【正文】 1其特點如下。隨著 MATLAB 的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級，MATLAB 的用戶界面也越來越精致，更加接近 Windows 的標準界面，人機交互性更強，操作更簡單。 3） 強 大 的 科 學 計 算 機 數(shù) 據(jù) 處 理 能 力 ： MATLAB 是一個包含大量計算算法的集合。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動畫和表達式作圖。 6） 實 用 的 程 序 接 口 和 發(fā) 布 平 臺 ： 　新版本的 MATLAB 可以利用 MATLAB 編譯器和C/C++數(shù)學庫和圖形庫，將自己的 MATLAB 程序自動轉(zhuǎn)換為獨立于 MATLAB 運行的 C 和 C++代碼。（a）(b)圖 直流電壓源符號及參數(shù)設(shè)置對話框（2）Current Measurement；電流測量，其是測量電路中流經(jīng)某個器件的電流值。選擇橋臂中所使用的電力電子器件，可以選擇二極管、晶閘管、GTO/Diodes、MOSFET/Diodes、IGBT/Diodes、理想開關(guān)。1）Discretize electrical model：離散化電氣模型，如果選擇此項，電力系統(tǒng)模塊將在離散化的模型下進行仿真分析和計算，其采樣時間由采樣時間（Sample time）參數(shù)項給定。Fundamental frequency（基波頻率）：指定 FFT 分析的基波頻率Max Frequency（最大頻率）：指定 FFT 分析的最大頻率Frequency Axis（頻率坐標軸）：當選擇“赫茲（Hz） ”選項時，則表示以 Hz 來顯示 FFT 分析結(jié)果；當選擇“諧波次序（Harmonic order） ”選項時，則表示以相對于基波頻率的諧波次序來顯示 FFT，分析結(jié)果Display style（顯示類型）：選擇“bar（relative to Fund。（a）圖 離散 PWM 發(fā)生器符號及參數(shù)設(shè)置對話框（b）圖 離散 PWM 發(fā)生器符號及參數(shù)設(shè)置對話框其參數(shù)設(shè)置如下所示1）Generator Mode：發(fā)生器模式，2）Carrier frequency：SPWM 的三角載波頻率，單位為 Hz3）Internal generation of modulating singnal：是否選用內(nèi)部調(diào)制信號，如果不選中，則門極信號端口需接外部的控制信號，外接信號數(shù)目應(yīng)該和變流器的開關(guān)數(shù)目相對應(yīng)，幾個驅(qū)動信號組成一個向量接入變流器；如果選中該項，則在該對話框中自定義調(diào)制波的幅度和頻率，即需要對以下參數(shù)進行設(shè)置；Modulation index（0M1）：調(diào)制度，即調(diào)制波基波的最大值。2）Chopping frequency：開關(guān)頻率3）Output voltage【Mag（0,M1） phase（deg） freq（Hz） 】：調(diào)制深度、相位、基波頻率（10）Scope：示波器，其作用是測量器件輸出電壓、電流的波形，示意圖如圖（a）所示，（b）所示，（a）（b）圖 示波器示意圖及波形觀測窗口圖 參數(shù)設(shè)置窗口具體參數(shù)設(shè)置如下所述：點擊示波器的波形觀測窗口，打開 parameters，改變number of axes 的數(shù)值就可改變示波器的觀測對象 基于 SPWM 的逆變器仿真SPWM 控制信號由“Discrete PWM Generator”產(chǎn)生，三相負載的有功為 1KW，感性無功為 500Var，額定電壓為 413V，額定功率為 50HZ，直流電源的幅值為 530V。將仿真時間設(shè)為 ，在 powergui 中設(shè)置為離散仿真模式采樣時間為 ，運行后得仿真結(jié)果，相電流如圖 （a）所示，A 相電壓、A 相電流、AB 間線電壓和直流電流波形如圖 （b）所示。調(diào)制深度 m 設(shè)為 1，輸出基波頻率設(shè)為 50Hz，載波頻。其仿真圖如圖 所示。此外的調(diào)制深度仍然在 0 和 1 之間。1Base value（基準值）：指定所有顯示諧波的基準頻率值1Disply（顯示）：顯示所選測量量的快速傅里葉分析結(jié)果（8）DiscretePWM Generator：離散PWM發(fā)生器，是為GTO、IGBT等自關(guān)斷器件提供門極驅(qū)動PWM信號。Signal Number（信號編號）：指定“輸入（Input） ”參數(shù)選項中被選為輸入信號的編號。2）Nominal phasetophase voltage Vn（Vrms）：額定電壓，設(shè)為 413V3）Nominal frequency fn（Hz）：額定頻率，設(shè)為 50Hz4）Active power P（W）：有功功率，設(shè)為 1000W5）Inductive reactive power QL（positive var）：感性無功，設(shè)為 100Var6）Inductive reactive powe QC（negative var）：容性無功，設(shè)為 0（7）powergui：用于電路和系統(tǒng)分析的工具，其模塊的外形封裝形式和屬性對話框（a）、（b）所示。