刘佳佳，方保江
（郑州大学 机械工程学院，河南 郑州450001）
摘 要：交流伺服驱动系统是一个中间的过渡环节，即从机床的数控装置部分过渡到数控机床的机械传动部分，所以这一环节在数控机床里面是不可或缺的重要环节。在这种交流伺服驱动系统里面调速系统是主要的核心，在分析各种异步电动机的调速系统以后，发现实现的性能最好和效率最高的就是变压变频调速系统（VVVF)。在调速系统里面的脉宽调制（PWM）技术发展的飞快，在脉宽调制里面正弦波脉宽调制（SPWM)的特点是原理结构非常简单，控制容易和通用性好等一系列优点。Simulink是MATLAB的重要组件，它向用户提供了一个动态系统建模，仿真和综合分析的集成环境。Simulink中有一个专门为电力系统仿真用的SimPowerSystems工具箱，该工具箱里面几乎包含所有的电力电子元件的模型，可以通过这些模型进行复杂系统的建模。
关键词：交流伺服驱动系统；电力电子技术；VVVF；PSWM ；MATLAB/Simulink
1 引言
在进行交流电动机调速时，根据转速的表达式n=60f(1-s)/p,(其中n表示转速，f表示电流频率，s表示转差率，p表示磁极对数）。要实现速度的变化，首先可以改变的是磁极对数，但由表达式可知，这种方式改变电动机的转动速度是有限的，而且不能实现无极变速。另一种方法就是改变输入的电流的频率，改变输入的频率可以连续的改变电动机的转动速度，可以实现无极的变速，这一种方法就是变频调速。
在三相异步电动机里面电压与磁通之间的关系式就是U=kfΦ，其中U指异步电动机定子绕组的输入电压，f指电流的频率，Φ指磁通。我们通常采用的是基频下调的方式，那么降低电流频率时，如果我们没有降低电源电压，磁通量就会相应的增加，就会使电动机里面的磁路发生过饱和的现象，而且这种过饱和的现象特别严重的时候就会使绕组变得过热从而使电动机发生损害。由此可见，我们在使用基频向下变频调速方式的时候，应该相应的进行电源的电压的变化，可采用的方法就是使U/f=常数这样的控制方式，通常使用VVVF进行表示，电动机的最大的转矩的特点是它的大小是基本恒定的，这种调速也被称作是恒转矩调速方式。本论文所进行 的仿真模拟都是基于这种调节速度的方式。
2 正弦波脉宽调制（SPWM)
2.1 SPWM概述
为使电动机输出的转矩更加稳定，可以让变频器输出端电压的波形成为正弦波形。我们可以设想把正弦波形用不同幅值大小，但是宽度相等矩形波进行代替。
在一般的变频器里面我们使用的通常是交-直-交这种变换环节，第一级的整流通常是不可控制的。第二级是逆变过程。从这一方面实际问题考虑，我们还可以有另一种等效的变换方式，就是正弦波形由一系列幅值相等但是宽度不等的矩形波来代替，让每一个矩形波与前一种变换中的矩形波的面积相等，可以实现与正弦波进行等效的作用的，这种方法得到的其实就是这种方法得到的其实就是正弦波脉宽调制（SPWM)得到的波形。
在正弦波脉宽调制控制里面，三相的桥式逆变电路的使用是最为广泛的。 在三相的正弦波脉宽调制控制的主电路里面有三个桥臂，分别是前桥臂，中间桥臂和后桥臂，它的控制方式就每一个桥臂都使用双极性的正弦波脉宽调制控制。
3 MATLAB/Simulink仿真模拟
3.1 MATLAB/Simulink简介
Simulink是对MATLAB和MathWork公司具有重大意义的产品，目前的Simulink都是与MATLAB软件直接进行绑定的，具有强大的发展模拟功能，只要一个系统可以使用数学模型进行建模，那么这个系统就可以使用Simulink进行建立模型。
2.2 单极性正弦波脉宽调制仿真模拟
确定参数，调制比一般都是0.8到0.9之间，在这里定为0.8；这里使用电力电子开关元件是电力MOSFET；载波比定为12，输入的正弦调制波的频率是50赫兹，同时定幅值为0.8；这时的三角形载波的频率为12×50赫兹，幅值为1。仿真的时间定为0.04秒。负载设定为线圈和电阻的组合，线圈电感为10的-5次方亨(H)，电阻为2欧姆；同时设定整个电路里面的电阻为1欧姆，每个滤波电容器的电容为10的-6次方法（F)，输入的直流电的电压为100伏特。
2.3 双极性正弦波脉宽调制仿真模拟
双极性正弦波脉宽调制的电路进行建模和仿真，使用的一些参数和单极性正弦波脉宽调制的基本上相似，这里就不再一一赘述了。
2.4 三相正弦波脉宽调制仿真模拟
三相的正弦波脉宽调制需要三个频率和幅值一样的，但是相位相差为120度的正弦波信号，将第一个信号的幅值设为0.8，相位设为0，频率设为2×π×50赫兹；将第二个信号的幅值设为0.8，相位设为三分之2π，将频率设为2×π×50赫兹；将第三个信号的幅值设为0.8，相位设为三分之4π，频率设为2×π×50赫兹，其它的参数和前面的一样，下图是建模和仿真图。
3 结论
由上面的仿真模拟的过程和结果可知，在仿真模拟的时候如果电路结构和参数没有设定错误，那么就可以保证仿真结果与实际的真实的结果相符合。
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论文作者:刘佳佳，方保江
论文发表刊物:《知识－力量》2017年11月下
论文发表时间:2018/3/16
标签：正弦波论文; 设为论文; 系统论文; 频率论文; 变频调速论文; 极性论文; 电动机论文; 《知识－力量》2017年11月下论文;