spwm调速系统及其仿真

1、SPW眦交流调速系统中的应用姓名：班级：学号：目录序百21 .正弦脉宽调制SPW理逆变器基础理论21.1 正弦脉宽调制（SPWM31.2 SPWM的调制条件52 .三相SPW逆变电路带星型负载的仿真52.1 建立三相SPW防真模型：62.2 仿真结果分析73 .三相异步电机调速系统SPW血压型逆变器的仿真103.1 建立模型基础概念103.2 SPWM电压型逆变器矢量仿真模型的建立113.3 仿真结果及其分析13序言交流电机传动的电力机车是由电压型、电流型交直交变流器供电的异步电机组成的系统，包括整流器，直流中间环节，和逆变部分。而逆变器是控制6个半导体开关器件组成的三相桥式逆变电件的通断，可

2、以得到不路。按照一定规律控制同频率的三相交流输出各半导体开关器件的通断，可以得到不同频率的三相交流输出。本文针对逆变环节，在理论分析的基础上，对针对带一股星型电感性负载，和在三相异步电机的情况下分别进行了MATLA防真，并对负载突然变动时的情况进行了讨论（添加一个阶跃转矩），在对三相异步电机进行仿真时，采用了转差频率控制的矢量控制模型，即使在负载变动的情况下，系统仍能在很短的时间内达到稳定，可见其具有很好的调速性能。为了简便起见，本文仅针对电压源型逆变环节进行讨论，所以在MATLAB真中，直流中间环节采用直流电源替换，电压源型逆变器的原理图如下图所示：逆变器（a）电压型逆变器所谓PWMPuls

3、eWidthModulation）是用直流斩波的方法，将逆变器的输出相电压调制成幅值相等的若干个矩形电压脉冲，通过调节占空比改变脉冲宽度，即可改变输出电压的大小，而调节一个周期的循环开断时间可改变输出电压频率，从而在逆变器上实现VVVF的综合控制。下图是PWM变频器的主电路原理图，图中以IGBT全控功率元件VTVT4、VT3、VT6、VT5、VT2构成A、B、C三相桥臂，为简化图形，与各开关元件并联的续流二极管未画出，三相电阻负载Y接。为使逆变器输出PWM1压波，前提是取得所需要的PW咻冲序列，以控制逆变器开关元件的通、断。通常是利用三角波电压与参考电压（如正弦电压）相比较调制出PW嘛冲序列，

4、如图3-7所示。U图3-7产生PW嘛冲矩形波1.1.1 单极性和双极性正弦脉宽调制以等腰三角形载波Ut和参考正弦波Ur的相交关系，可以产生SPWMI制波。当参考电压Ur正半波时，若UrUt,调制波，而UrU“为宽度不等的矩形脉冲波，正弦参考电压与三角载波电压的交点UrUt是输出电压转折点，由于采用正弦参考波调制，所以靠近Ur幅值处的脉冲波较宽，两边逐渐对称变窄，矩形面积所表示的输出电压有效值大小符合正弦分布规律，称这种脉冲序列SPW阵列。当Ur在负半周时，需要把Ur正半波的SPW阵列反向，得到一个周期的、幅值在0Up变化的脉冲序列，称为单极性SPW调制模式，如图3-8(a)o如果在每个交点Ur

5、Ut处同时产生正、负触发脉冲，在一个半周内既有Up又有Up脉冲序列，这种调制称为双极性SPWMI制模式，如图3-8(b)oJi$n二UULI(a)单极性SPWMc冲(b)双极性SPWI冲以图3-6的二电平逆变器A相为例，在输出端A点只能有+Ud/2或-Ud/2两个电平，因此VTi,VT4必须处于互补的通、断状态，而采用双极性的SPWIMK冲序列，可控制VTi,VT4互补触发或关断，当然，在用于控制功率元件互补通断时须满足“先断后通”的原则。则逆变器A端输出电压波形为图3-91.2SPWM波的调制条件SPW峨实质上是功率器件的驱动脉冲,所以与电压型逆变器输出电压波形一致。因此受到对逆变器的性能要

6、求、特别是功率元件允许的工作条件的限制。调制比：MUmUtm在双极性SPW帔中，最小月宽出现在Ur接近载波Ut峰值的两交点问，此处的最小脉宽时间必须保证大于功率元件的关断时间toof使其可靠关断后，互补元件再导通，因此一般MK0.9。载波比:fr：三角载波频率，（HZ）；ft：正弦参考波频率，（Hz）;载波比是一个周期参考正弦波内三角载波的周期数，在fr一定的情况下，显然载波比N越大，逆变器输出电压波形越接近理想正弦波；但同时开关元件的开、断频率也就越高，因此受到元件的开、断频率允许值的限制。2.三相SPWMK变电路带星型负载的仿真三相SPWIW单项相类似，但载波信号Ut认为对称三角波，线电压

