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摘 要：本文主要论述了交流电机在SPWM控制策略控制下的转速、转矩等相关性能参数，通过利用Matlab下的Simulink模块建立交流电机仿真模型，SPWM控制策略模型，以某一交流电机为例，建立该交流电机的数学模型，根据数学模型的描述，根据确定的参数建立交流电机的仿真模型，利用matlab软件进行性能仿真，根据仿真结果分析其在该策略控制下的性能状况，为寻求更好的交流电机控制策略提供依据，为交流电机在实际应用中选取控制方式提供数据参考。
关键词:SPWM;交流电机;控制策略;仿真
Abstract：The paper discusses the strategy of induction motor under the control of the SPWM control speed, torque and other related performance parameters, through the use of matlab simulink module under the established model of induction motor simulation, SPWM control strategy model to a motor, for example, set to determine parameters of induction motor performance simulation, analysis of its performance under the control of the strategic situation, to seek a better basis for induction motor control strategy.
Keywords：SPWM;Induction motor;Control strategy;Simulation
1.引言
随着新科技成果的不断出现，及现代控制理论的发展和计算机新技术的应用，电机控制技术日新月异，新的控制策略不断涌现，这也使得交流电机开始在许多方面取代直流电机。在交流电机控制技术中，变频调速以其优异的调速性能、高效节能和广泛的应用范围等优点而被国内外认为是最有发展前途的调速方式。其中，SPWM控制就是比较好的控制方式之一。
SPWM是在进行脉宽调制时，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。
2.SPWM控制算法
常用的SPWM波的控制算法主要有自然采样法和对称规则采样法。本文中主要采用自然采样法来建立SPWM控制的交流电机的仿真模型。
图1.SPWM自然采样法的仿真模型
3.SPWM自然采样法的仿真模型
自然采样法是以正弦波为调制波,等腰三角波为载波进行比较,在两个波形的自然交点时刻控制开关器件的通断,这就是自然采样法.其优点是所得SPWM波形最接近正弦波,但由于三角波与正弦波交点有任意性,脉冲中心在一个周期内不等距,从而脉宽表达式是一个超越方程,计算繁琐,难以实时控制。
4.交流电机数学模型
4.1电压方程：
图2. 异步电机仿真模型
5.SPWM控制的交流电机仿真模型
将交流电机的模型进行封装与SPWM脉冲子系统的封装模型进行组合，构建SPWM控制下的交流电机仿真模型如下图：
图3. SPWM控制下的交流电机仿真模型
6.结果分析
图4.转速响应曲线
图5.定子相电流
图6.交流电机定子三相电流
图7.磁链轨迹
本文建立了SPWM控制下的电机数学模型,对SPWM控制原理进行了详尽的分析,利用SPWM控制,实现转子磁链定向控制, 最后建立了电机控制的仿真模型, 分别对转速响应情况、磁链轨迹和定子相电流进行分析。仿真结果表明:本文所用的控制方式是成功的,从转速响应曲线可见,系统动态性能优良,响应时间快。采用SPWM控制方式,实现了励磁电流与转矩电流的独立控制, 其电流、转矩、磁链轨迹波形和直流电机的控制波形相似。从发展趋势看SPWM控制变频调速系统完全可达到或超过直流电机的控制指标和性能。因此, 这种交流调速控制方式在电机调速方面, 有很好的应用前景。
参考文献
[1].谢世宏,控制系统动态仿真实例教程[M].北京:化学工业出版社,2009
[2].汤天浩,电机及拖动基础[M].北京:机械工业出版社,2008
[3].刘振庭, 异步电动机变频调速系统仿真研究[J].煤炭工程,2008(7):71-72
[4].陈奇栓等, SPWM与 S VPWM在感应电动机变频调速系统中的比较研究[J].2006(10):59-62
[5].张立伟等, Matlab／Simulink环境下异步电机建模[J].电机技术2006（4）
作者简介
孙新城，1979年，男，山东省潍坊市寒亭区，讲师，工学硕士。
关键词:SPWM;交流电机;控制策略;仿真
Abstract：The paper discusses the strategy of induction motor under the control of the SPWM control speed, torque and other related performance parameters, through the use of matlab simulink module under the established model of induction motor simulation, SPWM control strategy model to a motor, for example, set to determine parameters of induction motor performance simulation, analysis of its performance under the control of the strategic situation, to seek a better basis for induction motor control strategy.
Keywords：SPWM;Induction motor;Control strategy;Simulation
1.引言
随着新科技成果的不断出现，及现代控制理论的发展和计算机新技术的应用，电机控制技术日新月异，新的控制策略不断涌现，这也使得交流电机开始在许多方面取代直流电机。在交流电机控制技术中，变频调速以其优异的调速性能、高效节能和广泛的应用范围等优点而被国内外认为是最有发展前途的调速方式。其中，SPWM控制就是比较好的控制方式之一。
SPWM是在进行脉宽调制时，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。
2.SPWM控制算法
常用的SPWM波的控制算法主要有自然采样法和对称规则采样法。本文中主要采用自然采样法来建立SPWM控制的交流电机的仿真模型。
图1.SPWM自然采样法的仿真模型
3.SPWM自然采样法的仿真模型
自然采样法是以正弦波为调制波,等腰三角波为载波进行比较,在两个波形的自然交点时刻控制开关器件的通断,这就是自然采样法.其优点是所得SPWM波形最接近正弦波,但由于三角波与正弦波交点有任意性,脉冲中心在一个周期内不等距,从而脉宽表达式是一个超越方程,计算繁琐,难以实时控制。
4.交流电机数学模型
4.1电压方程：
图2. 异步电机仿真模型
5.SPWM控制的交流电机仿真模型
将交流电机的模型进行封装与SPWM脉冲子系统的封装模型进行组合，构建SPWM控制下的交流电机仿真模型如下图：
图3. SPWM控制下的交流电机仿真模型
6.结果分析
图4.转速响应曲线
图5.定子相电流
图6.交流电机定子三相电流
图7.磁链轨迹
本文建立了SPWM控制下的电机数学模型,对SPWM控制原理进行了详尽的分析,利用SPWM控制,实现转子磁链定向控制, 最后建立了电机控制的仿真模型, 分别对转速响应情况、磁链轨迹和定子相电流进行分析。仿真结果表明:本文所用的控制方式是成功的,从转速响应曲线可见,系统动态性能优良,响应时间快。采用SPWM控制方式,实现了励磁电流与转矩电流的独立控制, 其电流、转矩、磁链轨迹波形和直流电机的控制波形相似。从发展趋势看SPWM控制变频调速系统完全可达到或超过直流电机的控制指标和性能。因此, 这种交流调速控制方式在电机调速方面, 有很好的应用前景。
参考文献
[1].谢世宏,控制系统动态仿真实例教程[M].北京:化学工业出版社,2009
[2].汤天浩,电机及拖动基础[M].北京:机械工业出版社,2008
[3].刘振庭, 异步电动机变频调速系统仿真研究[J].煤炭工程,2008(7):71-72
[4].陈奇栓等, SPWM与 S VPWM在感应电动机变频调速系统中的比较研究[J].2006(10):59-62
[5].张立伟等, Matlab／Simulink环境下异步电机建模[J].电机技术2006（4）
作者简介
孙新城，1979年，男，山东省潍坊市寒亭区，讲师，工学硕士。