三相异步电机的Z-SOURCE驱动性能分析

摘 要： 通过SIMULINK/MATLAB对Z-SOURCE驱动系统进行仿真，研究电机在满负荷和空载两种情况下的电流、转速和电磁转矩，得到了一个满意的控制结果。
关键词： 交流电机驱动；PWM；Z-SOURCE逆变器；SIMULINK/MATLAB

　传统的电压源逆变器和电流源逆变器拓扑在各种场合得到了广泛的应用，且控制技术已经非常成熟，但是摆脱不了其自身所固有的缺点，从而使得在一些复杂的应用场合，传统的电压源或电流源逆变器受到了挑战[1-3]。Z-SOURCE逆变器为系统的运行提供了一种低成本、高效率、良好操作性的结构。阻抗网络的引进，将主变换器电路与电源或负载耦合，使Z-SOURCE逆变器既不是电压源逆变器，也不是电流源逆变器，从而实现升/降压很宽的调压范围，输出电压可以高于或低于输入电压。同时，Z-SOURCE逆变器的抗电磁噪声干扰的能力也是它的优势所在[3-4]。
1 Z-SOURCE逆变器
1.1 Z-SOURCE的结构
　Z-SOURCE是一种基于Z-SOURCE储能网络的变换拓扑，之所以称之为Z(阻抗)型逆变器，主要是其直流缓冲和储能电路结合了VSI和CSI的特点，由独特的阻抗网络组成，这样使得Z-SOURCE逆变器在直流储能中具有二阶特性，满足了端口可开路可短路的条件。其电路结构如图1所示。电路由输入电源、二极管、两个等值的电容、两个等值的电感组成。其中，电容和电感连接成“X”形结构。二极管主要是防止反向电流，电容作为输入到输出的主要能量转换元件。


　其中K为增益因子。
　由式(7)可知，通过控制直流零矢量占空比D和调制因子M就可得到任意大小的交流输出电压。这同传统的逆变器相比，系统的调压范围明显得到增加。
2 PWM控制技术
　PWM逆变器可分为单相、三相等。这些变频器能产生交流电压的变量级以及变频。PWM逆变器常用于交流电机变频变压反馈调速驱动。为了得到很宽的调速范围，交流电压需要改变频率与占空比[5-6]。Carrier-based PWM方法经常应用在逆变器中，因为它们都很简单，易于实现，如图2所示。开关信号生成PWM波形如图3所示。这里生成的PWM波形实际上是由方波和三角波叠加而成，也称SPWM法。