基于matlab下的工頻變頻仿真研究

摘 要：利用matlab仿真軟件，分別對工頻直接啟動和變頻調速進行仿真建模，通過對比，進一步闡述變頻調速的優點。希望可以對相關工作提供借鑒。

關鍵詞：matlab；工頻；變頻；優點

引言

變頻調速是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的轉速。變頻器靠內部IGBT的開斷來調整輸出電源的電壓和頻率，根據電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節能、調速的目的。

Matlab軟件下的simulink環境可以使用的電力系統仿真模塊庫（Power system blockset）主要是由加拿大的Hydro Quebec和TECSIM International公司共同開發的，其功能非常強大，可以用于電路、電力電子系統、電機系統、電力傳輸等領域的仿真，提供一種類似電路搭建的方法用于系統模型的繪制。

1 變頻調速原理

按照電機學的基本原理，電機的轉速滿足如下的關系式：

可知，只要平滑調節異步電動機的供電頻率f，就可以平滑調節同步轉速n0，從而實現異步電動機的無級調速，這就是變頻調速的基本原理。

表面看來，只要改變定子電壓的頻率f就可以調節轉速大小了，但事實上僅改變f并不能正常調速。在實際系統中，是在調節定子電源頻率f的同時調節定子電壓U，通過U和f的協調控制實現不同類型的變頻調速。由電機學知：

2 工頻直接啟動建模及仿真

3 變頻調速建模及仿真

3.1 變頻調速模型的基本結構

（1）整流器，采用三相全波橋式二極管整流。（2）中間直流環節，采用濾波電容。（3）逆變器，采用IGBT元件做為逆變元件。（4）觸發回路，采用離散PWM發生器做為IGBT逆變觸發。（5）監測回路，采用電動機檢測模塊，負責對電機的轉速、定子電流、電磁轉矩指標參數加以觀測。

3.2 變頻調速建模

異步電動機參數和工頻直接啟動一樣。變頻調速模型如圖3。變頻調速仿真波形如圖4。

4 變頻調速的優點

（1）從工頻直接啟動和變頻調速的波形來看，工頻啟動電流大，啟動后電機電流一般為額定電流的4-7倍，若多臺大功率的電機同時啟動，將對電網造成很大沖擊。而采用變頻調速，變頻啟動電流小，速度上升平滑，減少了啟動電流對電機和電網的沖擊，延長了電機的使用壽命。（2）工頻直接啟動電動機功率因素不高，而從變頻調速模型中可以看出有濾波電容，使得功率因素接近為1，增大了電網的有功功率，從而節省了無功功率消耗的能量。（3）工頻條件下，電機只能全轉速運行，當系統只需要不太大的出力即可滿足要求時，此時變頻調速的優勢就顯現出來，通過降低電機轉速能大大降低軸功率從而達到了節能的目的。

5 結束語

通過觀察matlab下工頻和變頻的仿真不難看出，變頻調速啟動小、對電網和電機的沖擊小，延長了設備的使用壽命；變頻調速具有巨大的節能效果，隨著工業自動化程度的不斷提高，變頻調速會得到越來越廣泛的應用。

參考文獻

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[2]李先允.電力電子技術[M].北京：中國電力出版社，2006.

[3]潘曉晟，郝世勇.MATLAB精華仿真50例[M].北京：電子工業出版社，2007.

作者簡介：張東東（1982，12-），男，內蒙古包頭人，本科學歷，助理工程師，研究方向：發電廠電氣設備檢修。