【正文】 固有的缺陷。 第二章 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)，分為主電路和控制電路兩大部分。各部分的主要作用如下：（1）三相整流電路：將電網(wǎng)輸入的三相380VAC進(jìn)行整流濾波，為變換器提供波紋較小的530VDC直流電壓。（5）軟啟動(dòng)電路：限制啟動(dòng)電流，保護(hù)功率器件。但由于可控整流的控制比較復(fù)雜,目前在大功率變頻器等應(yīng)用領(lǐng)域,整流部分多采用不控整流,跟可控整流相比,這種方式可以提高網(wǎng)側(cè)電壓功率因數(shù),而且控制簡(jiǎn)單,較為經(jīng)濟(jì)。因?yàn)槭茈娙萘亢湍蛪旱南拗?，濾波電路通常由若干個(gè)電容器并聯(lián)成一組，又由兩個(gè)電容器組串聯(lián)而成。電源指示燈DS除了指示電源通電外，還作為濾波電容放電通路和指示。(2)額定狀態(tài)下直流側(cè)的平均功率 本電源的額定容量為,，考慮到實(shí)際中功率開(kāi)關(guān)管等會(huì)有損耗。 儲(chǔ)能電容的設(shè)計(jì) 儲(chǔ)能電容的參數(shù)通常按如下公式計(jì)算： （） 式中T為輸入側(cè)直流電壓的脈動(dòng)周期,為直流側(cè)等效負(fù)載電阻,裝置的額定容量為,考慮阻性負(fù)載,直流母線電壓為,則： ()直流側(cè)為交流電壓(50Hz)經(jīng)三相全橋整流后的電壓,其輸出電壓一周期內(nèi)有6個(gè)脈波,則,代入式()可得： () 考慮到為了提供更穩(wěn)定的直流母線電壓,實(shí)際設(shè)計(jì)中取181。而且水泥電阻比較便宜,因此經(jīng)常被選作為電源上的充電限流電阻。 三相全橋逆變器具有電路拓?fù)浜?jiǎn)潔，所用功率器件數(shù)少，功率開(kāi)關(guān)電壓應(yīng)力低等優(yōu)點(diǎn)，但為了提高帶不平衡負(fù)載的能力，必須在其輸出端增加中點(diǎn)形成變壓器,從而在一定程度上增加了逆變器的體積和重量。由于每相可分別獨(dú)立控制,易實(shí)現(xiàn)模塊化結(jié)構(gòu)，模塊冗余技術(shù),因此系統(tǒng)的可靠性高,具有極強(qiáng)的帶不平衡負(fù)載能力。 逆變部分主要元件為IGBT。實(shí)質(zhì)上是防止因過(guò)電壓或過(guò)電流引起IGBT損壞或工作不穩(wěn)定。為了使電路工作更加安全可靠,這里取兩倍電流電壓安全裕量,綜合考慮元器件性價(jià)比等因素，本課題選取Infineon公司生產(chǎn)的SGW25N12O型IGBT,該器件具有封裝小、功耗低、功率壽命周期高等優(yōu)點(diǎn),規(guī)格為1200V/25A。 濾波器參數(shù)選擇時(shí),應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)要求: 在滿足輸出電壓波形失真度要求的前提下,盡量提高濾波器的諧振頻率,以減小其體積和重量。忽略電感線圈內(nèi)阻和電容漏電阻,帶純阻性負(fù)載R的L型濾波器傳遞函數(shù)為: （）式中表示無(wú)阻尼震蕩頻率，；為阻尼比，；由式（）得： ()由式（）可知高頻信號(hào)通過(guò)濾波器的衰減倍數(shù)為，低頻信號(hào)則不衰減，由此可見(jiàn)L型濾波器是低通濾波器,其截至頻率： () 逆變輸出電壓基波頻率f0《 fc時(shí),濾波器對(duì)基波信號(hào)阻力小,允許其通過(guò)；最低次諧波頻率丘時(shí),濾波器對(duì)最低次諧波阻力大,不允許其以及高于其頻率的信號(hào)通過(guò)。由式（）可得： ()式中為特性阻抗。 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) 異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型 異步電動(dòng)機(jī)是一個(gè)高階、非線性和強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。其次，異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是磁通和電流相互作用產(chǎn)生的，旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是轉(zhuǎn)速和磁通相互作用產(chǎn)生的，因此，在數(shù)學(xué)模型中會(huì)含有兩個(gè)變量的乘積項(xiàng)，再考慮磁飽和的因素，所以異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)非線性的系統(tǒng)。定子、及三相轉(zhuǎn)子繞組、在空間對(duì)稱分布 忽略磁路飽和，各繞組的自感和互感都是恒定的 忽略鐵心損耗 不考慮溫度和頻率的變化對(duì)電機(jī)參數(shù)的影響無(wú)論電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子是繞線型的還是鼠籠型的，都將它等效成繞線轉(zhuǎn)子，并折算到定子側(cè)，折算后的每相繞組匝數(shù)都相等。轉(zhuǎn)子軸和定子軸間的電角度差為空間角位移變量。