摘 要：根据高电压大容量电动机的节能调速问题,提出了采用空间矢量脉宽调制SVPWM的串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" 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title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统" title="串级调速系统">串级调速系统，重点阐述了SVPWM的基本原理及调制算法，给出了利用Simulink的实现方法，建立了采用SVPWM的串级调速系统仿真模型。仿真结果证明了该模型的有效性, 为实际系统的设计提供了理论依据。
    关键词:空间矢量脉宽调制；仿真；串级调速；建模

    三相异步电动机具有结构简单、价格低廉、维护方便、运行可靠等许多优点，因而获得了广泛应用。但在采用较简单的方法调速时，性能远不如直流电动机。随着科学技术的发展，特别是半导体制造技术的长足进步，以变频调速和串级调速为代表的复杂调速技术控制电路因性能不断提升、成本不断下降而获得了广泛的应用。
    绕线式异步电动机多采用串级调速方法, 由于这种调速方法可以将串入附加电动势而增加的转差功率回馈到电网或电动机轴上，克服了以往转子回路需要串电阻的缺点，提高了调速的经济性，具有节能作用，可以使系统获得较高的运行效率。图1是斩波串级调速原理图,它在转子直流回路中加入了直流斩波器,通过调节斩波器的占空比实现电机转子转速的无级调速。斩波串级调速技术具有独特的优势,特别在高压大中型电动机节能应用方面前景光明。

    在对称的三相正弦电压输入下，设相电压分别为V_α、V_β、V_c，电压空间矢量可表示为:
   
    以图2中位于1扇区的电压参考矢量为例，由伏秒平衡原理和正弦定理可得:
   

    式中,Ts为PWM的开关周期,T₁、T₂分别为V₄和V₆在Ts内的作用时间,U_dc为直流侧电压。
    同样，可根据参考电压矢量的幅值和相角求取其他扇区的任一基本矢量的作用时间。在参考电压矢量作用下，可以获得幅值近似恒定、顶点沿圆形轨迹运动、平均速度可调的矢量。通过调控V_ref的频率、幅值和相位，即可实现逆变器输出电压频率、幅值和相位的控制。
1.2 SVPWM算法
    SVPWM算法实质是通过控制逆变器不同的开关模式,使逆变器瞬时输出的三相脉冲电压构成的电压空间矢量与所期望输出的三相对称正弦波电压构成的电压空间矢量相等效。SVPWM信号的实时调制需要参考电压矢量的二维静止坐标系α轴和β轴的分量、以及PWM周期Ts作为输入,其产生框图如图３所示。

1.2.1 判断参考电压矢量V_ref所在扇区
    根据图２中各扇区与令A=1；N=A+2B+4C,可得到各扇区与N的对应关系如表1所示^[3]。

1.3 SVPWM的实现
    Matlab/Simulink为了让用户能够迅速创建所需要的系统模型,提供了用以实现各种基本功能的大量标准模块,并根据其功能的不同将它们归类在不同的模块库中。利用这些模块库可以实现前面所分析的SVPWM算法。

    SVPWM的模型框图如图4所示。其中包括扇区判断、X, Y, Z的计算、T1,T2的计算、Tcm1,Tcm2,Tcm3的计算以及SVPWM产生等子模块.

    本文根据空间电压矢量PWM技术的基本原理,对SVPWM算法进行了详细阐述,并用MATLAB7.1的SIMULINK对SVPWM算法进行了仿真,得到较为理想的结果,最后建立了基于SVPWM算法的串级调速系统仿真模型,结果表明该算法在串级调速系统中的可行性,为优化串级调速系统的数字化设计打下了良好的基础。
参考文献
[1]  杨贵杰,孙力.空间矢量脉宽调制方法的研究[J].中国电机工程学报, 2001, 21(5).
[2]  江锡津.应用空间向量脉宽调变技术之数位式高功率单相/三相电力转换器[D].国立云林科技大学电机工程系, 1992.
[3]  孙业树,周新云,李正明.空间矢量PWM的SIMULINK仿真[J].农机化研究, 2003, 4(2): 105-106.
[4]  BIMAL K.现代电力电子学与交流传动[M].北京：机械工业出版社，2004.