三相SPWM逆變器的仿真與研究演示

1 陜西理工學院電氣系自動化畢業(yè)設計 論文 三相SPWM逆變器的仿真與研究 導師 張鵬超答辯人 袁毛毛黃飛專業(yè) 自動化 2 論文框架 引言 PWM控制技術 三相橋式PWM逆變器 三相電壓型SPWM逆變器的仿真 三相電壓型SPWM逆變器電機調(diào)速的仿真 結果分析及研究 致謝 3 引言 由于電力電子學和微電子技術的發(fā)展 使變頻調(diào)速技術近年來獲得了飛速的發(fā)展 各種變頻調(diào)速控制方式 PWM脈寬調(diào)制技術以及MCU微處理器和以大規(guī)模集成電路為基礎的全數(shù)字化控制技術等均在變頻調(diào)速中獲得了成功應用 SPWM正弦脈寬調(diào)制法這項技術的特點是原理簡單 通用性強 具有開關頻率固定 控制和調(diào)節(jié)性能好 能消除諧波使輸出電壓只含有固定頻率的高次諧波分量 設計簡單等一系列優(yōu)點 是一種比較好的波形改善法 它的出現(xiàn)為中小型逆變器的發(fā)展起了重要的推動作用 SPWM技術成為目前應用最為廣泛的逆變用PWM技術 4 PWM控制技術 PWM控制方式就是對逆變電路開關器件的通斷進行控制 使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不等的脈沖 按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進行調(diào)制 既可改變逆變電路輸出電壓的大小 也可改變逆變輸出頻率 面積等效原理PWM控制技術的重要理論基礎 原理內(nèi)容 沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時 其效果基本相同 沖量即指窄脈沖的面積 效果基本相同 是指環(huán)節(jié)的輸出響應波形基本相同 如果把各輸出波形用傅里葉變換分析 則其低頻段非常接近 僅在高頻段略有差異 將圖1 1a b c d所示的脈沖作為輸入 加在圖1 2a所示的R L電路上 設其電流i t 為電路的輸出 圖1 2b給出了不同窄脈沖時i t 的響應波形 5 圖1 1形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖 圖1 2沖量相同的各種窄脈沖的響應波形 用PWM波代替正弦半波幅值頂部是曲線且大小按正弦規(guī)律變化的脈沖序列組成的 利用相同數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替 使矩形脈沖的中點和相應正弦波部分的中點重合 且使矩形脈沖和相應的正弦波部分面積 沖量 相等 這就是PWM波形 正弦波的負半周 用同樣的方法得到 脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形 也稱SPWM 圖1 3用PWM波代替正弦半波 a 矩形脈沖 b 三角形脈沖 c 正弦半波脈沖 d 單位脈沖函數(shù) 6 單極性調(diào)制 圖1 4單相橋式PWM逆變電路 圖1 5 7 雙極性PWM控制方式調(diào)制信號ur和載波信號uc的交點時刻控制各開關器件的通斷 在ur的一個周期內(nèi) 輸出的PWM波只有 Ud兩種電平 在ur的正負半周 對各開關器件的控制規(guī)律相同 當ur uc時 V1V4導通 uo Ud 當ur uc時 V2V3導通 uo Ud 圖1 6雙極性PWM控制方式波形 8 2 2SPWM的調(diào)制算法 三角波變化一個周期 它與正弦波有兩個交點 控制逆變器中開關元件導通和關斷各一次 要準確的生成SPWM波形 就要精確的計算出這兩個點的時間 開關元件導通時間是脈沖寬度 關斷時間是脈沖間隙 正弦波的頻率和幅值不同時 這些時間也不同 但對計算機來說 時間由軟件實現(xiàn) 時間的控制由定時器完成 是很方便的 關鍵在于調(diào)制算法 調(diào)制算法主要有自然采樣法 規(guī)則采樣法 等面積法等 1 自然采樣法在正弦波和三角波的自然交點時刻控制功率開關器件的通斷 稱為自然采樣法 正弦波在不同相位角時值不同 因而與三角波相交所得到的脈沖寬度不同 可知這種算法計算量比較大 需花費較多的時間 因而難以在微處理器中實現(xiàn) 9 2 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法分為對稱規(guī)則采樣法和不對稱規(guī)則采樣法 1 對稱規(guī)則采樣法對稱規(guī)則采樣法是以每個三角波的對稱軸 頂點對稱軸或低點對稱軸 所對應的時間作為采樣時刻 過三角波的對稱軸與正弦波的交點 做平行t軸的平行線 該平行線與三角波的兩個腰的交點作為SPWM波 開 和 關 的時刻 如圖所示 因為這兩個交點是對稱的 所以稱為規(guī)則采樣法 對稱規(guī)則采樣法 10 2 不對稱規(guī)則采樣法對稱規(guī)則采樣法的數(shù)學模型非常簡單 但是由于每個載波周期只采樣一次 因此所形成的階梯波 與正弦波的逼近程度仍存在較大誤差 如果既在三角波的頂點對稱軸位置采樣 又在三角波的底點對稱軸位置采樣 也就是每個載波周期采樣兩次 這樣所形成的階梯波與正弦波的逼近程度會大大提高 不對稱規(guī)則采樣法生成SPWM波如圖所示 由于這種采樣所形成的階梯波與三角波的交點并不對稱 因此稱其為不對稱規(guī)則采樣法 不對稱規(guī)則采樣法 11 圖1 7三相橋式PWM型逆變電路 三相橋式PWM逆變電路采用雙極性控制方式 U V和W三相的PWM控制通常公用一個三角波載波uc 三相的調(diào)制信號urU urV和urW依次相差120 圖1 8三相橋式PWM逆變電路波形 12 三相電壓型SPWM逆變器的仿真 三相電壓型SPWM逆變器的系統(tǒng)電路 13 三相電壓型SPWM逆變器電機調(diào)速仿真電路 14 結果分析及研究 SPWM脈沖波 15 三相電壓型SPWM逆變器的仿真波形 圖1 9 16 整流后的電壓波形 圖1 10 17 三相電壓型SPWM逆變器仿真波形分析 Ua Ub Uc為三相互差120 的380v交流電 1 圖1 9Ura Urb Urc中為負載電壓的波形 Usw1為逆變器1橋臂的電壓波形 Isw1為逆變器中1橋臂的電流波形 Ib為負載rb上電流的波形 Ubc Uab Uca為三相逆變器的兩相間的電壓波形 2 圖1 10為整流后的電壓波形 18 電機調(diào)速波形1 圖1 11 19 電機調(diào)速波形2 圖1 12 20 1 圖1 11為PWM模塊的三角波頻率為600 正弦波頻率為50時的電機轉子電流 定子電流 電機轉速 電磁轉矩的波形圖 此時電機轉