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基于MATLAB/Simulink的电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)逆变器的仿真.pdf

基于MATLAB/Simulink的电压空间矢量脉宽调制(SV…

绿了芭蕉
2010-12-07 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《基于MATLAB/Simulink的电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)逆变器的仿真pdf》,可适用于高等教育领域

.年第期《电机电器技术》·计算机与自动控制·基于MATLAB/Simulink的电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)逆变器的仿真王潞钢陈林康(广东工业大学广州)摘要:介绍了电压空间矢量脉宽调制(SVPWb)技术并对恒压频比且为同步调制时的SVpWbl进行了细致的推导。最后详细讨论了如何用MATLAB中的Simulink进行仿真的具体步骤。关键词:逆变器电压空间矢量脉宽调制仿真SVPWMInverterSireulationBasedonMATLAB/SimulinkWANGLagangCHENLinkAbstract:KspaperintroducesthespacevectorPwM(SVPWM)anddeducesitwhentheoutputfrequencyisproportionaltothelinevoltageandthemodulafonissynchronized.ThesimulationbySimulinkinMATLABisdiscussedindetail.Keywords:inve~ionSVPWMshm~fion中图分类号:TP.文献标识码:A引言作为电力电子装置的核心技术PWM技术被广泛地应用于变频调速电气传动中。技术中应用最为普遍的是正弦脉宽调制(SPW'M)和电压空间矢量脉宽调制(SVP.WM)相比SPWM而言SVP~'d具有更低的高次谐波和电压利用率高等优点所以越来越受到人们的重视。在控制系统通用计算机仿真软件中MathWorks公司的MATLAB软件最为流行。它的Simulink工具箱是一种优秀的仿真软件具有模块化、可重载、可封装、面向结构图编程以及高度可视化等特性。其最为显著的特点是具有控制系统模型图形组态输入与仿真功能只需在图形窗口画出所需分析、设计的控制系统方框图软件本身就能对模型系统进行线性化处理与仿真。这一特点使得一个非常复杂系统的仿真建模变得相当容易。文章编号:)一OO值得指出的是M丑.AB/SimLlink具有开放的编程环境它允许用户开发自己所需的模块可通过Sfunction模块和MATKM提供的模板用ICt,aXAB或c语言程序来编出用户需要的复杂算法比如SVPWM的算法。个空间矢量三相电压源逆变器可由图l所表示的个开关元件来等效表示。逆变器桥臂的上下开关元件在任何一时刻不能同时导通。不考虑死区时上下桥臂的开关呈互逆状态。圉三相电压源逆变器模型u、v、W为输出的三相电压以图l所示维普资讯http:wwwcqvipcom.计算机与自动控制·《电机电器技术》年第期··刈磁链空间矢量空间矢量的幅值为:当△为零矢量~~,(ooo)与△()时.I△l当△为其余的六种有效矢量时j~~,j√亏△√亏udcT空间矢量的空间位置如图所示两相邻有效矢量的夹角为~。电压空间矢量脉宽调制《SVPWM)当三相电动机由三相对称余弦波电压供电时根据文献可知磁链为一顺时针旋转的圆形起始点在如图所示的q轴的负方向半径I{==ul/~o()其中u为线电压m为角速度。.有效矢量的空间分配图q轴负方向为旋转起点顺时针旋转可得出六种有效矢量对应的空间分配图如图所示。在磁链空间中每。范围内由图所示的两种相邻有效矢量线性合成SVPWM氨AlP⋯(in/\础AlP“。/\O。}}、/¨、)l)))图有效矢量的空间分配圈.空间矢量作用时间的推导图如图所示在。一。空间范围内例取£矢量△()m矢量△()则Tf为矢量£作用时间为矢量m作用时间。本例中设为磁链旋转起点所对应的角度△T为磁链旋转过△角度时所对应的时间。对三角形~.ABC由三角形正弦定理有五吾百芒五芒。