兰州交通大学毕业设计（论文）
三相同步调制PWM波形如图3-5
图3-5 三相同步调制PWM波形
2.异步调制
为了消除上述同步调制的缺点,可以采用异步调制方式。在异步调制中,在变频器的整个变频范围内,载波比N不等于常数。一般在改变参考信号频率fr时保持三角载波频率ft不变,因而提高了低频时的载波比。这样变频器输出电压半波内的矩形脉冲数可随输出频率的降低而增加,相应地可减少负载电动机的转矩脉动与噪声,改善了低频工作的特性。异步调制在改善低频工作的同时,又会失去同步调制的优点。当载波比随着输出频率的降低而连续变化时,势必使变频器输出电压的波形及其相位都发生变化,很难保持三相输出电压间的对称关系,因而引起电动机工作的不平稳。
3.分段同步调制
为了扬长避短,可将同步和异步两种调制方式结合起来,成为分段同步的调制方式。在一定频率范围内,采用同步调制,保持输出电压波形对称的优点。当频率降低较多时,使载波比分段有级地增加,又采纳了异步调制的长处。这就是分段同步调制方式。具体地说,把变频器整个变频范围划分成若干个频段,在每个频段内都维持载波比N恒定,对不同频段取不同的N值,频率低时取N值大些,一般按等比级数安排。
分段同步调制方式举例如图2-5
22
兰州交通大学毕业设计（论文）
图3-6 分段同步调制
由图3-6可知为了防止载波频率在切换点附近来回波动，在各频率切换点采用了滞后切换的方法。图中切换点处的实线表示输出频率增高时的切换频率，虚线表示输出频率降低时的切换频率，前者略高于后者形成滞后切换。在不同频率段内，载波频率的变化范围基本一致，fc大约在1.4~2.0kHz之间。
23
兰州交通大学毕业设计（论文）
第四章 MATLAB基于VVVF对异步电机的调速仿真实现
Matlab是一个高级数学分析与运算软件,可以用作动态系统建模与仿真,正如其名(矩阵实验室),它特别适合于矩阵的分析与计算。Matlab是一个开放的环境,在这个环境下,人们开发了许多实用的工具箱软件,如控制系统、信号处理、鲁棒控制、最优控制、系统辨识及模糊控制工具箱等。可以说,Matlab几乎包括了自动控制领域常用的方法和理论,无论是时域还是频域,Matlab都能给出满意的计算和分析结果。
电气工程师在进行电路设计时一般都是先画出电路图,进行制板,焊接元件,最后进行调试。很少利用仿真软件对电路进行仿真,以检验电路设计的正确性。这是因为电路仿真软件较少,即使有这样的软件,使用起来也极为复杂,设计者需要进行大量的编程计算,特别是对电机进行仿真实验更是非常困难,影响了仿真软件应具有的简单易学的特点。
随着工业的进步,传统的直流电机由于其结构复杂、不易维护等缺点正逐渐地被具有高可靠性成本低、维护简便的感应式交流异步电动机所取代。交流电机变频调速系统,在进行动态数字仿真时,需要首先推导出三相交流异步电机的数学模型,它是一个高阶强偶合、多变量、非线性的系统,与此同时还需要建立电源模型。在进行仿真时,可采用高级语言FORTRAN、C、Visual、C++等进行编程,但采用这些语言开发周期长,掌握难度较大,而由Mathwork公司推出的MATLAB,使得为解决这些具体问题而建立数学模型变得轻松、便捷,为科技工程人员带来了巨大的便利。MATLAB是一种科学技术软件,用户可根据MATLAB的控制系统工具箱中的命令来实现所需要的系统,也可以根据混合使用各库中的模块来组合成新的系统,封装自己定义的模块或自己定义模块库,以便随时调用,从而实现全图形化仿真。MATLAB集成了大量的工具箱,如控制系统(Control System)、模糊逻辑(Fuzzy Logical)、神经网络(Neural network)、信号处理(Signal Processing)以及仿真(SIMULINK)等工具箱。作为MATLAB的重要组成部分的SIMULINK具有相对独立的功能和使用方法。它提供了图形用户界面(GUI),模型由模块组成的框图来表示,用户建模通过简单的单击和拖动鼠标的动作就能完成,简化了设计过程。本文就是利用SIMULINK工具箱,对所推导的三相交流异步电动机及电源进行建模,封装。还利用MATLAB的M文件结合具体的调速控制系统进行仿真。
24
兰州交通大学毕业设计（论文）
第一节 关于Matlab软件的应用与操作
Matlab对电路进行仿真是基于图形仿真软件Simulink环境下,操作只需鼠标的拖放和设定元件的参数,然后联线进行仿真。下面对本系统的四个模块,即PWM模块、三相异步电动机模块、测量模块和输出模块逐个介绍其组成与仿真。 一、 PWM模块的组成与仿真
变频器的调制方式可分为PAM(脉幅调制)和PWM(脉宽调制)两种,中小型电机大都采用PWM方式,脉宽调制时,变频器输出电压的大小通过改变输出脉冲的占空比进行调制,目前普遍应用的是占空比按正弦规律安排的正弦波脉宽调制方式。PWM模块是由一个PWM信号发生模块和一个三臂逆变桥组成的。打开电力系统工具箱(PowerSystem Blockset),打开特殊元件库(extra library),双击discrete control blocks,将出现一些离散控制模块,通过对话框来选择相关的模式和电子器件,如图1的对话框中,为PWM系统提供了基于载波的脉冲。这个模块可以用来触发单相、两相、三相或者是三相桥相连接的电子器件,如(FET,GTO,或者是IGBT)。通过在“发生器模式”参数中选择桥臂个数,这个模块可以用于控制单相和三相的PWM电路。
PWM波形发生器在仿真中的运用如图所示：
w1To Workspace1Sine Wave3wTo WorkspaceSignal(s)PulsesSine Wave1PWM GeneratorSine Wave2图4-1 PWM波形发生器应用
该模块主要是验证PWM是否能够产生6个脉冲工作原理为：PWM模块的输入端为三
个正弦波，在PWM模块内部产生一个三角波，使三角波与正弦波进行复合而达到产生6
25
兰州交通大学毕业设计（论文）
个脉冲。
下图为三个正弦波集中输入时的波形
10.80.60.40.20-0.2-0.4-0.6-0.8-1012345t 6
u78910图4-2 三个正弦波集中输入时的波形
下图为PWM发生器产生的6个脉冲
10.90.80.70.60.50.40.30.20.10012345t678910u图4-3 PWM发生器产生的6个脉冲
26