【正文】 圖 逆變器仿真模型調(diào)制深度 m 設(shè)為 1，輸出基波頻率設(shè)為 50Hz，載波頻率為基頻的 30 倍，即 1500Hz。（a）、（b）所示。（a）圖 模塊的外形封裝形式和屬性對話框（b）圖 模塊的外形封裝形式和屬性對話框在此只介紹所用到的幾個模塊。（b）所示，Amplitude為電壓輸入值。 4） 出 色 的 圖 形 處 理 功 能 ： MATLAB 自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來，并且可以對圖形進行標注和打印。包括 MATLAB 桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。當然，根據(jù)式 ，在逆變器供電的情況下，也就不可能真正產(chǎn)生定子磁鏈矢量的運動軌跡。于是，交流電AiBCiA?BC機定子電壓方程可以利用空間矢量簡潔地表示為 SsSIRdtU???（）其中， 表示定子電阻。從原理上講，三相 SPWM 脈沖的產(chǎn)生可以每相調(diào)制波單獨配備一個載波，也可以三相共用一個載波。脈沖寬度調(diào)制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)。 再 生 制 動 ， 電 壓 方 向 改 變 ， 毋 需 反 并 聯(lián) 二 極 管 。近年生產(chǎn)的交流傳動電力機車，網(wǎng)側(cè)采用了四象限脈寬調(diào)制整流器。三相異步電機結(jié)構(gòu)簡單，幾乎無需維修。同時還研制成功了第 4 代機車 C4000 型交流傳動機車。目前這些國家早已停止了用于本國的直流傳動和交直傳動電力機車的生產(chǎn)、中國電力機車發(fā)展概況中國電力機車在 40 多年的風雨中不斷發(fā)展進步，前后共經(jīng)歷了 3 個階段，開發(fā)了 4代產(chǎn)品。PWM 調(diào)制作為交流調(diào)速系統(tǒng)的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其設(shè)計的優(yōu)劣直接關(guān)系到系統(tǒng)的性能。電力機車也隨之由直流制機車發(fā)展到交流機車和多流制機車。產(chǎn)品 SS1 型成批生產(chǎn)，自主研制成功 SS2 型。具體電路可以是不可控整流橋、相控整橋流、四象限脈沖變流器。交—直—交牽引系統(tǒng)比其它牽引傳動系統(tǒng)具有良好的牽引和制動性能、良好的黏著利用和防空轉(zhuǎn)性能、電機功率大、質(zhì)量輕、體積小、功率因數(shù)高、諧波干擾小、操作簡便、維修工作少、易于標準化、通用化和模塊化等優(yōu)越性 課題研究的背景及意義電力機車的牽引系統(tǒng)可分為直流牽引傳動系統(tǒng)、交—直牽引傳動系統(tǒng)、交—直—交牽引傳動系統(tǒng)，過去，在具有調(diào)速的牽引傳動范圍內(nèi)大多采用直流傳動，這是由于直流牽引電動機的磁場電流和電樞電流可以單獨控制，起動調(diào)速性能和轉(zhuǎn)矩特性比較理想，并容易獲得良好的動態(tài)響應。較于其它機車成本較低。如圖 三相逆變器主電路所示圖 三相逆變器主電路 功率開關(guān)器件的選擇三相逆變器的開關(guān)器件采用 IGBT。（ 1） SPWM法 ： SPWM(Sinusoidal PWM)法 是 一 種 比 較 成 熟 的 ,目 前 使 用 較 廣 泛 的PWM法 .