【正文】 WM 變換器中，使用最多的是三相橋式逆變器。 圖 42 畫出了一正弦波的正半波，并將其劃分為 k 等分 (圖中 k ＝ 7)。1???????????sperUsnTRs? ?239。 （ 37） 帶負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降落為 （ 38） 在式（ 65）所表示的機(jī)械特性近似直線段上，可以導(dǎo)出 （ 39） 由此可見(jiàn)，當(dāng) 1?sU 為恒值時(shí)，對(duì)于同一轉(zhuǎn)矩 Te ， s?1 是基本不變的，因而 ?n 也是基本不變的。239。21 ???????????? ??? （ 33） 定子電壓 sU 和電源角頻率 1? 恒定時(shí)，可以改寫成如下形式： （ 34） 當(dāng) s 很小時(shí)，可忽略上式分母中含 s 各項(xiàng)，則 （ 35） 也就是說(shuō)，當(dāng) s 很小時(shí)，轉(zhuǎn)矩近似與 s 成正比，機(jī)械特性是一段直線，見(jiàn)圖 33。 然而，繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是難以直接控制的，當(dāng)電動(dòng)勢(shì)值較高時(shí)，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓 ，則得 (33) 這是恒壓頻比的控制方式 。 異步電動(dòng)機(jī)ＳＰＷＭ變頻調(diào)速原理與仿真分析 11 3 異步電 動(dòng) 機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng) [8] 概述 異步電機(jī)的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一般簡(jiǎn)稱為變頻調(diào)速系統(tǒng)。 圖 25給出了各仿真階段的標(biāo)志值、變量值及其對(duì)應(yīng)仿真例程。 （ 2） 計(jì)算下一個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)：只有在使用變步長(zhǎng)求解器進(jìn)行仿真時(shí)，才需要計(jì)算下一個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)，即計(jì)算下一步的仿真步長(zhǎng)。輸出值是狀態(tài)、輸入和時(shí)間的函數(shù)。它的以下幾個(gè)例程函數(shù)清楚地體現(xiàn)了狀態(tài)空間所描述的特性。 b） 系統(tǒng)是一個(gè)變采樣時(shí)間系統(tǒng)（ variable sampletimtiem seys=tem(n）180。創(chuàng)建 S函數(shù)源文件有多種方法，當(dāng)然用戶可以按照 S函數(shù)的語(yǔ)法格式自行書寫每一行代碼，但是這樣做容易出錯(cuò)且麻煩。 （ 5） 可以與已有的代碼相結(jié)合進(jìn)行仿真。用戶可以采用 MATLAB代碼，異步電動(dòng)機(jī)ＳＰＷＭ變頻調(diào)速原理與仿真分析 7 C， C++， FORTRAM或 Ada等語(yǔ)言編寫 S函數(shù)。 Simulink的模塊庫(kù)能夠?qū)ο到y(tǒng)模塊進(jìn)行有效的管理與組織，使用 Simulink模塊庫(kù)瀏覽器可以按照類型選擇合適的系統(tǒng)模塊、獲得系統(tǒng)模塊的簡(jiǎn)單描述以及查找系統(tǒng)模塊等，并且可以直接將模塊庫(kù)中的模塊拖動(dòng)或者拷貝到用戶的系統(tǒng)模型中以構(gòu) 建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型 。 單擊 Simulink 庫(kù)瀏覽左側(cè)子模塊庫(kù)標(biāo)題，在庫(kù)右側(cè)顯示該庫(kù)所有模塊。 Simulink 啟動(dòng) 啟動(dòng) MATLAB 軟件之后，可以通過(guò) 3 種方式打開 Simulink 工具箱。 自控變頻調(diào)速 利用轉(zhuǎn)子磁極位置的檢測(cè)信號(hào)來(lái)控制變壓變頻裝置換相，類似于直流電機(jī)中電刷和換向器的作用，因此有時(shí)又稱作無(wú)換向器電機(jī)調(diào)速，或無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速?？墒沁@類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備成本最低，所以還有一定的應(yīng)用價(jià)值 。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設(shè)備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可分成交流－直流－交流變頻器和交流－交流變頻器兩大類，目前國(guó)內(nèi)大都使用交－直－交變頻器。屬有級(jí)調(diào)速，機(jī)械特性較軟。電樞與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子同軸聯(lián)接稱主動(dòng)部分，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)；磁極用聯(lián)軸節(jié)與負(fù)載軸對(duì)接稱從動(dòng)部分。 （ 1）調(diào)壓調(diào)速的 主要裝置是一個(gè)能提供電壓變化的電源，目前常用的調(diào)壓方式有串聯(lián)飽和電抗器、自耦變壓器以及晶閘管調(diào)壓等幾種。 （ 2） 高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng) 由于交流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 難以像直流電動(dòng)機(jī)那樣通過(guò)電樞電流施行靈活的控制，交流調(diào)速系統(tǒng)的性能在一段時(shí)期內(nèi)趕不 上直流調(diào)速系統(tǒng)。直到 20世紀(jì) 60、 70年代，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，采用電力電子變流器的交流傳動(dòng)系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)，特別是大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制的出現(xiàn)，使高性能交流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，交直流傳動(dòng)按調(diào)速性能分工的格局終于被打破了。 該模型 主要利用 S函數(shù)模擬自然采樣法和規(guī)則采樣法的控制規(guī)則并應(yīng)用電力系統(tǒng)工具箱構(gòu)建逆變橋和電機(jī)， 能夠比較好的模擬真實(shí)的系統(tǒng) 并 實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的功能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在 2022 年的世界可調(diào)電氣傳動(dòng)產(chǎn)品中，交流傳動(dòng)已占 2/3 以上。 （ 3） 特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速 直流電動(dòng)機(jī)的換向能力限制了它容量轉(zhuǎn)速積不超過(guò) 106 kW 調(diào)壓調(diào)速一般適用于 100KW 以下的生產(chǎn)機(jī)械。電磁 調(diào)速電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特點(diǎn)： 裝置結(jié)構(gòu)及控制線路簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維修方便； 調(diào)速平滑、無(wú)級(jí)調(diào)速； 對(duì)電網(wǎng)無(wú)諧影響； 速度失大、效率低。 （ 5） 串級(jí)調(diào)速是指繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串入可調(diào)節(jié)的附加電勢(shì)來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差，達(dá)到調(diào)速的目的。 按照交流異步電機(jī)的原理，從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率 mP 可分成兩部分：一部分是拖動(dòng)負(fù)載的有效功率，稱作機(jī)械功率 （ mmech PsP )1( ?? ） ；另一部分是傳輸給轉(zhuǎn)子電路的轉(zhuǎn)差功率，與轉(zhuǎn)差率 s 成正比 ( ss sPP? )。 （ 3） 轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng) 在這類系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)差功率只有轉(zhuǎn)子銅損，而且無(wú)論轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn) 差功率基本不變，因此效率更高，上述的第⑤、⑥兩種調(diào)速方法屬于此類。至 2022 年 3 月 1日， Math Works 公司 已推出最新版本的 MATLAB R2022a ，同時(shí)還推出了最新版本的 Simulink 。 （ 3） 單擊 MATLAB 主窗口 工具欄中的 工具。 (2) 建立空白模型窗口。它們分別為：常用模塊庫(kù)、連續(xù)系統(tǒng)模塊庫(kù)、非連續(xù)系統(tǒng)模塊庫(kù)、離散系統(tǒng)模塊庫(kù)、邏輯與位操作模塊庫(kù)、表格查詢模塊庫(kù)、數(shù)學(xué)操作模塊庫(kù)、端口與子系統(tǒng)模塊庫(kù)、信號(hào)屬性操作模塊庫(kù)、信號(hào)路由模塊庫(kù)、接收模塊庫(kù)、信號(hào)源模塊庫(kù)、用戶自定義模塊庫(kù)附加數(shù)據(jù)及離散系統(tǒng)模塊庫(kù)等 [16]。例如，MATLAB語(yǔ)言編寫的 S函數(shù)可以充分利用 MATLAB所提供的豐富資源，方便地調(diào)用各種工具箱函數(shù)和圖形函數(shù)；使用 C語(yǔ)言編寫的 S函數(shù)則可以實(shí)現(xiàn)對(duì)操作系統(tǒng)的訪問(wèn)，如實(shí)現(xiàn)與其它進(jìn)程的通信和同步等。 M文件 S函數(shù)可以擴(kuò)展圖形能力， C MEX S函數(shù)可以提供與操作系統(tǒng)的接口。 （ 3） 在 Simulink模型框圖中按照定義好的功能連接輸入輸出端口。對(duì)于連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)采樣時(shí)間和偏移量的值應(yīng)該設(shè)置為零。在 S函數(shù)中，狀態(tài)的一階導(dǎo)數(shù)是在 mdlDerivatives例程中計(jì)算的，并將結(jié)果返回供求解器積分。 （ 1） 初始化：在仿真開始前， Simulink在這個(gè)階段初始化 S函數(shù)。 （ 5） 數(shù)值積分：用于連續(xù)狀態(tài)的求解和非采樣過(guò)零點(diǎn)。