【正文】 逆 變 器 供 應(yīng) 的 三 相 籠 形 異 步電 動 機(jī) ， 定 子 電 壓 是 不 連 續(xù) 的 ， 而 轉(zhuǎn) 子 電 壓 是 零 ， 因 而 應(yīng) 當(dāng) 選 用 定 子 坐 標(biāo) 系 。 如 果 轉(zhuǎn) 子 電 壓 是 是 不 連 續(xù) 的 ， 或 者 是 不 平 衡 的 ， 而 定 子電 壓 是 平 衡 的 ， 應(yīng) 當(dāng) 選 擇 轉(zhuǎn) 子 坐 標(biāo) 系 。 參 照 坐 標(biāo) 系 俄 不 同 ， 會 影 響 仿 真 的 速 度 ，在 一 定 的 情 況 下 還 會 影 響 仿 真 的 速 度 ， 在 一 定 的 情 況 下 還 會 影 響 仿 真 的 精 度 。(2) Reference Frame。 選 擇 電 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 子 類 型 ， 三 相 異 步 電 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 子 有 繞 線 轉(zhuǎn) 子 和籠 形 轉(zhuǎn) 子 兩 種 ， 可 以 在 這 一 項 里 選 擇 。 這 里 從 應(yīng) 用 的 角 度 介 紹 電 機(jī) 模 塊 的 參 數(shù) 設(shè) 置 。三 相 異 步 電 動 機(jī) 是 一 種 機(jī) 械 電 氣 一 體 化 的 系 統(tǒng) ， 其 仿 真 數(shù) 學(xué) 模 型 的 電 氣 部 分一 般 可 由 4 階 狀 態(tài) 方 程 描 述 ， 機(jī) 械 部 分 可 由 2 階 段 狀 態(tài) 方 程 描 述 。逆 變 器 中 的 直 流 母 線 電 壓 可 以 通 過 調(diào) 入 直 流 電 壓 源 模 塊 來 設(shè) 置 。 第 (5)項 設(shè) 置 開 關(guān) 管 的 開 關(guān) 時 間 。 對 于 IGBT 構(gòu) 成 的 逆 變 器 電 路 ，一 般 不 需 要 緩 沖 電 路 ， 因 此 應(yīng) 當(dāng) 把 Cs 值 設(shè) 置 為 MATLAB 中 的 機(jī) 器 零 eps。 作 為 特 殊 情 況 ， 如 果 把 Cs 值 設(shè) 置 為 無 限 大 inf， 就 相 當(dāng)于 短 路 ， 緩 沖 電 路 為 純 電 阻 電 路 。 如 果 將 ABC 作 為 輸 入 端 ，就 成 為 整 流 器 。南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）30在 第 (1)項 中 設(shè) 置 逆 變 器 中 開 關(guān) 元 件 的 類 型 ， 在 這 里 設(shè) 置 為IGBT/Diodes， 開 關(guān) 器 件 是 IGBT， Diodes 是 續(xù) 流 元 件 。(4) Ron=le – 3 。(2) Port configuration=ABC as output terminals。 如 果 需 要 研 究 其 他 的 PWM 算 法 ，需 要 自 己 另 外 構(gòu) 造 相 應(yīng) 的 模 塊 。圖 52 SimPowerSystems 中 的 Discrete PWM 模 塊 的 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 。 只 有 當(dāng) 選 擇 了 Internal generation of modulating signal， 才需 要 選 擇 這 項 。(5) Frequency of output voltage 。 選 擇 調(diào) 制 比 m， 用 來 控 制 輸 出 的電 壓 基 波 信 號 的 幅 值 。 該 系 統(tǒng) 中 調(diào) 制 信 號 由 外 部 產(chǎn)生 ， 不 需 選 擇 這 項 。(3) Internal generator of modulating signal。 