對(duì)于每一項(xiàng)繞組來(lái)說(shuō)，它所交鏈的磁通是互感磁通與漏磁通之和，因此，定子各相自感為 ()轉(zhuǎn)子各相自感為 ()式中，—定子、轉(zhuǎn)子互感，—與磁通對(duì)應(yīng)的定子和轉(zhuǎn)子每相漏感。電角度，在假設(shè)氣隙磁通為正弦分布的條件下，互感值為，于是 （） （）至于第二類，即定子、轉(zhuǎn)子繞組間的互感，由于相互位置的變化，可分別表示為 () () () 當(dāng)定子、轉(zhuǎn)子兩相繞組軸線一致時(shí)，兩者之間的互感值最大，就是每相的最大互感值。把磁鏈方程（）代入電壓方程()，即得展開(kāi)后的電壓方程為 （）式中，項(xiàng)屬于電磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的脈變電動(dòng)勢(shì)，項(xiàng)屬于電磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中與轉(zhuǎn)速成正比的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)。可見(jiàn)異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型是一個(gè)多變量系統(tǒng)。（4）異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型是一個(gè)強(qiáng)耦合系統(tǒng)由式（）可以看出，異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型是一個(gè)變量間具有強(qiáng)耦合關(guān)系的系統(tǒng)。代入式（）和式（）并整理得 （） （）按照所采用的條件，電流變換矩陣也就是電壓變換矩陣，同時(shí)還可以證明，它們也是磁鏈的變換矩陣。這時(shí)定子電流被定義為空間矢量，記為。在矢量控制系統(tǒng)中，通常稱為磁場(chǎng)定向角。對(duì)式（）兩邊左乘以變換的逆矩陣，即得 （）則兩相靜止坐標(biāo)系變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換矩陣是 （）電壓和磁鏈旋轉(zhuǎn)變換矩陣也與電流（磁動(dòng)勢(shì)）旋轉(zhuǎn)變換矩陣相同。因?yàn)橛脙上啻媪巳?，使兩相繞組互感是原三相繞組中任意兩相間最大互感（當(dāng)軸線重合時(shí)）的倍。將電壓方程（）等號(hào)右側(cè)的系數(shù)矩陣分開(kāi)來(lái)寫(xiě)，并考慮式（）的磁鏈方程，得 （）令 旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)向量：則式（）可以寫(xiě)成 （） 兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的特點(diǎn)是，當(dāng)三相ABC坐標(biāo)系中的電壓和電流是交流正弦波時(shí)，變換到dq坐標(biāo)系上就是直流。根據(jù)這一電壓方程可以建立矢量控制系統(tǒng)所依據(jù)的控制方程式。若要對(duì)一個(gè)機(jī)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行有效地控制，就必須控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。調(diào)節(jié)的大小可以改變磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，調(diào)節(jié)的大小可以在磁場(chǎng)一定時(shí)改變轉(zhuǎn)矩。從內(nèi)容上看，經(jīng)過(guò)變換和同步旋轉(zhuǎn)變換，變成一臺(tái)由、輸入，輸出的直流電動(dòng)機(jī)[20]。 矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)原理框圖 。這時(shí)因?yàn)樵谳S式不存在轉(zhuǎn)子磁通，所以無(wú)慣性。將式（）的第1，2行變?yōu)? （） （）式中 （）式（）代入式（）得 （）整理后得到 （）同樣地,可以得到 （）式（）和（）的右邊第二部分可根據(jù)輸入信號(hào)得到相應(yīng)的值，由于是根據(jù)模型計(jì)算的數(shù)據(jù)，因而表示的是系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)，為得到三相電壓信號(hào)需要對(duì)右邊的式子進(jìn)行調(diào)節(jié)，將右邊第一式作為調(diào)節(jié)器的輸出。SIMULINK允許用戶自己定制和創(chuàng)建模塊。在建立模型結(jié)構(gòu)后，就可以啟動(dòng)仿真功能來(lái)分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。 矢量控制交流變頻調(diào)速系統(tǒng)組成原理圖首先將角速度指令和的偏差信號(hào)送至速度調(diào)節(jié)器，速度調(diào)節(jié)器的輸出為轉(zhuǎn)矩給定指令值；計(jì)算出轉(zhuǎn)矩電流給定值；由磁通給定值算出勵(lì)磁電流給定值；其中和則由電機(jī)實(shí)際電流經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換得到，d、q軸電流、通過(guò)電流模型法算出。 