這個(gè)文件包含了一個(gè)完整的 M文件 S函數(shù)，它包含 1個(gè)主函數(shù)和 6個(gè)子函數(shù)。 變壓變頻調(diào)速的基本控制方式 在進(jìn)行電機(jī)調(diào)速時(shí)，常須考慮的一個(gè)重要因素是：希望保持電機(jī)中每極磁通量 m? 為額 定值不變。 常值?1fUs常值?1fEgmNsg skNfE ?? gs EU ?陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書） 12 圖 31 恒壓頻比控制特性 基頻以上調(diào)速 在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率應(yīng)該從向上升高，但定子電壓 sU 卻不可能超過(guò)額定電壓sNU ，最多只能保持 sNs UU ? ，這將迫使磁通與頻率成反比地降低，相當(dāng)于直流電機(jī)弱磁升速的情況。 當(dāng) s 為以上兩段的中間數(shù)值時(shí)，機(jī)械特性從直線段逐漸過(guò)渡到雙曲線段，如圖 33所示。212239。 所不同的是，當(dāng)轉(zhuǎn)矩增大到最大值以后，轉(zhuǎn)速再降低，特性就折回來(lái)了。 圖 41 給出了幾種典型的形狀不同而沖量相同的窄脈沖。 像這種在 ru 的的半個(gè)周期內(nèi)三角 波載波只在正極性或負(fù)極性一種極性范圍內(nèi)變化，所得到 的 PWM 波形也只在單個(gè)極性范圍內(nèi)變化的控制方式叫做單極性 PWM 控制方式。的正弦波作為調(diào)制信號(hào)，以獲得三相對(duì)稱輸出。同一相上下兩臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的角度差 120176。因此， SPWM 的開關(guān)頻率愈高，諧波含量愈少。 當(dāng)調(diào)制信號(hào)頻率較低時(shí)，載波比 m較大，半周期內(nèi)的脈沖數(shù)較多，正負(fù)半周期脈沖不對(duì)稱和半周期內(nèi)前后 1/4 周 期脈沖不對(duì)稱的影響都較小，輸出波形接近正弦波。這種頻率較低的諧波通常不易濾除，如果負(fù)載為電動(dòng)機(jī)，就會(huì)產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲。但這種模擬電路的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)精確的控制。 異步電動(dòng)機(jī)ＳＰＷＭ變頻調(diào)速原理與仿真分析 21 圖 47 自然采樣法 圖 48 規(guī)則采樣法 規(guī)則采樣法 規(guī)則采樣法是一種應(yīng)用較廣的工程實(shí)用方法，它的效果接近自然采樣法，但計(jì)算量卻比自然采樣法小得多。 。39。 case 9, sys=mdlTerminate(t,x,u)。 = 3。 function sys=mdlUpdate(t,x,u) sys = []。(m=T/2)) y = k*(mT/2)。 end function sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u) sampleTime = 1。 系統(tǒng)的總框圖如下所示。 case 4, sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u)。 = 1。 function sys=mdlDerivatives(t,x,u) sys = []。 %Td 采樣點(diǎn) y=(a/)*cos(2*pi*fr*Td)。 % Example, set the next hit to be one second later. sys = t + sampleTime。 if (u(3)=t1)amp。 end fr=u(2)。 % at least one sample time is needed sys = simsizes(sizes)。,num2str(flag)])。 U相脈沖的 S函數(shù)如下： function [sys,x0,str,ts] = pulse2(t,x,u,flag,fc) switch flag, case 0, [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes。 逆變器的設(shè)計(jì) 逆變器采用 180176。(m=T)) y = k*(mT)。 % 取余 if u(1)=1 u(1)=1。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書） 24 x0 = []。 end % end sfuntmpl function [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes sizes = simsizes。 case 1, sys=mdlDerivatives(t,x,u)。W? ，由于在同一時(shí)刻三相正弦調(diào)制波的電壓值和為零，故 由式（ 43）得 （ 45） 同樣，由式（ 44）可得 （ 46） 利用式（ 45） 和 （ 46）可以簡(jiǎn)化生成 SPWM 波形式的計(jì)算 [1117]。 設(shè)正弦波調(diào)制信號(hào)為 式中， a稱為調(diào)制度， 10 ??a , r? 為正弦信號(hào)波角頻率。如圖 47 所示。各頻段的載波比應(yīng)該都取 3的整數(shù)倍且為奇數(shù)。 同步調(diào)制 在變頻時(shí)使載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)的載波比 m等于常數(shù)的調(diào)制方式稱為同步調(diào)制。 同步調(diào)制和異步調(diào)制 在 SPWM 變換器中，載波頻率與調(diào)制信號(hào)頻率之比稱為載波比。