《变频调速系统三种CPWM 调制策略的比较（学位论文-工学）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《变频调速系统三种CPWM 调制策略的比较（学位论文-工学）（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、变频调速系统三种 CPWM 调制策略的比较 李红梅，李忠杰，张学（合肥工业大学电气工程系，安徽合肥230009）摘要：建立了考虑主磁路饱和时异步电动机在三种连续 PWM（CPWM）调制策略（SPWM、SVPWM、THIPWM）运行下的变频调速系统非线性数学模型，对系统在不同 CPW M 调制策略下的稳态性能进行比较。较之 SPWM 调制策略，SVPWM、THIPW M 调制策略不仅提高了馈电给逆变器的直流电压利用率，而且减小了转矩脉动。关键词：逆变器异步电动机；CPWM 调制策略；数学模型；逆变器直流电压；转矩脉动 1 引言随着微电子技术、计算机控制技术以及电力电子技术的发展，连续脉宽调制策略
2、 SPWM 已广泛应用于交流变频调速系统中，但是 SPWM 法不能充分利用馈电给逆变器的直流电压；SPWM 逆变器是基于调节脉冲宽度和间隔来实现接近于正弦波的输出电流，但是这种调节仍产生某些高次谐波分量，引起电机发热、转矩脉动甚至造成系统振荡。为提高馈电给逆变器的直流电压利用率、减少转矩脉动，一些学者又先后提出了连续脉宽调制策略 SVPWM 和 THIPWM1，2 ，本文建立了考虑主磁路饱和时异步电动机在三种 CPWM 调制策略（SPWM、SVPWM、THIPWM）运行下的变频调速系统非线性数学模型，对系统在不同 CPWM 调制策略下的稳态性能进行比较。2CPWM 逆变器模型系统使用的电压型逆
3、变器原理图如图 1 所示，设 PWM 逆变器 a 相开关函数为 S1（t）（图 1 中的 S 1和 S 4所在支路），b 相开关函数为 S3（t）（S 3和 S 6所在支路），c 相开关函数为 S5（t）（S 5和 S 2所在支路）。SPWM 调制相电压是一组三相对称正弦电压。电压空间矢量源于交流调速中磁通为圆的思想，它具有直流电压利用率高、数字化实现方便、物理概念清晰等特点，一经提出即受到关注，SVPWM 目前已经得到应用，其具体实现可按相电压合成，SVPWM 调制波相电压及其构成波形如图 2 所示。该波形相当于在 SPWM 方式下正弦调制波中注入三角形 3 次谐波，三角形 3 次谐波可由各
4、项正弦波减去三相正弦波正负包络线的中点而形成 3 。减少逆变器输入电压脉动的 THIPWM 调制波是在正弦调制波上叠加 3 次谐波的 ，其调制波相 电压及其构成波形如图 3 所示。令三角载波电压为 Ut，CPWM 逆变器调制相电压为 Ua、U b、U c，开关函数S1（t）、S 3（t）、S 5（t）表达式如下：3CPWM 逆变器异步电动机数学模型将 Im分解为 q 及 d 轴分量，经推导可得异步电机考虑主磁路饱和后，在静止坐标系中的电压矩阵方程为 4 ：式中，R、L 、 分别表示电机电阻、漏电感及转子角速度，下标 s、r 分别表示定、转子的量， m是激磁磁链，Pddt。选取电流、磁链及转子角
5、速度为状态变量，考虑主磁路饱和异步电机数学模型为： 式中，N P、T e、J、T l分别表示电动机极对数、电磁转矩、电机及负载转动惯量、负载转矩，电压矩阵V的表达式如下：联立上述两式即是 CPWM 逆变器控制异步电机变频调速系统非线性数学模型。4 仿真比较研究样机是 11kW、4 极鼠笼异步电动机。电机有关常数：R s0268 7，R r0229 4（50Hz），L s 1731 6103 H，L r 305910 3 H，J0125kgm 2，逆变器输出线电压 Ul的实验点和拟合直线见图 4。逆变器输入电压 UD513V，载波频率 fc900Hz，系统在 50Hz 空载起动达到稳态后的相电流
6、、电磁转矩波形见图 5、图 6。比较两图可知SVPWM、THIPWM 调制策略较之 SPWM 调制策略，不仅电流谐波减少，而且谐波转矩亦减少，尤其是 THIPWM 调制策略，明显地抑制系统的转矩脉动。比较图 2、图 3，当正弦调制波的幅值为 1 时，形成的 SVPWM 调制相电压波幅值为 THIPWM 调制相电压波幅值为 0891 1。因此，当 SVPWM 模式达到其最大调制系数 MD1 时，此时的 SPWM 模式调制系数为可见 SVPWM 模式较 SPWM 模式对逆变器直流电压的利用率提高1547。同理，当 THIPWM 模式达到其最大调制系数 MD1 时，此时的SPWM 模式调制系数为 ，
7、THIPWM 模式较 SPWM 模式对逆变器直流电压的利用率提高 1222。 SPWM、SVPWM、THIPWM 不是孤立的调制方式，它们之间有着内在联系，SVPWM 是在 SPWM 调制波中加入三角形零序分量后进行采样得到的结果，SPWM 易于硬件电路实现，而 SVPWM 更适合于数字化控制系统；THIPWM 是在SPWM 调制波中注入 3 次谐波而形成，明显地抑制系统的转矩脉动，但是存在正弦调制波与注入的 3 次谐波如何同步的问题 5 。以微控制器为核心的数字化控制系统是发展趋势，所以 SVPWM 应是优先的选择。5结论（1）建立了考虑主磁路饱和时异步电动机在三种 CPWM 调制策略（SP
8、WM、SVPWM、THIPWM）运行下的变频调速系统非线性数学模型，对系统在不同 CPWM 调制策略下的稳态性能进行比较。（2）较之 SPWM 调制策略，SVPWM 调制策略对系统中的逆变器直流电压的利用率提高 1547，THIPWM 调制策略对系统中的逆变器直流电压的利用率提高 1222。（3）较之 SPWM 调制策略，SVPWM、THIPWM 调制策略均减少谐波转矩，因而降低转矩脉动，THIPWM 调制策略降低转矩脉动效果最佳。（4）THIPWM 是在 SPWM 调制波中注入 3 次谐波而形成，虽然明显地抑制系统的转矩脉动，但是存在正弦调制波与注入的 3 次谐波如何同步的问题，所以 SVP
9、WM 应是优先的选择。参考文献 1Ahmet MHaveA Highperformance Generalized Discontinuous PWM AlgorithmJIEEE TransOnIndAppl，1998（5）：105910712Perkik ArgoAnalysis and Minimization of RippleComponents of Input Current and Voltage of PW MInvertersJIEEE TransOn IndAppl，1996（4）：9459503李红梅，李忠杰，杜世俊SVPWM 逆变器供电异步电机动态性能仿真电机与控制学报J2001（3）4李红梅李忠杰逆变器供电下异步电动机低频振荡现象的研究J电工技术学报，2000，15（3）：16195熊健电压空间矢量调制与常规 SPWM 的比较研究J电力电子技术，1999（1）：2528