子模塊 DQABC坐標(biāo)變換子模塊 DQABC子模塊是根據(jù)定子電流在d、q坐標(biāo)系下的分量，經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)變換得出電動(dòng)機(jī)定子的三相繞組電流的給定值（2/3變換）。 ABCDQ子模塊 電流調(diào)節(jié)器子模塊電流調(diào)節(jié)器子模塊。 速度調(diào)節(jié)器子模塊根據(jù)上述建立的模型，在Matlab／simulink環(huán)境下建立異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真模型。在ACR（電流調(diào)節(jié)器）模塊中采用是滯環(huán)控制原理來(lái)實(shí)現(xiàn)電流的調(diào)節(jié)，使得實(shí)際電流隨跟定電流的變化。 異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真模型 系統(tǒng)仿真分析設(shè)置異步電機(jī)參數(shù)如下：線電壓380V；額定頻率50Hz；；；；；定；極對(duì)數(shù)為4。電流調(diào)節(jié)器的滯環(huán)寬度設(shè)為20。在恒轉(zhuǎn)矩段，轉(zhuǎn)矩保持在極限值300N﹒m，這個(gè)極限值是在速度調(diào)節(jié)器參數(shù)表中設(shè)定的。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了所建立系統(tǒng)的正確性、有效性以及給系統(tǒng)仿真帶來(lái)方便條件。矢量控制作為先進(jìn)控制策略之一,以其高控制性能,正在逐漸的被人們所接受、采用,相信在不久的將來(lái),有越來(lái)越多的人會(huì)使用。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，導(dǎo)師給了我很多寶貴的意見(jiàn)和方法，并指導(dǎo)我怎么進(jìn)行一個(gè)課題的研究。參考文獻(xiàn)[1] 陳伯時(shí)等．交流調(diào)速系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.[2] 李華德．交流調(diào)速控制系統(tǒng)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2003.[3] 許大中．交流電機(jī)調(diào)速理論[M]．浙江：浙江大學(xué)出版社，1991.[4] 程善美，姜向龍，孫文煥等．SIMULINK環(huán)境下空間矢量PWM的仿真[J]．電氣自動(dòng)化，2002，24（3）：38—41.[5] [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003年1月.[6] [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002年9月.[7] [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003年7月.[8] [D].南京:東南大學(xué)碩士學(xué)位論文,2004.[9] [D].濟(jì)南:山東大學(xué)碩士學(xué)位論文,2000.[10][D].內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論 文,2005.[11]茍加志，[J].渝州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2001,30(3)：7275.[12][D].廣東:工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論 文，2004.[13][J].能源技術(shù),2002,20(2)：5265.[14][D].濟(jì)南:山東大學(xué)碩士學(xué)位論 文,2000.[15]張劍杰,[J].礦山機(jī)械,2004,10(6)：8295.[16]洪乃剛．電力電子和電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的MATLAB仿真[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.[17]謝高路．變頻調(diào)速異步電機(jī)設(shè)計(jì)及其SPWM逆變器控制系統(tǒng)的研究[D]．昆明：理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2002.[18]劉國(guó)光．一種異步電動(dòng)機(jī)SPWM變頻調(diào)速的新方案．機(jī)械工程與自動(dòng)化[J]，2005 （2）：6570.[19]張武榮．異步電機(jī)矢量控制研究[D]．沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007，01：110.[20]R. 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