【正文】 異步電機控制仿真模型 將前面封裝好的電機模型、 3/2坐標變換及 2/3坐標變換模型搭建在一起可組成電機控制模型，如圖 ACM即為封裝后的電機模型， 3/2transform與 2/3transform分別是封裝后的 3/2坐標變換及 2/3坐標變換模型。 SIMULINK環(huán)境下電機的控制與實現(xiàn) 坐標變換數(shù)學(xué)模型 三相坐標系變換到兩相正交坐標系的變換及兩相坐標系變換到三相正交坐標系的變換分別為式（ 5）和（ 6）。轉(zhuǎn)矩方程 為（ 3）式 ： )3()( ???? ?? rsrsr mpe iiLLnT ?? 式中 eT 電磁轉(zhuǎn)矩； pn 磁極對數(shù)。 SIMULINK 環(huán)境下環(huán)境下三相異步電機模型的實現(xiàn) 數(shù)學(xué) 模型 異步電動機靜止兩相正交坐標系中的電壓方程 【 1， 2】 為（ 1）式： )1(00000000000000??????????????????????????????????????????????????????????????????????rdrqrrssrrssrrssrrssdtdiiiiRRRRuuuu???????????????????? 式中 ?su ， ?su ， ?ru ， ?ru ?? 坐標系定子和轉(zhuǎn)子相電壓的瞬時值； ?si ， ?si ， ?ri ， ?ri ??坐標系定子和轉(zhuǎn)子相電流的瞬時值； ??s ， ??s ， ??r ， ??r ?? 坐標系定子和轉(zhuǎn)子繞組的磁鏈； sR ， rR 定子和轉(zhuǎn)子繞組電阻； ? 電機轉(zhuǎn)速。 當三個 switch 管子出來的矩形波每兩個疊加，就可以得到脈沖寬度按正弦規(guī)律變化和正弦波等效的 SPWM 波形。switch 的參數(shù)設(shè)定為 u2=threshold,作用是當開關(guān)輸入端大于臨界值時，輸出第一個輸入端而來的信號（也就是接正電平端），否則，輸出第三個輸入端而來的信號（也就是接低電平端）。 % 仿真結(jié)束 24 本設(shè)計的逆變電路用 Switch 開關(guān)替換 IGBT全橋逆變電路，一個 Switch 開關(guān)代替兩個 IGBT 管子，在加上兩個 constant 模塊， 1 和 1 表示兩個高低電平，當前面調(diào)制波和載波疊加的信號通過Switch 開關(guān)時，信號的正負不同時，控制著開關(guān)的通斷。 % 采樣周期為 1秒 sys = t + sampleTime。 else sys=A。 elseif ((m=c)amp。 if ((m=0)amp。 %floor為向零取整 r=4*A*Freq。 %求三角波周期 m=rem(u,T)。 function sys=mdlUpdate(t,x,u) sys = []。 % initialize the array of sample times ts = [0 0]。 x0 = []。 = 1。 = 1。 = 0。 end function [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes sizes = simsizes。Unhandled flag = 39。 23 case 9, sys=mdlTerminate(t,x,u)。 case 3, sys=mdlOutputs(t,x,u,A,Freq)。 case 1, sys=mdlDerivatives(t,x,u)。 功能函數(shù) F、 F F2用來生成正弦調(diào)制波信號，表達式如下： Fun: ]2[*])1[co s( uuy ? Fun1: ]2[*)0 9 4 ]1[c o s ( uuy ?? Fun2: ]2[*)0 9 4 ]1[c o s ( uuy ?? SFunction 模塊用于生成載波（三角波），三角波參數(shù)設(shè)置對話框如圖 43 所示，在“ SFunction parameters”文本框中設(shè)置參數(shù)為“ ,1000”（分別表示三角波的幅值和頻率）。 