i({一中)一sin(中。m(寻)维普资讯http:wwwcqvipcom·耳第期《电机电器技术》·计算机与自动控制·其中西=/"/=<o/',T/面=/uT丽=√{ITmAC一~,T/可推导得:TkATsin({.中)()Tm=kA%in(~)()其中k=拒/udc代人式(j得k=u~/Uao零矢量作用时阅To=△TTjTm其选取原则为选取使开关变化量最小的零矢量。T的作用点(以表示)简单起见如图所示。需要注意下一段时问AT时用的有效矢量的顺序相反了为m矢量、矢量(如图所示)。这两段作用时阔△T称为一个矢量周期开关频率fs。.V/F控制且同步调制时空间矢量作用时间考虑变压变频V/F控制时不计电压补偿输出频率f与线电压ul为比例关系(恒压频比):f=gUl其中g为比例系数由此可容易推出:=V~ut一=蠹设N=fJf为载波比则k/',T=gua=青所由式()、()j、得:耻如(})()盏如(西)()取N为的倍数此肘的SVqPWM为同步调制。计算在~o。范围肉的中值t其它范围母的计算同此):=詈专={吉={莆由上可知值的大小只与N有关。所以由式()、()可推得:保持“不变.当输出频率f与U为比例关系且为同步调制时TI与T的大小仅与载波比N有关。若f与‘同步变化则TI与Tm太小不变。MATLAB仿真实现在整个MAⅡAB/simulink仿真过程中只需要三个独立的输入变量:输出频率f、同步载波比N(一定要是的倍数)、等效直流电压u这些都可以用恒值输出模块(ODD.stailt)来手工赋值可添加一个Sfunction模块来编程实现当N不是的倍数时的自动整定。仿真步骤:T’a、取以享()为周期的单边三角渡为时向基数如图所示。可用MAT.LAB中的Sfunction模块来自行构造例程如下:在Sfunction模块附带的模板中的函数functionsys=mdloutputs(txu)里添加:'=floor((/))sys=tn*即可实现图的三角载波。维普资讯http:wwwcqvipcom·计算机与自动控制·《电机电器技术》年第期··b、在一个作用周期T完成后按公式()、()计算rl、的值c、用一开关变量(例如设定onoff=或)来实现:在下一段作用周期/来临时做出如图所标出的有效作用矢量顺序的自动切换。d、当时间来临时判断上一时刻的有效输出(用状态量来保存)从而确定输出的零矢量是△()还是/,,,it()e、每隔磁链空间印。即N/个r口后按表()换取一对有效矢量。此时中重新置零则T、L.的值仍可按公式()、()来计算。此时运行Simulink时MAⅡ.AB的Coin.maud窗口会提示正在使用的是离散时间解题器(dieretetimesolver)。推荐使用固定步长(fixedstep)可以估算一下例取f=£=lkHz时最小的有效矢量的持续时问为.若选用变步长(variablestep)最大步长(maxstepsize)选用auto时若平滑因子refinefactor不是足够的大时会出现丢失有效矢量的现象所以固定步长虽然速度慢一些但设定的恰当肯定不会出现丢失有效矢量的现象。取f=(】N=图为~.秒问开关sasbs的输出图形:S一SbS囝f、若对图的三个输出加上三个积分器进行变换后可绘出svPwM所形成的圆形磁链轨迹。因为此时整个仿真系统是由离散系统与连续系统的合成的混合系统推荐在固定步长(fLxedstep)中选取odel(euler)即可。仍取f=HzN=磁链如图O囝g、选用静止B建立起来的电动机等效模型电机参数:极对数P=L=.HLt=H=.H=.nR=.转动惯量J=.k~。取f=FhN=g=.U=V恒转矩负载TL=.Nm可得出转速曲线图。t)圈结论本文对电压空间矢量调制(SVPWM)在恒压频比且为同步调制时进行了细致的推导。并详细讨论了如何用MATLAB中的Simulink进行仿真的步骤与注意事项所得出的SVPWM输出开关图、磁链图、转速曲线图等都与实际相吻合具有很高的参考价值参考文献:吴守箴等电气传动蚋脉宽调制技术机械工业出版杜..Ymarai.NewPvnnmethodforfullydigitledinvertem.IEEETRANSIA.:施阳国等语言精要厦动态仿真工具SIMELINK.西北工、l大学出版牡.口维普资讯http:wwwcqvipcom

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