矢量变频调速系统仿真研究

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1、矢量变频调速系统仿真研究Vol.28No.l2008.1/2船电技术2008年第1期胡学芝(黄石理工学院，湖北435003)摘要：建立了三相异步电动机在旋转坐标系下的数学模型，论述了空间矢量脉宽调制技术原理。利用Matlab软件对电压源型SVPWM交流调速系统进行了仿真，给出了仿真结果，并进行了分析。关键词：SVPWMMatlab矢量控制旋转坐标系中图分类号：TM921.51文献标示码：A文章编号:1003-4862(2008)01-0043-04SimulationofVectorVariable-frequencySpeedRegulationSystemHuXuezhi(

2、HuangshiInstituteofTechnology,Huangshi,Hubei435003,China)Abstract:Themathematicalmodelofthree-phaseasynchronousmotorinrotatingcoordinatesystemisestablished,andPWMtechnologyofspacevectorisdiscussed.ThesimulationofvoltagesourceSVPWMFrequency・varyingandspeed-adjustingsystembasedonMatlabismade・T

3、heresultsaregivenandanalyzed・Keywords:SVPWM,Matlab,vectorcontrol,rotatingcoordinatesystem1引言电力电子技术、现代控制技术和计算机技术的发展，促进了交流调速技术的快速发展，使得交流调速取代直流调速成为当前发展的趋势。冃前,在众多的交流调速方案中，矢量控制技术是最热门的研究方向之一，矢量控制技术提高了交流调速系统的静、动态性能，但它包含功率转换和坐标变换等复杂计算，采用传统模拟电路难以实现。而电力电子器件和微处理器的飞速发展给矢量控制的实现提供物质基础⑴。本文论述了SVPWM调制原理，推导了S

4、VPWM技术的有关公式，说明了其算法，然后建立异步电机在旋转坐标系下的矢量模型，并用Matlab软件对矢量控制系统进行了仿真，给出了仿真结果。成圆形旋转磁场，以产生恒定电磁转矩，按照这一冃标，把三相逆变器和异步电机看作一个整体，控制PWM开关信号，使之形成圆形或接近圆形的旋转磁场［2］。电压空间矢量(SVPWM)就是能达到这一目的的PWM控制方式。图1示为一典型三相电压型PWM逆变器结构图。逆变器由6个功率开关器件组成，电机的相电压和线电压依赖于它所对应的逆变器桥臂上6个功率开关器件的开关状态，在任一时刻只能有处于不同桥臂的三个器件同时导通，当逆变桥的上半部分的一个功率器件开通

5、时，对应开关状态为1;而下半桥臂相对应的功率器件开通时，对应开关状态为0。这样开关变量矢量只有8种不同的组合值，即Ul(lOO),U2(11O),U3C010),U4(Oil),U5(001),U6(101),U7(000),U8(111)，其中U7,U8为零矢量，空间矢量图如图2示。把6个电压空间矢量的顶点相连，则是一个正六边形，对于异步电机定子电压和磁链存在近似关系：2电压空间矢量控制原理由于异步电机输入三相电流的最终目的是形43船电技术2008年第1期Vol.28No.l2008.1/2Ul=dil),即电压空间矢量的大小等于磁链的变dt可得到：TlUl+T2U2=TUo

6、(2)化率，而其方向则与磁链的运动方向一致。当采用常规六拍逆变器向异步电机供电时，即形成正六边形旋转磁场。aUdeABCT二T1+T2+T0(3)解⑵式矢量取tl=l,t2=2,t0=0,TTT方程得：bZZZa'b'c、图1三相电压型逆变器原理图PU3IIU2T2IIIU4IVVU5U6U7U8U1T1VIIUoTU2T?t=?12U(3Ua?Up)de■up?(4)?t2=TUde??t0=l?tl?t2??当矢量位于不同扇区时，相应的tl?t2,t0用XXZ表示，则取X,Y,Z：Ulaup??X=3TUde■3Ua+U[3?=YT(5)?2Udc???3Ua+Up=ZT?

7、2Udc?又取VbV2,V3如下：电压空间矢量调制策略是把每一个扇区再分成若干个对应于开关周期T的小区间，其中T的大小由开关频率f确定：T=l/f,每个小区间是由8个电压空间矢量的不同线性组合构成，以形成尽量接近圆形的多边形旋转磁场。取从三相静止坐标系到两相静止坐标系变换：图2空间矢量关系图?vi=up?oo?V2=Uasin60?U[3sin30(6)?V=?Usin600?Usin300ap?3令:根据⑹和⑺式可判断出空间矢量U0所在的扇区。同理可推出当U0处在英它扇区时对应的作用时间。