svpwmvvvf开环

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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：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；开关损耗较前者小；电动机转速脉动及电流畸变较前者减小；便于实现数字化控制。本文在理论分析的基础上，应用MatlabSimulink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。1SVPWM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：希望保持电机中每极磁通量 Fm 为额定

2、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: 恒压频比的控制方式 由式（1）可知，要保持

3、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 ，这将迫使磁通与频率成

4、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UsUsNm恒功率调速mUsf1O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，按照跟踪圆形旋转磁场来控制PWM电压，这样的控

5、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)由于、都是正弦量，利用欧拉公式可得(1.

6、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PWM逆变器逆变器共有8种工作状态，即001、010、011、1

7、00、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轨迹，而利用零矢量改变磁通的运行速度。现在以U1、U2作用区间为例，根据电压和时间乘积平衡原

8、理，可以得到任意一个参考电压矢量Ur。图2.4  U1和U2合成矢量Ur(1.6)(1.7)故有(1.8)(1.9)(2.0)(2.1)(2.2)为直流母线,M为调制比分别为、零矢量的作用时间。 3.仿真模型的建立31 判断Uref所在的扇区六个空间矢量将图2.3分为六个扇区，分别给出一个扇区号，如图中所示的I一 ，只有知道了Urefu所在的扇区，才能知道用哪两个相邻的矢量去合成Uref，在坐标系中Uref是以Uref、Uref的形式给出的，我们可按如下方法确定Uref所在扇区，设：；则相应的仿真模块如图3.1所示图3.1 Uref所在的扇区N的判断3.2确定两相邻矢量的作用时间Tx

9、,Ty相应的仿真模块如图3.2、3.3所示图3.2 3s-2s变换图3.3所示x,y,z的计算模块对应不同的扇区，按表1给、赋值其中 为前一矢量作用时间，为后一矢量作用时间。如果，则;表1相应的仿真模块如图3.4所示图3.4 Tx,Ty的计算模块3.3 确定矢量切换点 、 、设：得相应模块如图3.5所示图 3.5 、 、的计算模块对应不同的扇区，按表2确定室 、 、表2 、 、图3.6 、 、的计算模块将三角波周期作为定时周期，与切换点 、 、，如图3.6所示。其它模块如图3.73.9。图3.7 脉冲产生模块图 3.8 GI模块图3.9 恒压频比变压变频（VVVF）开环调速模块将以上各模块综合

10、起来，组成SVPWM子系统，并封装。见图3.10中的SVPWM模块。图3.10 SVPWM恒压频比变压变频（VVVF）开环调速仿真模型4、仿真结果为了验证所建模型仿真模型的正确性和有效性，对模型进行了仿真实验.其中电机参数如图4.1.图4.1 电机参数逆变器直流母线电压为600V，fn=50HZ,三角载波周期为1/2000秒.表3 SVPWM转速开环变频调速系统模型参数模块参数设置值模块参数设置值Gain10000逆变器直流侧电压600VSaturation25Gain32pi延时模块采样时间0.00001V-F350/50*u(1)+50PWM发生器载波频率2000HZ算法Ode23t仿真精度1e-3图4.2 Tcm1 Tcm2 Tcm3 波形图4.2.1 Tcm1 Tcm2 Tcm3 波形细节图（Tx+Ty）<Ts图4.2.2 Tcm1 Tcm2 Tcm3 波形细节图（Tx+Ty）>Ts图4.3转速波形图4.4 定子电流波形图4.5 定子电流波形细节图图4.6 转矩波形图4.7 逆变器输出线电压有效值波形图4.8 逆变器输出线电压瞬时值波形图4.9 逆变器输出线电压瞬时值波形细节图本文通过对电压空间矢量控制原理及算法的分析，运用Matlab/Simulink软件，构建了异步电机控制系统的模型，通过仿真结果可以看到系统能平稳运行，具有良好的静、动态特性.