【正文】 分量 ,因此在變頻器的輸出側必須配置輸出 LC濾波器才能用于普通的籠型電機。由于兩個次級繞組線電壓相同 , 則它們各相之間相位差為 30176。使用時應該明確 : 當電動機的功率武漢工程大學 畢業(yè)設計 3 ≤200kW 時 ,380～ 500V的低壓電源可以直接進入主電路的整流環(huán)節(jié)；當電動機的功率 200kW 時 ,為減少輸電線路上的損耗 ,我國設計規(guī)范規(guī)定 :宜采用高壓供電 ,此時應在高壓電源與低壓變頻器之間裝設降壓變壓器 [5]。 目前，按電壓等級來分，又可將變頻器分為低壓變頻器和中、高壓變頻器。 它根據直流部分電流、電壓的不同形式，又可分為電壓型和電流型兩種 ： （ 1）電流型變頻器 電流型變頻器的特點是中間直流環(huán)節(jié)采用大電感器作為儲能環(huán)節(jié)來緩沖無功功率，即扼制電流的變化，使電壓波形接近正弦波，由于該直流環(huán)節(jié)內阻較大，故稱電流源型變頻器。由于中間不經過直流環(huán)節(jié) ，不需換流， 故效率很高。 變頻調速系統的類型及其主電路結構 變頻器最早的形式是用旋轉發(fā)電機組作為可變頻率電源，供給交流電動機。尤其是 20世紀 70年代以后，由于科學技術的迅速發(fā)展為交流調速的發(fā)展創(chuàng)造了極為有利的技術條件和物質基礎。功率器件及變頻器的智能化是將功率變換、驅動、檢測、控制、保護等功能集成化 ,實現高效節(jié)能、功能全面、高附加值化。用戶的高頻化要求推動了功率器件柵極的 MOS化 ,90年代 MOS場效應型 IGBT(絕緣柵極晶閘管Insulated Gate Bipolar Transistor)廣泛用作變頻器的功率變換器件。 60年代 SCR(晶閘管 )問世 ,70年代晶閘管變頻器開始逐步取代變頻機組 ,進入了電力電子變頻技術時代 ,使變頻技術有了新的發(fā)展。 現代變頻技術是交流電動機控制技術的核心 ,而變頻技術的核心是功率變換器件和微電子控制技術。仿真結果證明了所設計的系統主電路及其控制算法的可行性和有效性。 ` 畢業(yè)設計（論文） 題 目： 矢量控制交流變頻調速系統設計 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 2020 自動化 01 所 在 學 院： 電氣信息學院 2020 年 5 月武漢工程大學 畢業(yè)設計 I 目 錄 摘 要 ........................................................................................................................................ II Abstract ..................................................................................................................................... III 第一章 緒論 ............................................................................................................................ 1 變頻調速技術的發(fā)展 ......................................................................................................... 1 變頻調速系統的類型及其主電路結構 ............................................................................. 2 變頻調速系統的控制方法 ................................................................................................. 6 設計任務與要求 ................................................................................................................. 8 第二章 系統主電路設計 ........................................................................................................ 9 主電路結構設計 ................................................................................................................. 9 主電路參數計算及元器件選型分析 ............................................................................... 10 第三章 三相異步電動機的矢量控制數學模型 .................................................................. 15 異步電動機在三相坐標系上的數學模型和性質 ........................................................... 15 坐標變換 ........................................................................................................................... 20 異步電動機在兩相 dq 同步旋轉坐標系上的數學模型 ................................................. 23 按轉子磁鏈（磁通）定向的數學模型 ........................................................................... 25 第四章 異步電動機的矢量控制策略 .................................................................................. 