1 导言
串级调速是一种经典的高效节能调速计划[1]，而高频斩波串级调速体系是在传统串级调速理论基础上，使用现代电机技能、电力电子技能和核算机操控技能的先进作用而发生的新一代高效调速技能。该技能以操控转子低电压回路然后操控高压电机，以变流通差功率然后操控大功率电机，并以高频斩波器完结PWM脉宽调制代替传统串级调速体系的逆变角调理，具有操控容量小、操控电压低，调速功用优秀和节能效率高、谐波功率小，设备尺度小，运转条件宽松等长处，在高压大容量电机节能调速上具有杰出的优势[2,3]。
在实践工程设计中，常需进行核算机仿真研讨，以取得指导性定论或对工程核算参数进行验证。在仿真技能中，常选用的数学模型办法有：传递函数、开关函数或状况方程等。而三相沟通异步电机和调速设备中的电力电子器件都是高度非线性体系，用解析办法难以得到翔实的描绘[4-7]。
为此，在MATLAB/Simulink环境下使用SimPowerSystem工具箱进行沟通电机调速体系的建模和仿真研讨。而且选用封装技能将仿真模型按实践体系的组成结构树立子体系，整个仿真模型结构明晰，而且仿实在验成果表明，该模型能反映实践体系的特性，可信度很高。
2 斩波串级调速体系的作业原理
2.1 体系构成
沟通调速体系如图1所示，主要由三部分构成：绕线式异步电动机、发动环节和串级调速操控设备。
沟通电机选用三相绕线式异步电动机。
发动环节由频敏变阻器PF 和接触器1KM 、2KM 、3KM 构成，加设了主动切换的接触器，能减小起动电流，使大型电机平稳起动。
串级调速操控设备由三相全波整流桥、IGBT 高频斩波器、三相全桥有源逆变器平和波电抗器、阻隔二极管、缓冲%&&&&&%器等构成，完结优秀的无级调速特性，有用地按捺了谐波对电网的污染，取得更高的节能作用。
2.2 作业原理
串级调速体系的基本原理是在转子侧串入附加反向电动势Ef ，经过改动附加电动势的巨细来改动转子电流I2 ，然后改动电磁转矩到达改动转速的意图。
若附加反向电动势Ef 增大，转子电流I减小，电磁转矩TM 减小，若负载转矩T不变，由式（4）可见使转速减小，转速减小又使负载转矩Tc减小2（关于风机、泵类等大容量平方转矩负载c），从头取得转矩的平衡，安稳于新的转速运转，终究到达改动转速的意图。
串级调速要害问题是怎么取得附加电动势[8]，如图1中的串级调速操控设备，将转子电压经过三相全波整流桥整流为直流电压Ud ，而三相全桥有源逆变器的作业状况一直固定在最小逆变角βmin ，供给安稳的直流反电势。因为逆变器一直固定作业在最小逆变角βmin ，大大提高了逆变器的功率因数，而且不随转速的调理而改动，然后改善了传统的串级调速体系功率因数低的缺点。中心直流回路参加高频IGBT 斩波器，经过改动斩波器的占空比(τ/T) ，来取得转子回路的等效附加直流电动势Ub [9]。
由此可见，斩波式串级调速运转规则为：当占空比越大，即斩波器的导通时刻越长，转速越高；反之，则转速越低。而且能够到达满足宽的调速规模和满足准确的转速操控功用，体系功率因数也取得很大改善。
3 仿真模型的树立
对斩波式串级调速操控体系进行仿真研讨，选用MATLAB 软件Simulink 环境下的SimPowerSystem 工具箱树立仿真模型。
3.1 根据封装技能树立仿真模型
树立斩波式串级调速操控体系的仿真模型，包括电气体系和操控回路，模块数量多，模型杂乱，不利于工程剖析。使用子体系封装技能[4]，将功用相关的模块组合为子体系。
按沟通调速体系的三个组成部分树立三个子体系：绕线式异步电动机（Motor）、发动单元（Start）、串级调速操控设备（Speed Control）,如图2 所示。整个仿真模型依照电气原理结构图树立，结构明晰，功用清晰，便于进行工程设计。 
3.3 异步电动机模型
图3 为异步电动机仿真子体系的内部模型结构，封装后为四个输入端、7个输出端的Motor 子体系模块（见图2）。
异步电动机模块(Asynchronous Machine) 的参数设置为绕线式电机，参数折算到转子侧。在定子侧串入的三相变压器(linear transformer)为逆变变压器。
3.4 发动进程的仿真
图4为发动环节仿真子体系内部模型结构，封装后为9个输入端、3个输出端的Start子体系模块（见图2）,完结电机平稳起动的使命。
在电机起动时，1KM闭合，2KM、3KM翻开，电机转子回路串入三相频敏变阻器PF，约束起动电流。当电机转速升高到设定的答应值时，设备主动将2KM闭合，切除频敏变阻器，电机转子回路经1KM短路,进入全速作业状况。运转安稳后，1KM断开，2KM和3KM闭合，接入串级调速操控体系，进入调速运转状况，调整占空比来改动速度的巨细。
3.5 串级调速操控体系的仿真
图5 为斩波式串级调速体系仿真子体系内部模型结构，封装后为7 个输入端、3 个输出端的Speed Control 子体系模块（见图2），经过调整输入7 的占空比巨细完结电机调速的使命。
图5中调速体系的三个中心单元分别为：①Universal Bridge为通用桥模块，用于模仿三相全波整流单元，将转子回路三相沟通变为直流，以便对转子回路施加串接直流电势操控。②IGBT为斩波单元，以恒频调宽办法作业，由外部的高频脉冲信号作为IGBT 的门控信号，其占空比和频率由脉冲信号决议。③Thyristor bridge 为6 脉冲晶闸管桥模块，用于模仿三相全桥有源逆变器，将经斩波操控后的转差功率逆变为三相工频沟通送至内反应绕组，完结节能。
4 仿实在例
针对适用于风机、泵类等大容量平方转矩负载的串级调速体系进行仿实在验，树立如图2 所示的模型，有关参数设置如下：供电电源为6KV 、50HZ 三相沟通电源；异步电动机为额定功率2240KW ，极对数2， 转动惯量140 kg.m2 。仿真时刻0～10 秒，在t=3.5 秒投入调速体系，占空比100% 。t=5 秒后，每距离1 秒将占空比下降10%，进行仿实在验。
图6 为电机发动、调速运转进程的转速、A 相转子电流、整流电压和直流电流的仿真曲线。可见发动进程中，电机平稳从零转速升至全速运转，转子电流得到有用按捺。调速进程平稳快速，而且跟着占空比的下降，等效附加直流电动势Ub 增大，转子电流I2 减小，转速下降，契合2.2 节的理论剖析。
5 定论
本文对高频斩波式串级调速体系的沟通回路和直流回路进行了翔实剖析，并从电气原理结构图动身，在 MATLAB/Simulink 环境下使用SimPowerSystem 工具箱和封装技能为串级调速体系树立了仿真模型。
从仿实在例的成果来看，该模型传神再现了实践体系的发动、调速运转等动态进程，阐明该仿真办法是有用的，具有工程实用价值。
本文作者立异点：在 MATLAB/Simulink 环境下使用SimPowerSystem 工具箱和封装技能树立的串级调速体系仿真模型，契合实践工程设计的组成结构，仿真作用实在，为电机调速体系的工程设计供给了理论依据和验证手法。