由于本次仿真是關(guān)于三相逆變器的仿真，所以選擇三個橋臂、6 個開關(guān)器件。 器件介紹及參數(shù)設(shè)置（1）DC Voltage Source；直流電壓源，其功能是為電路提供一個理想的直流電壓（a）所示，正端使用一個“+”標明。一般來說，它們都是由特定領(lǐng)域的專家開發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學習、應(yīng)用和評估不同的方法而不需要自己編寫代碼。函數(shù)所能解決的問題其大致包括矩陣運算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的組的求解、符號運算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析、工程中的優(yōu)化問題、稀疏矩陣運算、復數(shù)的各種運算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學運算、多維數(shù)組操作以及建模動態(tài)仿真等。使之更利于非計算機專業(yè)的科技人員使用。這些工具方便用戶使用 MATLAB 的函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。如表 中所式第 1 扇區(qū)的矢量組合模式 , , , , , , ，其特點是，每個開0U12721U0關(guān)周期都以 （{0 0 0}）開始，從 變化到 （{1 0 0}）時只有 A 相橋臂的狀態(tài)發(fā)生U了改變；從 變化到 （{1 1 0}）也只有 B 相橋臂的開關(guān)狀態(tài)發(fā)生改變，其他可以類12推。3/?圖 逆變器輸出電壓空間矢量由于逆變器輸出電壓空間矢量只可能處于 7 個離散的位置（ 和 所處的位置相同）上，7U0因此理論上講是不可能產(chǎn)生真正的連續(xù)電壓空間矢量運動的軌跡的。電壓空間矢量脈s?s沖寬度調(diào)制正是以調(diào)節(jié)交流電機定子磁鏈空間矢量 軌跡為目的對 進行直接控制的一sS種調(diào)制方法。采用電壓空間矢的概念，LU1定子電壓空間矢量 可定義為S )(323432??jCjBAS euu??（）與此類似，還可以定義出交流電機的定子電流空間矢量 和定子磁鏈空間矢量 ：SI s? )(323432??jCjBAS eiiI??（） )(3432????jCjBAS e（）其中， ， ， 和 , , 分別代表電機的三相定子電流和定子磁鏈。根據(jù)實驗課知，當三角載波的頻率越高，出現(xiàn)的諧波幅度就會越小，SPWM 的電流波形就越好，因而，希望可以盡量提高載波頻率來降低電流的諧波分量。的相位差。SPWM（正弦脈寬調(diào)制）是將正弦波變成寬度漸變的脈沖波，其中的脈沖波的寬度變化規(guī)律完全符合正弦的變化規(guī)律。使用這些先進的控制方式可以很大的提高逆變器的工作效率。在電力機車上的開關(guān)器件常用 IGBT 和 GTO，開關(guān) IGBT 元件稱為絕緣門極雙極型晶體管，它兼有功率 MOOSFET 高輸入阻抗特性（電壓控制型）和雙極型器件的通態(tài)特性，同時開關(guān)頻率也遠高于 GTO 元件。 再 生 制 動 時 ， 為 了 使 電 流 反 向 ， 與 晶 閘 管 反向 了 二 極 管 ， 因 此 晶 閘 管 毋 需 反 向 耐 壓 ； 電 流 型 逆 變 器 由 直 流 電 流 中 間 電 路 供 給 一 個恒 定 的 直 流 電 流 ， 由 于 將 電 感 串 聯(lián) 在 中 間 電 路 中 ， 有 較 大 的 阻 抗 ， 半 導 體 器 件 一 般 不會 產(chǎn) 生 過 電 流 。 論文主要的工作逆 變 器 在 整 個 牽 引 系 統(tǒng) 中 起 到 把 直 流 電 逆 變 成 為 三 相 交 流 電 的 作 用 ， 供 給 電 動 機 運行 ， 它 對 整 個 牽 引 系 統(tǒng) 是 否 能 正 常 運 行 起 到 重 要 作 用 。與同樣功率等級的直流電機比較，異步電機的質(zhì)量低 30%左右，因此減少了簧下質(zhì)量，減小對線路的作用力。從而限制了直流電動機的功率和容量，滿足不了鐵路牽引向高速、重載方向發(fā)展的要求。采用不同的整流電路，其濾波電路也不同，功能有所差別。1996 年 AC4000 交流傳動電力機車研制成功，這是我國電力機車事業(yè)發(fā)展上的一個重要的里程碑，是我國鐵路電傳動機車開始步入交流傳動機車的發(fā)展時期。并在 SS1 基礎(chǔ)上改進設(shè)計的。從 80 年代末 90 年代初開始，世界上特別是西歐和日本，隨著既有電力機車的更新?lián)Q代和高速鐵路的蓬勃發(fā)展，電力機車的研制迅速向交流傳動。從主電路系統(tǒng)的特點可以看出電力機車最近幾十年來的發(fā)展過程。 