【正文】 利用 MATLAB編譯器和 C/C++數學庫和圖形庫，將自己的 MATLAB 程序自動轉換為獨立于 MATLAB 運行的 C和 C++代碼。 3）強大的科學計算機數據處理能力 ： MATLAB 是一個包含大量計算算法的集合。 表 XU 所在的扇區(qū) SVPWM 的 7段工作模式 1 0U , 1U , 2U , 7U , 2U , 1U , 0U 2 0U , 3U , 2U , 7U , 2U , 3U , 0U 3 0U , 3U , 4U , 7U , 4U , 3U , 0U 4 0U , 5U , 4U , 7U , 4U , 5U , 0U 5 0U , 5U , 6U , 7U , 6U , 5U , 0U 6 0U , 1U , 6U , 7U , 6U , 1U , 0U 其特點如下。如用 AS , BS , CS 分別表示逆變器的三個橋臂的狀態(tài)，并規(guī)定當上橋臂開關器件導通而下橋臂開關器件截止時橋臂狀態(tài)為 1。同步調制是指調制波和載波的比值等于常數，在調節(jié)調制波頻率的同時調節(jié)載波頻率，此方法雖然使得逆變器輸出的三相波形在正、負半波上有嚴格的對稱，但是在低頻控制時，會出現 SPWM 的脈沖太少，從而加大了諧波分量，不適合低頻控制；異步調制法是指載波頻率固定不變，只改變調 制波的頻率進行調制，它雖然解決了同步調制在低頻時所產生的諧波分量較大的缺陷，但由于它造成了輸出三相波在正負半波的不對稱，從而會加大電機運行的不平穩(wěn)性。產生原理是采用一組等腰三角波信號（載波）與正弦波信號（調制波）通過比較器進行比較，其交點作為晶閘管的導 通和關斷時刻，當調制波（正弦波）大于載波（三角波）時，逆變橋的晶閘管導通，反之，則關斷，逆變器就產生一組等幅不等寬的脈沖序列。 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極型晶體管，是由 BJT(雙極型三極管 )和 MOS(絕緣柵型場效應管 )組成的復合全控型電壓驅動式功率半 導體器件 , 兼有MOSFET 的高輸入阻抗和 GTR 的低導通壓降兩方面的優(yōu)點。 PWM 調制作 為交流調速系統(tǒng)的一個關鍵環(huán)節(jié)，其設計的優(yōu)劣直接關系到系統(tǒng)的性能 河北機電職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計 （論文） 6 第 2 章 逆變器的主電路 逆變器的任務是將直流電壓轉換成負載電機所需的三相交流電壓向電機供電，其輸出方式既可以選擇變壓變頻 (VVVF)方式，也可以 選擇恒壓恒頻 (CVCF)方式，以滿足不同負載的需要。這種牽引方式將接觸網的單向交流電通過可控硅整流變成直流電，通過控制勵磁電力使牽引電機具有所要求的軟特性和良好的防空轉性能，雖然這種脈流式牽引電動機與直流電動機有所不同但其工作原理基本上與直流電機相同，仍然無法改變電機存在的火花和環(huán)火的致命缺欠?；虿捎秒妷合嗔浚?VVCPWM）控制技術，降低電機損耗，減少網壓波動的影響。 1989 年開始打批量生產，是中國第 2 代干線主型機車，此期間。工頻交流電力機車主要采用水銀整流器或硅整流器與脈流牽引電機和高壓側或低壓側開關調壓系統(tǒng)。 交 — 直 — 交牽引系統(tǒng)比其它牽引傳動系統(tǒng)具有良好的牽引和制動性能、良好的黏著利用和防空轉性能、電機功率大、質量輕、體積小、功率因數高、諧波干擾小、操作簡便、維修工作少、易于標準化、通用化和模塊化等優(yōu)越性。 在 80 年代，一方面，直流斬波機車和交流相控機車技術得到進一步完善和發(fā)展。此期間株洲電力機車工廠第工廠和株洲電力機車研究所第科研單位得以大規(guī)模改造，新增很多先進專用設備和實驗檢測設備，引進大量先進技術。 系統(tǒng)的工作特點： 功率 /體積比大。并且從原來的開環(huán)控制，到今天的廣泛使用的矢量控制、直接扭矩控制，使得交流電動機具有極好的控制特性和動態(tài)性能，因此它將更廣泛的用于電力機車的牽引傳動。同時也由于采用了 IGBT，逆變器內部電路結構也發(fā)生了變 化，這主要體現在功率器件的過壓保護方面，由最早采用的高損耗 RCD 阻容型過 壓吸收電路，發(fā)展到來采用的低損耗不對稱型過壓吸收電路及△型過壓吸收電 路，再到現在的無吸收電路。IGBT 綜合了以上兩種器件的優(yōu)點，驅動功率小而飽和壓降低。為了得到 三相 橋式逆變器所需的三相對稱河北機電職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計 （論文） 13 SPWM 脈沖，逆變器三相輸出端 A,B,C 相電壓之間的相位必須互差 120176。