wěn)定時的常數(shù)。因為在起動時，實際頻率比正常運行時的頻率大，而電壓v是按照正常值上升的，所以實際中得到的v/f壓頻比當(dāng)然要比正常時小，所提供的力矩也就要小，這就是為什么連續(xù)上升時帶不動負(fù)載，而固定某個頻率卻能順利起動的原因。
例:若電機(jī)頻率的給定積分曲線為:
但當(dāng)t=x秒時，電機(jī)的頻率不是kx，而是2kx。
因為:f(t)=kt
(2)
即實際的頻率為2kx赫茲。為驗證其真實性，在simulink中對其進(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頻率示意波形
圖2(a)中可以明顯的看出在上升過程中，有一段頻率顯示比穩(wěn)定時的頻率顯示緊密，即此時的頻率比穩(wěn)定時的設(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，從動態(tài)轉(zhuǎn)到穩(wěn)態(tài)的過程中，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。
這樣的現(xiàn)象對電機(jī)起動不利，即起動時出現(xiàn)弱磁，停機(jī)時出現(xiàn)過磁，不能保持真正的恒壓頻比控制。
為了解決這個問題，必須加一個補(bǔ)償:
補(bǔ)償角度: 
(3)
此時
而
就正確了，即在每次計算完角度后減去補(bǔ)償角度θc。
以上例
此時 
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)膙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)償后在整個起動過程中，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，在從動態(tài)轉(zhuǎn)到動態(tài)的過程中，頻率不變，因此按照這樣的方式進(jìn)行起動仿真，能夠在整個基頻下保持恒力矩起動，使電機(jī)順利起動。
圖4 變頻器起動時頻率示意波形
從圖4(a)中可以看出，加了補(bǔ)償后在整個起動過程中，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，在從動態(tài)轉(zhuǎn)到動態(tài)的過程中，頻率不變，因此按照這樣的方式進(jìn)行起動仿真，能夠在整個基頻下保持恒力矩起動，使電機(jī)順利起動。
人們不禁要問，為什么在以單片機(jī)或者dsp控制的變頻器在起動過程中不會出現(xiàn)弱磁現(xiàn)象呢？那是因為在單片機(jī)或者dsp控制的系統(tǒng)中， 的計算是靠在每個中斷周期中進(jìn)行累加，即先求出△θ=2πfts，再計算θi=θi-1+△θ，在這種情況下，可以避免上述起動或者停機(jī)過程中的超頻或低頻現(xiàn)象，這是因為
但是對于用高級語言編程的場合，如果直接計算 ω=2πf(t)就會出現(xiàn)事實上的超頻或低頻現(xiàn)象，這一點需要注意。
3 結(jié)論
通過上面的分析可知，對于采用連續(xù)積分來計算頻率，實現(xiàn)變頻器的起動仿真，會出現(xiàn)超頻現(xiàn)象，因此在起動過程中，需要做出相應(yīng)的補(bǔ)償措施。但在實際的單片機(jī)控制系統(tǒng)中，則不需要考慮這個問題，因為其頻率不是連續(xù)上升的，而是通過累加上升的。