【正文】 ??????????210221sin)6co(ttMUtttX??（）如果 作用的時(shí)間 本身很小，那么在該時(shí)間段內(nèi)， 總的作用效果就可以用xUt xU和 和零矢量 分時(shí)作用效果之和來(lái)近似等效，即有120 02121( tUttUtXX ??????（）可見(jiàn)，通過(guò)控制逆變器輸出矢量 和 以及零矢量作用時(shí)間之比例，就可以在一個(gè)12相對(duì)較小的時(shí)間間隔內(nèi)，近似等效和成所需要的輸出矢量 。用戶可以在命令窗口中將輸入語(yǔ)句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫(xiě)好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序（M 文件）后再一起運(yùn)行。另外新版本的 MATLAB 還著重在圖形用戶界面（GUI）的制作上作了很大的改善，對(duì)這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足。分別代表一個(gè)橋臂、兩個(gè)橋臂、三個(gè)橋臂，各自包含 2 個(gè)開(kāi)關(guān)器件、4 個(gè)開(kāi)關(guān)器件、6 個(gè)開(kāi)關(guān)器件。Structure（結(jié)構(gòu)）：列出呈現(xiàn)在工作空間的時(shí)間結(jié)構(gòu)變量（是由示波器模塊設(shè)定置）Input（輸入）：選擇“Structure”參數(shù)選項(xiàng)中被選為時(shí)間結(jié)構(gòu)變量，作為輸入信號(hào)。分別輸入電壓空間矢量的 軸分量或其幅值、角度。 比較圖 和圖 不難看出：SVPWM 較 SPWM 的直流電壓利用率高，THD 較小，低次諧波較少。（a）圖 相電壓、A 相電壓、B 相電流、AB 間線電壓和直流電流（b） 圖 相電壓、A 相電壓、B 相電流、AB 間線電壓和直流電流打開(kāi) powergui 中的 FFT 分析欄，對(duì)波形進(jìn)行 FFT 分析，分析其諧波含量，F(xiàn)FT 分析結(jié)果如圖 所示。當(dāng)選擇“bar（relative to specified base） ”選項(xiàng)時(shí)，將使 FFT 分析結(jié)果被顯示為相對(duì)于某特定的基準(zhǔn)頻率的條線圖；該選項(xiàng)中的特定基準(zhǔn)頻率，是由“基準(zhǔn)值（Base value） ”參數(shù)選項(xiàng)來(lái)決定的。 5）Ron：器件內(nèi)阻 6）Forward voltages【Device Vf，Diode Vfd】：器件導(dǎo)通壓降 7） 【Tf（s） Tt(s)】：器件關(guān)斷的時(shí)間 8）Measurements：是否進(jìn)行電氣測(cè)量(5) ThreePhaseVI Measurement；三相的 V I 測(cè)量，這是測(cè)量三相交流電的相電壓與相電流其圖標(biāo)與參數(shù)設(shè)置對(duì)話框如圖 （a）和（b）所示。另外，MATLAB 網(wǎng)頁(yè)服務(wù)程序還容許在 Web 應(yīng)用中使用自己的 MATLAB 數(shù)學(xué)和圖形程序。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計(jì)算中的最新研究成果，而前經(jīng)過(guò)了各種優(yōu)化和容錯(cuò)處理。（2）為了產(chǎn)生表 所要求的矢量組合，可按圖 所示控制逆變器的 3 個(gè)橋臂的開(kāi)關(guān)狀態(tài)（僅以 在第 1 扇區(qū)為例，其他扇區(qū)的詳細(xì)情況可依理畫(huà)出） ，其中 ， ，x 1t2是按式（）求出的零矢量及兩個(gè)非零矢量 和 的作用時(shí)間0t 1U2圖 SVPWM 輸出電壓矢量的切換（3）在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期，各相橋臂的狀態(tài)都會(huì)發(fā)生.（ 4） 除 了 占 空 比 是 O％ 或 100％ 的 情 況 ， 每 個(gè) PWM 周 期 所 有 開(kāi) 關(guān) 管 均 開(kāi) 關(guān) 兩 次（ 5） 每 一 個(gè) 扇 區(qū) 有 固 定 的 開(kāi) 關(guān) 順 序 ； （ 6） 七 段 中 作 用 矢 量 的 切 換 只 改 變 一 個(gè) 開(kāi) 關(guān) 管 的 狀 態(tài)七 段 式 的 開(kāi) 關(guān) 模 式 開(kāi) 關(guān) 次 數(shù) 較 多 ， 但 得 到 的 輸 入 電 流 的 諧 波 含 量 最 少 ， 是 一 種 最 優(yōu) 的 開(kāi) 關(guān) 模 式第 4 章 逆變器控制仿真MATLAB 是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）的簡(jiǎn)稱，是美國(guó) mathworks 公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括 MATLAB 和 Simulink 兩大部分。逆變器 8 種開(kāi)關(guān)組合模式所對(duì)應(yīng)的三相輸出相電壓瞬時(shí)值（相對(duì)于三相對(duì)稱星接負(fù)載的中點(diǎn) N）和電壓空間矢量分別如式（ ）和表 所示。SPWM 性能如下：1）直流電壓利用率只有 %2）其輸出電壓諧波主要是頻率為開(kāi)關(guān)頻率及開(kāi)關(guān)頻率倍數(shù)的諧波，而 THD 指標(biāo)隨開(kāi)關(guān)頻率的提高而降低，而同一開(kāi)關(guān)頻率下，THD 的變化趨勢(shì)是隨輸出頻率的提高而增大3）采用注入三次諧波可以提高直流電壓利用率，最大可以達(dá)到 115% 空間電壓矢量 SVPWM電壓空間矢量脈沖寬度調(diào)制技術(shù)是從交流電機(jī)的角度出發(fā)，以控制交流電機(jī)磁鏈空間矢量軌跡逼近圓形為調(diào)制目的，以求減小電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、改善電機(jī)的運(yùn)動(dòng)性能。 