【正文】 .............................................................................................. 18 關(guān)于 SPWM 的開關(guān)頻率 ................................................................................. 19 同步調(diào)制和異步調(diào)制 ................................................................................................ 19 IV 異步調(diào)制 .......................................................................................................... 19 同步調(diào)制 .......................................................................................................... 19 分段同步調(diào)制 .................................................................................................. 20 SPWM 波形的生成 .................................................................................................... 20 自然采樣法 ...................................................................................................... 20 規(guī)則采樣法 ...................................................................................................... 21 5 異步電動(dòng)機(jī) SPWM 變頻調(diào)速仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ................................................................ 23 自然采樣法系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ............................................................................................. 23 三角波的生成 .................................................................................................. 23 自然采樣法 SPWM 脈沖的生成 ................................................................... 25 直流電源 .......................................................................................................... 25 逆變器的設(shè)計(jì) .................................................................................................. 25 系統(tǒng)總框圖的設(shè)計(jì) .......................................................................................... 26 規(guī)則采樣法系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ............................................................................................ 26 規(guī)則采樣法脈沖的生成 .................................................................................. 26 規(guī)則采樣法系統(tǒng)總框圖的設(shè)計(jì) ...................................................................... 28 仿真分析 ..................................................................................................................... 28 額定轉(zhuǎn)速（ 50HZ）的波形 ............................................................................. 29 性能對比分析 .................................................................................................. 30 致 謝 ........................................................................................................................................ 36 參 考 文 獻(xiàn) ............................................................................................................................ 37 異步電動(dòng)機(jī)ＳＰＷＭ變頻調(diào)速原理與仿真分析 1 1 緒論 交流調(diào)速 系 統(tǒng)的發(fā)展 [1] 直流電氣傳動(dòng)和交流電 氣傳動(dòng)在 19 世紀(jì)先后誕生。 交流調(diào)速系統(tǒng)的基本類型 交流 電動(dòng)機(jī)有異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)兩大類，每類電動(dòng)機(jī)又有不同類型的調(diào)速方法。串入的電阻越大，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越低。 （ 1） 轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng) 這種類型的全部轉(zhuǎn)差功率 都轉(zhuǎn)換成熱能消耗在轉(zhuǎn)子回路中，上述的第①、②、③三種調(diào)速方法都屬于這一類。 Simulink 具有適用性廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號處理等復(fù)雜系統(tǒng)的方針和設(shè)計(jì)。 (5) 輸出仿真結(jié)果。 （ 3） 采用非圖形化的方法實(shí)現(xiàn)一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 8 表 21 S函數(shù)例程 S函數(shù)仿真例程仿真階段 S函數(shù)仿真階段 mdlGetTimeofNextVarHit 計(jì)算下一個(gè)采樣點(diǎn) mdlInitialization 初始化 mdlUpdate 更新離散狀態(tài) mdlOutput 計(jì)算輸出 mdlTerminate 結(jié)束仿真 mdlDerivatives 計(jì)算導(dǎo)數(shù) S函數(shù)仿真例程仿真階段 mdlInitialization 初始化 mdlGetTimeofNextVarHit 計(jì)算下一個(gè)采樣點(diǎn) mdlOutput 計(jì)算輸出 mdlUpdate 更新離散狀態(tài) mdlDerivatives 計(jì)算導(dǎo)數(shù) （ 2） 直接饋通（ Direct feedthrough）直接饋通意味著輸出或可變采樣時(shí)間與輸入直接相 關(guān)。這是通過 mdlUpdate例程完成的，并將結(jié)果返回供求解器在下一步時(shí)使用。 M文件 S函數(shù)和 前面 所介紹的 S函數(shù)仿真流程是一致的。 由式（ 31）可知，只要控制好 gE 和 1f 便可達(dá)到控制磁通 m? 的目的，對 此，需要考慮基頻（額定頻率）以下和基頻以上兩種情況。21239。頻率很低時(shí) ， maxeT 太小將限制電機(jī)的帶載能力，采用定子壓降補(bǔ)償，適當(dāng)?shù)靥岣唠妷?sU ，可以增強(qiáng)帶載能力，見 下 圖 。如圖 44 所示。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 18 圖 45 三相橋式 PWM逆變器 圖 46 三相 PWM波形 SPWM 的優(yōu)點(diǎn) (1)在一個(gè)可控功率級內(nèi)調(diào)頻、調(diào)壓，簡化了主電路和控制電路的結(jié)構(gòu)，使裝置的體積異步電動(dòng)機(jī)ＳＰＷＭ變頻調(diào)速原理與仿真分析 19 小、重量輕、造價(jià)低。因此，在采用異步調(diào)制方式時(shí)的高頻段，希望盡量提高載波頻率。這種生成 SPWM 波的方法稱作自然采樣法。V? 和 39。,num2str(flag)])。 % 周期 m=rem(u(3),T)。 自然采樣法 SPWM 脈沖的生成 圖 51 自然采樣法形成 SPWM 脈沖框圖 直流電源 直流電源由下式求得 UUd ? （ 51） 式中 dU 為直流輸出電壓， 2U 為交流電壓有效值。Unhandled flag = 39。 if a=1 a=1。 function sys=mdlTerminate(t,x,u) sys = []。 function sys=mdlUpdate(t,x,u) sys = []。 % Terminate % case 9, sys=mdlTerminate(t,x,u)。 % Example, set the next hit to be one second later. 異步電動(dòng)機(jī)ＳＰＷＭ變頻調(diào)速原理與仿真分析 25 sys = t + sampleTime。 % end mdlUpdate function sys=mdlOutputs(t,x,u,A,freq) k=4*A*freq。 otherwise error([39。設(shè)在同一三角波周期內(nèi)三相的脈沖寬度分別為 U? 、 V? 和 W? ，脈沖兩邊的間隙寬度分別為 39。目前 SPWM 的產(chǎn)生和控制可以用微機(jī)來完成，這里主要介紹幾種用軟件產(chǎn)生SPWM 波形的基本算法。當(dāng)調(diào)制信號頻率增高時(shí)，載波比 m 就減小，半周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，輸出脈沖的不對稱性影響就變大，還會出現(xiàn)脈沖的跳動(dòng)。 (2)任一瞬間有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通。如圖 43所示。而且頻率越低時(shí)最 大轉(zhuǎn)矩值越小 。 圖 33 恒壓恒頻時(shí)異步電機(jī)的機(jī)械特性 由式（ 34）機(jī)械特性方程式可以看出，對于同一組轉(zhuǎn)矩 eT 和轉(zhuǎn)速 n 的要求，電 壓sU 和頻率 1? 可以有多種配合， 不同配合下機(jī)械特性也是不一樣的，因此可以有不同方式 的電壓－頻率協(xié)調(diào)控制。如果磁通太弱，沒有充分利用電機(jī)的鐵心，是一種浪費(fèi)；如果過分增大磁通，又會使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會因繞組過熱而損壞電機(jī)。如果 S函數(shù)存在連續(xù)狀態(tài)，Simulink就在 minor step time內(nèi)調(diào)用 mdlDdrivatives和 mdlOutput兩個(gè) S函數(shù)例程。 （ 2） S函數(shù)中的離散狀態(tài)方程描述。 與 S函數(shù)相關(guān)的一些術(shù)語 （ 1） 仿真例程（ Routines） Simulink在仿真的特定階段調(diào)用對應(yīng)的 S函數(shù)功能模塊（函數(shù)），來完成不同的任務(wù)，如初始化、計(jì)算輸出、更新離散狀態(tài)、計(jì)算導(dǎo)數(shù)、結(jié)束仿真等，這些功能模塊（函數(shù)）稱為仿真例程或者回調(diào)函數(shù)（ call backfunctions）。簡單來說，用戶可以從如下的幾個(gè)角度來理解 S函數(shù)： （ 1） S函數(shù)為 Simulink的“系統(tǒng)”函數(shù)。 (3) 由控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型或結(jié)構(gòu)圖建立 Simulink 仿真模型。 Simulink 是 Simulation (仿真 ) 和 link（連接）的簡寫形式，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。 從能量轉(zhuǎn)換的角度上看，轉(zhuǎn)差功率是否增大，是消耗掉還是得到回收，是評價(jià)調(diào)速系統(tǒng)效率高低的標(biāo)志。 本方法適用于中、小功率，要求平滑動(dòng)、短時(shí)低速運(yùn)行的生產(chǎn)機(jī)械。 r/min ，否則其設(shè)計(jì)與制造就非常困難了。 通過對仿真結(jié)果的分析，對比自然采樣法和規(guī)則采樣法控制性能的差異，得出了規(guī)則采樣法 在 工程實(shí)際 中 應(yīng)用的可行性 。 許多工藝上需要調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械過去多采用就直流傳動(dòng)，鑒于交流電動(dòng)機(jī)比直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、工作可靠、維護(hù)方便、慣性小、效率高，如果改成交流傳動(dòng)，顯然能夠帶來不少的效益，于是一般按工藝要求需要調(diào)速的場合也應(yīng)該采用交流調(diào)速。電樞和后者沒有機(jī)械聯(lián)系，都能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。 （ 6） 變頻調(diào)速是改變電動(dòng)機(jī)定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。 在同步電機(jī)的變壓變頻調(diào)速方法中，從頻率控制的方式來看，可分為 他控變頻調(diào)速和 自控變頻調(diào)速 兩類。 Discrete