前 面 提 到 的 采 樣 控 制 理 論 中 的 一 個 重 要 結(jié) 論 :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 .SPWM法 就 是 以 該 結(jié) 論 為 理 論 基 礎(chǔ) ,用 脈 沖 寬度 按 正 弦 規(guī) 律 變 化 而 和 正 弦 波 等 效 的 PWM波 形 即 SPWM波 形 控 制 逆 變 電 路 中 開 關(guān) 器 件 的通 斷 ,使 其 輸 出 的 脈 沖 電 壓 的 面 積 與 所 希 望 輸 出 的 正 弦 波 在 相 應 區(qū) 間 內(nèi) 的 面 積 相 等 ,通 過 改 變 調(diào) 制 波 的 頻 率 和 幅 值 則 可 調(diào) 節(jié) 逆 變 電 路 輸 出 電 壓 的 頻 率 和 幅 值 .該 方 法 的 實現(xiàn) 有 以 下 幾 種 方 案 . 1） 等 面 積 法 ： 該 方 案 實 際 上 就 是 SPWM法 原 理 的 直 接 闡 釋 ,用 同 樣 數(shù) 量 的 等 幅 而不 等 寬 的 矩 形 脈 沖 序 列 代 替 正 弦 波 ,然 后 計 算 各 脈 沖 的 寬 度 和 間 隔 ,并 把 這 些 數(shù) 據(jù) 存于 微 機 中 ,通 過 查 表 的 方 式 生 成 PWM信 號 控 制 開 關(guān) 器 件 的 通 斷 ,以 達 到 預 期 的 目 的 .由于 此 方 法 是 以 SPWM控 制 的 基 本 原 理 為 出 發(fā) 點 ,可 以 準 確 地 計 算 出 各 開 關(guān) 器 件 的 通 斷 時刻 ,其 所 得 的 的 波 形 很 接 近 正 弦 波 ,但 其 存 在 計 算 繁 瑣 ,數(shù) 據(jù) 占 用 內(nèi) 存 大 ,不 能 實 時 控制 的 缺 點 . 2） 硬 件 調(diào) 制 法 ： 硬 件 調(diào) 制 法 是 為 解 決 等 面 積 法 計 算 繁 瑣 的 缺 點 而 提 出 的 ,其 原理 就 是 把 所 希 望 的 波 形 作 為 調(diào) 制 信 號 ,把 接 受 調(diào) 制 的 信 號 作 為 載 波 ,通 過 對 載 波 的 調(diào)制 得 到 所 期 望 的 PWM波 形 .通 常 采 用 等 腰 三 角 波 作 為 載 波 ,當 調(diào) 制 信 號 波 為 正 弦 波 時 ,所 得 到 的 就 是 SPWM波 形 .其 實 現(xiàn) 方 法 簡 單 ,可 以 用 模 擬 電 路 構(gòu) 成 三 角 波 載 波 和 正 弦 調(diào) 制波 發(fā) 生 電 路 ,用 比 較 器 來 確 定 它 們 的 交 點 ,在 交 點 時 刻 對 開 關(guān) 器 件 的 通 斷 進 行 控 制 ,就可 以 生 成 SPWM波 .但 是 ,這 種 模 擬 電 路 結(jié) 構(gòu) 復 雜 ,難 以 實 現(xiàn) 精 確 的 控 制 . 3） 軟 件 生 成 法 ： 由 于 微 機 技 術(shù) 的 發(fā) 展 使 得 用 軟 件 生 成 SPWM波 形 變 得 比 較 容 易 ,因 此 ,軟 件 生 成 法 也 就 應 運 而 生 .軟 件 生 成 法 其 實 就 是 用 軟 件 來 實 現(xiàn) 調(diào) 制 的 方 法 ,其 有兩 種 基 本 算 法 ,即 自 然 采 樣 法 和 規(guī) 則 采 樣 法 . 4） 自 然 采 樣 法 ： 以 正 弦 波 為 調(diào) 制 波 ,等 腰 三 角 波 為 載 波 進 行 比 較 ,在 兩 個 波 形 的自 然 交 點 時 刻 控 制 開 關(guān) 器 件 的 通 斷 ,這 就 是 自 然 采 樣 法 .