【正文】 陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書） 28 else sys=1。 % T 載波周期 n=floor(u(3)/T)。 str = []。 = 0。 case 2, sys=mdlUpdate(t,x,u)。框圖如下所示。 % 修改此式生成 B、 C相脈沖 . if y1y sys=。(m=T/4)) y = k*m。 ts = [0 0]。 = 0。 case 3, sys=mdlOutputs(t,x,u,A,freq)。 ????23 cWVU T??? ???4339。? 為 （ 44） 對于三相橋式電路來說，應該形成三相 SPWM 波形。但是， 求取開關時刻的方程式是超越方程，求解時需要花費較多的計算時間 ，因而難以在實時控制中在線計算。 SPWM 波形的生成 根據(jù) SPWM 變換器的基本原理和控制方法，可以用模擬電路構成三角波載波和正弦調制波發(fā)生電路，用比較器來確定 它們的交點。為了使一相的波形正、負半周鏡對稱，同時使三相輸出波形嚴格對稱， m 應取載波比 m 為 3 的整數(shù)倍陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書） 20 的奇數(shù)。 異步調制 在異步調制方式中，調制信號頻率變化時，通常保持載波頻率固定不變，因而載 波比 m是變化的。 (4)輸出電壓或電流波形接近正弦，從而減少諧波分量。 大多采用 180176。三相橋式逆變器一般都采用雙極性控制方式。將每一等分中的正弦曲線與橫軸所包圍的面積都用一個與此面積相等的等高矩形波所替代，從而得到一組等效于正弦波的一組等幅不 等寬的矩形脈沖的方法稱為逆變器的正弦脈寬調制(SPWM)。211m a x123lrlssrpeLLRRnT??????????????異步電動機ＳＰＷＭ變頻調速原理與仿真分析 15 4 PWM 控制技術 正弦脈寬調制原理及其優(yōu)點 SPWM 原理 根據(jù)采樣控制理論，沖量相等而形狀不同的窄脈沖作用于慣性系統(tǒng)上時，其輸出響應基本相同，且脈沖越窄，輸出的差異越小。這就是說，在恒壓頻比的條件下改變頻率 ?1時，機械特性基本上是平行下移，如圖 34 所示。239。 當 s 接近于 1時，可忽略式（ 64）分母中的 39。 但是，在低頻時 sU 和 gE 都較小，定子阻抗壓降所占的份量就比較顯著，不 再能忽略。由于在調速時轉差功率不隨轉速而變化，調速范圍寬，無論是高速還是低速時效率都較高，在采取一定的技術措施后能實現(xiàn)高動態(tài)性能，可與直流調速系統(tǒng)媲美 。 圖 21 M文件 S函數(shù)流程 （ 2） M文件 S函數(shù)模板 Simulink為我們編寫 S函數(shù)提供了各種模板 文件，其 中定義了 S函數(shù)完整的框架結構，用戶可以根據(jù)自己的需要加以剪裁。 （ 3） 計算輸出：計算所有輸出端口的輸出值。 S函數(shù)是 Simulink的重要組成部分，它的仿真過程包含在 Simulink仿真過程之中。 （ 1） S函數(shù)中的連續(xù)狀態(tài)方程描述。且采樣時間計算與輸入 u相關 。 Simulink為我們提供了很多 S函數(shù)模板和例子，用戶可以根據(jù)自己的需要修改相應 的模板或例子即可。 （ 6） 采用文本方式輸入復雜的系統(tǒng)方程。 S函數(shù)由一種特定的語法構成，用來描述并實現(xiàn)連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)以及復合系統(tǒng) 等動態(tài)系統(tǒng)； S函數(shù)能夠接收來自 Simulink求解器的相關信息，并對求解器發(fā)出的命令做出適當?shù)捻憫?，這種交互作用類似 于 Simulink系統(tǒng)模塊與求解器的交互作用。 Simulink公共模塊庫是 Simulink中最為基礎、最為通用的模塊庫，它可以被應用到不同的專業(yè)領域中。也可以右擊子模塊庫標題，在彈出的快捷菜單中選擇 【 Open】 命令，彈出子模塊庫 獨立窗口。 （ 1） 在 Command Window 輸入 “ sinmulink” 命令。 開關磁阻電機 是一種特殊型式的同步電機，有其獨特的比較簡單的調速方法，在小容量交流電機調速系統(tǒng)中很有發(fā)展前途 。 （ 2） 轉差功率饋送型調速系統(tǒng) 在這類系統(tǒng)中，除轉子銅損外，大部分轉差功率在轉子側通過變流裝置饋出或饋入，轉速越低，能饋送的功率越多，上述第④種調速方法屬于這一類。其特點： 效率高，調速過程中沒有附加損耗； 應用范圍廣，可用于籠型異步電動機； 調速范圍大，特性硬，精度高； 技術復雜，造價高，維護檢修困難。 （ 4）變極對數(shù) 調速方法是用改變定子繞組的接紅方式來改變籠型電動機定子極對異步電動機ＳＰＷＭ變頻調速原理與仿真分析 3 數(shù)達到調速目的，特點如下： 具有較硬的機械特性，穩(wěn)定性良好； 無轉差損耗，效率高； 接線簡單、控制方便、價格低； 有級調速，級差較大，不能獲得平滑調速； 可以與調壓調速、電磁轉差離合器配合使用，獲得較高效率的平滑調速特性。當電樞與磁極均為靜止時，如勵磁繞組通以直流，則沿氣隙圓周表面將形成若干對 N、 S 極性交替的磁極，其磁通經過電樞。晶閘管調壓方式為最佳。直到 20世紀 70年代發(fā)明了矢量控制技術，通過坐標轉換，把交流電動機的定子電流分解成轉矩分量和勵磁分量，用來分別控制電動機的轉矩和磁通，可以獲得和直流電動機相仿的高動態(tài)性能，才使交流電動機的調速技術取得了突飛猛進的發(fā)展。此時直流電動機和交流電動機相比的缺點日益顯露出來，例如具有電刷和換向器而必須經常檢查維修 ，換向火花使它的應用環(huán)境受到限制，換向能力限制了直流電動機的容量和速度。 I 異步電動機 SPWM 變頻調速原理與仿真分 析 摘 要 在分析 SPWM 原理的基礎上， 利用 MATLAB/SIMULINK 軟件構造了 SPWM 調速系統(tǒng)的仿真模型 并 說明了規(guī)則采樣法的可行性。于是交流可調傳動取代直流傳動的呼聲越來越高，交流傳動控制系統(tǒng)已經成為電氣傳動控制的主要發(fā)展方向。其后，又陸續(xù)提出了直接轉矩控制和解耦控制等方法，形成了一系列可以與直流調速系統(tǒng)相媲美的高性能交流調速系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)。調壓調速的特點： 調壓調速線路簡單，易實現(xiàn)自動控制； 調壓過程中轉差功率以發(fā)熱形式消耗在轉子電阻中，效率較低。當電樞隨拖動電動機旋轉時，由于電樞與磁極間相對運動，因而使電樞感應產生渦流，此渦流與磁通相互作用產生轉矩，帶動有磁極的轉子按同一方 向旋轉，但其轉速恒低于電樞的轉速 N1，這是一種轉差調速方式，變動轉差離合器的直流勵磁電流，便可改變離合器的輸出轉矩和轉速。 本方法適用于不需要無級調速的生產機械，如金屬切削機床、升降機、起重設備、風機、水泵等。 本方法適用于要求精度高、調速性能較好場合。無論是饋出還是饋入的轉差功率，扣除變流裝置本身的損耗后，最終都轉化成有用的功率， 因此這類系統(tǒng)的效率較高，但要增加一些設備。 異步電動機ＳＰＷＭ變頻調速原理與仿真分析 5 2 Siulink 仿真基礎 Simulink 簡介 Simulink 是 MATLAB 最重要的組件之一， Math Works 公司在 1993 年推出 MATLAB 時推出了 Simulink 。 （ 2） 單擊 MATLAB 主窗口 左下角的【 Start】 按鈕，在彈出的快捷菜單中選擇 【 Simulink】/ 【 Library Browser】 命令。 陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書） 6 仿真過程 在已知系統(tǒng)數(shù)學模型 或系統(tǒng)框圖的情況下，利用 Simulink 進行建模仿真的基本步驟 如下： (1)啟動 Simulink ，打開 Simulink 庫瀏覽器。 Simulink公共模塊庫共包含 14個模塊庫 。 S函數(shù)作為與其他語言相結合的接口，可以使用這個語言所提供的強大能力。 （ 7） 擴展 Simulink功能。 （ 2） 在動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink模型框圖中添加 Sfunction模塊，并進行正確的設置。 Simulink 在每一個采樣點 調用 mdlOutput 和 mdlUpdate例程。狀態(tài)向量的一階導數(shù)是狀態(tài) x、輸 入 u和時間 t的函數(shù)。