與傳統(tǒng)的 SPWM 方法相比， SVPWM 具有直流電壓利用率更高、電機的諧波電流和轉矩脈動更小、電壓和頻率控制能同時完成以及實現簡單等優(yōu)點，目前無論在開環(huán)調速系統(tǒng)或閉環(huán)調速系統(tǒng)中都得到了越來越廣泛的應用。 ?????????????????????????????????????CBACBASSSuuu211121112 （ ） 表 定子電壓空間矢量 開關狀態(tài) { AS , BS , CS } Au Bu Cu 定子電壓空間矢量表達式 7U {0 0 0} 0 0 0 0 1U {1 0 0} dU32 — dU31 — dU31 032 jdeU 2U {1 1 0} dU31 dU31 — dU32 ?3132 jdeU 3U {0 1 0} — dU31 dU32 — dU31 ?3232 jdeU 4U {0 1 1} — dU32 dU31 dU31 ?jdeU32 5U {0 0 1} — dU31 — dU31 dU32 ?3432 jdeU 6U {1 0 1} dU31 — dU32 dU31 ?3553 jdeU 8U {1 1 1} 0 0 0 0 從 表 可知，在逆變器 823? 種可能的開關組合模式中， 有 6 個非零電壓空間矢量（稱為非零矢 量） 61 ~UU ,它們的幅值（即電壓空間矢量的長度）皆相同，都等于 dU32 。 MATLAB 是由美國 mathworks 公司發(fā)布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環(huán)境。在通常情況下，可以用它來代替底層編程語言，如 C 和 C++ 。 MATLAB 的一個重要特色就是具有一套程序擴展系統(tǒng)和一組稱之為工具箱的特殊應用子程序。 （ a） （ b） 圖 VI測量符號及 參數設置對話框 （ 6） ThreePhaseSeries RLC Load： 三相 RLC串聯(lián)負載，它是由電阻、電感、電容串聯(lián)而成的，其著負載的作用，在仿真圖中它代表三相異步電動機， 其圖標及參數設置如圖（ a）和（ b）所示。當選擇“ list（ relative to Fund。 圖 三相 spwm逆變器 m=1時的 載波頻率為基頻的 30倍 和諧波分析圖 從仿真波形圖和諧波分析圖中可以看出 當 m=1 時，輸出線電壓的幅值為 459/530，諧波分布主要在開關頻率的倍數處，其中開關頻率處含量較大 ，低次諧波含 量較大。當取為 1 時表示輸出線性調制去的最大電壓。 Start Time（起始時間）：指定快速傅里葉分析的起始時間 number of cycles（周期數）：指定快速傅里葉分析的周期數 Display FFT window（顯示 FFT 結果的窗口）：當選擇“顯示全部信號（ Display entire signal）”選項時，表示要顯示窗口圖標中的全部被選信號；當選擇“顯示 FFT 窗口（ Display FFT window）”選項時，表示僅僅顯示應用 FFT 分析的信號部分。 2） Snubber resistance Rs ：緩沖電路的電阻 3） Snubber capacitance Cs：緩沖電路的電感 4） Power electronic device：電力電子器件類型。目前， MATLAB 已經把工具箱延伸到了科學研究和工程應用的諸多領域，諸如數據采集、數據庫接口、概率統(tǒng)計、樣條擬合、優(yōu)化算法、偏微分方程求解、神經網絡、小波分析、信號處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識、控制系統(tǒng)設計、 LMI 控制、魯棒控制、模型 預測、模糊邏輯、金融分析、地圖工具、非線性控制設計、實時快速原型及半物理仿真、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、定點仿真、 DSP 與通訊、電力系統(tǒng)仿真等，都在工具箱（ Toolbox）家族中有了自己的一席之地。而且這種語言可移植性好、可拓展性極強，這也是 MATLAB 能夠深入到科學研究及工程計算各個領域的重要原因。由于在每個開關周期中輸出電壓矢量都會有 7 次改變，因此這種矢量組合模式也常被稱為 7段工作模式。 河北機電職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計 （論文） 16 逆變器輸出電壓矢量和正六邊形 磁鏈軌跡控制 在圖 所示的三相橋式逆變器中， 6 個開關器件總共可產生 8 種有效的開關組合模式。