基于MATLAB_SIMULINK实现三相交流异步电机SPWM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
1．PWM控制的基本原理
在采样控制理论中有一个重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲在具有惯性的环节上，其效果基本相同。冲量即指窄脉冲的面积。这里所说的效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。如果把各输出波形用傅里叶变换分析，则其低频段非常相近，仅在高频段略有差异。当窄脉冲的形状不同，而它们的面积相等，那么，当它们分别加在具有惯性的同一个环节上时，其输出响应基本相同。当窄脉冲变为单位冲击函数时，环节的响应即为该环节的脉冲过渡函数。脉冲越窄，各脉冲响应波形的差异也越小。如果周期性的施加脉冲，则响应也是周期的，用傅里叶级数分解后将可看出各波形在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。上述原理即称之为面积等效原理，它是PWM控制技术的重要理论基础。
下面分析如何使用一系列等副不等宽的脉冲来代替一个正弦波。将正弦半波分成N等份，就可以把正弦半波看成是由N个彼此相连的脉冲序列所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于π/N，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列利用相同数量的等副而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦半波部分面积相等，而得到一系列的脉冲序列，即PWM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波形。像这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称之为SPWM（Sinusoidal PWM)波形。
2．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）作为调制信号，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且左右对称，当它与任何一个平缓变化的调制信号波相交时，如果在交点时刻对电路中开关器件的通断进行控制，就可以得到宽度正比于信号波幅值的脉冲，这正好符合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VT1以导通信号，给下桥臂VT2以关断信号；当U
总结
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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。
刚开始着手，由于《电机学》和《电力电子技术》两门课程的学习是在一学期以前了，不免有所生疏。学长划出一些重点之后，在第一个星期主要是熟悉课本、了解原理为主，并尝试着在SIMULINK中搭接电路进行仿真，所遇到的问题和组员探讨之后，仍有不明白的地方再去向学长请教。第二个星期开始全力进行电路仿真，同样是在学长的指导和帮助下循序渐进，这个星期结束，电路图终于完成并且出现预期的结果，在学长指出可进行分析的方向后开始写
报告
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，最终完成这篇课题设计报告。
在此次设计过程中，我深深感受到遇到不懂的地方向人请教是一个很好的学习方法，在学长的帮助下设计才得以按计划有步骤的进行。同时发现学过的知识要学会运用，并且要经常回顾，在实践的过程中对原理的深层次掌握才是对
知识点
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的真正学习与把握。
最后，由衷的感谢李老师作为本次课题设计的指导老师，以及徐斌学长在整个设计过程中对我们组的帮助和指导。
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