【正文】 分量 ,因此在變頻器的輸出側(cè)必須配置輸出 LC濾波器才能用于普通的籠型電機(jī)。由于兩個(gè)次級(jí)繞組線(xiàn)電壓相同 , 則它們各相之間相位差為 30176。使用時(shí)應(yīng)該明確 : 當(dāng)電動(dòng)機(jī)的功率武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 ≤200kW 時(shí) ,380～ 500V的低壓電源可以直接進(jìn)入主電路的整流環(huán)節(jié)；當(dāng)電動(dòng)機(jī)的功率 200kW 時(shí) ,為減少輸電線(xiàn)路上的損耗 ,我國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定 :宜采用高壓供電 ,此時(shí)應(yīng)在高壓電源與低壓變頻器之間裝設(shè)降壓變壓器 [5]。 目前，按電壓等級(jí)來(lái)分，又可將變頻器分為低壓變頻器和中、高壓變頻器。 它根據(jù)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(diǎn)是中間直流環(huán)節(jié)采用大電感器作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)來(lái)緩沖無(wú)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(nèi)阻較大，故稱(chēng)電流源型變頻器。由于中間不經(jīng)過(guò)直流環(huán)節(jié) ，不需換流， 故效率很高。 變頻調(diào)速系統(tǒng)的類(lèi)型及其主電路結(jié)構(gòu) 變頻器最早的形式是用旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)組作為可變頻率電源，供給交流電動(dòng)機(jī)。尤其是 20世紀(jì) 70年代以后，由于科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展為交流調(diào)速的發(fā)展創(chuàng)造了極為有利的技術(shù)條件和物質(zhì)基礎(chǔ)。功率器件及變頻器的智能化是將功率變換、驅(qū)動(dòng)、檢測(cè)、控制、保護(hù)等功能集成化 ,實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能、功能全面、高附加值化。用戶(hù)的高頻化要求推動(dòng)了功率器件柵極的 MOS化 ,90年代 MOS場(chǎng)效應(yīng)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(wèn)世 ,70年代晶閘管變頻器開(kāi)始逐步取代變頻機(jī)組 ,進(jìn)入了電力電子變頻技術(shù)時(shí)代 ,使變頻技術(shù)有了新的發(fā)展。 現(xiàn)代變頻技術(shù)是交流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的核心 ,而變頻技術(shù)的核心是功率變換器件和微電子控制技術(shù)。仿真結(jié)果證明了所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主電路及其控制算法的可行性和有效性。 ` 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目： 矢量控制交流變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專(zhuān) 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 2020 自動(dòng)化 01 所 在 學(xué) 院： 電氣信息學(xué)院 2020 年 5 月武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) I 目 錄 摘 要 ........................................................................................................................................ II Abstract ..................................................................................................................................... III 第一章 緒論 ............................................................................................................................ 1 變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展 ......................................................................................................... 1 變頻調(diào)速系統(tǒng)的類(lèi)型及其主電路結(jié)構(gòu) ............................................................................. 2 變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方法 ................................................................................................. 6 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 ................................................................................................................. 8 第二章 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) ........................................................................................................ 9 主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ................................................................................................................. 9 主電路參數(shù)計(jì)算及元器件選型分析 ............................................................................... 10 第三章 三相異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制數(shù)學(xué)模型 .................................................................. 15 異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型和性質(zhì) ........................................................... 15 坐標(biāo)變換 ........................................................................................................................... 20 異步電動(dòng)機(jī)在兩相 dq 同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型 ................................................. 23 按轉(zhuǎn)子磁鏈（磁通）定向的數(shù)學(xué)模型 ........................................................................... 25 第四章 異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制策略 .................................................................................. 