基于SVPWMvvvf开环控制异步电机斜坡加速启动仿真

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1、基于SVPWM的vvvf开环控制异步电机斜坡加速启动仿真和传统的SPWM(正弦脉冲调制调制)相比，SVPWM(电压空间矢量脉宽调制)具有如下优点：①对系统中逆变器的直流母线电压利用率较前者提高了15％左右；②开关损耗较前者小；③电动机转速脉动及电流畸变较前者减小；④便于实现数字化控制。本文在理论分析的基础上，应用Matlab／Simulink构建了基于SVPWM的开环控制异步电机斜坡加速启动仿真模型，并验证理论分析的结论。1．SVPWM和vvvf转速开环异步电机调速基本原理1.1变压变频(VVVF)调速的基本控制方式原理在进行电机调速时，常须考虑的一个重要因素是：希

2、望保持电机中每极磁通量Fm为额定值不变。如果磁通太弱，没有充分利用电机的铁心，是一种浪费；如果过分增大磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机。在交流异步电机中，磁通Fm由定子和转子磁势合成产生定子每相电动势：（1.1）式中：Eg—气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值，单位为V；f1—定子频率，单位为Hz；Ns—定子每相绕组串联匝数；kNs—基波绕组系数；Fm—每极气隙磁通量，单位为Wb。由式（1）可知，只要控制好Eg和f1，便可达到控制磁通Fm的目的，对此，需要考虑基频（额定频率）以下和基频以上两种情况。（1）基频以下调速:恒压

3、频比的控制方式由式（1）可知，要保持Fm不变，当频率f1从额定值f1N向下调节时，必须同时降低Eg，使常值即采用恒值电动势频率比的控制方式。然而，绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压Us≈Eg，则得,这是恒压频比的控制方式。但是，在低频时Us和Eg都较小，定子阻抗压降所占的份量就比较显著，不再能忽略。这时，需要人为地补偿电压Uc，以便近似地补偿定子压降，（2）基频以上调速：恒功率控制方式在基频以上调速时，频率应该从f1N向上升高，但定子电压Us却不可能超过额定电压UsN，最多只能保持Us=UsN，这将

4、迫使磁通与频率成反比地降低，相当于直流电机弱磁升速的情况.如果电机在不同转速时所带的负载都能使电流达到额定值，即都能在允许温升下长期运行，则转矩基本上随磁通变化，按照电力拖动原理，在基频以下，磁通恒定时转矩也恒定，属于“恒转矩调速”性质，而在基频以上，转速升高时转矩降低，基本上属于“恒功率调速”，如图1.5所示。f1N恒转矩调速UsUsNΦm恒功率调速ΦmUsf1O图1两种情况下的调速方式1.2．电压空间矢量脉宽调制原理1.2.1电压空间矢量电机输入三相正弦电压的最终目的是在空间产生圆形旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩。直接针对这个目标，把逆变器和异步电机视为一体，

5、按照跟踪圆形旋转磁场来控制PWM电压，这样的控制方法称为“磁链跟踪控制”，磁链的轨迹是靠电压空间矢量相加得到的，所以又称“电压空间矢量PWM控制”。空间矢量是按电压所加绕组的空间位置来定义的。在图1中，A、B、C分别表示在空间静止不动的电机定子三相绕组的轴线，它们在空间互差120°，三相定子相电压UA、UB、UC分别加在三相绕组上，可以定义三个电压空间矢量UA、UB、UC，它们的方向始终在各相的轴线上，而大小则随时间按正弦规律变化，时间相位互差120°。图2.1 三相电压矢量将图1的平面看成是一个复平面，则(1.1)　　三相合成的空间电压矢量U可写为　　 (1.2)

6、　由于、、都是正弦量，利用欧拉公式可得　　(1.3)我们可以看到三相电压空间矢量的合成空间矢量 是一个旋转空间矢量，它的幅值是每相电压值的1.5倍，其旋转的角速度等于正弦电压量的角频率。磁链和电流空间矢量和电压平衡方程的矢量表示　　(1.4)在转速不太低时，RI较小，故(1.5)式（1.5）表明：电压矢量的大小等于磁链的变化率，而电压矢量的方向就是磁链运动的方向。在调速系统中，电机由三相PWM逆变器供电，如图2.2所示。为使电机对称工作，必须三相同时供电，即在任一时刻一定有处于不同桥臂下的三个器件同时导通，而相应桥臂的另三个功率器件则处于关断状态。图2.2 三相PW

7、M逆变器逆变器共有8种工作状态，即001、010、011、100、101、110、111、000。将其中6个非零的开关状态相电压值代入式（1.2），可得到6个空间电压矢量，如图2.3所示。图2.3基本空间电压矢量1.2.2零矢量的作用在非零矢量作用的同时，插入零矢量的作用，让电机的磁链端点“走走停停”，这样可改变磁链运行速度，使磁链轨迹近似为一个圆形，从而实现恒磁通变频调速。改变非零矢量的作用时间与总的作用时间的比值，就改变了输出电压的频率，也改变了输出电压的幅值。2.3空间电压矢量控制算法上面我们提到，控制过程包括非零矢量和零矢量的作用，非零矢量用来控制磁通的