多相连续型新型交交变频调速系统研究

李玉东 胡晓丹 连海山

摘  要： 通过对传统交交变频控制系统的分析，提出采用恒压频比控制的新型变频调速系统的脉冲阻塞原理。通过对单相功率器件的导通、关断及脉冲阻塞和斩波信号的控制，实现了频率和幅值分别或同时可调的正弦度良好的输出电压波形，推出了频率和幅值的关系式。在此基础上分析了多相斩波控制原理，又根据面积等效原理推出多相阻塞后的电压波形在变脉宽斩波控制下占空比的数学表达式。设计了以十二相为例的连续型新型交交变频调速系统。实现了电机在中低频段或超低频段输出电压的频率和幅值同时可调、电压输出波形正弦度良好的功能。在MATLAB/Simulink环境下搭建仿真模型进行仿真实验，验证可行性。

关键词： 多相连续控制; 脉冲阻塞; 交交变频; 调速系统; MATLAB仿真

中图分类号：TM351          文献标志码：A      文章编号：1006-8228（2019）07-15-04

Abstract： Through the analysis of the traditional AC frequency conversion control system， the pulse blocking principle of the new variable frequency speed control system using constant voltage frequency ratio control is proposed. By controlling the on， off and pulse blocking of the single-phase power device and the chopping signal control， the output voltage waveform with good sinusoidal is generated， and its frequency and amplitude can be adjusted separately or simultaneously. The relationship between the frequency and amplitude is introduced. On this basis， the principle of multi-phase chopping control is analyzed， and the mathematical expression of the duty cycle of multi-phase blocking voltage waveform under variable pulse width chopping control is introduced according to the area equivalent principle. A new type of multiphase continuous AC variable frequency speed regulation system is designed， in which 12-phase is taken as an example. The function that the frequency and amplitude of the output voltage of the motor in the middle or low frequency band or the ultra low frequency band are simultaneously adjustable is realized， and the sinusoidality of the voltage output waveform is good. The simulation model is built in the MATLAB/Simulink environment， and the feasibility is verified by simulation experiment.

Key words： multi-phase continuous control; pulse blocking; crossover frequency conversion; speed regulation system; MATLAB simulation

0 引言

电机及其控制系统作为工农业生产中的关键基础设备一直发挥着重要作用，尤其是变频调速技术在具有高性能和高精度的电机调速系统中更是处于重要地位。对其运行效率和控制性能提升的研究一直都是企业和学者长期关注的热点[1-2]。就现阶段的变频调速系统而言，功率转换模式分为交直交间接变频和交交直接变频两类[3-4]。交直交间接变频技术的优点是它具有良好的调速性能、发展迅速;缺点是需要整流和滤波，对电解电容有较高的要求;其次在可逆运行时需设置两套逆变装置;相对于交交直接变频，交直交间接变频控制更复杂成本也相对较高[5]。交交直接变频的优点是没有中间滤波环节;缺点是低频段功率因数偏低，存在谐波污染，使用器件偏多等问题。且它们常被用在大、中功率领域，极少涉及小功率领域[6]。为了提高变频技术的实用性，本文变频调速所使用的拓扑结构是交交直接变频，并提出一种多相连续型新型交交变频调速系统[7]。

本文先对传统的晶闸管控制电路进行分析，研究其交交变频控制技术。并基于脉冲阻塞原理，在单相输入单相输出的基础上设计了多相连续型新型交交变频调速整个系统的数学模型。对其性能进行仿真，验证了该系统的可行性[8]。

1 传统交交变频器基本原理

图1为单相交交变频电路原理图，该电路由两组反并联晶闸管变流电路构成（P组和N组）。两组变流器按照一定的频率进行交替，负载就能得到对应的交流电。改变其切换频率和触发延时角α就能使输出角频率和电压幅值发生变化。若想使输出电压Uc的波形近似正弦波，則只需对触发延时角α依照正弦规律对其进行调制。也就是在半个周期内让控制角αp从90度依次减小至0或某固定数值再依次增大到90度。在另外半周期内让N组变流器做同样控制即可。