選 擇 三 角 載 波 信 號 的 頻 率 。 該 仿 真 系 統(tǒng) 中 選 擇 6 路 脈沖 。 指 明 產(chǎn) 生 的 脈 沖 的 路 數(shù) ， 這 主 要 取 決 于 控 制 的 逆 變器 的 類 型 ， 單 項 T 型 電 路 包 含 一 個 橋 臂 ， 相 應(yīng) 地 需 要 PWM Generator 模 塊 產(chǎn)生 兩 路 脈 沖 ； 單 相 H 型 電 路 包 含 兩 個 橋 臂 ， 相 應(yīng) 地 需 要 產(chǎn) 生 4 路 脈 沖 ； 三 相逆 變 器 包 含 三 個 橋 臂 ， 相 應(yīng) 地 需 要 產(chǎn) 生 6 路 脈 沖 。觀測仿真結(jié)果：在模型仿真計算完畢后重要的是觀測仿真的結(jié)果，在SIMULINK 中最常用的觀測儀器是示波器(Scope)，這時只要雙擊該示波器模塊就可以打開示波器觀察到以波形表示的仿真結(jié)果。對話框中有 Solver、Workspace I/O Diagnostics、Advanced 和 RealTime Workshop5 大項內(nèi)容，其中最常需設(shè)置的是解算器“Solver” 。設(shè)置仿真參數(shù)可點擊 SIMULINK 窗口的菜單上的 Simulation，在下拉的子菜單中點擊 Simulation Parameters 命令或用鍵盤中的 Ctrl+E 鍵。這時,用鼠標(biāo)雙擊模塊圖標(biāo),彈出模塊參數(shù)對話框,并在對話框中輸入模塊參數(shù),輸入完成后點擊 OK 按鈕,對話框自動關(guān)閉,該模塊的參數(shù)設(shè)置完成。此 過 程 要 首 先 打 開 SIMULINK 窗 口 和 瀏 覽 器 ， 將 需 要 的 典 型 環(huán) 節(jié) 模 塊 (如 表 51 所 示 )提 取 到 仿 真 平 臺 上 ,然 后 將 平 臺 上 的 模 塊 一 一 連 接 ,形 成 仿 真 的 系 統(tǒng) 框圖 如 圖 55 所 示 。圖 55 轉(zhuǎn) 速 開 環(huán) 變 頻 調(diào) 速 系 統(tǒng) 的 仿 真 模 型圖 中 逆 變 器 、 電 動 機(jī) 、 SPWM 生 成 等 主 要 模 塊 提 取 路 徑 見 表 51。 通 過 檢 測 變 頻器 輸 出 電 流 ， 進(jìn) 行 過 流 、 過 載 計 算 ， 當(dāng) 判 斷 為 過 流 、 過 載 后 ， 發(fā) 出 促 發(fā) 脈 沖 封鎖 觸 發(fā) 器 ， 停 止 變 頻 器 運 行 ， 確 保 變 頻 器 和 電 動 機(jī) 的 安 全 。 圖 中 ， 整 流 橋UR 是 由 二 極 管 組 成 的 三 相 橋 式 不 控 整 流 電 路 ， 逆 變 橋 UI 是 由 IGBT 組 成 的 三相 橋 式 電 路 。南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）25圖 56 轉(zhuǎn) 差 補(bǔ) 償 圖 解 SPWM 生 成SPWM 生 成 環(huán) 節(jié) 與 光 耦 驅(qū) 動 電 路 框 圖 如 圖 57 所 示 。 當(dāng) 負(fù) 載 由 TL1 增 大 到 TL2 時 ， 電 動 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 由 n1 降 到 n2， 轉(zhuǎn) 差 由 △ n1 增加 到△ n2， 其 差 值 為 △ n2 △ n1 =△ n。 I*R 補(bǔ) 償 環(huán) 節(jié)在 低 頻 時 ， 為 了 保 證 磁 通 恒 定 ， 變 頻 器 引 入 了 I*R 補(bǔ) 償 環(huán) 節(jié) ， 根 據(jù) 負(fù)載 性 質(zhì) 及 負(fù) 載 電 流 值 適 當(dāng) 提 高 Usg， 修 正 Us/fs=C 特 性 曲 線 ,達(dá) 到 使Us/fs=C。 為 了 避 免 這 一 現(xiàn) 象的 發(fā) 生 ， 當(dāng) IsfIsmax*時 ， 通 過 降 低 變 頻 器 輸 出 電 壓 的 方 法 ， 來 減 小 變 頻 器 輸出 電 流 。 