其 優(yōu) 點 是 所 得 SPWM波 形 最 接近 正 弦 波 ,但 由 于 三 角 波 與 正 弦 波 交 點 有 任 意 性 ,脈 沖 中 心 在 一 個 周 期 內(nèi) 不 等 距 ,從 而脈 寬 表 達 式 是 一 個 超 越 方 程 ,計 算 繁 瑣 ,難 以 實 時 控 制 . 5） 規(guī) 則 采 樣 法 ： 規(guī) 則 采 樣 法 是 一 種 應 用 較 廣 的 工 程 實 用 方 法 ,一 般 采 用 三 角 波作 為 載 波 .其 原 理 就 是 用 三 角 波 對 正 弦 波 進 行 采 樣 得 到 階 梯 波 ,再 以 階 梯 波 與 三 角 波的 交 點 時 刻 控 制 開 關(guān) 器 件 的 通 斷 ,從 而 實 現(xiàn) SPWM法 .當 三 角 波 只 在 其 頂 點 (或 底 點 )位置 對 正 弦 波 進 行 采 樣 時 ,由 階 梯 波 與 三 角 波 的 交 點 所 確 定 的 脈 寬 ,在 一 個 載 波 周 期 (即采 樣 周 期 )內(nèi) 的 位 置 是 對 稱 的 ,這 種 方 法 稱 為 對 稱 規(guī) 則 采 樣 .當 三 角 波 既 在 其 頂 點 又 在底 點 時 刻 對 正 弦 波 進 行 采 樣 時 ,由 階 梯 波 與 三 角 波 的 交 點 所 確 定 的 脈 寬 ,在 一 個 載 波周 期 (此 時 為 采 樣 周 期 的 兩 倍 )內(nèi) 的 位 置 一 般 并 不 對 稱 ,這 種 方 法 稱 為 非 對 稱 規(guī) 則 采 樣 . 規(guī) 則 采 樣 法 是 對 自 然 采 樣 法 的 改 進 ,其 主 要 優(yōu) 點 就 是 是 計 算 簡 單 ,便 于 在 線 實 時運 算 ,其 中 非 對 稱 規(guī) 則 采 樣 法 因 階 數(shù) 多 而 更 接 近 正 弦 .其 缺 點 是 直 流 電 壓 利 用 率 較 低 ,線 性 控 制 范 圍 較 小 . 以 上 兩 種 方 法 均 只 適 用 于 同 步 調(diào) 制 方 式 中 . 6） 低 次 諧 波 消 去 法 ： 低 次 諧 波 消 去 法 是 以 消 去 PWM波 形 中 某 些 主 要 的 低 次 諧 波 為 目 的的 方 法 .其 原 理 是 對 輸 出 電 壓 波 形 按 傅 氏 級 數(shù) 展 開 ,表 示 為 ,首 先 確 定 基ttnau??si?波 分 量 a1的 值 ,再 令 兩 個 不 同 的 an=0,就 可 以 建 立 三 個 方 程 ,聯(lián) 立 求 解 得 a1,a2及 a3,這樣 就 可 以 消 去 兩 個 頻 率 的 諧 波 . 該 方 法 雖 然 可 以 很 好 地 消 除 所 指 定 的 低 次 諧 波 ,但 是 ,剩 余 未 消 去 的 較 低 次 諧 波的 幅 值 可 能 會 相 當 大 ,而 且 同 樣 存 在 計 算 復 雜 的 缺 點 .該 方 法 同 樣 只 適 用 于 同 步 調(diào) 制方 式 中 . 7） 梯 形 波 與 三 角 波 比 較 法 前 面 所 介 紹 的 各 種 方 法 主 要 是 以 輸 出 波 形 盡 量 接 近 正 弦波 為 目 的 ,從 而 忽 視 了 直 流 電 壓 的 利 用 率 ,如 SPWM法 ,其 直 流 電 壓 利 用 率 僅 為 %.因此 ,為 了 提 高 直 流 電 壓 利 用 率 ,提 出 了 一 種 新 的 方 法 梯 形 波 與 三 角 波 比 較 法 .