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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上SPWM在交流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用姓名: 班級(jí): 學(xué)號(hào): 目錄序言交流電機(jī)傳動(dòng)的電力機(jī)車是由電壓型、電流型交直交變流器供電的異步電機(jī)組成的系統(tǒng),包括整流器,直流中間環(huán)節(jié),和逆變部分。而逆變器是控制 6個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件組成的三相橋式逆變電件的通斷,可以得到不路。按照一定規(guī)律控制同頻率的三相交流輸出各半導(dǎo)體開關(guān)器件的通斷,可以得到不同頻率的三相交流輸出。本文針對(duì)逆變環(huán)節(jié),在理論分析的基礎(chǔ)上,對(duì)針對(duì)帶一般星型電感性負(fù)載,和在三相異步電機(jī)的情況下分別進(jìn)行了MATLAB仿真,并對(duì)負(fù)載突然變動(dòng)時(shí)的情況進(jìn)行了討論(添加一個(gè)階躍轉(zhuǎn)矩),在對(duì)三相異步電機(jī)進(jìn)行仿真時(shí),采用了轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量
2、控制模型,即使在負(fù)載變動(dòng)的情況下,系統(tǒng)仍能在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定,可見其具有很好的調(diào)速性能。為了簡(jiǎn)便起見,本文僅針對(duì)電壓源型逆變環(huán)節(jié)進(jìn)行討論,所以在MATLAB仿真中,直流中間環(huán)節(jié)采用直流電源替換,電壓源型逆變器的原理圖如下圖所示:電壓型逆變器 1.正弦脈寬調(diào)制SPWM型逆變器基礎(chǔ)理論所謂PWM(Pulse Width Modulation)是用直流斬波的方法,將逆變器的輸出相電壓調(diào)制成幅值相等的若干個(gè)矩形電壓脈沖,通過調(diào)節(jié)占空比改變脈沖寬度,即可改變輸出電壓的大小,而調(diào)節(jié)一個(gè)周期的循環(huán)開斷時(shí)間可改變輸出電壓頻率,從而在逆變器上實(shí)現(xiàn)VVVF的綜合控制。下圖是PWM變頻器的主電路原理圖,圖中以I
3、GBT全控功率元件構(gòu)成A、B、C三相橋臂,為簡(jiǎn)化圖形,與各開關(guān)元件并聯(lián)的續(xù)流二極管未畫出,三相電阻負(fù)載Y接。為使逆變器輸出PWM電壓波,前提是取得所需要的PWM脈沖序列,以控制逆變器開關(guān)元件的通、斷。通常是利用三角波電壓與參考電壓(如正弦電壓)相比較調(diào)制出PWM脈沖序列,如圖3-7所示。圖-6 PWM變頻器原理圖圖3-7產(chǎn)生PWM脈沖矩形波1.1正弦脈寬調(diào)制(SPWM)1.1.1單極性和雙極性正弦脈寬調(diào)制 以等腰三角形載波和參考正弦波的相交關(guān)系,可以產(chǎn)生SPWM調(diào)制波。 當(dāng)參考電壓正半波時(shí),若,調(diào)制波,而, 為寬度不等的矩形脈沖波,正弦參考電壓與三角載波電壓的交點(diǎn)是輸出電壓轉(zhuǎn)折點(diǎn),由于采用正弦
4、參考波調(diào)制,所以靠近幅值處的脈沖波較寬,兩邊逐漸對(duì)稱變窄,矩形面積所表示的輸出電壓有效值大小符合正弦分布規(guī)律,稱這種脈沖序列SPWM序列。 當(dāng)在負(fù)半周時(shí),需要把正半波的SPWM序列反向,得到一個(gè)周期的、幅值在變化的脈沖序列,稱為單極性SPWM調(diào)制模式,如圖38(a)。如果在每個(gè)交點(diǎn)處同時(shí)產(chǎn)生正、負(fù)觸發(fā)脈沖,在一個(gè)半周內(nèi)既有又有脈沖序列,這種調(diào)制稱為雙極性SPWM調(diào)制模式,如圖38(b)。(a) 單極性SPWM脈沖(b)雙極性SPWM脈沖以圖3-6的二電平逆變器A相為例,在輸出端A點(diǎn)只能有+Ud /2或-Ud /2兩個(gè)電平,因此, 必須處于互補(bǔ)的通、斷狀態(tài),而采用雙極性的SPWM脈沖序列,可控制
5、 , 互補(bǔ)觸發(fā)或關(guān)斷,當(dāng)然,在用于控制功率元件互補(bǔ)通斷時(shí)須滿足“先斷后通”的原則。則逆變器A端輸出電壓波形為圖3-9。1.2 SPWM波的調(diào)制條件 SPWM波實(shí)質(zhì)上是功率器件的驅(qū)動(dòng)脈沖,所以與電壓型逆變器輸出電壓波形一致。因此受到對(duì)逆變器的性能要求、特別是功率元件允許的工作條件的限制。調(diào)制比: 在雙極性SPWM波中,最小脈寬出現(xiàn)在接近載波峰值的兩交點(diǎn)間,此處的最小脈寬時(shí)間必須保證大于功率元件的關(guān)斷時(shí)間使其可靠關(guān)斷后,互補(bǔ)元件再導(dǎo)通,因此一般M0.9。載波比: :三角載波頻率,(Hz);:正弦參考波頻率,(Hz);載波比是一個(gè)周期參考正弦波內(nèi)三角載波的周期數(shù),在一定的情況下,顯然載波比N越大,逆
6、變器輸出電壓波形越接近理想正弦波;但同時(shí)開關(guān)元件的開、斷頻率也就越高,因此受到元件的開、斷頻率允許值的限制。2.三相SPWM逆變電路帶星型負(fù)載的仿真三相SPWM與單項(xiàng)相類似,但載波信號(hào)認(rèn)為對(duì)稱三角波,線電壓在和之間變動(dòng),而星型負(fù)載可能的電平為,和之間變化。為了保證三相之間的相位差,在波比為3的整數(shù)倍。且輸出電壓諧波集中分布在處,其中仿真原理圖如下圖所示:2.1建立三相SPWM仿真模型:圖0 Discrete PWM Generator模塊參數(shù)設(shè)計(jì)其中三相負(fù)載的有功為1kw,感性負(fù)載為500var,SPWM的控制信號(hào)由Discrete PWM Generator 產(chǎn)生,選擇三橋臂六脈沖;m=0.