電 流 限 制 調(diào) 節(jié) 器 由 于 本 系 統(tǒng) 沒 有 電 流 閉 環(huán) 控 制 ， 不 能 直 接 控 制 變 頻 器 輸 出電 流 。(2) 當(dāng) 變 頻 器 高 于 基 頻 工 作 時 ， 采 用 恒 功 率 控 制 ， 這 就 要 保 證 變 頻 器 輸 出電 壓 不 能 高 于 電 動 機(jī) 的 額 定 輸 入 電 壓 ， 可 通 過 Us/fs=C 函 數(shù) 發(fā) 生 器 的 輸 出限 幅 來 保 證 。 函 數(shù) 發(fā) 生 器 就 是 根 據(jù) 給 定積 分 器 輸 出 的 頻 率 信 號 ， 產(chǎn) 生 一 個 對 應(yīng) 于 定 子 電 壓 的 給 定 信 號 ， 以 實 現(xiàn) 電 壓 、頻 率 的 協(xié) 調(diào) 控 制 。 函 數(shù) 發(fā) 生 器 （ U/f 特 性 ） 設(shè) 置 目 的 ： 實 現(xiàn) Us/fs=C 的 控 制 方 式 。 SPWM 和 驅(qū) 動 環(huán) 節(jié) 將 根 據(jù) 頻 率 和 電 壓 要 求 產(chǎn) 生 按 正 弦 脈 寬 調(diào) 制 的驅(qū) 動 信 號 ， 控 制 逆 變 器 以 實 現(xiàn) 電 動 機(jī) 的 變 壓 變 頻 調(diào) 速 。 其 中 升 降 速 時 間 設(shè) 定 用 來 限 制 電 動 機(jī) 的 升 頻 速 度 ， 避 免 轉(zhuǎn) 速上 升 過 快 而 造 成 電 流 和 轉(zhuǎn) 矩 的 沖 突 擊 ， 起 軟 起 動 控 制 的 作 用 。 為了 使 電 動 機(jī) 在 低 頻 低 速 時 仍 有 較 大 的 轉(zhuǎn) 矩 ， 需 要 進(jìn) 行 低 頻 電 壓 補(bǔ) 償 ， 在 低 頻 時適 當(dāng) 提 高 定 子 電 壓 ， 使 電 動 機(jī) 仍 有 較 大 的 轉(zhuǎn) 矩 。 采 用 恒壓 頻 比 控 制 ， 在 基 頻 以 下 的 調(diào) 速 過 程 中 可 以 保 持 電 動 機(jī) 氣 隙 磁 通 基 本 恒 定 ， 在形 同 轉(zhuǎn) 矩 條 件 下 電 動 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 差 率 基 本 不 變 ， 所 以 電 動 機(jī) 有 較 硬 的 機(jī) 械 特 性 ， 使電 動 機(jī) 有 較 好 的 調(diào) 速 性 能 。南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）21圖 53 給 定 積 分 GI 分 支 模 塊利 用 該 交 流 電 動 機(jī) 軟 起 動 模 型 對 電 動 機(jī) 空 載 起 動 過 程 進(jìn) 行 仿 真 ， 并 與 電 動機(jī) 全 壓 直 接 起 動 相 比 較 ， 如 圖 54 所 示 可 以 看 到 ， 采 用 軟 起 動 方 式 ， 電 動 機(jī) 的起 動 電 流 顯 著 減 小 ， 而 全 壓 起 動 的 起 動 時 間 短 ， 軟 起 動 達(dá) 到 額 定 轉(zhuǎn) 速 的 時 間 要長 ， 但 是 起 動 過 程 更 平 穩(wěn) 。 限 幅 器(Saturaction)用 于 設(shè) 定 時 間 常 數(shù) ， 調(diào) 節(jié) 限 幅 器 的 上 下 限 可 以 調(diào) 節(jié) 給 定 積 分 器 輸出 曲 線 的 上 升 斜 率 。 給 定 積分 GI 分 支 模 塊 的 構(gòu) 成 如 圖 53 所 示 。 模 型 的 控 制 部 分 由Step、 GI 和 Fen 三 個 模 塊 組 成 。 通 過 仿 真 可 以 研 究 軟 起 動 器 的 控 制曲 線 、 電 流 限 制 效 果 和 電 動 機(jī) 轉(zhuǎn) 矩 的 情 況 。