基于MATLABSIMULINK三相交流异步电机SPWM控制调速的仿真与研究.doc

三相交流异步电机SPWM调速控制的仿 班级：09电气工程及其自动化 姓名：杜鹏 学号：090544036 PWM控制的基本原理 在采样控制理论中有一个重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲在具有惯性的环节上，其效果基本相同。冲量即指窄脉冲的面积。这里所说的效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。如果把各输出波形用傅里叶变换分析，则其低频段非常相近，仅在高频段略有差异。当窄脉冲的形状不同，而它们的面积相等，那么，当它们分别加在具有惯性的同一个环节上时，其输出响应基本相同。当窄脉冲变为单位冲击函数时，环节的响应即为该环节的脉冲过渡函数。脉冲越窄，各脉冲响应波形的差异也越小。如果周期性的施加脉冲，则响应也是周期的，用傅里叶级数分解后将可看出各波形在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。上述原理即称之为面积等效原理，它是PWM控制技术的重要理论基础。 下面分析如何使用一系列等副不等宽的脉冲来代替一个正弦波。将正弦半波分成N等份，就可以把正弦半波看成是由N个彼此相连的脉冲序列所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于π/N，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列利用相同数量的等副而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦半波部分面积相等，而得到一系列的脉冲序列，即PWM波形。根据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦半波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。像这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称之为SPWM（Sinusoidal PWM)波形。 电压型PWM逆变电路及其控制方法 本实验采用调制法，即把希望输出的波形（正弦波）作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。在此采用等腰三角形作为载波。如下图①所示。采用等腰三角形是因为等腰三角波上任一点的水平宽度和高度呈线性关系且左右对称，当它与任何一个平缓变化的调制信号波相交时，如果在交点时刻对电路中开关器件的通断进行控制，就可以得到宽度正比于信号波幅值的脉冲，这正好符合PWM控制的要求。在调制信号波为正弦波时，所得到的就是SPWM波形，如下图②所示。 图① 本实验中三相桥式PWM型逆变电路，采用双极性控制方式。三相的PWM控制通常公用一个三角波载波Uc，如图③所示。三相的调制信号三个正弦波U、V、W依次相差120°。由于三相功率开关器件的控制规律相同，现以其中一相为例来说明。当U＞Uc时，给上桥臂VT1以导通信号，给下桥臂VT2以关断信号；当UUc时，给上桥臂以导通信号，给下桥臂以关断信号，从而同一桥臂上两IGBT 图② 互补导通。V、W相的控制方式相同。将控制信号分别对应加入三相 图③ 逆变电路中的IGBT的控制端，并施加直流电压，得到的线电压SPWM输出波形如下图④所示： 将三相异步电机星形连接，高压绕组三端A、B、C分别与U、V、W相连，从而通过改变调制信号的频率来实现变频调速，通过改变直流电压的大小观察电机转速即转矩的变化。电路图如下图⑤所示。 图⑤ 仿真结果与分析 1.产生频率为50Hz时，将控制电路（即图③）中的三相正弦波函数发生器Sine Wave的频率调为50Hz，即在频率参数栏中输入100*pi。并用阶跃信号发生器产生负载转矩输入电机，负载产生时刻定位0.25秒，大小为100。运行仿真系统，显示如下图⑥所示： 上图中最上面为转速仿真结果，中间为转矩，下面为U相电流（以下仿真结果排列顺序一样）。从仿真结果可以看出，电机起动转速上升过程中，输出转矩较低，而电流很大，并出现振荡。 起动电流 ，起动转矩（C1=1，s=1) ，由以上两个公式可以看出启动电流比额定电流大的多，约为额定电流的5~7倍，起动时转子的功率因数很低，大约在0.2左右，因此从转