基于matlab下的工频变频仿真研究

摘 要：利用matlab仿真软件，分别对工频直接启动和变频调速进行仿真建模，通过对比，进一步阐述变频调速的优点。希望可以对相关工作提供借鉴。

关键词：matlab；工频；变频；优点

引言

变频调速是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的转速。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。

Matlab软件下的simulink环境可以使用的电力系统仿真模块库（Power system blockset）主要是由加拿大的Hydro Quebec和TECSIM International公司共同开发的，其功能非常强大，可以用于电路、电力电子系统、电机系统、电力传输等领域的仿真，提供一种类似电路搭建的方法用于系统模型的绘制。

1 变频调速原理

按照电机学的基本原理，电机的转速满足如下的关系式：

可知，只要平滑调节异步电动机的供电频率f，就可以平滑调节同步转速n0，从而实现异步电动机的无级调速，这就是变频调速的基本原理。

表面看来，只要改变定子电压的频率f就可以调节转速大小了，但事实上仅改变f并不能正常调速。在实际系统中，是在调节定子电源频率f的同时调节定子电压U，通过U和f的协调控制实现不同类型的变频调速。由电机学知：

2 工频直接启动建模及仿真

3 变频调速建模及仿真

3.1 变频调速模型的基本结构

（1）整流器，采用三相全波桥式二极管整流。（2）中间直流环节，采用滤波电容。（3）逆变器，采用IGBT元件做为逆变元件。（4）触发回路，采用离散PWM发生器做为IGBT逆变触发。（5）监测回路，采用电动机检测模块，负责对电机的转速、定子电流、电磁转矩指标参数加以观测。

3.2 变频调速建模

异步电动机参数和工频直接启动一样。变频调速模型如图3。变频调速仿真波形如图4。

4 变频调速的优点

（1）从工频直接启动和变频调速的波形来看，工频启动电流大，启动后电机电流一般为额定电流的4-7倍，若多台大功率的电机同时启动，将对电网造成很大冲击。而采用变频调速，变频启动电流小，速度上升平滑，减少了启动电流对电机和电网的冲击，延长了电机的使用寿命。（2）工频直接启动电动机功率因素不高，而从变频调速模型中可以看出有滤波电容，使得功率因素接近为1，增大了电网的有功功率，从而节省了无功功率消耗的能量。（3）工频条件下，电机只能全转速运行，当系统只需要不太大的出力即可满足要求时，此时变频调速的优势就显现出来，通过降低电机转速能大大降低轴功率从而达到了节能的目的。

5 结束语

通过观察matlab下工频和变频的仿真不难看出，变频调速启动小、对电网和电机的冲击小，延长了设备的使用寿命；变频调速具有巨大的节能效果，随着工业自动化程度的不断提高，变频调速会得到越来越广泛的应用。

参考文献

[1]周渊深.交直流调速系统与MATLAB仿真[M].北京：北京电力出版社，2005.

[2]李先允.电力电子技术[M].北京：中国电力出版社，2006.

[3]潘晓晟，郝世勇.MATLAB精华仿真50例[M].北京：电子工业出版社，2007.

作者简介：张东东（1982，12-），男，内蒙古包头人，本科学历，助理工程师，研究方向：发电厂电气设备检修。