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1、交流电机SPWM调速系统建模与动态仿真1交流电机调速原理正弦脉宽调制技术SPWM(SinePulseWidthModulation)是用所期望的正弦波为“调制波”(ModulationWave),而以N倍于调制波频率的三角波为“载波”(CarrierWave)的一种逆变器控制技术。SPWM技术的控制的特点是原理简单、通用性强、控制方便、调节灵活，能有效降低谐波分量、稳定输出电压，是一种比较好的波形改善法，在忖前屮小型逆变器屮获得了广泛的应用。1.1SPWM控制原理(1)单极性SPWM法是指三角波载
2、波信号Uc与正弦波调制信号Ur始终保持相同极性Uc为正的三角波，当Ui•处于正半周期时，产生正向调制脉冲信号；当Ur处于负半周期时，通过倒向电路保持同极性，产生负向调制脉冲信号，如图1・1所示。0quOu(ot图1-1单极性SPWM原理（2）双极性SPWM法是指三角波载波信号与正弦波调制信号的极性均为正负交替改变，如图1・2所示。载波信号Uc为正负对称的三角波，调制信号Ur直接与Uc进行比较，便可得到双极性SPWM脉冲。对于三相逆变器來说，载波信号Uc可以三相共用；由正弦波发生器产生三相相位相差1
3、20。的可变幅，变频的正弦波信号Uni、Uw和Urw分别作为三相调制信号。三相调制信号分别于Uc进行比较，可获得三相SPWM信号，利用三相SPWM信号控制相应的电子开关的开通和关断，便可得到三相双极性SPWM输出电压。UII35-2052图1-2双极性SPWM原理1.1SPWM的控制算法常用的生成SPWM波的控制算法主耍有自然采样法和对称规则采样法（本文只介绍这两种）。（1）自然采样法：按照正弦波与三角波的交点进行脉冲宽度与间隙时间的采样，从而生成SPWM波形，称为自然采样法，如图1・3所示，图屮
4、Tc为载波周期，§为脉冲宽度。口然采样法采用计算的方法寻找三角载波Uc与参考正弦波Ur的交点作为开关值以确定SPWM的脉冲宽度，这种方法误差小、精度高，但是计算量大，难以做到实时控制，用查表法将占用大量内存，调速范I韦I有限，一般在实际的机算计控制屮不采用。但是利用MATLAB/Simulink很容易建立其仿真模型。（2）规则采样法：采用近似求Uc和Ur交点的方法，通过两个三角波峰Z间中线与Uc的交点作水平线与三角波分别交与A点和B点，如图1・4所示，由交点确定SPWM的脉冲宽度，这种方法的计算量
5、相对自然采样法小很多，但存在一定误差。图1-3自然采样法图1-4规则采样法2.SPWM交流调速系统的Simulink建模与仿真分析2.1交流电机SPWM自然采样法的Simulink仿真模型交流电机SPWM自然采样法的Simulink仿真模型，如图2-1所示。图中f为交流电机恒压频比调速的给定频率信号，0〜1的数值对应交流电机0〜50Hz的给定输入。Vo二0.1,为低频电压补偿。Gain2模块设定值为314,Gain3、Gain4>Gain5模块设定值为157。图2-1交流电机SPWM自然采样法的S
6、imulink仿真模型1.2SPWM脉冲生成子系统在图2・1屮，SPWM为正弦波脉冲生成黠子系统，如图2・2所示。W为调制波角频率给定输入，m为调制波幅值信号给定输入。功能函数Fen、Fcnl、Fcn2用来生成正弦调制波信号，表达式如下。Fen：y=cos(u[lj)*u[2]Fcnl:y=cos(u[lJ-2.0944)*u[2]Fcn2：y=cos(u[l]+2.0944)*u[2]FSPWMSPEED/PWMSubsysteml*亘]直]fileEditViewSimulationForma
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9、100%ode45图2-2SPWM脉冲生成子系统图2・2屮，S-Function模块用于生成载波（三角波），三角波参数设置对话框如图2・3所示，在“S・Functionparameters”文本框设置参数为“1.0,1500”（分别代表三角波幅值和频率）。生成三角波S■函数的源文件如K：HFunctionBlockParameters:S・Function1^11图2-3三角波S-Function模块参数设置对
10、话框function[sys,xO,str,ts]=sanjiaobowave2(tfxfu,flag,AzFreq)switchflag,case0,[sys,xO,strzts]=mdllnitializeSizes;case1zsys=mdlDerivatives(t,x,u);case2rsys=mdlUpdate(t,x,u);case3,sys=mdlOutputs(t,xzFreq);case4,sys=mdlGetTimeOfNextVarhit(tzxzu);ca
