【《基于SVPWM的潜油电机变频调速系统仿真分析案例》2600字】

基于SVPWM的潜油电机变频调速系统仿真分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u9813基于SVPWM的潜油电机变频调速系统仿真分析案例 13941.1MATLAB/Simulink简介 1236801.2通过仿真实现SVPWM 3126241.2.1判断扇区 3162461.2.2计算作用时间T1和T2 6302621.2.3开关切换时间分配 9229301.2.4建立SVPWM仿真模型 11222941.3基于SVPWM的潜油电机仿真 121.1MATLAB/Simulink简介MATLAB软件是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。MATLAB的优势主要有四个方面：1.高效的数值计算及符号计算功能，能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来；2.具有完备的图形处理功能，实现计算结果和编程的可视化；1.友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，使学者易于学习和掌握；4.功能丰富的应用工具箱(如信号处理工具箱、通信工具箱等)，为用户提供了大量方便实用的处理工具。Simulink是MATLAB的一个的软件包。这个软件包可以用来建模、仿真和分析动态系统。无论是离散或连续的时间模型，非线性或线性的系统，两者混合的模型都可以使用它来建立。Simulink具有适应性广，结构和过程清晰，模拟精细，贴近实际，高效能灵活等优点。基于以上优点，Simulink在控制理论和复杂仿真设计中领取了广泛的应用。Simulink可以应用或需要应用大量的第三方软硬件。Simulink用连续采样时候，通过离散采样时间或两种混合采样时候来建模。它还支持多速率系统，即系统的区别部分具有不同的采样率。为创建动态系统模型，Simulink提供了一个图形用户界面来构建模型的框图。通过单击并拖动鼠标可以完成创建过程。它提供了一种快速，直接，清晰的方法，用户可以立即看到系统的仿真结果。在这个课题中，选用Simulink来对整个潜油电机进行仿真，可以最大限度地保证电机的运行情况更加接近实际情况。这样的好处就是我们所得到的数据相对来说会更加可靠，更加真实。1.2通过仿真实现SVPWM对于SVPWM的实现，其实也不算特别复杂，简单来说，只需要通过三个步骤的仿真，最后结合在一起就能实现SVPWM。第一步是判断Uref所在的扇区；第二步是计算上一步所分配扇区里的矢量分配的作用时间T1和T2；最后确定u1.2.1判断扇区定义变量A=UrβB=Urα-0.577UC=-Urα-0.577N=sign(A)+2sign(B)+4sign(C)(3-2)其中，sign(x)为符号函数，当x>O时,sign(x)=l；反之，输出为0，见表3-1。表3-1N值与扇区号的对应关系N123456扇区号ⅡⅥⅠⅣⅢⅤ由此搭建的扇区判断的MATLAB／Simulink模型如图3-1所示，其中Gain与Gain1的值分别为√3与-√3，Gain2与Gain3的值分别为2和4。判断功能通过Switch开关逻辑模块来实现，该模块有3个值，分别为1，中间输入值和0。当中间输入值小于0时，其输出值为0，反之为l。图1.1为判断扇区仿真图。图1.1判断扇区1.2.2计算作用时间T1和T2引入三个中间变量X、Y和Z：X=1.732UrβTsY=（1.5Urα+0.866Urβ）TsZ=（-1.5Urα+0.866Urβ）T对于不同的扇区相邻两矢量作用时间T1和T表3-2T1和T扇区ⅠⅡⅢⅣⅤⅥT-ZY-Z-XX-YTY-XXZ-Z-Z此外，必须对得到的T1、T2进行饱和限幅，若T1+T1=T2=T图1.2为定义中间变量X、Y和Z的仿真模块，Gain为3，Gainl为3/3，Gain2与Gain3均为1.5。图1.3为T1和T2图1.2定义X、Y和Z图1.3T1和T1.2.3开关切换时间分配将各个矢量作用的时间分为两个相等的部分，零矢量作用时间平分给U0，U7Ta=0.25（TTb=Ta+0.5Tc=Tb表3-3为功率开关器件的切换时间Tcmx表3-3开关的切换时间表扇区ⅠⅡⅢⅣⅤⅥTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT图1.4是Tcmx(x=l，2，3)的赋值仿真图，Gainl，Gain2，Gain3的值分别为0.25，0.5，0.5。图1.4开关切换时间分配仿真图1.2.4建立SVPWM仿真模型在上述三步骤的基础上添加PWM触发信号生成部分，其仿真图如图1.5所示，即构成SVPWM仿真模块，如图1.6所示。图1.5PWM触发信号产生图1.6SVPWM内部结构1.3基于SVPWM的潜油电机仿真这里，对于潜油电机装置，直接选用了MATLAB／Simulink中的AsynchronousMachine模块。这个模块也就是选择的一个三相鼠笼式异步电动机，选择这个模块的原因是因为它有着比较多的优点，比如我们可以自由的设置电机的功率、电压、频率负载转矩等，可以比较准确的模拟出潜油电机的实际情况。这里选用了网上找到的一组潜油电机额定参数，输入进三相鼠笼式异步电动机内，其参数如表3-4所示。表3-4潜油电机额定参数表电机额定功率P3730W电机额定电压U460V电机同步转速n1750r/min频率f60Hz电机负载转矩T20N.m电机极对数p2变频器输出电压U600V通过Simulink仿真实现变频调速，还得需要一个步骤，当我们输入了频率变化之后，必须单独加上一个频率转换环节，其中可以通过查表以及频率转换得出频率对应的电压，然后再将电压输入到SVPWM中，通过SVPWM控制之后再传到电机。图1.7为频率输入，图1.8为频率转换环节。图1.7频率输入图1.8频率转换环节然后我们就可以在SVPWM上接上一个二极管，一个滤波器（这里加滤波器可以降低谐波对电机的影响），然后就是主要的我们潜油电机变频器都会用到的一个IGBT的逆变器，这样就构成了这个仿真的主电路，也就是构成了SVPWM变频调速环节。图1.9为SVPWM变频器。图3-9SVPWM变频器然后再接入一个三相鼠笼式异步电动机代替潜油电机进行仿真，就可以得到我们最终所需要的潜油电机的变频调速系统的仿真了。图1.10为最终的潜油电机的变频调速仿真整体。图1.10潜油电机的变频调速控制系统仿真在额定参数的情况下，潜油电机实际运行时的频率大概是处于40-70Hz的。由于我在网络上实在没有找到潜油电机的潜油电机在实际运行时何时需要高频何时需要低频的资料，所以我决定把我这里的仿真分为三种情况进行。第一种是在在正常运行频率之间最低的40Hz，第二种是在正常运行频率的70Hz，第三种是高于正常运行频率的100Hz。仿真波形如图1.11。（a）逆变器电压波形（b）定子电流波形（c）变频器输入40Hz时电机转速图（d）变频器输入70Hz时的电机转速图（e）变频器输入100Hz时电机转速图图1.11潜油电机变频调速控制系统仿真图通过观察图1.11（c）、（d）、（e）三幅图我们可以直观的感受出，在潜油电机正常运行时的40-70Hz这个范围内进行，电机都是在大概0.7s左右稳定运行，40Hz时稳定运行转速大概为1100r/min左右，而70Hz时的转速大概在2000r/min左右，都能保证稳定运行的状态，同时结合表3-4可以看出，当变频器输入频率在