南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）20軟 起 動 電 路 由 三 相 晶 閘 管 調(diào) 壓 電 路 和 軟 起 動 控 制 器 (給 定 積 分 器 )， 觸 發(fā)器 等 組 成 ， 起 動 時 通 過 控 制 器 使 晶 閘 管 控 制 角 從 大 到 小 變 化 ， 而 電 動 機(jī) 電 壓 從小 到 大 逐 次 上 升 。 傳 統(tǒng) 的 減 壓 起動 方 法 有 星 三 角 換 接 起 動 和 自 耦 變 壓 器 降 壓 起 動 等 。 轉(zhuǎn) 速 開 環(huán) 恒 壓 頻 比 控 制 的 交 流 異 步 電 動 機(jī) 調(diào) 速 系 統(tǒng) 仿 真 設(shè) 計 交 流 電 動 機(jī) 減 壓 軟 啟 動 設(shè) 計 在 有 限 容 量 的 供 電 系 統(tǒng) 中 較 大 容 量 的 交 流 電 動 機(jī) 起 動 時 ， 由 于 起 動 電 流過 大 ， 會 引 起 電 網(wǎng) 電 壓 突 然 下 降 (瞬 時 電 壓 動 態(tài) 降 落 )， 而 影 響 其 他 用 電 設(shè) 備 的正 常 工 作 。在 圖 51 中 ， 包 括 了 三 相 異 步 電 動 機(jī) 的 模 型 Motor、 脈 寬 調(diào) 制 控 制 電 路 的模 型 PWM Generator、 逆 變 器 的 模 型 IGBT Inverter、 電 動 機(jī) 的 控 制 變 量 的 測 量輸 出 裝 置 Demux。 但正 弦 調(diào) 制 波 最 大 幅 值 必 須 小 于 三 角 波 的 幅 值 ， 否 則 輸 出 電 壓 的 大 小 和 頻 率 就 將失 去 所 要 求 的 配 合 關(guān) 系 。 當(dāng) 改 變 調(diào) 制 電 壓 的 幅 值 時 ， 脈 寬 隨 之 改 變 ， 即可 改 變 輸 出 電 壓 的 大 小 。 SPWM 逆 變 器 輸 出 基 波 電 壓 的 大 小 和 頻 率 均 由 調(diào)制 電 壓 來 控 制 。若有同一橋臂上下兩個開關(guān)交替地導(dǎo)通與關(guān)斷，則輸出脈沖在“+”和 “－ ”之間變化，這樣得到雙極式的 SPWM 波形。圖 44 是 用 規(guī) 則 采 樣 控 制 仿 真 模 塊 仿 真 得 出 的 SPWM 信 號 波 形 圖 。 采 樣脈 沖 的 總 個 數(shù) 與 常 數(shù) 相 加 ， 可 以 保 證 在 每 個 采 樣 周 期 的 中 點 進(jìn) 行 采 樣 。 規(guī) 則 采 樣 SPWM 控 制 算 法 的 仿 真 研 究 ： 這 里 用 MATLAB 來 仿 真 實 用的 規(guī) 則 采 樣 SPWM 控 制 算 法 ， 由 于 在 SimPowerSystem 中 沒 有 相 應(yīng) 的 PWM 仿真 模 塊 ， 所 以 要 自 行 建 立 規(guī) 則 采 樣 SPWM 控 制 仿 真 模 塊 ， 圖 43 是 模 塊 的 結(jié)構(gòu) 。T c= t1+ t2+ t3南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）15圖 42 生 成 SPWM 波 形 的 自 然 采 樣 法 若 以 單 位 量 1 表 示 三 角 載 波 的 幅 值 Ulm，則正弦調(diào)制波的幅值就是調(diào)制M，正弦波可寫作 uM=M sin 1t （41 ）?式 中 ， 1 是調(diào)制波頻率，即逆變器輸出頻率。 t1 和 t3 是間歇時間。 交 點 A 是 發(fā) 生 脈 沖 的 時刻 ， B 點 是 結(jié) 束 脈 沖 的 時 刻 。 下面 介 紹 兩 種 常 用 SPWM 波 形 的 軟 件 生 成 方 法 ： 自 然 采 樣 法自 然 采 樣 法 以正弦波為調(diào)制 波, 等腰三角波為載波 進(jìn)行比較,按 照 它 們 的 交 點進(jìn) 行 脈 沖 寬 度 與 間歇 時 間 的 采 樣 ， 在兩個波形的自