m為調(diào)制幅值信號給定輸入。 Gain2為增益模塊設(shè)定值為 314，即正弦交流信號頻率為 50Hz。 Constant1可設(shè)置低頻電壓補償數(shù)值（以額定電壓的百分數(shù)值表示）， 表示低頻補償電壓為額定電壓的 10%。 分段同步調(diào)制雖然比較麻煩，但在微電子技術(shù)迅速發(fā)展的今天，這種調(diào)制方式是很容易實現(xiàn)的 21 4 SPWM 交流調(diào)速系統(tǒng)的 Simulink 建模與仿真電路 交流電機 SPWM自然采樣法 Simulink 仿真設(shè)計 首先建立交流電機 SPWM自然采樣法的 Simulink仿真模型，如圖 41所示。 現(xiàn)取輸出頻率上限為 62hz，則第一段載波比為 : 6255 00m a xm a x1 ??? HzHzffN rc 取 n為 3的整數(shù)倍數(shù)，則 n1=90，修正后， HZHzFNf rc 5 5 8 06290m a x1m a x ???? 若取 HZHzffrr 372055803232 m a xm in ???? ， 計算后得 HZNff cr inm in ??? 取整數(shù)，則 HzfHZf cr 3 6 9 09041,41 m inm in ???? 。由圖可見，在輸出頻率 f1的不同頻段內(nèi)用不同的 n值進行同步調(diào)制，使各頻段開關(guān)頻率的變化范圍基本一致，以適應(yīng)功率開關(guān)器件對開關(guān)頻率的限制。具體地說，把整個變頻范圍劃分成若干頻段，在每個頻段內(nèi)都維持載波比 N恒定，而對不同的頻段取不同的 N值，頻率低時， N值取大些， 一般大致按等比級數(shù)安排， 表 313給出了一個系統(tǒng)的頻段和載波比的分配，以資參考。在一定頻率范圍內(nèi)采用同步調(diào)制，可保持輸出波形對稱的優(yōu)點，但頻率降低較多時，如果仍保持載波比 N不變，輸出電壓諧波將會增大。當載波比 N隨著輸出頻率的降低而連續(xù)變化時，它不可能總是 3的倍數(shù)，勢必使輸出電壓波形及其相位都發(fā)生變化，難以保 持三相輸出的對稱性，可能引起電動機工作的不平穩(wěn)。這樣輸出電壓半波內(nèi)的矩形脈沖數(shù)可隨輸出頻率的降低而增加，從而減少負載電動機的轉(zhuǎn)矩脈動與噪聲，改善了系統(tǒng)的低頻工作性能。顧名思義，異步調(diào)制時，在變壓變頻器的整個變頻范圍內(nèi)，載波比 n不等于常數(shù)。但是，當輸出頻率很低時，由于相鄰兩脈沖間的間距增大，諧波會顯著增加，使負載電動機產(chǎn)生較大脈動轉(zhuǎn)矩和較強的噪聲，這是同步調(diào)制方式的主 要缺點。 同步調(diào)制與異步調(diào)制 在實行 SPWM時，視載波比 N的變化與否，有同步調(diào)制與異步調(diào)制之分 同步調(diào)制：在同步調(diào)制方式中， N＝常數(shù)，變頻時三角載波的頻率與正弦調(diào)制波的頻率同步改變，因而輸出電壓半波內(nèi)的矩形脈沖數(shù)是固定不變的。 為此，定義 rmU 與 tmU 之 比為調(diào)制度 M，即 tmrmUUM? (313) 在理想情況下， M值可在 0~1之間變化，以調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓的大小。 在脈寬調(diào)制時 ，若 n為 偶數(shù)，調(diào)制信號的幅值 rmU 與三角載波相交的兩點恰好是一個脈沖的間歇。 N值應(yīng)受到下列條件的制約： 最高的正弦信號頻率 關(guān)頻率功率開關(guān)器件的允許開?N (312) 式 (312)中的分母實際上就是 SPWM變頻器的最高輸出頻率。 定義載波頻率 fc與參考調(diào)制 信號頻率 fr之比為載波比 N(carrier ratio)，即 rcffN? (311) 相對于前述 Spwm波形半個周期內(nèi)的脈沖數(shù) n來說，應(yīng)有 n=2n。