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SPWM和vvvf开环控制异步电机斜坡加速启动仿真 自20世纪80年代以来交流高速发展很快，交流电动机具有维护简单体积小重量轻特点，随着电力电子调压、变频和控制技术日趋成熟，交流调速应用越来越普遍，本文主要对选定电动机进行了SPWM和vvvf开环控制异步电机斜坡加速启动仿真。 1．SPWM和vvvf转速开环异步电机调速基本原理 1.1正弦波脉宽调制(SPWM)原理 SPWM的概念：在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。当正弦值为最大值时，脉冲的宽度也最大，而脉冲间的间隔则最小，反之，当正弦值较小时，脉冲的宽度也小，而脉冲间的间隔则较大，这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的高次谐波成分大为减小，称为正弦波脉宽调制。SPWM脉冲系列中，各脉冲的宽度以及相互间的间隔宽度是由正弦波(基准波或调制波)和等腰三角波(载波)的交点来决定的。 SPWM法异步电机控制原理：用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断,使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等,通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。SPWM脉宽调制分单极性和双极性SPWM。 图1.1 正弦波脉宽调制(SPWM) 单极性SPWM法 图1.2 单极性正弦波脉宽调制(SPWM) 如图1.2所示，半周期内三角波载波只在正极或负极一种范围内变化，所得的SPWM波形也只在单个极性范围变化的控制方式。调制波和载波的交点，决定了SPWM脉冲系列的宽度和脉冲音的间隔宽度。单极性调制的工作特点：每半个周期内，逆变桥同一桥臂的两个逆变器件中，只有一个器件按脉冲系列的规律时通时通时断地工作，另一个完全截止；而在另半个周期内，两个器件的工况正好相反，流经负载ZL的便是正、负交替的交变电流。 双极性SPWM法 图1.3 单极性正弦波脉宽调制(SPWM) 如图1.3调制波仍为正弦波，载波为双极性的等腰三角波，其周期决定于载波频率，振幅不变。调制波与载波的交点决定了逆变桥输出相电压的脉冲系列，此脉冲系列也是双极性的，但是，由相电压合成为线电压(uab=ua-ub;ubc=ub-uc;uca=uc-ua)时，所得到的线电压脉冲系列却是单极性的。 　　双极性调制的工作特点：逆变桥在工作时，同一桥臂的两逆变器件总是按相电压脉冲系列的规律交替地导通和关断，毫不停息，而流过负载ZL的是按线电压规律变化的交变电流。 1.2 变压变频(VVVF)调速的基本控制方式原理 在进行电机调速时，常须考虑的一个重要因素是：希望保持电机中每极磁通量 (m 为额定值不变。如果磁通太弱，没有充分利用电机的铁心，是一种浪费；如果过分增大磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机。 在交流异步电机中，磁通 (m 由定子和转子磁势合成产生定子每相电动势： （1.1） 式中：Eg —气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值，单位为V； f1—定子频率，单位为Hz； Ns—定子每相绕组串联匝数； kNs—基波绕组系数； (m—每极气隙磁通量，单位为Wb。 由式（1）可知，只要控制好 Eg 和 f1 ，便可达到控制磁通(m 的目的，对此，需要考虑基频（额定频率）以下和基频以上两种情况。 基频以下调速: 恒压频比的控制方式 由式（1）可知，要保持 (m 不变，当频率 f1 从额定值 f1N 向下调节时，必须同时降低 Eg ，使 常值 即采用恒值电动势频率比的控制方式。然而，绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压 Us ≈ Eg，则得,这是恒压频比的控制方式。但是，在低频时 Us 和 Eg 都较小，定子阻抗压降所占的份量就比较显著，不再能忽略。这时，需要人为地补偿电压 Uc ，以便近似地补偿定子压降，如图1.4所示。 （2） 基频以上调速 ：恒功率控制方式 在基频以上调速时，频率应该从f1N向上升高，但定子电压Us 却不可能超过额定电压UsN ，最多只能保持Us = UsN ，这将迫使磁通与频率成反比地降低，相当于直流电机弱磁升速的情况. 如果电机在不同转速时所带的负载都能使电流达到额定值，即都能在允许温升下长期运行，则转矩基本上随磁通变化，按照电力拖动原理，在基频以下，磁通恒定时转矩也恒定，属于“恒转矩调速”性质，而在基频以上，转速升高时转矩降低，基本上属于“恒功率调速”，如图1.5所示。 图1.5 两种情况下的调速方式 基于以上分析，可得恒压频比变频调速系统原理框图如图1.6所示。 图1.6 恒压频比变频调速系统原理框图 2．控制系统仿真模型的建立 根据上述原理，