摘  要： 通過SIMULINK/MATLAB對(duì)Z-SOURCE驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，研究電機(jī)在滿負(fù)荷和空載兩種情況下的電流、轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩，得到了一個(gè)滿意的控制結(jié)果。
關(guān)鍵詞： 交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)；PWM；Z-SOURCE逆變器；SIMULINK/MATLAB

　傳統(tǒng)的電壓源逆變器和電流源逆變器拓?fù)湓诟鞣N場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用，且控制技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但是擺脫不了其自身所固有的缺點(diǎn)，從而使得在一些復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)合，傳統(tǒng)的電壓源或電流源逆變器受到了挑戰(zhàn)[1-3]。Z-SOURCE逆變器為系統(tǒng)的運(yùn)行提供了一種低成本、高效率、良好操作性的結(jié)構(gòu)。阻抗網(wǎng)絡(luò)的引進(jìn)，將主變換器電路與電源或負(fù)載耦合，使Z-SOURCE逆變器既不是電壓源逆變器，也不是電流源逆變器，從而實(shí)現(xiàn)升/降壓很寬的調(diào)壓范圍，輸出電壓可以高于或低于輸入電壓。同時(shí)，Z-SOURCE逆變器的抗電磁噪聲干擾的能力也是它的優(yōu)勢(shì)所在[3-4]。
1 Z-SOURCE逆變器
1.1 Z-SOURCE的結(jié)構(gòu)
　Z-SOURCE是一種基于Z-SOURCE儲(chǔ)能網(wǎng)絡(luò)的變換拓?fù)?，之所以稱之為Z(阻抗)型逆變器，主要是其直流緩沖和儲(chǔ)能電路結(jié)合了VSI和CSI的特點(diǎn)，由獨(dú)特的阻抗網(wǎng)絡(luò)組成，這樣使得Z-SOURCE逆變器在直流儲(chǔ)能中具有二階特性，滿足了端口可開路可短路的條件。其電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。電路由輸入電源、二極管、兩個(gè)等值的電容、兩個(gè)等值的電感組成。其中，電容和電感連接成“X”形結(jié)構(gòu)。二極管主要是防止反向電流，電容作為輸入到輸出的主要能量轉(zhuǎn)換元件。


　其中K為增益因子。
　由式(7)可知，通過控制直流零矢量占空比D和調(diào)制因子M就可得到任意大小的交流輸出電壓。這同傳統(tǒng)的逆變器相比，系統(tǒng)的調(diào)壓范圍明顯得到增加。
2 PWM控制技術(shù)
　PWM逆變器可分為單相、三相等。這些變頻器能產(chǎn)生交流電壓的變量級(jí)以及變頻。PWM逆變器常用于交流電機(jī)變頻變壓反饋調(diào)速驅(qū)動(dòng)。為了得到很寬的調(diào)速范圍，交流電壓需要改變頻率與占空比[5-6]。Carrier-based PWM方法經(jīng)常應(yīng)用在逆變器中，因?yàn)樗鼈兌己芎?jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，如圖2所示。開關(guān)信號(hào)生成PWM波形如圖3所示。這里生成的PWM波形實(shí)際上是由方波和三角波疊加而成，也稱SPWM法。

3 仿真實(shí)驗(yàn)
　圖4顯示了Z-SOURCE系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)的主電路配置，即傳統(tǒng)的ASD系統(tǒng)。Z-SOURCE的ASD系統(tǒng)的主電路由三部分組成：二極管整流電路、直流環(huán)節(jié)和逆變橋電路。

3.1 異步電機(jī)滿負(fù)荷響應(yīng)(Tfl=11.9 Nm)
　圖5所示為Z-SOURCE驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)的電壓波形。由于Z-SOURCE阻抗網(wǎng)絡(luò)，在這里直流側(cè)電壓升高到309 V，相當(dāng)于直流環(huán)節(jié)電壓220 V的1.38倍。定子、轉(zhuǎn)子的線圈繞組電流在短時(shí)間內(nèi)瞬變，如圖6~圖8。
啟動(dòng)電流很大，但1.16 s范圍內(nèi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。定子電流穩(wěn)態(tài)值等于13.4 A。穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)子電流值等于13.10 A。觀察到速度達(dá)到穩(wěn)態(tài)值在1.09 s，轉(zhuǎn)速為1 718 r/min時(shí)電機(jī)負(fù)荷為11.9 Nm。所以當(dāng)電機(jī)收到Z-SOURCE逆變器網(wǎng)絡(luò)的反饋信號(hào)，隨時(shí)間的增加速度遞增，這是由于電壓經(jīng)過Z-SOURCE變頻器后達(dá)到218 V。異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩波形如圖9所示。

3.2 異步電機(jī)空載響應(yīng)(Tfa=0 Nm)
　可以觀察到電機(jī)空載且在0.736 s時(shí)轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)值是1 799.4轉(zhuǎn)。所以當(dāng)電機(jī)經(jīng)過Z-SOURCE逆變器后速度遞增得越來越緩慢。
　圖10~圖13所示為轉(zhuǎn)子空載電流、定子空載電流、空載下的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速及空載下電磁轉(zhuǎn)矩的波形。

　本文對(duì)三相異步電機(jī)Z-SOURCE逆變器進(jìn)行了分析，并用SIMULINK/MATLAB工具箱進(jìn)行了模擬。研究了不同工況下三相異步電動(dòng)機(jī)性能參數(shù)如轉(zhuǎn)子電流、定子電流、轉(zhuǎn)子速度和電磁轉(zhuǎn)矩。最后得出結(jié)論，通過PWM技術(shù)驅(qū)動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)Z-SOURCE逆變器會(huì)達(dá)到一個(gè)滿意開環(huán)控制結(jié)果。
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