但是，功率開關(guān)器件本身的開關(guān)能力是有限的，因此，在應(yīng)用脈寬調(diào)制技術(shù)時必然要受到一定條件的制約，這主要表現(xiàn)在以下兩個方面。 脈寬調(diào)制的制約條件 18 根據(jù)脈寬調(diào)制的特點，逆變器主電路的功率開關(guān)器件在其輸出電壓半周內(nèi)要開關(guān) n次。 要注意到， spwm逆變器輸出相電壓的基波和常規(guī)六拍階梯波的交 直 交變壓變頻器相比要小一些，據(jù)有關(guān)資料介紹，僅為其 86%~90%，這樣就影響了電機額定電壓的充分利用。當然，這個結(jié)論是在作出前述的近似條件下得到的，即 n不太少， sinπ /2n≈π /2n，且 sinδ i/2≈δ i/2。當半個周期內(nèi)的脈沖數(shù) n不太少時，各脈沖的寬度δ i都不大，可以近似地認為 sinδ i/2≈δ i/2，因此 ?? ?? ni idm niUU 11 2]2 )12([s in2 ?? (38) 可見輸出基波電壓幅值 u1m與各段脈寬δ i有著直接的關(guān)系，它說明調(diào)節(jié)參考信號的幅值從而改變各個脈沖的寬度時，就可實現(xiàn)對逆變器輸出電壓基波幅值的平滑調(diào)節(jié)。在圖 35中，由于在原點處三角波是從負的頂點開始出現(xiàn)的，所以第 i個脈沖中心點的相位應(yīng)為 ???? ninini 2 1221 ???? （ 35） 于是，第 i個脈沖的起始相位為 iii ni ???? 212 1221 ???? 終了相位為 iii ni ???? 212 1221 ???? 其中δ i是第 i個脈沖的寬度。 SPWM波的基波電壓 對電動機來說，有用的是電壓的基波，希望 spwm波形中基波的成分越大越好。C+C+urUurVurW2Ud2Ud 15 圖 三相橋式 PWM 逆變器的雙極性 SPWM 波形 圖 PWM波形， U， V， W是三相的正弦調(diào)制波，其中 urU 、 urV 、 urW 為線電壓， uc為雙極性三角載波； uUN’ 、 uVN’ 、 uWN’ 為 U， V， W三相輸出與電源中性點 N’ 之間的相電壓矩形波形； uUV為輸出線電壓矩形波形，其脈沖幅值為 +Ud和 Ud ； uUN為三相輸出與電機中點 N之間的相電壓。在 120?導(dǎo)通型逆變電路中，各管導(dǎo)通 120?，任意瞬間只有不同相的兩只管子導(dǎo)通，同一橋臂中的兩只管子不是瞬時互補導(dǎo)通，而是有 60?的間隙時間，當某相中沒有逆變管導(dǎo)通時，其感性電流經(jīng)該相中的二極管流通。 逆變器的工作原理 在三相橋式逆變電路中，各管的導(dǎo)通次序同整流電路一樣，也是 T T T3?? T T1??各管的觸發(fā)信號依次互差 60?。 在本設(shè)計中，逆變橋的 6 個 IGBT 是用 3 個Switch 開關(guān)代替，形成了逆變電路。 三相 PWM逆變器的工作原理和結(jié)構(gòu)電路 三相橋式 SPWM 逆變器電路 三相橋式逆變電路如圖所示，圖中應(yīng)用 V1V6作為逆變開關(guān)，也可用其它全控型器件構(gòu)成逆變器，若用晶閘管時，還應(yīng)有強迫換流電路。 (4)輸入阻抗高，輸入特性與 MOSFET類似。 (2)相同電壓和電流定額時，安全工作區(qū)比 GTR 大，且具有耐脈沖電流沖擊能力。 IGBT的特性和參數(shù)特點 (1)開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小。 電流下降時間又可分為1fvt和 2fvt 兩段。 13 3 三相逆變器 IGBT的功能簡介 IGBT的動態(tài)特性分析 圖 與 MOSFET的相似，因為開通過 程中 IGBT在大部分時間作為 MOSFET運行 CEu 的下降過程分為1fvt和 2fvt 兩段。采用這種方法既可以提高開關(guān)頻率，改善波形，又可以減少計算新脈沖的數(shù)量，節(jié)省計算機計算時間。 lH 越大，輸出波形越接近正弦波。采樣水平線與三角載波的交點位于正弦調(diào)制波兩側(cè) ,脈寬生成誤差 (與自然采樣法比 )明顯減小 ,所得 SPWM 波形也更準確。這樣，將圖 中的，計算