基于SVPWM的交流电机调速系统的研究

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｒｅｇｕ１ａｔ　ｉｎｇ　Ｓｐｅｅｄ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｍｏｔｏｒ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＳＶＰＷＭ　江风云卢淋芗黄玉水　Ｊｉａｎｇ　Ｆｅｎｇｙｕｎ　Ｌｕ　Ｌｉｎｘｉａｎｇ　ｌｆｕａｎｇ　Ｙｕｓｈｕｊ　（南昌大学信息工程学院，南昌３３００２９）　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒ　ｉｎｇ．Ｘａｎｃｈａｎｇ　ｕｎ　ｅｒｓｉｔ￣　．Ｘａｎｃｈａｎｇ　３３００２９）　摘要：本文分析了电压空间矢量脉宽调制（ＳＶＰＷＭ）的厚理，并利用ＭＡＴＬＡＢ中的ＳＩＭＵＬＩＮＫ实现了基于ＳＶＰＷＭ方式的交流　电机变频调速系统，给出了相应的仿真结果，并与ＳＰＷＭ方式进行了比较。结果表明：ＳＶＰＷＭ具有起动的加速时间短，输出电　流谐波少以及电磁转矩脉动小等优点。　关键词：ＳＶＰＷＭ：ＳＰＷＭ：逆变器：仿真　中图分类号：ＴＰ２７　１　．４　文献标识码：Ｂ　文章编号：１　６７　１—４７９２一（２００６）８—００５８—０２　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉＳ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｂａｓｉＣ　ｐｒｉｎｃｉｐｉｅ　ｏｆ　ｖｏｌｒａｇｅ　ｓｐａｃｅ—Ｖｅｃｔｏｒ　ｔ）￣ＢＩ（Ｓ、ＰＷ　Ｉ），ｅｓｔａｂｌ　ｉ　ｓｈｅｄ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｍｏｔｏｒ　ａｎｄ　ｇｉｖｅｎ　ｏｕｔ　ｒｅｓｕｉｔ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ｝４＼ＴＤ＼Ｂ／ＳＢＩＵＬＩＮＫ　ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｉｔｈ　ｓＰｕ＼ｉ　ｐａｔｔｅｒｎ．　ｔｈｅ　ＳＶＰＷＭ　ｐａｔｔｅｒｎ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｔｏｒｑｕｅ　ｒｉｐｐｌｅ．ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｔｈｅ　ｓｐｅｅｄ　ｏｆ　ｒｅａｃｔｉｎｇ　ａｓ　ｅ　Ｌ１　ａｓ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｈａｌ’ｍｏｎｉＣ　Ｃｕｒｒｅｎｔ．　Ｋｅｖｗｏｒｄｓ：Ｓ、’ＰＷＭ；ＳＰＷＭ；ｉｎｖｅｒｔｅ：Ｓｉ　ｍｕｌａｔｅ　０引言　在交流电机变频调速中，ＰＷＭ已经得到了广泛应用，其　ｌ　ｔ　　ｔ、　中ＳＰ￣ＢＩ主要是使逆变器输出的电压尽量接近正弦波，使输出　，，　／一、、、　电压的基波成分尽量大，谐波成分尽量小，但是该方法仅仅　厂了　是一种近似，抑制谐波的能力有限；而ｓ、　ＰｗⅥ是把逆变器和　＿＿％　ｌＶ　Ｉ　　。Ｉ　　【　电机视为一体，控制电机获得幅值恒定的圆形旋转磁场，它　］—　ｌ　．　ｌ　、　能够明显减少逆变器输出电压的谐波成分以及电动机的谐波　损耗，降低转矩脉动，而且逆变器输出线电压基波最大幅值　ｌ　为直流测电压，这比ＳＰＷＭ逆变器输出电压高出１５．７％Ｉｌ１．［ｅｌ。　图一三相电压源逆变器开关状态　本文在简单分析了Ｓｌ基于∞＜　、／。ＰＷＭ原理的基础上，利用ＭＡＴＬ，＼，　的交荒电机凋速系统的研究　＼Ｂ中　的ＳＩＭＵＬＩＸＫ建立了基于ＳＶＰ￣５Ｉ交流电机调速系统的模型，给　出了相应的仿真结果，并与ＳＰＷＭ方式进行了比较。　Ｔ　１　电压空间矢量脉宽调制原理　（０　【　“（ｏ。ｏｏ）‘ａ＼　Ｘ　＼　Ｓ、　ＰＷＭ从三相输出电压的整体效果出发，使得输出电压　波形尽可能接近理想的正弦波形。在图一所示三相电压逆变　￣　／　ｖｉ　（１００）　器电路中，如果忽略电机定子绕组电阻，当定子绕组施加三　ｊ相理想正弦电压时，由于电压合成空间矢量为等幅旋转矢　量，故气隙磁通以恒定角速度旋转，轨迹为圆形。在实际运　行中逆变器只有６个有效开关矢量：ｕ　～　及两个零开关矢　图二电压空间矢量图　量：Ｕ．．和Ｕ　，共八种状态，如图二所示。因此只能用这８个　按照平行四边形法则，利用这８个窄　矢量可以合成任　矢量的线性组合去接近、近似等效Ｌ．．　。　意的电压矢量，以第一扇区为例，由平均值等效原理＿几』得式　（１）。　Ｔ＋Ｔ　＋Ｔ　Ｕ　＝ＴＳＵ　（１）　　，．维普资讯 http://www.cqvip.com