27 矢量控制的基本思想 ....................................................................................................... 27 按轉子磁場定向的矢量控制方法的實現 ....................................................................... 28 第五章 系統仿真建模與分析 .............................................................................................. 33 MATLAB/SIMULINK 簡介 .............................................................................................. 33 仿真模型的建立 ............................................................................................................... 33 系統仿真分析 ................................................................................................................... 36 總結與展望 .............................................................................................................................. 39 致 謝 ........................................................................................................................................ 41 參考文獻 .................................................................................................................................. 43 武漢工程大學 畢業(yè)設計 II 摘 要 變頻調速是交流電動機各種調速方式中效率最高、性能最好的調速方法 ,在整個交流調速中占有重要的地位。并在此基礎上應用 MATLAB/SIMULINK 仿真工具建立了按轉子磁場定向的異步電動機矢量控制變頻調速系統的仿真模型，并對其性能進行了仿真分析。根據統計， 交流電動機用電量占電機總用電量的 85％左右，可見交流電動機應用的廣泛性及其在國民經濟中的重要地位 [1]。 20世紀 30年代應用機械旋轉式變頻機組 ,將工頻電源變換成低于工頻以下的電源 ,功率變換器件是原動機發(fā)電機組 ,存在效率低、損耗大、噪聲大、體積大等問題。然而，由于 GTR、 GTO(可關斷晶閘管 )為電流控制器件 ,存在驅動功率大、開關頻率低、并聯困難等問題 ,難以實現大容 量化及高頻低損耗。同時 ,IGBT智能化模塊 (IGBT一 IPM)及智能化變頻器將會有很大的發(fā)展。 20世紀 60年代以后，由于生產發(fā)展的需要和節(jié)省電能的要求，促使世界各國重視交流調速武漢工程大學 畢業(yè)設計 2 技術的研究與開發(fā)。變頻調速以其優(yōu)異的調速和起制動性能，高效率、高功率因數和節(jié)電效果，以及其它許多優(yōu)點而成為目前廣泛應用的最有發(fā)展前途的調速方式 [3]。 交型變頻器 ： 它的功能是把一種頻率的交流電直接變換成另一種頻率 可調電壓 的交流電 （轉換前后的相數相同），又稱直接式變頻器 。 直 交型變頻器 ： 交 直 交 變頻器是先把工頻交流通過整流器變成直流，然后再直流變換成頻率 電壓可調的交流，又稱間接變頻器，交 直 交變頻器是目前廣泛應用的通用變頻器。與之相比 ， 電流型變頻器施加于負載上的電流值穩(wěn)定不變，其特性類似于電流源 ，它主要應用在大容量的電機傳動系統以及大容量風機、泵類節(jié)能調速中 [4]。它具有運行穩(wěn)定、調速范圍寬、輸出波形好、輸入電流諧波含量低、功率因數高、效率高、電路簡單的特點 , 因而應用十分廣泛。其整流電路一般是 12脈沖 ,整流變壓器初級接成三角形 ,次級需要兩個繞組 ,一個接成三角形 ,另一個接成星型。如果要求更高 , 整流電路還可以采用 24脈沖 , 此時整流變壓器次級需 4個繞組 , 整流橋需 4個串聯。另外 ,由于是直接變頻 ,電網電壓與電機電壓相同 ,容易實現旁路控制。其主電路一般采用單元串聯多重化技術 ,即每相由幾個低壓 PWM 變頻功率單元串聯來實現直接高壓輸出 ,如圖 。 )與滯后 (12176。的三角載波對基波電壓進行調制 ,A、B、 C各相基波調制所得的 5個信號 ,分別控制該相的 5個功率單元 ,每相經疊加后可得到具有 11級階梯電平的相電壓、 21級階梯電平的線電壓 ,相當于 30脈沖變頻。其中，功率單元電路如圖 ，每個功率單元輸出電壓為 0、 － 1三種狀態(tài)電平，每相 5個單元疊加，就可產生 11種不同的電平等級，分別 為177。 177。目前，交 直 交變頻器常用的三種控制方法是轉速開環(huán)控制、轉速閉環(huán)矢量控制及直接轉矩控制方法。但是，由于是轉速開環(huán)控制方式，其調速精度和動態(tài)響應特性并不是十分理想。矢量控制技術根據磁動勢等效原則，通過坐標變換將交流異步電機模型等效為直流電動機模型，實現了定子電流勵磁分量與轉矩分量之間的解耦，對交 流電機的磁鏈和電流進行分別控制，從而達到控制瞬時電磁轉矩的目的。然后，通過電流閉環(huán)的跟隨控制，輸出異步電動機所需的三相定子電流。 控 制 器反 旋轉 變 換2 r / 2 s2 / 3變 換電 流跟 隨控 制3 / 2變 換旋 轉變 換2 s / 2 r等 效 直流 電 動機 模 型Ψ r *ω *i * s mi * s ti * s αi s βi * Ai * Bi * Ci Ai Bi Ci s α i s mi s tΨ rωφ φi * s β 圖 矢量控制系統基本結構原理框圖 （ 3）直接轉矩控制 直接轉矩控制技術 ,是利用空間矢量、定子磁場定向的方法 ,在定子坐標系下分析異