变频器电流跟踪PWM控制.docx

摘要本设计中采用得最多的是控制技术是脉冲宽度调制（PWM）,其基本思想是： 控制逆变器中电力电子器件的开通或关断，输出电压为幅值相等、宽度按一定规律 变化的脉冲序列，用这样的高频脉冲序列代替期望的输出电压传统的PWM技术 是用正弦波来调制等腰三角波，称为正脉冲宽度调制，随着控制技术的发展，产生 了电流跟踪PWM（CFPWM）控制技术CFPWM的控制方法是：在原来主回路 的基础上，采用电流闭环控制，使实际电流快速跟随给定值，在稳态时，尽可能使 实际电流接近正弦波最后利用利用 Matlab/Simulink 对整个系统进行仿真，并对仿真结果进行分 析关键词：异步电机；电流控制； 脉宽调制； CFPWM目录摘要 I1 设计任务和要求 31.1 设计任务 31.2 任务要求 32 总体设计 42.1 系统组成框图 42.2 电流滞环跟踪控制原理 52.3 滞环宽度分析 62.4 电流滞环跟踪控制的特点 83电流的滞环跟踪控制的simulink的仿真 93.1 仿真软件介绍 93.2 单相电流跟踪控制逆变器仿真 93.3 三相电流跟踪滞环控制仿真 123.4 仿真结果分析 164.总结 16参考文献 171 设计任务和要求1.1 设计任务设计一通用型变频器的主电路和控制电路组成系统，对异步电机进行变频调速 完成变频器主电路设计，主电路可选用交-直-交结构，进行参数计算和器件选型。

完成变频器控制电路设计，对逆变部分控制方式采用电流跟踪控制（CFPWM）利 用Matlab/Simulink对整个系统进行仿真，并对仿真结果进行分析1.2 任务要求（1） 主电路选择、参数计算及器件选型2） 控制电路选择、参数计算及器件选型3）运用MATLAB/Simulink软件进行仿真，校验2 总体设计2.1 系统组成框图1)三相异步电机调速系统结构图如下图 2.12SUI显解设定咚口单片机电谎检测PWM K—J发生器■~7电路图 2.1 三相异步电机调速系统框电流捡测(2) 主电路采用交直交结构如下图2.2整流 5 逆变\z \z sz图 2.2 交直交结构主电路图 2.3 三相电流跟踪型 PWM 逆变电路(3)控制电路采用单片机控制EXB841驱动芯片驱动IGBT,芯片EXB841 是日本富士公司提供的300A/1200V快速型IGBT驱动模块，整个电路延迟时间 不超过£，最高工作频率达40〜50kHz它只需外部提供一个+20V单电源，内部 产生一个-5V反偏压，模块采用高速光藕隔离且有短路保护和慢速关断功能，利用 单片机控制来控制它产生触发脉冲来驱动【GBT如图2.42.2 电流滞环跟踪控制原理现在以A相电流滞环跟踪控制为例，其控制结构图如下图2.4。

图 2.4 电流跟踪控制 A 相原理图其中电流控制器是带滞环的比较器，环宽为h,将给定电流ia与输出电流i*a进d d行比较，电流偏差竺超过±0・5h时，经滞环控制器（HBC）控制逆变器A相上、 a下桥臂的功率开关器件动作设比较器的滞环宽度为h，当输出电流i*a比给定电流ia大时，且误差大于0.5h d d时，滞环比较器输出负电平，驱动开关器件VT］关断，VT2导通，使实际电流减小 当减小到与给定电流相等时，滞环比较器仍保持负电平输出，VT］保持关断，实际 电流继续减小，直到误差大于°.5h时，滞环控制器翻转，输出正电平信号，开关器 件VT］导通，VT2关断，使实际电流增大，一直增大到带宽的上限以上过程重复 进行，这样交替工作，实际电流与给定电流的偏差保持在-0.5h-+0.5h之间，并在 给定电流上下作锯齿状变化，达到跟踪电流的目的2.3 滞环宽度分析（1）采用电流滞环跟踪控制的 PWM 波形，如下图2.5 图中给出了在给定正弦波电流半个周期内的输出电流波形和相应的相电压波 形可以看出，在半个周期内围绕正弦波作脉动变化，不论在的上升段还是下降段， 它都是指数曲线中的一小部分，其变化率与电路参数和电机的反电动势有关。

