1、變頻調速系統三種CPWM調制策略的比較             變頻調速系統三種CPWM調制策略的比較李紅梅，李忠杰，張學（合肥工業大學電氣工程系，安徽合肥230009）     摘要：建立了考慮主磁路飽和時異步電動機在三種連續PWM（CPWM）調制策略（SPWM、SVPWM、THIPWM）運行下的變頻調速系統非線性數學模型，對系統在不同CPW M調制策略下的穩態性能進行比較。較之SPWM調制策略，SVPWM、THIPW M調制策略不僅提高了饋電

2、給逆變器的直流電壓利用率，而且減小了轉矩脈動。    關鍵詞：逆變器異步電動機；CPWM調制策略；數學模型；逆變器直流電壓；轉矩脈動 1引言隨著微電子技術、計算機控制技術以及電力電子技術的發展，連續脈寬調制策略SPWM已廣泛應用于交流變頻調速系統中，但是SPWM法不能充分利用饋電給逆變器的直流電壓；SPWM逆變器是基于調節脈沖寬度和間隔來實現接近于正弦波的輸出電流，但是這種調節仍產生某些高次諧波分量，引起電機發熱、轉矩脈動甚至造成系統振蕩。為提高饋電給逆變器的直流電壓利用率、減少轉矩脈動，一些學者又先后提出了連續脈寬調制策略SVPWM和THIPWM1，2，本文建立

3、了考慮主磁路飽和時異步電動機在三種CPWM調制策略（SPWM、SVPWM、THIPWM）運行下的變頻調速系統非線性數學模型，對系統在不同CPWM調制策略下的穩態性能進行比較。2CPWM逆變器模型系統使用的電壓型逆變器原理圖如圖1所示，設PWM逆變器a相開關函數為S1（t）（圖1中的S1和S4所在支路），b相開關函數為S3（t）（S3和S6所在支路），c相開關函數為S5（t）（S5和S2所在支路）。SPWM調制相電壓是一組三相對稱正弦電壓。電壓空間矢量源于交流調速中磁通為圓的思想，它具有直流電壓利用率高、數字化實現方便、物理概念清晰等特點，一經提出即受到關注，SVPWM目前已經得到應用，其具體實

4、現可按相電壓合成，SVPWM調制波相電壓及其構成波形如圖2所示。該波形相當于在SPWM方式下正弦調制波中注入三角形3次諧波，三角形3次諧波可由各項正弦波減去三相正弦波正負包絡線的中點而形成3。減少逆變器輸入電壓脈動的THIPWM調制波是在正弦調制波上疊加3次諧波的，其調制波相電壓及其構成波形如圖3所示。     令三角載波電壓為Ut，CPWM逆變器調制相電壓為Ua、Ub、Uc，開關函數S1（t）、S3（t）、S5（t）表達式如下：3CPWM逆變器異步電動機數學模型將Im分解為q及d軸分量，經推導可得異步電機考慮主磁路飽和后，在靜止坐標系中的電壓矩陣方程為4：式中，

5、R、L、分別表示電機電阻、漏電感及轉子角速度，下標s、r分別表示定、轉子的量，m是激磁磁鏈，Pddt。    選取電流、磁鏈及轉子角速度為狀態變量，考慮主磁路飽和異步電機數學模型為：式中，NP、Te、J、Tl分別表示電動機極對數、電磁轉矩、電機及負載轉動慣量、負載轉矩，電壓矩陣V的表達式如下：聯立上述兩式即是CPWM逆變器控制異步電機變頻調速系統非線性數學模型。4仿真比較研究樣機是11kW、4極鼠籠異步電動機。電機有關常數：Rs0268 7，Rr0229 4（50Hz），Ls1731 6×103H，Lr3059×103H，J0125kg

6、3;m2，逆變器輸出線電壓Ul的實驗點和擬合直線見圖4。逆變器輸入電壓UD513V，載波頻率fc900Hz，系統在50Hz空載起動達到穩態后的相電流、電磁轉矩波形見圖5、圖6。比較兩圖可知SVPWM、THIPWM調制策略較之SPWM調制策略，不僅電流諧波減少，而且諧波轉矩亦減少，尤其是THIPWM調制策略，明顯地抑制系統的轉矩脈動。    比較圖2、圖3，當正弦調制波的幅值為1時，形成的SVPWM調制相電壓波幅值為THIPWM調制相電壓波幅值為0891 1。因此，當SVPWM模式達到其最大調制系數MD1時，此時的SPWM模式調制系數為可見SVPWM模式較SPWM模

7、式對逆變器直流電壓的利用率提高1547。同理，當THIPWM模式達到其最大調制系數MD1時，此時的SPWM模式調制系數為，THIPWM模式較SPWM模式對逆變器直流電壓的利用率提高1222。 SPWM、SVPWM、THIPWM不是孤立的調制方式，它們之間有著內在聯系，SVPWM是在SPWM調制波中加入三角形零序分量后進行采樣得到的結果，SPWM易于硬件電路實現，而SVPWM更適合于數字化控制系統；THIPWM是在SPWM調制波中注入3次諧波而形成，明顯地抑制系統的轉矩脈動，但是存在正弦調制波與注入的3次諧波如何同步的問題5。以微控制器為核心的數字化控制系統是發展趨勢，所以SVPWM應是優先的選

8、擇。5結論（1）建立了考慮主磁路飽和時異步電動機在三種CPWM調制策略（SPWM、SVPWM、THIPWM）運行下的變頻調速系統非線性數學模型，對系統在不同CPWM調制策略下的穩態性能進行比較。（2）較之SPWM調制策略，SVPWM調制策略對系統中的逆變器直流電壓的利用率提高1547，THIPWM調制策略對系統中的逆變器直流電壓的利用率提高1222。（3）較之SPWM調制策略，SVPWM、THIPWM調制策略均減少諧波轉矩，因而降低轉矩脈動，THIPWM調制策略降低轉矩脈動效果最佳。（4）THIPWM是在SPWM調制波中注入3次諧波而形成，雖然明顯地抑制系統的轉矩脈動，但是存在正弦調制波與注入

9、的3次諧波如何同步的問題，所以SVPWM應是優先的選擇。參考文獻 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李紅梅，李忠杰，杜世俊SVPWM逆變器供電