基于Matlab仿真模块的矩阵变换器空间矢量调制策略仿真研究

煤 矿 机 电
2009年第 3期
钢丝绳芯输送带监测系统设计
田山军 1 ,李元宗 1 ,秦文兵 2
(1. 太原理工大学 , 山西 太原 030024; 2. 山西华宁贝尔测控科技有限公司 , 山西 太原 030024)
摘 要 : 介绍了一种基于漏磁及 X射线进行综合检测钢丝绳芯输送带的监测系统 ,使用表明 :其 运行稳定 ,适用于监测煤矿各种类型钢丝绳输送带 。 关键词 : 钢丝绳输送带 ; 漏磁 ; X射线 中图分类号 : TP274 + . 2 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 - 0874 (2009) 03 - 0014 - 03
参考文献 : [ 1 ] 朱贤龙. 矩阵式变换器的研究现状与发展方向 [ J ]. 电气传动
自动化 , 1998 (4).
simulationblock1概述2空间矢量调制法随着电力电子技术的不断进步交流调速的应用已经深入到所有工业领域变频调速更占据了主导地位但电力谐波带来的负面效应愈亦严重故研究具有优良输入输出特性的矩阵式变换器非常必要
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基于 Matlab仿真模块的矩阵变换器空间 矢量调制策略仿真研究
D e sign of Байду номын сангаас tee l Co rd Conveyo r B e lts Monito ring System
T IAN S han2jun1 , L I Yuan2zong1 , Q IN G W en2bing2
(1. Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China; 2. Shanxi HNBR Monitor & Control Technology Co. , L td. , Taiyuan 030024, China)
(1) 控制系统仿真模型 1) 扇区判别系统 。应用比较模块和逻辑与模 块组合对采集来的空间矢量相角进行处理实现扇区 判别 ,其扇区判别系统见图 5。
图 8 开关组合逻辑输出图
(2) 主电路仿真模型 主电路仿真模型采用双向开关组合而成 ,见于
图 9。仿真波形见图 10～图 12。
图 5 扇区判别系统图
Ab s tra c t: A monitoring system of integrated detecting steel cord conveyor belts based on the magnetic flux leakage and X2ray, the app lication show s that the system is stability of operation, and app licable to monitoring all types of coal m ine steel cord conveyor belts. Ke ywo rd s: steel cord conveyor belt; magnetic flux leakage; X2ray
(College of Electrical and Information Engineering, Heilongjiang Institute of Science & Technology, Harbin 150027, China)
Ab s tra c t: According to the p rincip le of m atrix converter, the m ethod of space vector modulation is analyzed and discussed. The matrix converter support vector modulation method is simulated and p roved by app lying the simulation block of M atlab / Simulink to change the traditional exp ression method of the space vector modulation simulated by the S2function. Ke ywo rd s: matrix converter; space vector modulation; simulation block
2 空间矢量调制法 三相输入 、输出的交 2交矩阵变换器电路拓扑结
构如图 1所示 。
图 1 矩阵变换器拓扑结构图
图 1中 9个双向开关的逻辑控制 ,可实现对电
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源电压和频率的变换 ,以向负载提供幅值和频率可 调的电压和电流 ( Sjk为双向开关 , k代表输入相 a、 b、c, j代表输出相 A、B、C) 。
S im ula tion S tudy of M a trix Conve rte r Space Vec to r Modula tion M e thod B a sed on S im ula tion B lock of M a tlab
L IU Hong2yang, YAN G Q ing2jiang
U1 矢量的占空比 :
dM
= TM Ts
= 2 m a sin (θv ) 3
U2 矢量的占空比 :
dN
= TN Ts
=
2
ma
sin
( 60°-
θ v
)
3
零矢量的占空比 :
d0 = 1 - dM - dN 对于输出电压矢量可以由其相邻的两个矢量 I6 和 I1 以及零矢量来合成 ,各矢量的作用时间可用在 开关周期 Ts 中的占空比 (相对作用时间 )来表示 :
I6 矢量的占空比 :
dα
Tα =
Ts
=
2 m a sin (θi ) 3
I1 矢量的占空比 :
dβ
Tβ =
Ts
=
2
m
a
sin
( 60°-
θ i
)
3
零矢量的占空比 :
d0 = 1 - dα - dβ 输出和输入的空间矢量组合进行两两组合 ,即
得到矩阵变换器的 4 个开关状态 ;再加上 1 个零状
4 结语
