摘要：针对现有电压源逆变器( vsi)仿真模型的弊端，利用以开关信号、电流状态、pwm状态为自变量的多变量开关函数表构建电压源逆变器模型，并在matlab环境下用s函数实现。该模型可通过c编译工具编译成windows可执行的动态链接库文件，极大提高系统仿真速度。并进行系统仿真证明了模型的有效性。理论分析和系统仿真均表明，该模型通用性强、稳定，盟显加快系统仿真速度，可用于构建可靠、高效的系统仿真研究平台。

关键词：无刷直流电机；电压源逆变器；多变量开关函数；模型

中图分类号：tm36 +1    文献标志码：a    文章编号：1001-6848{2010}07-0073-04

  在研究无刷直流电机换转矩脉动抑制和无位置传感器控制时，常用系统仿真实现控制方案的可行性研究和关键参数优化ⅲ，而逆变器模型是系统仿真的基本模块。

  逆变器工作在120度导电模式下，逆变器模型必须把具体的换相过程体现出来，不能用理想开关建立逆变器模型。为此参考文献[2]将功率器件等效为理想开关并用电流一电压特性描述，用newton-raphson算法进行数值求锯，但该方法实现复杂。而参考文献[ 3-4]利用matlab/powersim中提供的电气系统模块库建立模型。该方法实现简便，但powerlib模块与simulink模块两者有本质区别，在simulink环境下进行仿真前须进行复杂初始化，把包含pow-erlib模块的系统转化为simulink能够仿真的等效系统，且须采用变步长仿真才能精确计算逆变器过零点，这样明显降低系统仿真速度。而在进行复杂、计算量大的换相转矩脉动抑制策略和无位置传感器控制仿真研究时，系统仿真速度显得尤其重要，基于此本文研究如何从功能出发构建简单高效的120度导电模式下逆变器模型。

  文献[1]、文献[6]从逆变器功能出发，将逆变器看成一个黑盒子，利用开关函数对其建模，这种建模方法物理概念清晰，易于实现，使得设计检验控制策略的性能变得简便易行。

  本文深入分析了逆变器各相输出端电压，在传统开关函数概念基础上，提出各相端电压是开关信号、相电流状态、pwm状态的多变量开关函数。并根据端电压表达式和逆变器导通状态，绐出逆变器各相端电压和电流的多变量开关函数表，并用c语言编写。s函数加以实现。该逆变器模型通过c编译工具编译成wmdows可执行的动态链接库文件，采用定步长仿真，极大提高了系统仿真速度。该模型通用性强，各种pwm控制和pam控制的120度导电模式下的逆变器均适用，利用该模型还可以很容易的计算出各功率器件和负载的电压、电流等级。

  无刷直流电机每相绕组可以等效为电阻、电感和反电动势串联而成；设电机对称，则每相绕组的电阻、电感（包括自感和互感）分别相等，分别用rs和l表示；图1所示为等效电路及三相桥式主电路。

   

    以逆变器采用上管恒通下管pwm控制时s1- s6导通模式为例分析各相输出端电压。切换到si- s6导通模式后，由于相电感的存在，先是c相与a相间换流，c相通过vd2续流，续流结束后c相关断。为定量表示各相电流状态，定义式(1)所示函数，其中为很小的正常数。

  定义pwm状态变量pwm，为1表示功率器件pwm导通，为0表示功率器件pwm关断，导通模式下电机各相端电压，如式(2)~式(4)所示。

c相续流结束之后，只有a、b相导通。此时电机中性点电压为：

             

将式(5)代人式(4)可得：

式(2)、式(3)、式(6)为a相上桥臂、b相下桥臂进行导通关