7、在UD0之间变动，而星型负载可能的电平为U/3,2UJ3和0之间变化。为了保证三相之间的相位差，在波比为3的整数倍。且输出电压谐波集中分布在ntkr处，其中n1,3,5,.k=3(2m1)1,m1,2,3,.n2,4,6,.k=6m1,m0,1,2,.或k=6m1,m1,2,3.仿真原理图如下图所示：2.1 建立三相SPW防真模型:图0DiscretePWMGenerator模块参数设计其中三相负载的有功为1kw,感性负载为500var,SPWM勺控制信号由DiscretePWMGenerator产生，选择三桥臂六脉冲；m=0.5,基波频率50HZ,载波频率为其30被，即1500HZ;powe

8、rgui设置为离散仿真模式，采样时间5106s,输出的相电压，相电流，线电压，直流电流波形如图所示。2.2 仿真结果分析图1总图图2线电压波形图3线电流波形图4直流电流波形口吐hne*1loolbacbuttons:truthLne*lir?dslots，:；CL?lavideoFileEdit716VpL“1Tod13DesktopVmlojr旦虱pDitply上egns。匚博网叶FFlwn比;wSelecled51Tl闺：3cycles.FFTwmdw(mredj:1cycles50CJE匚3EEQ=nu,3浜)StructureIscapeDatalInput：Si即曲Inumber：I

9、,一I-FFTwiindcmStarttmesj.0Irtuilibelufc,G忸*1Furnt-rtMl才叫UEncy陋初FFTc&itingeDtsptay4巾:BarCrdctrtofundamsnieijvRhH*,rl.启110图5FFT分析图3.三相异步电机调速系统SPW血压型逆变器的仿真选才?powergui中的FFT模块进行分析，THDftm=0.5是高达139.45%,所以可以看出在一定程度上采用SPWMT以使电流更接近正弦波。口回区PowereuiFFTAnalvsisTool.3.1建立模型基础概念转差频率控制的异步电机矢量控制调速系统，采用SPW血压型逆变器，转速采用

10、转差频率控制，即异步电机的定子角频率1由转子角频率和转差频率S组成S1，在此过程中，电动机的定子电流频率始终能随转子的实际转速同步升降，使转速的调节更为平滑。保持转子磁链r不变的情况下，电动机的转矩直接受到定子电流的转矩分量%控制，并且转差s可以通过定子电流的装具分量i1t来计算，转子磁链,也可以通过定子电流的励磁分量八来计算。在系统中移转速调节器ASR的输出为定子电流的转矩分量iit,并通过计算的到转差s、如果采取磁通不变的控制,则pr0由于rLm-ism,可得：1TrPrLmilm又因为s匕典，可得：Trrsi1t/Tri1m5由于矢量控制方程得到的是定子电流的励磁分量和转矩分量，本系统采

11、用变压型逆变器，需要将相应的电流控制转换为电压控制，又由于Tenp-Lmrist,其Lr变换关系为：usmRsilm1Lsistust(RsLsp)ist1ism式子中Usm,Ust为定子电压的励磁分量和转矩分量；为漏磁系数，且满足：1 Lm.LsLr1.1 ,Ust经过二相旋转坐标系/三相禁止坐标系的变换(2r/3s),_10C2/3C3/12圣1/273/21/2,3/2得到SPWM1压型逆变器的三厢的电压控制信号并且控制逆变器的输出电压。1.2 SPWM电压型逆变器矢量仿真模型的建立建立如下图所示的仿真模型：上述仿真系统的控制部分由给定，pi调节，函数运算，坐标变换，spwMc冲发生器等

12、组成。给定环节是定子的电流励磁分量im*5.2A和转子的速度n*1400r/min。放大器G1=35,G2=0.15和给定积分器组成了带限制幅度的转速调节器ASR电流电压模型转换由函数Um*,Ut*模块实现。函数运算模块ws*根据定子电流的励磁分量和转矩分量计算转差并与转子频率相加得到定子频率-在经过积分器得到定子电压矢量转角theta。模块sin、cos、dq0/abc实现了二相到三相的变换。dq0/abc输出后插入了衰减环节G4。在模块调试时，可以试系统开环工作，将PWMK生器设置为内部运行模式，根据dq0/abc输出和PWM：生器的三相调制输入信号的幅值小于1的要求，计算G4得到其值为2

13、。其中在0.45s时加载TL65N|m,G3=0.0067,G5=G6=9.55，将参数改为50Hz,由于s年几元,有LsLmL1s0.0690.0020.071(mH)LrLmL1r0.0690.0020.071(mH)此时:TrLrRr0.071mH0.816mH0.087DlT-il yInorl/ExiiDtr!1Ptl1乳工,1Lm工?-：AHLaTLnTiiiLLdit;Cqiita-itiani-TinL*CliTr1lj卜：EE心hiiitykKleIvILsfalEdidii9ig KefeiSTiritit,irnlpiJtigpiTa一节灯沿二6必*Eltpcrt二Tnfc&L3即8ZK口tbqDL：-E-LolLaLE&11i,J,Tbl。*工1心Tool和色a.cl1TX3X!KI-AThe1Lil”43il工。SclTiiisset-hezhnC.h睢lid.lllcJIEtfimberoftcwxfm.il工看ZFT3工工1GI；1CKEEeieti/o3=LiifflniioLDMbivallV其他参数不变，其中选择固定步长算法ode23tb,补偿取105,仿真时间0.65s。羯ConfifluratjonParjinictera;xinyanAsiySPWM/Configuration(Act.i