SVPWM在現(xiàn)代串級調(diào)速系統(tǒng)中的MATLAB仿真研究

三相異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、維護方便、運行可靠等許多優(yōu)點，因而獲得了廣泛應用。但在采用較簡單的方法調(diào)速時，性能遠不如直流電動機。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，特別是半導體制造技術(shù)的長足進步，以變頻調(diào)速和串級調(diào)速為代表的復雜調(diào)速技術(shù)控制電路因性能不斷提升、成本不斷下降而獲得了廣泛的應用。

　　繞線式異步電動機多采用串級調(diào)速方法, 由于這種調(diào)速方法可以將串入附加電動勢而增加的轉(zhuǎn)差功率回饋到電網(wǎng)或電動機軸上，克服了以往轉(zhuǎn)子回路需要串電阻的缺點，提高了調(diào)速的經(jīng)濟性，具有節(jié)能作用，可以使系統(tǒng)獲得較高的運行效率。圖1是斬波串級調(diào)速原理圖,它在轉(zhuǎn)子直流回路中加入了直流斬波器,通過調(diào)節(jié)斬波器的占空比實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的無級調(diào)速。斬波串級調(diào)速技術(shù)具有獨特的優(yōu)勢,特別在高壓大中型電動機節(jié)能應用方面前景光明。

　　對于串級調(diào)速系統(tǒng)中逆變控制器多采用SPWM控制技術(shù),而SVPWM控制技術(shù)是一種優(yōu)化了的PWM控制技術(shù)，和傳統(tǒng)的SPWM相比，SVPWM 具有直流利用率高(比傳統(tǒng)的SPWM提高了約15%)、諧波少、控制簡單、易于實現(xiàn)數(shù)字化等優(yōu)點。而且電壓空間矢量的不同調(diào)制方法在不同程度上可以緩解開關頻率與開關損耗之間的矛盾。正是由于SVPWM控制技術(shù)的這些優(yōu)點,使得本課題的研究具有重要的意義。

　　1 SVPWM脈寬調(diào)制原理及實現(xiàn)

　　1.1 SVPWM基本原理

　　空間電壓矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)是以三相對稱正弦波電壓供電時交流電動機產(chǎn)生的理想圓形磁鏈軌跡為基準,用逆變器不同的開關模式產(chǎn)生的實際磁通去逼近基準磁鏈圓,并由他們比較的結(jié)果決定逆變器的開關狀態(tài),形成PWM波形,從而達到較高的控制性能[1]。根據(jù)三相逆變器的工作原理可以知道,逆變橋共有23=8種狀態(tài),若將逆變器的8種狀態(tài)用電壓空間矢量來表示,則形成8個基本的電壓空間矢量,其中6個非零矢量,2個零矢量,每兩個電壓矢量在空間相隔60°,如圖1所示。SVPWM技術(shù)的目的是通過與基本的空間矢量對應的開關狀態(tài)的組合，得到一個等效的空間旋轉(zhuǎn)電壓矢量Vref（通常稱為參考電壓矢量，其理想軌跡是一個圓）。圖2中所示六邊形內(nèi)切圓表示SVPWM欠調(diào)制方式下參考電壓的極限值[2]。

　　同樣，可根據(jù)參考電壓矢量的幅值和相角求取其他扇區(qū)的任一基本矢量的作用時間。在參考電壓矢量作用下，可以獲得幅值近似恒定、頂點沿圓形軌跡運動、平均速度可調(diào)的矢量。通過調(diào)控Vref的頻率、幅值和相位，即可實現(xiàn)逆變器輸出電壓頻率、幅值和相位的控制。

　　1.2 SVPWM算法

　　SVPWM算法實質(zhì)是通過控制逆變器不同的開關模式,使逆變器瞬時輸出的三相脈沖電壓構(gòu)成的電壓空間矢量與所期望輸出的三相對稱正弦波電壓構(gòu)成的電壓空間矢量相等效。SVPWM信號的實時調(diào)制需要參考電壓矢量的二維靜止坐標系α軸和β軸的分量、以及PWM周期Ts作為輸入,其產(chǎn)生框圖如圖３所示。