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变频调速系统三种CPWM调制策略的比较VIP免费

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第1页共6页编号:时间:2021年x月x日书山有路勤为径,学海无涯苦作舟页码:第1页共6页变频调速系统三种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CPWM调制策略下的稳态性能进行比较。较之SPWM调制策略,SVPWM、THIPWM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THIPWM[1,2],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变器原理图如图1所示,设PWM逆变器a相开关函数为S1(ωt)(图1中的Sω1和Sω4所在支路),b相开关函数为S3(ωt)(Sω3和Sω6所在支路),c相开关函数为S5(ωt)(Sω5和Sω2所在支路)。SPWM调制相电压是一组三相对称正弦电压。第2页共6页第1页共6页编号:时间:2021年x月x日书山有路勤为径,学海无涯苦作舟页码:第2页共6页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。第3页共6页第2页共6页编号:时间:2021年x月x日书山有路勤为径,学海无涯苦作舟页码:第3页共6页令三角载波电压为Ut,CPWM逆变器调制相电压为Ua、Ub、Uc,开关函数S1(ωt)、S3(ωt)、S5(ωt)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、Lσ、ω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,λm是激磁磁链,P=d/dt。选取电流、磁链及转子角速度为状态变量,考虑主磁路饱和异步电机数第4页共6页第3页共6页编号:时间:2021年x月x日书山有路勤为径,学海无涯苦作舟页码:第4页共6页学模型为:式中,NP、Te、J、Tl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:Rs=0.2687Ω,Rr=0.2294Ω(50Hz),Lsσ=1.7316×10-3H,Lrσ=3.059×10-3H,J=0.125kg·m2,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UD=513V,载波频率fc=900Hz,系统在50Hz空载起动达到稳态后的相电流、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0.8911。因此,当第5页共6页第4页共6页编号:时间:2021年x月x日书山有路勤为径,学海无涯苦作舟页码:第5页共6页SVPWM模式达到其最大调制系数MD=1时,此时的SPWM模式调制...

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