S函數(shù)的仿真流程也包括初始化階段和運行階段兩個階段。 （ 4） 更新狀態(tài)：此例程在每個步長處都要執(zhí)行一次，可以在這個例程中添加每一個仿真步都需要更新的內容，例如離散狀態(tài)的更新。編寫 M文件 S函數(shù)時，推薦使用 S函數(shù)模板文件 。目前這種調速方法應用很廣。這時，需要人為地把電壓 sU 抬高一些，以便近似地補償定子壓降。rR ，則 （ 36） 即 s 接近于 1時轉矩近似與 s 成反比，這時， 是對稱于原點的一段雙曲線。1133lrlsrsrsprrpmmeLLsRRsRUnsRInPT????? ? ? ? 239。它們和直流他勵電機變壓調速時的情況基本相似。它表明，慣性系統(tǒng)的輸出響應主要取決于系統(tǒng)的沖量，即窄脈沖的面積，而與窄脈沖的形狀無關 。 要改變等效輸出正弦波的幅值時，只需要按照統(tǒng)一比例系數(shù)改變上述各脈沖的寬度即可。 U、 V 和 W 三相的 SPWM 的控制通常公用一個三角波載波信號，用三個相位互差 120176。 控制方式，具體為： (1)每橋臂導電 180176。 關于 SPWM 的開關頻率 SPWM 調制后的信號中除了含有調制信號和頻率很高的載波頻率及載波倍頻附近的頻率分量之外，幾乎不含其它諧波，特別是接近基波的低次諧波。在調制信號的半個周期內，輸出脈沖的個數(shù)不固定，脈沖相位也不固定，正負半周期的脈沖不對稱 [8]。 當變換器輸出頻率很低時，因為在半周期內輸出脈沖的數(shù)目是固定的，所以由 SPWM調制而產生的諧波頻率也相應降低。在交點時刻對功率開關器件的通斷進行控制，這樣就可得到 SPWM 波形。 因而在工程實際上應用不多 [8]。通常三相的三角波載波是公用的，三相正弦調制波的相 位依次相差 120176。39。 case 4, sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u)。 = 1。 function sys=mdlDerivatives(t,x,u) sys = []。 end if ((mT/4)amp。 else sys=。 圖 53 逆變器框圖 陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書） 26 系統(tǒng)總框圖的 設計 將以上部分連接起來，并加入電機 組 成總框圖。 case 3, sys=mdlOutputs(t,x,u,fc)。 = 0。 ts = [0 0]。 Td=(n+)*T。 end function sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u) sampleTime = 1。(u(3)=t2) sys=1。 T=1/fc。 x0 = []。 end function [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes sizes = simsizes。 case 1, sys=mdlDerivatives(t,x,u)。 控制方式。 end y1=u(1)*cos(*u(2)*u(3))。 end if ((m=0)amp。 str = []。 = 0。 case 2, sys=mdlUpdate(t,x,u)。 tau rr ?sin?? ?Drc taT ?? sin12 ??? ? ? ?Drcc taTT ??? s i n142139。從圖 47 中可得到關 系式 （ 41） （ 42） 因此可得 （ 43） 在三角波的一個周期內，脈沖兩邊的間隙寬度 39。 自然采樣法是最基本的方法，所得到的 SPWM 波形很接近正弦波。 提高載波頻率可以使輸出波形更接近正弦波．但載波頻率的提高受到功率開關器件允許最高頻率的限制。調制信號半個周期內輸出的脈沖數(shù)是固定的，脈沖相位也是固定的。根據(jù)載波和信號波是否同步及載波比的變化情況， SPWM 變換器可以有異步調制和同步調制兩種控制方式。 (3) 輸出頻率和電壓都在逆變器內控制和調節(jié)，其響應的速度取決于電子控制回路，而與直流回路的濾波參數(shù)無關，所以調節(jié)速度快，并且可使調節(jié)過程中頻率和電壓相配合，以獲得好的動態(tài)性能。這個延遲時間將會給輸出的 SPWM 波形帶來影響