【正文】 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。當(dāng)調(diào)制信號(hào)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(duì)稱性影響就變大，還會(huì)出現(xiàn)脈沖的跳動(dòng)。對(duì)于三相 SPWM 型變換器來說，三相輸出的對(duì)稱性也變差。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。 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。調(diào)制信號(hào)半個(gè)周期內(nèi)輸出的脈沖數(shù)是固定的，脈沖相位也是固定的。為了使一相的波形正、負(fù)半周鏡對(duì)稱，同時(shí)使三相輸出波形嚴(yán)格對(duì)稱， m 應(yīng)取載波比 m 為 3 的整數(shù)倍陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 20 的奇數(shù)。 當(dāng)變換器輸出頻率很低時(shí)，因?yàn)樵诎胫芷趦?nèi)輸出脈沖的數(shù)目是固定的，所以由 SPWM調(diào)制而產(chǎn)生的諧波頻率也相應(yīng)降低。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。因此，在采用同步調(diào)制方式時(shí)的低頻段，希望盡量提高載波比 [8]。 分段同步調(diào)制 為了克服上述缺 點(diǎn)，通常都采用分段同步調(diào)制的方法，即把變換器的輸出頻率范圍劃分成若干頻段，每個(gè)頻段內(nèi)都保持載波比 M 為恒定，在輸出頻率的高頻段采用較低的載波比，以使載波頻率不致過高。在輸出頻率的低頻段采用較高的載波比，以使載波頻率不致過低而對(duì)負(fù)載產(chǎn)生不利影響。各頻段的載波比應(yīng)該都取 3 的整數(shù)倍且為奇數(shù)。 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(guān)器件允許最高頻率的限制。 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(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(diǎn)。在交點(diǎn)時(shí)刻對(duì)功率開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，這樣就可得到 SPWM 波形。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。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。 自然采樣法 按照 SPWM 控制的基本原理，在正弦波和三角波的自然交點(diǎn)處控制功率開關(guān)器件的通斷。這種生成 SPWM 波的方法稱作自然采樣法。如圖 47所示。 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。但是， 求取開關(guān)時(shí)刻的方程式是超越方程，求解時(shí)需要花費(fèi)較多的計(jì)算時(shí)間 ，因而難以在實(shí)時(shí)控制中在線計(jì)算。 因而在工程實(shí)際上應(yīng)用不多 [8]。 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。 實(shí)際應(yīng)用較多的還是采用三角波作為載波的規(guī)則采樣法。在三角波的負(fù)峰時(shí)刻 Dt陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 22 對(duì)正弦調(diào)制波采樣而得到 D 點(diǎn)，過 D 點(diǎn)作一水平直線和三角波分別交于 A 點(diǎn)和 B 點(diǎn)，在 A 點(diǎn)的時(shí)刻 At 和 B 點(diǎn)的時(shí)刻 Bt 控制功率開關(guān)器件的通斷?？梢钥闯觯眠@種規(guī)則采樣法所得到的脈沖寬度和用自然采樣法所得到的脈沖寬度非常接近。 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。從圖 47 中可得到關(guān) 系式 （ 41） （ 42） 因此可得 （ 43） 在三角波的一個(gè)周期內(nèi)，脈沖兩邊的間隙寬度 39。? 為 （ 44） 對(duì)于三相橋式電路來說，應(yīng)該形成三相 SPWM 波形。通常三相的三角波載波是公用的，三相正弦調(diào)制波的相 位依次相差 120176。 。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。U? 、 39。V? 和 39。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）可以簡化生成 SPWM 波形式的計(jì)算 [1117]。 tau rr ?sin?? ?Drc taT ?? sin12 ??? ? ? ?Drcc taTT ??? s i n142139。 ????23 cWVU T??? ???4339。39。39。 cWVU T??? ???222sin1cDr Tta ?? ? ?異步電動(dòng)機(jī)ＳＰＷＭ變頻調(diào)速原理與仿真分析 23 5 異步電動(dòng)機(jī) SPWM 變頻調(diào)速仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 自然采樣法系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 三角波的生成 把 正弦調(diào)制波與三角波比較，從而得到 SPWM 脈沖。具體操作已經(jīng)在第 4章介紹。利用 S函數(shù) 、編寫的 A相脈沖生成 程序如下： function [sys,x0,str,ts] = anglewave(t,x,u,flag,A,freq) % A 載波峰值 freq 載波頻率 switch flag, case 0, [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes。 