7、5,基波頻率50HZ,載波頻率為其30被,即1500HZ;powergui設(shè)置為離散仿真模式,采樣時(shí)間,輸出的相電壓,相電流,線電壓,直流電流波形如圖所示。2.2仿真結(jié)果分析圖1 總圖圖2線電壓波形圖3 線電流波形圖4 直流電流波形選擇powergui中的FFT模塊進(jìn)行分析,THD在m=0.5是高達(dá),所以可以看出在一定程度上采用SPWM可以使電流更接近正弦波。圖5 FFT分析圖3三相異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)SPWM電壓型逆變器的仿真3.1 建立模型基礎(chǔ)概念轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電機(jī)矢量控制調(diào)速系統(tǒng),采用SPWM電壓型逆變器,轉(zhuǎn)速采用轉(zhuǎn)差頻率控制,即異步電機(jī)的定子角頻率由轉(zhuǎn)子角頻率和轉(zhuǎn)差頻率組成,在此過程中
8、,電動(dòng)機(jī)的定子電流頻率始終能隨轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速同步升降,使轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)更為平滑。保持轉(zhuǎn)子磁鏈不變的情況下,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩直接受到定子電流的轉(zhuǎn)矩分量控制,并且轉(zhuǎn)差可以通過定子電流的裝具分量來計(jì)算,轉(zhuǎn)子磁鏈也可以通過定子電流的勵(lì)磁分量來計(jì)算。在系統(tǒng)中移轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出為定子電流的轉(zhuǎn)矩分量,并通過計(jì)算的到轉(zhuǎn)差、如果采取磁通不變的控制,則,由于,可得:又因?yàn)?,可得:,由于矢量控制方程得到的是定子電流的?lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量,本系統(tǒng)采用變壓型逆變器,需要將相應(yīng)的電流控制轉(zhuǎn)換為電壓控制,又由于,其變換關(guān)系為:式子中,為定子電壓的勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量;為漏磁系數(shù),且滿足:,經(jīng)過二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系/三相禁止坐標(biāo)系的變換
9、,得到SPWM電壓型逆變器的三廂的電壓控制信號(hào)并且控制逆變器的輸出電壓。3.2 SPWM電壓型逆變器矢量仿真模型的建立建立如下圖所示的仿真模型:圖1 轉(zhuǎn)差頻率控制的SPWM矢量控制系統(tǒng)仿真模型上述仿真系統(tǒng)的控制部分由給定,PI調(diào)節(jié),函數(shù)運(yùn)算,坐標(biāo)變換,SPWM脈沖發(fā)生器等組成。給定環(huán)節(jié)是定子的電流勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)子的速度。放大器,和給定積分器組成了帶限制幅度的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR。電流電壓模型轉(zhuǎn)換由函數(shù),模塊實(shí)現(xiàn)。函數(shù)運(yùn)算模塊根據(jù)定子電流的勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量計(jì)算轉(zhuǎn)差,并與轉(zhuǎn)子頻率相加得到定子頻率,在經(jīng)過積分器得到定子電壓矢量轉(zhuǎn)角。模塊、實(shí)現(xiàn)了二相到三相的變換。輸出后插入了衰減環(huán)節(jié)。在模塊調(diào)試時(shí),可以試系統(tǒng)開環(huán)工作,將PWM發(fā)生器設(shè)置為內(nèi)部運(yùn)行模式,根據(jù)輸出和PWM發(fā)生器的三相調(diào)制輸入信號(hào)的幅值小于1的要求,計(jì)算得到其值為2。其中在0.45s時(shí)加載, , ,將參數(shù)改為50Hz, 由于,有此時(shí):其他參數(shù)不變,其中選擇固定步長算法,補(bǔ)償取,仿真時(shí)間0.65s。圖2 仿真參數(shù)設(shè)置圖3.3 仿真結(jié)果及其分析具體圖形見如下所示:圖3 二相/三相時(shí)abc三相電流圖4
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