但 是 對于交—直—交電力機車這種大功率場合，由于逆變器的的開關(guān)頻率較低，將會產(chǎn)生很大的低次諧波，輕則影響系統(tǒng)的性能，重則將導致整個調(diào)速系統(tǒng)的控制失敗，因此需要對其進行 PWM 調(diào)制。逆 變 器 在 整 個 牽 引 系 統(tǒng) 中 起 到 把 直 流 電 逆 變 成 為 三 相 交 流 電 的 作 用 ， 供 給 電 動 機 運行 ， 它 對 整 個 牽 引 系 統(tǒng) 是 否 能 正 常 運 行 起 到 重 要 作 用 。采用直流制的國家主要有日本、法國、意大利等；采用單相低頻交流制的國家主要有德國、瑞典、奧地利、挪威和美國；采用單相工頻交流制的國家有法國、日本、印度、英國等。以 1979 年問世的第一臺 E120 型交流傳動電力機車（原聯(lián)邦德國 BBC 公司制造）為轉(zhuǎn)機，三相交流傳動電力機車在德國第一些國家投入運營并得到迅速發(fā)展。1979 年株洲電力機車工廠設(shè)計試制成功 SS3 型機車，SS3是在吸收了 SS1 和 SS2 的成熟經(jīng)驗。經(jīng)過消化吸收，結(jié)合中國電力機車實際和優(yōu)秀的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，先后自主研制成功第 3 代機車 11 種，有 SSSSSSSSSS8 以及它們的派生型 SS4b、SS4c、SS6b、SS7b、SS7c 第。②環(huán)節(jié)——直流環(huán)節(jié)濾波器基本作用是平滑Ａ處的紋波（脈動） ，消除或減少諧波含量，改善機車的功率因數(shù)。同時，由于電動機體積減小，空間利用好，便能選擇更為合適的懸掛方式，從而簡化了轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)。但是直流電動機在結(jié)構(gòu)上有嚴重的缺點，由于它存在電刷和換向器，致使電機不僅工藝復雜、價格昂貴，而且在運行中容易產(chǎn)生火花和環(huán)火現(xiàn)象，這就要求電機換向片之間的電壓不能過高。由于異步電動機軸功率大、體積小，使得機車具有適合低速大牽引力，以較少的動軸保證列車高速運行時所需的功率。因此交—直—交牽引系統(tǒng)將更廣泛的運用于電力機車中。 逆變器主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計逆 變 器 主 要 分 為 電 壓 型 逆 變 器 和 電 流 型 逆 變 器 ， 電 壓 型 逆 變 器 由 直 流 電 壓 中 間 電 路供 給 一 個 恒 定 的 直 流 電 壓 ， 其 元 件 過 電 壓 的 可 能 性 較 小 ， 但 由 于 中 間 電 路 的 內(nèi) 阻 小 ，負 載 的 故 障 和 換 流 失 敗 ， 易 引 起 過 電 流 。逆變器的主功率元件的選擇至關(guān)重要，目前使用較多的功率元件有達林頓功率晶體管（BJT） ，功率場效應(yīng)管（MOSFET） ，絕緣柵晶體管（IGBT）和可關(guān)斷晶閘管（GTO）等，在小容量低壓系統(tǒng)中使用較多的器件為 MOSFET，因為 MOSFET 具有較低的通態(tài)壓降和較高的開關(guān)頻率，在高壓大容量系統(tǒng)中一般均采用 IGBT模塊，這是因為 MOSFET 隨著電壓的升高其通態(tài)電阻也隨之增大，而 IGBT 在中容量系統(tǒng)中占有較大的優(yōu)勢，而在特大容量（100KVA 以上）系統(tǒng)中，一般均采用 GTO 作為功率元件。各種先進的控制方式如正弦脈寬調(diào)制（SPWM） ，空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM） ，關(guān)聯(lián)指令脈寬調(diào)制等日趨成熟。電壓脈沖寬度調(diào)制技術(shù)（電壓 SPWM），顧名思義就是指利用全控型電力電子器件的導通和關(guān)斷把直流電壓變成電壓正弦的輸出，實現(xiàn)變壓、變頻控制并且可以較好的消除諧波。它們之間也必須保持 120176。圖 三 相 SPWM在使用 SPWM 進行變頻調(diào)速時需要考慮的問題是，SPWM 波并不是真的正弦波，只是用按照正弦規(guī)律變化的階梯來逼近正弦波，為此仍然存在大量的高次諧波，在實際控制過程中必須采取有效的措施來減少諧波分量。假設(shè)交流電機由理想對稱的正弦電壓供電，三相電壓 , , 可以用矩陣的形式表AuBC式為 （）LCBAUtu??????????????3/4cos()2311??式中， 為線電壓有效值， 為正弦供電電壓的角頻率。因此一個沿圓形軌跡運行的 將在電機定子繞組SUSU中產(chǎn)生一個同樣沿圓形軌跡移動的 ，而且 得移動速率與 相同。為了更清70楚地表現(xiàn)這幾個矢量之間的關(guān)系，可以將這 8 個矢量繪制在復平面上，則 6 個非零矢量分別位于一個正六邊形的 6 個頂點位置，而 2 個零矢量位于原點，如圖 ，圖中可以看出，相鄰兩個非零矢量將正六邊形外切園平分為 6 個頂角都是 的扇區(qū)。x SVPWM 矢量組合模式的選擇 如何能降低逆變器的開關(guān)頻率是 SVPWM 矢量組合模式的關(guān)鍵