matlab模拟电机堵转,关于Matlab仿真变频器起动时出现电机堵转现象的讨论

1 引言

在用matlab工具仿真变频器的起动(频率连续上升)过程中，电机出现堵转，可是一旦固定某个频率起动(比如5、12、15hz等任一个频率)，在相同的仿真条件下(即力矩提升和负载相同)，则不会出现电机堵转这种问题，而是顺利起动成功。为什么会出现这种现象呢？按理说如果按照v/f控制，在基频50hz下应该是恒力矩起动，如果某个频率能带动负载，即能提供这么大的力矩，那么在基频50hz下所有的频率都能提供这样大的力矩，使起动成功，可是为什么在用matlab仿真变频器起动(频率连续上升)时会出现电机堵转的现象呢？下面就针对这个问题来进行分析和讨论。

2 现象分析

(1)

通常spwm在计算脉宽采用式(1)时:都是认为ω=ω1为恒值，则θ=ω1t，此时

，即在稳态时用式(1)计算脉宽，这时电机转速(频率)是正确的，角频率为w1。

但由于起动过程是一个动态过程，因此在仿真时，ω是一个变量，即ω=ω(t)，则θ=ω(t)t，实际角频率

，显然多出了一项

，即在加速时

，实际频率会超过ω(t)。同样在减速时

，实际频率会低于ω(t)。即此时不能保证v/f为稳定时的常数。因为在起动时，实际频率比正常运行时的频率大，而电压v是按照正常值上升的，所以实际中得到的v/f压频比当然要比正常时小，所提供的力矩也就要小，这就是为什么连续上升时带不动负载，而固定某个频率却能顺利起动的原因。

例:若电机频率的给定积分曲线为:

但当t=x秒时，电机的频率不是kx，而是2kx。

因为:f(t)=kt

(2)

即实际的频率为2kx赫兹。为验证其真实性，在simulink中对其进行仿真，simulink模型如图1所示。

图1 vf曲线的vvvf控制系统仿真

的前半部分是产生一条vf曲线，设定频率是20hz，框图中的限幅值是20hz，系统达到设定频率时的调制度为1。

以k=10，c=20为例，仿真波形如图2所示。

图2 未做处理的变频器起动频率示意波形

图2(a)中可以明显的看出在上升过程中，有一段频率显示比稳定时的频率显示紧密，即此时的频率比稳定时的设定的最大值还要大。从图2(b)中的临界状态也可以看出，从动态转到稳态的过程中，频率反而减小，其原因可以从上面的公式推导中得到解释。

这样的现象对电机起动不利，即起动时出现弱磁，停机时出现过磁，不能保持真正的恒压频比控制。

为了解决这个问题，必须加一个补偿:

补偿角度:

(3)

此时

而

就正确了，即在每次计算完角度后减去补偿角度θc。

以上例

此时

在考虑补偿后的simulink仿真模型如图3所示。

图3 带有补偿的vvvf系统

仿真波形如图4所示。

从图4(a)中可以看出，加了补偿后在整个起动过程中，频率是按照正常的斜率上升，能保证真正的恒压频比，从图4(b)中可以看出，在从动态转到动态的过程中，频率不变，因此按照这样的方式进行起动仿真，能够在整个基频下保持恒力矩起动，使电机顺利起动。

图4 变频器起动时频率示意波形

从图4(a)中可以看出，加了补偿后在整个起动过程中，频率是按照正常的斜率上升，能保证真正的恒压频比，从图4(b)中可以看出，在从动态转到动态的过程中，频率不变，因此按照这样的方式进行起动仿真，能够在整个基频下保持恒力矩起动，使电机顺利起动。

人们不禁要问，为什么在以单片机或者dsp控制的变频器在起动过程中不会出现弱磁现象呢？那是因为在单片机或者dsp控制的系统中， 的计算是靠在每个中断周期中进行累加，即先求出△θ=2πfts，再计算θi=θi-1+△θ，在这种情况下，可以避免上述起动或者停机过程中的超频或低频现象，这是因为

但是对于用高级语言编程的场合，如果直接计算 ω=2πf(t)就会出现事实上的超频或低频现象，这一点需要注意。

3 结论通过上面的分析可知，对于采用连续积分来计算频率，实现变频器的起动仿真，会出现超频现象，因此在起动过程中，需要做出相应的补偿措施。但在实际的单片机控制系统中，则不需要考虑这个问题，因为其频率不是连续上升的，而是通过累加上升的。

参考文献[1] 张麟征. 异步电机的暂态分析及其应用[j]. 电机与控制学报, 1997,1(1).

[2] 陈伯时等. 交流调速系统[m]. 北京:机械工业出版社,1998.

[3] 范影乐等. matlab仿真应用详解[m]. 北京:人民邮电出版社,2001.

作者简介

江友华(1974-) 男 上海大学博士研究生 研究方向为电力电子技术与电力传动。