spwm变频调速系统建模仿真和应用

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1、SPWM变频调速系统建模仿真和应用摘要：该文以三相异步电机仿真调速系统的控制为例，论述Spwm变频系统的调速原理及建模仿真；根据Spwm控制原理建立Spwm变频调速系统的仿真模型并运行得到仿真波形，将其与实际波形相比较，结果证明了建模仿真方法的有效性，可应用于职业院校电类专业对Spwm变频调速系统的教学。关键词：Spwm变频调速建模仿真MATLAB中图分类号:TP29文献标识码：A文章编号:1674-098X(2013)04(c)-0001-02交流变频调速技术是通过改变电机定子的电流频率来改变转速，从而实现电机调速的

2、一种方法。交流变频调速以其调速范围宽、运行特性好、节能效率高而成为理想的电动方案。因此，变频调速电机系统在传动领域得到广泛的应用，但由于变频调速电机系统具有非线性、强耦合的特点，难以用解析的方法进行分析。作为系统分析研究的一种重要手段，仿真技术得到了越来越广泛的应用。通过仿真可模拟实际系统的运行过程，描述系统的状态与特性，分析系统特性随参数的变化规律。1Spwm变频调速系统的基本原理Spwm技术是指调制信号正弦化的pwm技术，通过调节脉冲占空比和脉冲宽度来调节平均电压的方法，称为脉宽调制技术(pwm),如果占空比和脉冲

3、宽度的大小按正弦规律变化,即是正弦脉宽调制技术，简称为Spwm技术。正弦脉宽调制Spwm波形是与正弦波等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形，等效原则是每一区间的面积相等。在正弦脉宽调制中利用正弦波作为调制波，受它调制的信号称作载波。当载波与调制波相交时，其交点决定逆变器开关器件的通断时刻，脉冲宽度按正弦规律变化可以更好的控制低次谐波，使电动机工作在接近正弦的交变电压下，转矩脉动变化较小。2仿真工具与SIMULINK建模方法MATLAB/SIMULINK是Mathworks公司推出的交互式计算软件，它集矩阵运算、数值分析

4、、图形显示和信号处理于一体，其特点是将专家系统与仿真结合起来，使系统仿真具有智能化功能，它由系统进行实验设计、构建模型、仿真运行、修改模型和分析仿真结果等。其中，SIMULINK是一个建模仿真可视化的、用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包；它用带方向的连线表示各环节的输入输出关系，用框图表示系统的各个环节。如果想建立一个控制系统结构框图，只需定义好模块参数并将各模块连接起来，设置仿真步长、仿真时间和计算方法等系统参数之后就可用Start命令运行仿真程序，可通过虚拟示波器(Scope)观察系统仿真结果的输出。因此，

5、通过建模并输入参数后，就可以运行系统仿真功能来分析系统的动态特性。本文正是利用MATLAB/SIMULINK软件对基于Spwm控制的交流电机调速系统进行仿真分析。3Spwm变频调速系统仿真系统仿真是设计出系统可以运算的系统模型并利用它在计算机上进行试验，计算机仿真先将系统模型转变为仿真模型，然后通过计算机对系统的特性和规律进行仿真研究。3.1Spwm变频调速系统的数学模型异步电机变频调速系统的数学模型是一个高阶、强耦合和非线性的多变量系统。本文用仿真调速系统控制一台额定值220V、1725r/min的三相异步电机为例。

6、首先由变压器从电网中取得三相对称交流电，然后通过三相整流、滤波和Spwm控制下的逆变器为电机提供电源，电机在三相逆变电源的控制下产生电磁转矩带动负载运行。在该系统中，三相桥式逆变电路的基本工作方式是导电方式，即每个桥臂的导电角度为同一半桥（同一相）上下两个臂交替导电，在任意瞬间都有3个桥臂同时导通。在控制电路中，采用的是Spwm调制法，即三相对称的正弦波参考信号和三角形载波信号相比较，在交点处发出三相脉冲调制信号去驱动逆变器。当改变参考信号的频率时，输出电压的频率随之改变；当改变参考信号的幅值时，相电位脉冲宽也随之改变

7、，从而改变了主回路基波相电压的大小[1]o若同时改变参考电压的频率和幅值，就可以实现变频调速系统u/f二常数的要求。3.1.1主电路中电压参数3.2Spwm变频调速系统仿真模型的建立一般地，交流变速传动系统的传动控制比较复杂，建立一个适当的电机运行数学模型是研究其特性以及控制技术的理论依据。由数学模型的分析可知，异步电机是一个非线性、强耦合的高阶多变量系统。为了使Spwm变频调速系统仿真模型的建立尽量接近异步电机的实际运行情况，仿真模型应尽量接近物理对象。本文在上述分析的基础上，根据pwm调制方式的动作过程、电力电子器

8、件的开关原理和自动控制理论，结合具体的电路分析构建计算机仿真模型，再通过分析比较仿真波形，检验数学模型和主要元器件参数是否正确，达到预期的目的。4Spwm变频调速系统仿真模型的应用变频调速系统建模仿真的控制电路模型，仿真调速系统控制一台额定值220V、1725r/min的三相异步电机。从仿真结果可以看出：该仿真调速系统可以很容易地