矢量變頻調(diào)速系統(tǒng)仿真研究

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1、矢量變頻調(diào)速系統(tǒng)仿真研究Vol.28No.l2008.1/2船電技術(shù)2008年第1期胡學(xué)芝(黃石理工學(xué)院，湖北435003)摘要：建立了三相異步電動(dòng)機(jī)在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，論述了空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)原理。利用Matlab軟件對(duì)電壓源型SVPWM交流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，給出了仿真結(jié)果，并進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：SVPWMMatlab矢量控制旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中圖分類號(hào)：TM921.51文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A文章編號(hào):1003-4862(2008)01-0043-04SimulationofVectorVariable-frequencySpeedRegulationSystemHuXuezhi(

2、HuangshiInstituteofTechnology,Huangshi,Hubei435003,China)Abstract:Themathematicalmodelofthree-phaseasynchronousmotorinrotatingcoordinatesystemisestablished,andPWMtechnologyofspacevectorisdiscussed.ThesimulationofvoltagesourceSVPWMFrequency?varyingandspeed-adjustingsystembasedonMatlabismade?T

3、heresultsaregivenandanalyzed?Keywords:SVPWM,Matlab,vectorcontrol,rotatingcoordinatesystem1引言電力電子技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了交流調(diào)速技術(shù)的快速發(fā)展，使得交流調(diào)速取代直流調(diào)速成為當(dāng)前發(fā)展的趨勢(shì)。冃前,在眾多的交流調(diào)速方案中，矢量控制技術(shù)是最熱門的研究方向之一，矢量控制技術(shù)提高了交流調(diào)速系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能，但它包含功率轉(zhuǎn)換和坐標(biāo)變換等復(fù)雜計(jì)算，采用傳統(tǒng)模擬電路難以實(shí)現(xiàn)。而電力電子器件和微處理器的飛速發(fā)展給矢量控制的實(shí)現(xiàn)提供物質(zhì)基礎(chǔ)⑴。本文論述了SVPWM調(diào)制原理，推導(dǎo)了S

4、VPWM技術(shù)的有關(guān)公式，說(shuō)明了其算法，然后建立異步電機(jī)在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的矢量模型，并用Matlab軟件對(duì)矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，給出了仿真結(jié)果。成圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，以產(chǎn)生恒定電磁轉(zhuǎn)矩，按照這一冃標(biāo)，把三相逆變器和異步電機(jī)看作一個(gè)整體，控制PWM開關(guān)信號(hào)，使之形成圓形或接近圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)［2］。電壓空間矢量(SVPWM)就是能達(dá)到這一目的的PWM控制方式。圖1示為一典型三相電壓型PWM逆變器結(jié)構(gòu)圖。逆變器由6個(gè)功率開關(guān)器件組成，電機(jī)的相電壓和線電壓依賴于它所對(duì)應(yīng)的逆變器橋臂上6個(gè)功率開關(guān)器件的開關(guān)狀態(tài)，在任一時(shí)刻只能有處于不同橋臂的三個(gè)器件同時(shí)導(dǎo)通，當(dāng)逆變橋的上半部分的一個(gè)功率器件開通

5、時(shí)，對(duì)應(yīng)開關(guān)狀態(tài)為1;而下半橋臂相對(duì)應(yīng)的功率器件開通時(shí)，對(duì)應(yīng)開關(guān)狀態(tài)為0。這樣開關(guān)變量矢量只有8種不同的組合值，即Ul(lOO),U2(11O),U3C010),U4(Oil),U5(001),U6(101),U7(000),U8(111)，其中U7,U8為零矢量，空間矢量圖如圖2示。把6個(gè)電壓空間矢量的頂點(diǎn)相連，則是一個(gè)正六邊形，對(duì)于異步電機(jī)定子電壓和磁鏈存在近似關(guān)系：2電壓空間矢量控制原理由于異步電機(jī)輸入三相電流的最終目的是形43船電技術(shù)2008年第1期Vol.28No.l2008.1/2Ul=dil),即電壓空間矢量的大小等于磁鏈的變dt可得到：TlUl+T2U2=TUo

6、(2)化率，而其方向則與磁鏈的運(yùn)動(dòng)方向一致。當(dāng)采用常規(guī)六拍逆變器向異步電機(jī)供電時(shí)，即形成正六邊形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。aUdeABCT二T1+T2+T0(3)解⑵式矢量取tl=l,t2=2,t0=0,TTT方程得：bZZZa'b'c、圖1三相電壓型逆變器原理圖PU3IIU2T2IIIU4IVVU5U6U7U8U1T1VIIUoTU2T?t=?12U(3Ua?Up)de■up?(4)?t2=TUde??t0=l?tl?t2??當(dāng)矢量位于不同扇區(qū)時(shí)，相應(yīng)的tl?t2,t0用XXZ表示，則取X,Y,Z：Ulaup??X=3TUde■3Ua+U[3?=YT(5)?2Udc???3Ua+Up=ZT?

7、2Udc?又取VbV2,V3如下：電壓空間矢量調(diào)制策略是把每一個(gè)扇區(qū)再分成若干個(gè)對(duì)應(yīng)于開關(guān)周期T的小區(qū)間，其中T的大小由開關(guān)頻率f確定：T=l/f,每個(gè)小區(qū)間是由8個(gè)電壓空間矢量的不同線性組合構(gòu)成，以形成盡量接近圓形的多邊形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。取從三相靜止坐標(biāo)系到兩相靜止坐標(biāo)系變換：圖2空間矢量關(guān)系圖?vi=up?oo?V2=Uasin60?U[3sin30(6)?V=?Usin600?Usin300ap?3令:根據(jù)⑹和⑺式可判斷出空間矢量U0所在的扇區(qū)。同理可推出當(dāng)U0處在英它扇區(qū)時(shí)對(duì)應(yīng)的作用時(shí)間。