由式（１）和三角形的正弦定理可得式（２）、（３）、（４）。　Ｔａ＝ｍＴ　ｓｉｎ（６０。一Ｇ【）　Ｔ￣＝ｍＴｓｓｉｎ　Ｇ【　（２）　（３）　Ｔｏ＝ＴＳ—Ｔ　一Ｔ　（４）　式中：Ｇ【为参考矢量与该扇区第一矢量的夹角，Ｏｃ　Ｇ【　＜６０　；Ｔ　为开关周期；ｍ是调制系数；Ｔ．为开关矢量Ｕ．的作　用时间；Ｔ　为开关矢量Ｕ　的作用时间；Ｔ．　为零矢量的作用　（ａ）电机定子电流（１ａ／、）　（ｂ）电磁转矩（Ｔｅ／＼．ｍ）　时间。为了保证平均值等效原理的有效性，应该满足Ｔ　≤Ｔ　；该条件保证了输出波形无畸变，也决定了ｓ、’Ｐｗ、ｌ的　口　最大输出限定　，【川。　２基于ＳＶＰＷＭ交流电机调速系统的建立　图三为基于ｓ、Ｐ＂＇ｒＭ交流电机调速系统的仿真框图，使用　的样机是额定功率２．２ｋＷ，２极鼠笼三相异步电动机。电机有　关常数为：Ｕ　＝２２０＼’，ｆ＝５ＯＨｚ，Ｐ：２．２ｋＷ，Ｒ－－－Ｏ．４３５ｔ＇ｌ，Ｌ＝Ｏ．　Ｏ０２Ｈ，Ｒ＝Ｏ．８１６　ｔ＇ｌ，Ｌ＝Ｏ．Ｏ０２Ｈ，Ｌ：Ｏ．０６９３Ｈ，Ｊ＝Ｏ．０３５ｋｇ．ｍ　。　逆变器的直流输入电压Ｕ，＝３１Ｏ、　，采样周期Ｔ＝０．Ｏ００２ｓ。　图三ｓＶＰＷＭ交流调速系统仿真框图　３仿真结果与分析　对ｓ、　Ｐｗ、ｌ逆变器供电下三相异步电动机变频调速系统动　态性能进行仿真，与ＳＰＷＭ逆变器供电下系统动态性能进行比　较。　图四和图五为两种控制模式下系统空载启动，并在０．４ｓ　处突加１ＯＮ．ｍ负载，逆变器输出频率为５０Ｈｚ，载波频率为　５ＫＨｚ，Ｕ　＝３１Ｏ、一～．一墙　蚺～－～照　一　’，ｍ＝ｌ时的动态仿真曲线。‰　簿　￡ｒ＿　瓣　鞲一　　．　＝　・　～　璃　商　。　一　ａ　Ｊ电机转速（ｎ　ｒ／ｒ．ｍ１一　　ｎ一１）【ｂ）电机定子电流（１　ａ　）　（ｃ）电逆转矩（Ｔ　ｅ／Ｘ．ｍ　图四ｓ、’ＰＷ￣，ｉ模式下系统的动态仿真波形　］　圜　ａ）电机转速（ｎ　ｒ／ｒ．ｍｉ　ｎ—１）（ｂ）电机定子电流（Ｉ　ａ／ｌ１　（ｃ　Ｊ电磁转矩（Ｔ　ｅ／＼．ｍ　图五ＳＰＷＭ模式下系统动态仿真波形　图六和图七是两种控制模式下系统的稳态仿真曲线。　（ａ）电机定子电流（１ａ／　、）　（ｂ）电磁转矩（Ｔｅ／Ｘ．目　ｍ）　图七ｓ　、Ｉ模式下系统的稳态仿真波形　通过比较可知：两种模式下电动机空载起动，ｓ、ＰＷ．ｑ模　式电机起动的加速时间比ｓＰ＼Ｙ、ｌ模式电机起动加速Ｈ，ｔＩ＇，３要少；　ｓ、Ｐｗ、ｌ模式较之ＳＰｔＶ￣Ｉ模式，电机输出的电流谐波减少，定子　电流波形更接近于正弦波形；电磁转矩脉动也减少，即电机　的转矩脉动得到了一定的抑制。正是由于ｓ、Ｐｗ、Ｉ具有上述优　点，ｓ、’Ｐ￣＇Ｘ１目前正被广泛地应用于交流调速系统中，有取代　传统ｓＰｗ、Ｉ的趋势。　４结束语　本文根据电压空间矢量脉宽调制的控制原理，采用了基　于开关函数的ｓ、ＰＷ｝，Ｉ控制技术，应用ＭＡＴＬ　Ｂ／ｓＩ、ｌｕＬＩＮＫ仿真　软件建立了ｓ、ＰＷＭ交流调速系统的仿真模型，对系统的动态　和稳态性能进行了仿真。与常规ＳＰＷＭ交流调速相比，Ｓ、ＰＷ｝Ｉ　技术使得电流谐波减少，在一定程度上抑制了变频调速系统　中电机转矩的脉动等问题。　参考文献　【１］陈伯时，陈敏逊．交流调速系统ｌ＝、１］．北京：机械工　业出版社，２０００．　［２］杨贵杰，等．空间矢量脉宽调制方法的研究［Ｊ］．中　国电机工程学报．２００１．２１（５）：７９－８３．　［３１王晓明，王玲．电动机的ＤＳＰ控制　．北京：北京　航空航天大学出版社，２００４．　【４】赵镜红，等．基于ＤＳＰ的ｓ、Ｐ＼１＼Ｉ的研究［Ｊ］．电机与　控制学报，２００２，６（２）：１０８—１　１０．　作者简介　江风云（１９７７一），女，江西余干人，硕士研究生；　黄玉水（１９６９一），男，江西南昌人，硕士生导师，副　教授。