图 2.5 电流滞环跟踪控制时的电流波形2）电流滞环跟踪控制波形的几何关系如图 2.6图 2.6 电流滞环跟踪控制波形的几何关系（3）由上图可知逆变器的开关频率与电流波动幅值成反比，即与环宽成反比， 环宽越小，开关频率 f 越高，实际电流值越接近给定电流，此时电流追踪性能越好图 2.7 三相电流跟踪型 PWM 逆变电路输出波形（4）因此，输出相电压波形呈 PWM 状，但与两侧窄中间宽的 SPWM 波相 反，两侧增宽而中间变窄，这说明为了使电流波形跟踪正弦波，应该调整一下电压 波形5）电流跟踪控制的精度与滞环的环宽有关，同时还受到功率开关器件允许开 关频率的制约当环宽选得较大时，可降低开关频率，但电流波形失真较多，谐波 分量高；如果环宽太小，电流波形虽然较好，却使开关频率增大了这是一对矛盾 的因素，实用中，应在充分利用器件开关频率的前提下，正确地选择尽可能小的环 宽2.4 电流滞环跟踪控制的特点电流滞环跟踪控制方法的精度高，响应快，且易于实现但受功率开关器件允 许开关频率的限制，仅在电机堵转且在给定电流峰值处才发挥出最高开关频率，在 其他情况下，器件的允许开关频率都未得到充分利用为了克服这个缺点，可以采 用具有恒定开关频率的电流控制器，或者在局部范围内限制开关频率，但这样对电 流波形都会产生影响。

采用滞环比较方式的电流跟踪型PWM交流电路有以下特点：（1） 硬件电路简单；（2） 属于实时控制方式，电流反应快；（3） 不需要载波，输出电压波形中不含有特定频率的谐波分量；（4） 和计算法及调制法相比，相同开关频率时输出电流中高次谐波含量较多；（5） 属于闭环控制，这是各种跟踪型 PWM 交流电路的共同特点3 电流的滞环跟踪控制的 simulink 的仿真3.1 仿真软件介（1）MATLAB 介绍MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及 交互式程序设计的高科技计算环境它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以 及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境 中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种 全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如 C、Fortra n）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平2） MATLAb重要功能MATLAB：统一了用于一维、二维与三维数值积分的函数 并提升了基本数 学和内插函数的性能MATLAB Compiler :可以下载 MATLAB Compiler Runtime （MCR），简化编译后的程序和组件的分发Image Processing Toolbo :通过亮度指标优化进行自动 图像配准Statistics Toolbox :增强了使用线性、广义线性和非线性回归进行拟合、 预测和绘图的界面System Identification Toolbo ： 识别连 续时间传递函数3.2 单相电流跟踪控制逆变器仿真为验证上述原理，先做单相。

单相跟踪控制逆变器仿真模型如图 3.1图 3.2 电流给定值图 3.3 电流输出值图 3.4 输出电压3.3 三相电流跟踪滞环控制仿真(1)仿真模型如下图 3.62)由图3.6,在电流滞环跟踪PWM逆变器仿真模型中，给定电流ia与输出 a电流i*经滞环比较后产生开关变量sinWavel、sinWave2、sinWave3,以控制桥 a臂上下开关器件的导通和关断给定的正弦信号，其幅值为20A，频率为50Hz， 相位互差2兀/3如图所示Relay为滞环比较器，当比较器的输入大于正的阀值时， 比较器输出为1；小于负的阀值时，输出为03)图3.7是电流滞环跟踪PWM逆变器仿真模型中的子模块，被封装Subsystem 模块中Discrete, :=29-006powerqui图 3.6 三相电流滞环控制仿真模型表3-1跟踪控制逆变器模型参数模块参数名参数值直流电源DCAmplitude/V100阻感模块RLResis tance/Q0.5Inductance/H0.005正弦波模块sine waveAmplitude20Frequence/(red/s)2*pi*50Relaya2Relaya3Relaya4-►CD 辭 pulse图37盘II^器子■模块RelayaBP各参数如下表3-1所示:图 3.8 给定正弦波参数图 3.9 滞环控制 H 参数设置仿真之后得到下列波形，如下图 3.11到3.16：图 3.11 三相电流给定值图 3.12 三相电流跟踪逆变器电流波形图 3.13 A 相电压输出3.4 仿真结果分析通过 Matlab/Simulink 进行了仿真，由仿真结果可见 ,电流滞环跟踪 PWM 控制电流响应快，动态性能好，不用载波，方法简单，可以取代传统的 SPWM 电 压型逆变器，用于逆变器的控制系统中。

另外，电流跟踪控制的精度与滞环的环宽 有关，同时还受到功率开关器件允许开关频率的制约当环宽选得较大时，可降低 开关频率，但电流波形失真较多，谐波分量高；如果环宽太小，电流波形虽然较好 却使开关频率增大了这是一对矛盾的因素，实用中，应在充分利用器件开关频率 的前提下，正确地选择尽可能小的环宽4. 总结本设计完成了题目要求的基本部分的全部要求发挥部分的因为时间和制作材料的短缺而没有进行尝试，在今后条件允许的情况下再扩展基本部分各单元工作 稳定通过这次设计使我学会如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自 己创新，是要我们学会将理论很好地联系实际，并不断地去开动自己的大脑，从 为人类造福的意愿出发，做自己力所能及的，别人却没想到的事使之不断地战胜 别人，超越前人同时，更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不 轻易言弃设计过程，也好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，也许这就 是在对我们提出了挑战，勇敢过，也战胜了，胜利的钟声也就一定会为我们而敲响 这次的课程设计让我了解到了 MATLAB这个软件强大的科学计算能力，让我掌握 了 MATLAB简单。