在實際控制過程中，載波和調制波的頻率調整可以有如下三種方法：同步調制法、異步調制法和分段同步調制法。正弦脈寬調制的方法也叫三角波調制方法。由于 IGBT 的開關頻率高，可使 PWM 調制頻率提高，因此 IGBT 是一種鐵道牽引比較理想的變流器件。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頻率較低，將會產生很大的低次諧波，輕則影響系統(tǒng)的性能，重則將導致整個調速系統(tǒng)的控制 失敗，因此需要對其進行 PWM 調制，減少其低次諧波。 從 20世紀 60 年代開始，人們將長期使用的串勵直流電動機（所謂的純直流傳動）改為使 用它勵直流電動機，即采用可控硅電源供給它勵電動機勵磁（所謂的交 — 直流傳動）。 ③環(huán)節(jié) —— 逆變器用于將直流電轉換為三相交流電，同時為了機車調速的需要，它具有較寬的調頻范圍和調壓范圍，一般采用正弦波脈寬調制（ PWM）技術。 SS3 機車綜合性能優(yōu)于 SS1型。 20 世紀 70 年代以前，直流電力機車普遍采用直流牽引電動機和高壓側調壓開關調壓系統(tǒng)；低頻交流電力機車幾乎全部采用單相交流整流子 牽引電動機高壓側調壓開關系統(tǒng)。因此交 — 直 — 交電力機車已成為目前應用最廣泛的電力機車 。另一方面。 1985 年和 1986 年進口 8K 和 6K 機車的同時，引進了大量先進技術。由于 .三相異步電動 機結構中無換向器，所以相同功率的電機，異步電動機的重量輕、體積小，可使機車轉向架簧下部分重量相應減少，在機車通過曲線時，輪軌之間側向壓力也就相應減少，這對高速行車尤為重要。 交 — 直 — 交牽引系統(tǒng)比其它牽引傳動系統(tǒng)具有良好的牽引和制動性能、良好的黏著利用和防空轉性能、電機功率大、 質量輕、體積小、功率因數高、諧波干擾小、操作簡便、河北機電職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計 （論文） 5 維修工作少、易于標準化、通用化和模塊化等優(yōu)越性。吸收電路逆變器通過采用無感復合母排技術、低感電容技術來盡可能消除產生過電壓的因素，從而盡可能避免過電壓情況的發(fā)生，同時也消除了吸收電路所產生的損耗，這樣，既簡化了電路結構，又降低了逆變 器的損耗 ，提高了效率，同時還因逆變器發(fā)熱量的降低而使得逆變器的體積重量 也得以減小。 河北機電職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計 （論文） 8 IGBT 元件和 GTO 元件的基本性能對比可見下圖 表 IGBT元件和 GTO元件的基本性能對 比 項目 GTO 元件 IGBT 元件 電壓（ V） 4500(6000) 3300(4000) 電流（ A） 3000~4000（可關斷電流） 1200 開關頻率（ HZ） 500 5000 開關損耗 大 小 通態(tài)損耗 小 大 吸收回路損耗 大 小 驅動功率 大 小 di/dt,du/dt 限制 嚴格 不嚴 保護功能 外設 完善的自我保護 河北機電職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計 （論文） 9 第 3 章 逆變器的控制技術 現代電力電子技術，特別是數字信號處理技術的不斷發(fā)展，促進了電力機車逆變器系統(tǒng)及控制技術的發(fā)展。為此三相 SPWM最基本的設計原則之一就是，用于產生三相 SPWM 脈沖的三個正弦調制信號，即圖 中的 U相調制波、 V 相調制波、 W 相調制波。 SVPWM 的基本原理 SVPWM 的基本原理可以從交流電機電壓空間矢量、磁鏈空間矢量以及電流空間矢量的概念 出發(fā)進行推導和分析。其余的兩個矢量 7U 和 0U 的幅值都為 0，稱為零電壓矢量空間，簡稱為零矢量。它將數值分析、矩陣計算、科學數據可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學研究、工程設計以及必須進行有效數值計算的眾多科學領域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設計語言（如 C、 Fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。在計算要求相同的情況下，使用 MATLAB 的編程工作量會大大減少。工具箱是 MATLAB 函數的子程序庫，每一個工具箱都是為某一類學科專業(yè)和應用而定制的，主要