27 矢量控制的基本思想 ....................................................................................................... 27 按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制方法的實(shí)現(xiàn) ....................................................................... 28 第五章 系統(tǒng)仿真建模與分析 .............................................................................................. 33 MATLAB/SIMULINK 簡(jiǎn)介 .............................................................................................. 33 仿真模型的建立 ............................................................................................................... 33 系統(tǒng)仿真分析 ................................................................................................................... 36 總結(jié)與展望 .............................................................................................................................. 39 致 謝 ........................................................................................................................................ 41 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 43 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) II 摘 要 變頻調(diào)速是交流電動(dòng)機(jī)各種調(diào)速方式中效率最高、性能最好的調(diào)速方法 ,在整個(gè)交流調(diào)速中占有重要的地位。并在此基礎(chǔ)上應(yīng)用 MATLAB/SIMULINK 仿真工具建立了按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型，并對(duì)其性能進(jìn)行了仿真分析。根據(jù)統(tǒng)計(jì)， 交流電動(dòng)機(jī)用電量占電機(jī)總用電量的 85％左右，可見(jiàn)交流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用的廣泛性及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要地位 [1]。 20世紀(jì) 30年代應(yīng)用機(jī)械旋轉(zhuǎn)式變頻機(jī)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(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組 ,存在效率低、損耗大、噪聲大、體積大等問(wèn)題。然而，由于 GTR、 GTO(可關(guān)斷晶閘管 )為電流控制器件 ,存在驅(qū)動(dòng)功率大、開(kāi)關(guān)頻率低、并聯(lián)困難等問(wèn)題 ,難以實(shí)現(xiàn)大容 量化及高頻低損耗。同時(shí) ,IGBT智能化模塊 (IGBT一 IPM)及智能化變頻器將會(huì)有很大的發(fā)展。 20世紀(jì) 60年代以后，由于生產(chǎn)發(fā)展的需要和節(jié)省電能的要求，促使世界各國(guó)重視交流調(diào)速武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動(dòng)性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，以及其它許多優(yōu)點(diǎn)而成為目前廣泛應(yīng)用的最有發(fā)展前途的調(diào)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(diào)電壓 的交流電 （轉(zhuǎn)換前后的相數(shù)相同），又稱(chēng)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(guò)整流器變成直流，然后再直流變換成頻率 電壓可調(diào)的交流，又稱(chēng)間接變頻器，交 直 交變頻器是目前廣泛應(yīng)用的通用變頻器。與之相比 ， 電流型變頻器施加于負(fù)載上的電流值穩(wěn)定不變，其特性類(lèi)似于電流源 ，它主要應(yīng)用在大容量的電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)以及大容量風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)節(jié)能調(diào)速中 [4]。它具有運(yùn)行穩(wěn)定、調(diào)速范圍寬、輸出波形好、輸入電流諧波含量低、功率因數(shù)高、效率高、電路簡(jiǎn)單的特點(diǎn) , 因而應(yīng)用十分廣泛。其整流電路一般是 12脈沖 ,整流變壓器初級(jí)接成三角形 ,次級(jí)需要兩個(gè)繞組 ,一個(gè)接成三角形 ,另一個(gè)接成星型。如果要求更高 , 整流電路還可以采用 24脈沖 , 此時(shí)整流變壓器次級(jí)需 4個(gè)繞組 , 整流橋需 4個(gè)串聯(lián)。另外 ,由于是直接變頻 ,電網(wǎng)電壓與電機(jī)電壓相同 ,容易實(shí)現(xiàn)旁路控制。其主電路一般采用單元串聯(lián)多重化技術(shù) ,即每相由幾個(gè)低壓 PWM 變頻功率單元串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)直接高壓輸出 ,如圖 。 )與滯后 (12176。的三角載波對(duì)基波電壓進(jìn)行調(diào)制 ,A、B、 C各相基波調(diào)制所得的 5個(gè)信號(hào) ,分別控制該相的 5個(gè)功率單元 ,每相經(jīng)疊加后可得到具有 11級(jí)階梯電平的相電壓、 21級(jí)階梯電平的線(xiàn)電壓 ,相當(dāng)于 30脈沖變頻。其中，功率單元電路如圖 ，每個(gè)功率單元輸出電壓為 0、 － 1三種狀態(tài)電平，每相 5個(gè)單元疊加，就可產(chǎn)生 11種不同的電平等級(jí)，分別 為177。 177。目前，交 直 交變頻器常用的三種控制方法是轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)控制、轉(zhuǎn)速閉環(huán)矢量控制及直接轉(zhuǎn)矩控制方法。但是，由于是轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)控制方式，其調(diào)速精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性并不是十分理想。矢量控制技術(shù)根據(jù)磁動(dòng)勢(shì)等效原則，通過(guò)坐標(biāo)變換將交流異步電機(jī)模型等效為直流電動(dòng)機(jī)模型，實(shí)現(xiàn)了定子電流勵(lì)磁分量與轉(zhuǎn)矩分量之間的解耦，對(duì)交 流電機(jī)的磁鏈和電流進(jìn)行分別控制，從而達(dá)到控制瞬時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩的目的。然后，通過(guò)電流閉環(huán)的跟隨控制，輸出異步電動(dòng)機(jī)所需的三相定子電流。 控 制 器反 旋轉(zhuǎn) 變 換2 r / 2 s2 / 3變 換電 流跟 隨控 制3 / 2變 換旋 轉(zhuǎn)變 換2 s / 2 r等 效 直流 電 動(dòng)機(jī) 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(tǒng)基本結(jié)構(gòu)原理框圖 （ 3）直接轉(zhuǎn)矩控制 直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù) ,是利用空間矢量、定子磁場(chǎng)定向的方法 ,在定子坐標(biāo)系下分析異