該 方 法是 采 用 梯 形 波 作 為 調(diào) 制 信 號 ,三 角 波 為 載 波 ,且 使 兩 波 幅 值 相 等 ,以 兩 波 的 交 點 時 刻 控制 開 關(guān) 器 件 的 通 斷 實 現(xiàn) PWM控 制 . 由 于 當 梯 形 波 幅 值 和 三 角 波 幅 值 相 等 時 ,其 所 含 的 基 波 分 量 幅 值 已 超 過 了 三 角 波幅 值 ,從 而 可 以 有 效 地 提 高 直 流 電 壓 利 用 率 .但 由 于 梯 形 波 本 身 含 有 低 次 諧 波 ,所 以 輸出 波 形 中 含 有 5次 ,7次 等 低 次 諧 波 .（ 2） 空 間 電 壓 矢 量 控 制 PWM： 空 間 電 壓 矢 量 控 制 PWM(SVPWM)也 叫 磁 通 正 弦 PWM法 .它以 三 相 波 形 整 體 生 成 效 果 為 前 提 ,以 逼 近 電 機 氣 隙 的 理 想 圓 形 旋 轉(zhuǎn) 磁 場 軌 跡 為 目 的 ,用 逆 變 器 不 同 的 開 關(guān) 模 式 所 產(chǎn) 生 的 實 際 磁 通 去 逼 近 基 準 圓 磁 通 ,由 它 們 的 比 較 結(jié) 果 決定 逆 變 器 的 開 關(guān) ,形 成 PWM波 形 .此 法 從 電 動 機 的 角 度 出 發(fā) ,把 逆 變 器 和 電 機 看 作 一 個整 體 ,以 內(nèi) 切 多 邊 形 逼 近 圓 的 方 式 進 行 控 制 ,使 電 機 獲 得 幅 值 恒 定 的 圓 形 磁 場 (正 弦 磁通 ). 具 體 方 法 又 分 為 磁 通 開 環(huán) 式 和 磁 通 閉 環(huán) 式 .磁 通 開 環(huán) 法 用 兩 個 非 零 矢 量 和 一 個 零矢 量 合 成 一 個 等 效 的 電 壓 矢 量 ,若 采 樣 時 間 足 夠 小 ,可 合 成 任 意 電 壓 矢 量 .此 法 輸 出 電壓 比 正 弦 波 調(diào) 制 時 提 高 15%,諧 波 電 流 有 效 值 之 和 接 近 最 小 .磁 通 閉 環(huán) 式 引 入 磁 通 反饋 ,控 制 磁 通 的 大 小 和 變 化 的 速 度 .在 比 較 估 算 磁 通 和 給 定 磁 通 后 ,根 據(jù) 誤 差 決 定 產(chǎn) 生下 一 個 電 壓 矢 量 ,形 成 PWM 波 形 .這 種 方 法 克 服 了 磁 通 開 環(huán) 法 的 不 足 ,解 決 了 電 機 低 速時 ,定 子 電 阻 影 響 大 的 問 題 ,減 小 了 電 機 的 脈 動 和 噪 音 .但 由 于 未 引 入 轉(zhuǎn) 矩 的 調(diào) 節(jié) ,系統(tǒng) 性 能 沒 有 得 到 根 本 性 的 改 善 SPWM 的特點與原理由于本文采用的是電壓型逆變器故采用的 SPWM 調(diào)制方法是電壓 SPWM。圖 中線電壓 UV 即 U 相與 V 相之間的線電壓的波形。定子磁鏈空間矢量 的運動方向始1?s?終與定子電壓空間矢量 的方向相同。?圖 空間電壓矢量的分解與合成將 在 和 兩個方向上進行矢量分解，就可以得到 的兩個分矢量，分別標注xU12 xU為 和 通過簡單的推導可得1xU2 ????????sin32)6co(1XXU（）如果調(diào)制深度 M 定義為 2/dXU?（）那么式（）又可以寫為 ????????sin32)6co(1MUdX（）前面已經(jīng)講到， 實際上就是逆變器 6 個非零矢量的幅值，也就是 和 的幅d32 1U2值，因此式（）又可以寫成 ????????sin)6co(21MUdX（）將 按照式（）的計算結(jié)果分為 ， ， 共三部分，即t?1t20t