应用 M atlab / Simulink 仿真模块对矩阵变换器 的空间矢量调制法进行仿真验证 ,从波形上可以看 出输出线电压脉宽调制 ,谐波分量很少 ;输出线电流 是纯正弦波 ,无谐波分量 ;输入相电流脉宽调制 ,谐 波分量较少 。仿真结果验证了应用 M atlab / Simulink 仿真模块对矩阵变换器空间矢量控制策略仿真的可 行性和正确性 。
强度 ,同时输送带胶皮受损后造成内部钢丝绳断丝 、 锈蚀也会大大降低输送带的抗拉强度 ,从而直接影 响到整条输送带运输的安全性 。以往靠人工检测去 发现输送带的受损情况 ,既费时准确度也不高 ,针对 这种情况 ,我们设计了基于漏磁及 X射线综合检测 钢丝绳芯输送带的检测系统 ,可对钢丝绳的损伤进 行实时 、在线 、定量检测 。
1 概述
随着电力电子技术的不断进步 ,交流调速的应 用已经深入到所有工业领域 ,变频调速更占据了主 导地位 ,但电力谐波带来的负面效应愈亦严重 ,故研 究具有优良输入 、输出特性的矩阵式变换器非常必 要 。矩阵式交 2交变换器显著优点是 : 控制自由度 大 、输出电压大小 、频率可调 ;输入功率因数可任意 调节 (可超前 、可滞后 、可调至其逼近于 1) ;其功率 可双向流动 ,具有四象限运行功能 ;结构紧凑 、体积 小 、效率高 ,便于实现模块化 。由于矩阵变换器控制 策略复杂 ,很多仿真研究还在应用 M atlab中抽象的 S函数进行仿真描述 ,目前对矩阵变换器的研究还 是以仿 真研 究为 主 。本 文 提 出 一 种 基 于 Matlab / Sim u link仿真模块的矩阵变换器空间矢量控制策略 的仿真研究方法 ,此方法易于调试 ,便于理解 ,有利 于学术交流 [ 1, 2 ] 。
态 ,就得到了矩阵变换器在一个控制周期内的 5 种
状态 。这 5个开关状态的占空比分别为 :
d1 d2 d3 d4 d0
= dα dM = dα dN = dβ dM = dβ dN
= m sin (θi ) sin (θv )
=
m
sin (θi )
sin ( 60
-
θ v
)
=m
3 空间矢量法控制方案的仿真
图 4 电流空间矢量调制图
为了验证空间矢量控制方法 , 应用 M atlab / Si2
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m u link软件对基于空间矢量控制的矩阵变换器进行 了仿真分析 。
仿真参数为输入电压 220 V /60 Hz,输出频率 40 Hz,负载为阻感负载 ,电阻 30Ω ,电感 50 mH。仿 真采用模块化子系统进行研究 ,控制系统包括空间 矢量采集系统 、扇区判别系统 、占空比计算系统 、逻 辑输出系统 ;主电路应用双向开关模拟矩阵变换器 。 输入电流的空间矢量频率和相位可以通过对给定参 数的设置与矩阵变换器的输入电压保持同步 。
sin ( 60
-
θ i
)
sin (θv )
=
m sin ( 60
-
θ i
)
sin ( 60
-
θ v
)
= 1 - d1 - d2 - d3 - d4
在矩阵式变换器中用空间矢量调制法分别求得
交 2直和直 2交两组矢量来求得合成的占空比 ,实际 电路中不存在直流环节 ,而必须直接控制 9 个功率 开关 。由于输入电流和输出电压各有 6条空间矢量 (零矢量除外 ) ,则可能出现的组合状态有 36种 ,每 一种对应于 9 个开关的某一种组合方式 。在一个 PWM 周期中 ,对应 5个占空比将有 5种不同的开关 组合 ,矩阵式变换器的控制可归结于计算 5 个占空 比以及与之对应的 5种开关组合状态的确定 [ 6 ] 。
1 概述
钢丝绳芯输送带是一种内嵌钢丝绳的胶带 ,宽 度一般有 800、1 000、1 200、1 400 mm 等不同规格 , 因输送带内嵌了数量不等的钢丝绳 ,其抗拉强度大 大增强 ,因此常用于长距离 、大运量 、大倾角的煤矿 运输系统中 。长距离 、大运量的钢丝绳芯输送带其 接头硫化工艺的好坏直接影响到整条输送带的抗拉
4) 开关组合逻辑输出 。应用矩阵查表模块将 要输出的矩阵开关组合逻辑写入该模块 ,见图 8。 根据输入序号输出想要得到的各空间矢量组合对应 的开关组合逻辑 ,对主电路 9个双向开关进行控制 。
图 9 主电路仿真模型图 图 10 输出线电压图 图 11 输出线电流图 图 12 输入相电流图
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假定某一时刻 ,期望的输出电压矢量处于第一 区间 ,输入电流矢量也处于第一区间 ,如图 3、图 4 所示 。每个矢量必将由与其相邻的 2个静止矢量合 成 [4, 5 ] 。
图 3 电压空间矢量调制图
输出电压矢量可以由其相邻的两个矢量 U1 和 U2 以及零矢量来合成 ,各矢量的作用时间可用在开 关周期 Ts 中的占空比 (相对作用时间 )来表示 :
刘宏洋 ,杨庆江
(黑龙江科技学院 电气与信息工程学院 , 黑龙江 哈尔滨 150027)
摘 要 : 根据矩阵变换器原理 ,对其空间矢量调制法进行了分析及阐述 ,提出应用 M atlab / Simu2 link仿真模块对矩阵变换器的空间矢量调制策略进行仿真验证 ,改变了用抽象的 S函数描述控制 策略的传统方法 。 关键词 : 矩阵变换器 ; 空间矢量调制 ; 仿真模块 中图分类号 : TM131. 4 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 - 0874 (2009) 03 - 0011 - 04
2) 扇区组合编号输出 。应用可控开关模块和 恒定量输出模块组合实现扇区组合编号的输出 ,其 输出图见于图 6。
图 6 扇区组合编号输出图
3) 空间矢量占空比计算 。应用公式计算模块 和乘法模块对采集来的空间矢量角度进行计算实现 对固定空间矢量占空比的计算 ,其计算图见图 7。
图 7 空间矢量占空比计算图
MC调制方法 —空间矢量调制技术是基于空间 矢量变换的一种方法 ,它将矩阵变换器的交 —交变 换虚拟为交 —直和直 —交变换 ,其等效的交 —直 — 交结构如图 2所示 [ 3 ] 。其中输入电流和输出电压各 有 6条空间矢量 (零矢量除外 )构成 6个区间 。
图 2 矩阵变换器的等效交 2直 2交结构图