基于simulink的变频器电机调速原理仿真

洪延武 谭伟超 黄国星

摘要：simulink是一种可视化仿真工具，功能强大。在文中就利用simulink对变频器内部的主电路以及控制电路进行模拟仿真，以更好的明确变频器电机调速原理

关键词：变频器;电机调速;simulink

变频器本质是一种电源变换装置，将输入的正弦波交流电经内部控制电路和功率开关，输出电压和频率可变的、与正弦交流电等效的三相方波，从而实现对电机的变频调速。本文利用simulink中的SimPower systems模块对变频器内部的主电路和控制电路进行模拟仿真，选用三相三桥臂二极管作为变频器主电路整流模块，选用三相三桥臂IGBT Inverter作为变频器主电路的逆变模块，控制电路主要通过矢量运算获得三相控制电压，再经过SPWM得到逆變电路的脉冲控制信号，最终实现变频效果。

1、Simulink工具箱的功能是在MATLAB环境下，把一系列模块连接起来，构成复杂的系统模型;电力系统System） （Power仿真工具箱是在Simulink环境下使用的仿真工具箱，其功能非常强大，可用于电路、电力电子系统、电动机系统、电力传输等领域的仿真，它提供了一种类似电路搭建的方法，用于系统的建模。

2、变频器主电路

变频器主电路为电压型“交-直-交”电路，由功率晶体管和大容量电容等组成。整流和滤波电路通常由二极管整流模块和大容量电容电解电容组成，其作用就是把输入的正弦波交流电转化成直流电源，该直流电压被称作直流母线电压U_PN。

逆变电路是基于SPWM技术的大功率晶体开关的导通和截止控制，将整流、滤波得到的直流母线电压转换成电压和频率均可变化的、与三相正弦波等效的三相方波电压输出。

当电机在降频降速或者制动过程中，电动机处于发点状态，电动机输出的电压引起直流母线电压升高，当电压超过限定值时，变频器控制电路检测到直流母线电压，使制动电路电路导通，电动机进行能耗制动。变频器的主电路如下图1所示。

在变频器接入电源的瞬间，有一个很大的冲击电流经过整流向电容充电，为了限制充电电流，在整流后设置一个限流电阻R_s。当变频器上直流母线电压上升到一定值时，控制电路使限流电阻R_s短接

3、simulink仿真主电路

利用simulink中的SimPower systems模块对变频器的主电路进行仿真，三相交流电利用交流电源模块Vs，整流模块采用三桥臂的二极管VD，滤波模块采用电容C1，三相交流电经过整流滤波后得到电压相对稳定的直流母线电压：仿真模型如下图2所示：

仿真结果可以看到，三相正弦交流电经过整流以后得到相对平缓的的波形图，后端有波动，再经过滤波电路处理消除电压的波动最终得到直流母线电压，通过上述仿真结果我们能够直观看到变频器‘交-直的工作原理过程。

4变频器的控制电路

经过矢量控制模块得到控制电压，然后驱动SPWM模块得到驱动脉冲信号，驱动脉冲信号作为IGBT晶体开关的通断控制信号。当脉冲信号的1时，逆变模块的IGBT方波电压值即为800V，当脉冲信号为0时，逆变模块的IGBT方波电压值为0。通过控制脉冲信号的宽度，最终实现方波电压的频率变化。

逆变后的三相方波电压可等效为正弦交流电压，将三相等效正弦的方波电压接入三相交流电机后既可以实现变速控制，通过改变方波电压的频率实现电机的调速控制，仿真结果如下图3所示。其中图3上为逆变后的三等方波电压，图3下为交流电机的速度变化波形

参考文献

[1]李佳宣，李鹏宇，陈庚，等.基于MATLAB/Simulink的变频电机系统能耗实用模型[J].电机与控制应用，2017，44（05）：84-89+120.

[2]陈鹏程. 隔爆型变频调速一体机变频器输出侧滤波研究[D].沈阳工程学院，2017.

（作者单位：江门职业技术学院）