摘要：針對現有電壓源逆變器( vsi)仿真模型的弊端，利用以開關信號、電流狀態、pwm狀態為自變量的多變量開關函數表構建電壓源逆變器模型，并在matlab環境下用s函數實現。該模型可通過c編譯工具編譯成windows可執行的動態鏈接庫文件，極大提高系統仿真速度。并進行系統仿真證明了模型的有效性。理論分析和系統仿真均表明，該模型通用性強、穩定，盟顯加快系統仿真速度，可用于構建可靠、高效的系統仿真研究平臺。

關鍵詞：無刷直流電機；電壓源逆變器；多變量開關函數；模型

中圖分類號：tm36 +1    文獻標志碼：a    文章編號：1001-6848{2010}07-0073-04

  在研究無刷直流電機換轉矩脈動抑制和無位置傳感器控制時，常用系統仿真實現控制方案的可行性研究和關鍵參數優化ⅲ，而逆變器模型是系統仿真的基本模塊。

  逆變器工作在120度導電模式下，逆變器模型必須把具體的換相過程體現出來，不能用理想開關建立逆變器模型。為此參考文獻[2]將功率器件等效為理想開關并用電流一電壓特性描述，用newton-raphson算法進行數值求鋸，但該方法實現復雜。而參考文獻[ 3-4]利用matlab/powersim中提供的電氣系統模塊庫建立模型。該方法實現簡便，但powerlib模塊與simulink模塊兩者有本質區別，在simulink環境下進行仿真前須進行復雜初始化，把包含pow-erlib模塊的系統轉化為simulink能夠仿真的等效系統，且須采用變步長仿真才能精確計算逆變器過零點，這樣明顯降低系統仿真速度。而在進行復雜、計算量大的換相轉矩脈動抑制策略和無位置傳感器控制仿真研究時，系統仿真速度顯得尤其重要，基于此本文研究如何從功能出發構建簡單高效的120度導電模式下逆變器模型。

  文獻[1]、文獻[6]從逆變器功能出發，將逆變器看成一個黑盒子，利用開關函數對其建模，這種建模方法物理概念清晰，易于實現，使得設計檢驗控制策略的性能變得簡便易行。

  本文深入分析了逆變器各相輸出端電壓，在傳統開關函數概念基礎上，提出各相端電壓是開關信號、相電流狀態、pwm狀態的多變量開關函數。并根據端電壓表達式和逆變器導通狀態，紿出逆變器各相端電壓和電流的多變量開關函數表，并用c語言編寫。s函數加以實現。該逆變器模型通過c編譯工具編譯成wmdows可執行的動態鏈接庫文件，采用定步長仿真，極大提高了系統仿真速度。該模型通用性強，各種pwm控制和pam控制的120度導電模式下的逆變器均適用，利用該模型還可以很容易的計算出各功率器件和負載的電壓、電流等級。

  無刷直流電機每相繞組可以等效為電阻、電感和反電動勢串聯而成；設電機對稱，則每相繞組的電阻、電感（包括自感和互感）分別相等，分別用rs和l表示；圖1所示為等效電路及三相橋式主電路。

   

    以逆變器采用上管恒通下管pwm控制時s1- s6導通模式為例分析各相輸出端電壓。切換到si- s6導通模式后，由于相電感的存在，先是c相與a相間換流，c相通過vd2續流，續流結束后c相關斷。為定量表示各相電流狀態，定義式(1)所示函數，其中為很小的正常數。

  定義pwm狀態變量pwm，為1表示功率器件pwm導通，為0表示功率器件pwm關斷，導通模式下電機各相端電壓，如式(2)~式(4)所示。

c相續流結束之后，只有a、b相導通。此時電機中性點電壓為：

             

將式(5)代人式(4)可得：

式(2)、式(3)、式(6)為a相上橋臂、b相下橋臂進行導通關