三相正弦波变频电源的仿真设计

后，必须在CK上额外地多加入一个时钟，完成数据的认可，具体如图3-4所示。

图3-4数据的输入时序

(2) 上电和复位

RST接低电平时，芯片进入复位状态。此时输出端输出高电平，各寄存器的内容如表2所列。

表2 复位状态时各寄存器内容

寄存器 窄脉冲选择和幅度控制 频率控制 死区时间控制

PWM频率寄存器 寄存器 寄存器 寄存器

寄存器复位值 11111111 11001100 00111110 XX111111

tpd=25.6μs 85% 50Hz 0 fclk?20M fc=4882Hz

VDC?60V复位主要是用来恢复INT异常中断的状态。如果不是首次上电，复位并不能清除开启命令。在芯片工作中时复位，芯片将以初始化条件输出PWM波形，所以应配合使用OE的功能，首先关闭SPWM输出（OE=0），复位电路（RST上加入一个负脉冲），在设置好需要的参数后，再开启OE，才能正常的输出波形。

当采用20MHz的时钟时，表2中的缺省条件表示PWM的频率为4882Hz，死区和短脉冲时间为25.6μs，正弦波频率为50Hz，合成正弦波峰值幅度为电源的85％。（注意：在芯片的OE不为高，或MCU未发送开始命令时，U、V、W端口并没有实际的SPWM输出）

当芯片首次上电时，也将自动复位所有的寄存器为内部初始值，且芯片的输出端保持高电平（不输出时的缺省状态）。

4. SM2001程序设置

SM2001控制流程图如图3-5所示

图3-5 SM2001控制流程图

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第四章 变频器的MATLAB仿真

随着科学技术的发展，计算机软件技术在工业控制领域发挥越来越重要的作用。同时由于计算机运行速度的成倍提高，用图形来表示模型的想法变成可能。可视化建模的思想逐渐引起人们越来越多的重视。图形方式信息表达与其它方式相比具有直观、简明的特点。用图形来表示模型，可以直观地反映出模型信息、模型的特性和信号的连接与传递关系，便于分析维护。MATLAB语言作为一种高级矩阵语言，不但在数值计算和符号计算方面具有强大的功能，而且在计算结果的分析和数据可视化方面也有其他类似软件难以匹敌的优势。

通常仿真技术在电力电子技术领域中的应用不普及，主要是因为功率开关元件的数学模型非常复杂，使仿真模型的建立非常困难。而MATLAB中的POWERLIB工具箱为我们提供了各种电力电子器件的通用模型，使用时只需设定参数即可。而且更改参数非常方便。用户不需自己编程且不需推导系统的动态数学模型，系统建模过程更接近实际电路设计过程，且使用方便，可信度极高。另外MATLAB提供的Simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它支持线性和非线性系统，能够在连续时间域、离散时间域或者两者的混合时间域里进行建模，它同样支持具有多种采样速率的系统。

本章采用MATLAB 7.1中的POWERLIB工具箱和Simulink仿真模块对变频电源整个系统进行仿真。

4-1 MATLAB在电力电子中的应用

1. 电力系统工具箱(Power System)

MATLAB的图形处理系统为用户提供了非常丰富的函数，用以将工程计算的结果可视化。 MATLAB7.1具有一个电力系统工具箱(Power System Blockset)。这是一个基于图形编程的电路仿真软件，使用时不需自己编程，只需将被仿真的电路画在工作窗口中便可进行仿真研究，如图4-1 Block Library。

图4-1 Block Library

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2. MATLAB在变频器中应用及仿真框图

(一) 仿真框图的设计

图4-2为三相变频电源的仿真电路。在仿真电路图中，双击元件，可得到各元件的属性设置。改变各项的值，运行并通过示波器来显示各个量的变化，以便比较和研究。在仿真环境中，用户通过简单的鼠标操作就可建立起直观的系统模型并进行仿真，能有机地将理论研究和工程实践结合在一起。

图4-2 三相变频电源的仿真电路

整个仿真图由电气系统模块库中的元件搭建组成，元件的直观连接与实际的主电路相似，其中主要包括：整流环节，直流环节，逆变环节，PI调节器、坐标变换模块、SPWM产生环节。这些元件都设置有对话框，用户可以方便的选择元件类型和设置参数。

(二) 系统子模块的介绍

在第二章已介绍，要得到稳定的输出，系统必须带有反馈控制。本系统采用PI反馈控制。

(1) 测量模块(measure)

如图4-3所示，左图为Block Library中的measure模块图。其作用是测量三相电路中的电压和电流。如同时选择电压和电流测量，则输出单相对地电压Vabc和线电流Iabc(如右图)。该模块输出可选择以标幺值输出，也可输出实际的电压量和电流量。若以标幺值作为输出，则需事先选定基准值。本文采用标幺值作为输出，且只输出电压量，基准值选定为36V。

(2) 电压调整器(Voltage Regulator)

图4-4为Voltage Regulator模块，其为电压调整器。主要作用是用abc/dq变换把三相电压变换成dq两相，变换后d轴分量是电压有效值。将d轴分量与给定值进行比较，送PI调节器，再经dq/abc反变换，作为PWM Generator的调制信号。

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图4-3 测量模块(measure)

图4-4 电压调整器(Voltage Regulator)

以下分别介绍Voltage Regulator的原理及组成部分。

(1) abc/dq转换器

从负载得到的只是三相电压，为了模型计算，需将其转化成d/q坐标下的值，转化器设计如图4-5。

图4-5 abc/dq转换器

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