基于MATLAB-SIMULINK三相交流异步电机SPWM控制调速的仿真与研究

MATLAB_SIMULINKSPWM调速控制的仿真与研究课程名称：电气工程课程设计基于MATLAB_SIMULINK三相交流异步电机SPWM控制调速的仿真与研究一．PWM控制的基本原理理，它是PWM控制技术的重要理论基础。将正弦半波分成N等份，就可以把正弦半波看成是由N个彼此相连π/N，但幅值1PWM波形。根据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦半波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM为SPWM（SinusoidalPWM)波形。二电压型PWM 逆变电路及其控制方法本实验采用调制法，即把希望输出的波形（正弦波）号，把接受调制的信号作为载波，通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。在此采用等腰三角形作为载波。如下图①所示。采用等腰三角形是因为等腰三角波上任一点的水平宽度和高度呈线性关系PWM控制的要求。在调制信号波为正弦波时，所得到的就是SPWM波形，如下图②所示。图①本实验中三相桥式PWM型逆变电路，采用双极性控制方式。三相的PWM控制通常公用一个三角波载波Uc，如图③所示。三相的调制信号三个正弦波U、V、W依次相差120°。由于三相功率开2关器件的控制规律相同，现以其中一相为例来说明。当U＞Uc时，给上桥臂VT1VT2U<UcIGBT图②互补导通。V、W相的控制方式相同。将控制信号分别对应加入三相图③逆变电路中的逆变电路中的IGBTSPWM输出波形如下图④所示：3将三相异步电机星形连接，高压绕组三端A、B、C分别与U、V、W相连，从而通过改变调制信号的频率来实现变频调速，通过改变直流电压的大小观察电机转速即转矩的变化。电路图如下图⑤所示。图⑤三．仿真结果与分析50Hz时，将控制电路（即图③）中的三相正弦波函数发生器SineWave50Hz，即在频率参数栏中输入100*pi0.25100。运行仿真系统，显示如下图⑥所示：4上图中最上面为转速仿真结果，中间为转矩，下面为U相电流（以下仿真结果排列顺序一样升过程中，输出转矩较低，而电流很大，并出现振荡。U1(r1(r1r2')2(x1x2')2

，起动转矩（C1=1，s=1)m1p

r2' ，由以上两个公式可以看出启动电流Tst U12 (r1r2')2(x1x2')2比额定电流大的多，约为额定电流的5~7倍，起动时转子的功率因数0.2TCT

I'cosm2 2

来看I2

cos 电2流的有功分量较小。同时由于电流较大，定子漏抗压降增大，电动势E1减少，主磁通 也会相应减小，虽然I'较大，但是起动转矩并不m 2大。0.25n为1157r/s09A作正弦振荡；0.25s时加100N*m，转差率S173r/s，输33A5见在输入电压频率不变的情况下，电机转速与负载大小是有关系的。60Hz时，运行仿真结果如下图⑦所示：由仿真结0.25s50Hz157r/s189r/s214r/s，线电流幅40A图⑦40Hz，50Hz，60Hz，70Hz，80Hz的仿真结果转速列表如下（0.25s以前：直流电压（V)700频率（Hz）304050607080转速95125157189220250由上述表格可以看出，随着频率的增加，转速呈线性增加，可见变频调速精度高、调速范围较宽。在增加频率仿真过程中，发现随着频率的增加输出转矩和线电流达到稳定所需要的时间也在逐渐增加，并且当频率达到80Hz后，输出转矩开始出现振荡，如下图上端图所示：650Hz，改变直流电压源电压，不加负载转矩，运800V157r/s。再来考虑改变直流电压的大小对启动性能的影响，仿真结果如下：上面分别为800v600v400v矩不大，并且增大输入电压可增大起动转矩同时缩短起动时间，然而7增大输入电压会出现电流、转矩振荡，稳态精度不高；改变供电电源线电流则以一定的幅度作正弦振荡。四．课题设计总结本次课题设计历时两个星期左右，主要是在学长的指导下，从SPWM调速控制原理开始着手，最终用MATLAB_SIMULINK进行仿真，对预期结果进行验证并对所出现的现象进行分析研究。一个星期主要是熟悉课本、了解原理为