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1、应用技术电工技术杂志!2003年第2期∀RSIMPLORER50仿真软件在通用变频器产品设计及分析中的应用尹强(罗克韦尔自动化研究(上海)有限公司200233)摘要介绍了AnsoftSIMPLORER∀R50仿真软件在通用变频器产品设计及分析中的应用。在采用简化功率器件模型的基础上,仿真结果与实测结果依然十分相似,表明AnsoftSIMPLORER∀R50仿真设计软件在电力电子电路及其控制设计上的实用性和准确性。关键词SIMPLORER∀R50通用变频器空间矢量PWM1概述2通用变频器输出电压
2、调制方式通用变频器作为交流电动机调速方案早在20通用变频器输出电压的调制方式基本上可以划世纪60年代中期已进入了实用化阶段,其常用的分为两类。第一类为三角波与正弦波相比较的交直交拓扑结构如图1所示。在此后的几十年SPWM方式,包括采样式PWM、谐波注入式中,电力电子技术和微电子技术以惊人的速度向前PWM等。采样式PWM的直流电压利用率较低;发展,工业变频调速传动产品也随之取得了日新月谐波注入式PWM虽然解决了直流电压利用率的问异的进步。题,但由于调制波的相位会随电路运行情况的变化而变化,3N次谐波的注入必须随之而变化,处理不当反而降低了注入的效果,甚至产生消极的影响。第二类为
3、电压空间矢量PWM(SVPWM)调制方式,解决了上述问题,而且由于高性能微处理器的应用,使得这种方式在现阶段成为较为流行的选择。对于典型三相逆变器电路,可画出其六边形电图1通用变频器交直交拓扑结构压空间矢量图,如图2所示。变频器输出电压矢量作为通用变频器产品的设计环节,其功率器件的电压、电流应力仿真分析有着十分重要的现实意义。其结果可作为功率器件的选型、损耗计算、散热设计及成本估算的基准。同时,通过对通用变频器应用问题的仿真分析,如输入电抗器对输入电流THD的影响,可提高对通用变频器应用问题的预见性及提供相应的有效解决方案。本文将着重介绍Ansoft公司的SIMPLORER
4、∀R50仿真软件在通用变频器产品设计及分析中的应用,其中包括功率器件的电压应力、电流应力分析以及输入电抗器对变频器性能的影响。在采用简化功率器件模型的基础上,仿真结果与实测结果依然十分相似,表明AnsoftSIMPLORER∀R50仿真软件在电力电子电路及其控制设计上的实用性和准确性。图2三相逆变器电路电压空间矢量示意图#47#电工技术杂志!2003年第2期SIMPLORER50仿真软件在通用变频器产品设计及分析中的应用指令Uout在dq平面上可以用开关矢量U0~U7来∀R3AnsoftSIMPLORER50建模、仿真过程等效。在每一个开关周期Ts中,Uout用相邻
5、的两∀RAnsoft公司SIMPLORER50是一种包含电个有效开关矢量U1和U2(若Uout落在第一扇区)路、机电系统、控制算法在内的多工程领域系统仿及其相应的开关时间T1和T2来合成。当T1、真软件。其采用电子线路、框图和状态机对多工程T2的和小于Ts时,可插入零矢量U0或U7。上领域问题同时建模进行包含机电元件、电子线路、述关系可用式(1)描述控制算法在内的系统仿真,具有操作简单、建模方TsUout=T1U1+T2U2+T0(U0orU7)便、计算快速精确、后处理功能强大、接口丰富的T1+T2+T3=Ts(1)∀R特点。SIMPLORER的仿真耦合技术将线路仿真零
6、矢量插入的方式不同,相应有不同的调制效技术、框图仿真技术和状态机仿真技术集成在同一果。当U0和U7插入的时间相等时,输出线电压软件之中。SIMPLORER∀R仿真数据总线允许这些基波幅值最大值为直流侧电压。这种方式下零矢量多工程领域模型同时进行仿真求解。同时处理易于实现,同时直流侧电流利用率高,故它成∀RSIMPLORER也提供了对外部仿真器的联合仿真为最常用的一种电压空间矢量调制方式。图3为一接口,包括Matlab∀R/Siumlink∀R及MathCAD∀R等。种基于上述的对称电压空间矢量PWM波形(假设在通用变频器电压空间矢量调制机电系统仿真Uout落在第一扇区)。∀R过程
7、中,首先利用SIMPLORER的电子线路方式建立通用变频器的主电路及笼型电机负载。然后,利用SIMPLORER∀R的框图方式建立经典的U/f电机控制策略。最后,利用SIMPLORER∀R的状态机方式建立通用变频器的预充电过程及电压空间矢图3对称电压空间矢量PWM波形量调制,如图4所示。图4通用变频器电压空间矢量调制机电系统仿真模型#48#SIMPLORER50仿真软件在通用变频器产品设计及分析中的应用电工技术杂志!2003年第2期4仿真及实测结果分析41实测结果与仿