case 1, sys=mdlDerivatives(t,x,u)。 case 2, sys=mdlUpdate(t,x,u)。 case 3, sys=mdlOutputs(t,x,u,A,freq)。 case 4, sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u)。 case 9, sys=mdlTerminate(t,x,u)。 otherwise error([39。Unhandled flag = 39。,num2str(flag)])。 end % end sfuntmpl function [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes sizes = simsizes。 = 0。 = 0。 = 1。 = 3。 = 1。 = 1。 % at least one sample time is needed sys = simsizes(sizes)。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 24 x0 = []。 str = []。 ts = [0 0]。 function sys=mdlDerivatives(t,x,u) sys = []。 function sys=mdlUpdate(t,x,u) sys = []。 % end mdlUpdate function sys=mdlOutputs(t,x,u,A,freq) k=4*A*freq。 % 斜率 T=1/freq。 % 周期 m=rem(u(3),T)。 % 取余 if u(1)=1 u(1)=1。 end if ((m=0)amp。(m=T/4)) y = k*m。 end if ((mT/4)amp。(m=T/2)) y = k*(mT/2)。 end if ((mT/2)amp。(m=3*T/4)) y = k*(mT/2)。 end if ((m3*T/4)amp。(m=T)) y = k*(mT)。 end y1=u(1)*cos(*u(2)*u(3))。 % 修改此式生成 B、 C相脈沖 . if y1y sys=。 else sys=。 end function sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u) sampleTime = 1。 % 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。 function sys=mdlTerminate(t,x,u) sys = []。 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。 逆變器的設(shè)計(jì) 逆變器采用 180176。 控制方式?？驁D如下所示。 圖 53 逆變器框圖 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 26 系統(tǒng)總框圖的 設(shè)計(jì) 將以上部分連接起來，并加入電機(jī) 組 成總框圖。 系統(tǒng)的總框圖如下所示。 圖 54 自然采樣法系統(tǒng)總框圖 規(guī)則采樣法系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 此系統(tǒng)逆變電路和 直流電源 與自然采樣法完全相同，在這里不再贅述。 規(guī)則采樣法脈沖的生成 這部分也用 S函數(shù)實(shí)現(xiàn)。具體原理見第 4章。 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。 case 1, sys=mdlDerivatives(t,x,u)。 case 2, sys=mdlUpdate(t,x,u)。 case 3, sys=mdlOutputs(t,x,u,fc)。 case 4, sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u)。 % Terminate % case 9, sys=mdlTerminate(t,x,u)。 異步電動(dòng)機(jī)ＳＰＷＭ變頻調(diào)速原理與仿真分析 27 otherwise error([39。Unhandled flag = 39。,num2str(flag)])。 end function [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes sizes = simsizes。 = 0。 = 0。 = 1。 = 3。 = 1。 = 1。 % at least one sample time is needed sys = simsizes(sizes)。 x0 = []。 str = []。 ts = [0 0]。 function sys=mdlDerivatives(t,x,u) sys = []。 function sys=mdlUpdate(t,x,u) sys = []。 function sys=mdlOutputs(t,x,u,fc) %a/ 調(diào)制比 fr 調(diào)制波頻率 fc載波頻率 a=u(1)。 if a=1 a=1。 end fr=u(2)。 T=1/fc。 % T 載波周期 n=floor(u(3)/T)。 Td=(n+)*T。 %Td 采樣點(diǎn) y=(a/)*cos(2*pi*fr*Td)。 x=*T*(1+y)。 t1=(n+)*Tx。 t2=(n+)*T+x。 if (u(3)=t1)amp。(u(3)=t2) sys=1。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 28 else sys=1。 end function sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u) sampleTime = 1。 % Example, set the next hit to be one second later. sys = t + sampleTime。 function sys=mdlTerminate(t,x,u) sys = []。 % end mdlTerminate 生成三相 SPWM波的框圖如下 圖 55 三相 S