圖 的 生 成 方 法三相橋式逆變器的主電路如圖 所示。MOSFET 驅(qū)動(dòng)功率很小，開(kāi)關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。逆變器過(guò)去采用的功率器 件有晶閘管、GTO、功率晶體管等，IGBT 技術(shù)是近年來(lái)逐漸發(fā)展成熟起來(lái)的，由于 IGBT 具有工作頻率高、自我保護(hù)能力強(qiáng)、控制較簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在逆變器采用的 功率器件主要是 IGBT。隨著變流技術(shù)的發(fā)展變流元件從不控的二極管、半控晶閘管，發(fā)展到全控的 GTO、IGBT、IGCT，容量不斷加大，開(kāi)關(guān)頻率不斷提高使得脈寬調(diào)制技術(shù)成為可能，逆變器的輸出具有平滑調(diào)節(jié)供電頻率和電壓的性能交—直—交牽引系統(tǒng)由這種變流器供電，就可獲得極好的調(diào)速性能。降低電機(jī)、電纜中的高頻成分，控制噪聲的傳播，抑制電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中的諧波分量；保證頻繁斷開(kāi)電機(jī)電路時(shí)不損壞變頻器；通過(guò)三相霍爾電流傳感器對(duì)變頻器輸出端采取完善的短路保護(hù)措施。1986 年中國(guó)鐵路牽引動(dòng)力政策改為“大力發(fā)展電力牽引，合理發(fā)展內(nèi)燃牽引”以及發(fā)展“重載高速”機(jī)車。著力發(fā)展三相交流傳動(dòng)電力機(jī)車。目 錄摘要 ...................................................III ABSTRACT...............................................IV第 1 章 緒論 .............................................1 電力機(jī)車的發(fā)展歷史 ................................1 國(guó)外電力機(jī)車發(fā)展概況 ..........................中國(guó)電力機(jī)車發(fā)展概況 ...........................2 交直交牽引系統(tǒng)的構(gòu)成及特點(diǎn) .......................3 課題研究的背景及意義 ...............................4 論文主要的工作 .....................................5第 2 章 逆變器的主電路 ...................................6 逆變器主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ................................6 功率開(kāi)關(guān)器件的選擇 .................................7第 3 章 逆變器的控制技術(shù) ...............................9 SPWM 的特點(diǎn)與原理 .................................12 空間電壓矢量 SVPWM ................................14 SVPWM 的基本原理 ..............................14 逆變器輸出電壓矢量和正六邊形磁鏈軌跡控制 ......16 電壓空間矢量的合成方法 ........................18 SVPWM 矢量組合模式的選擇 .......................19第 4 章 逆變器控制仿真 ..................................22 器件介紹及參數(shù)設(shè)置 ................................24 基于 SPWM 的逆變器仿真 .............................33 電壓空間矢量 SVPWM ................................35 減少低次諧波的方案 ................................38 增加開(kāi)關(guān)頻率 ..................................38 加入濾波電抗 ..................................41 比較總結(jié) ..........................................43第 5 章 結(jié)論 ............................................45 全文總結(jié) ..........................................45 下一步的工作思考 ..................................45參考文獻(xiàn) ................................................46致謝 ....................................................47交—直—交電力機(jī)車逆變器 PWM 調(diào)制摘要電力機(jī)車由牽引電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪的機(jī)車。20 世紀(jì) 70 年代開(kāi)始，隨著大功率晶閘管及電力電子技術(shù)的發(fā)展，直流電力機(jī)車逐漸采用斬波調(diào)壓；單相工頻整流器電力機(jī)車逐步被晶閘管相控電力機(jī)車取代；在采用交流制的國(guó)家中，以瑞典為代表，包括奧地利，著重發(fā)展晶閘管相控電力機(jī)車，而德國(guó)和瑞士再使用少量相控機(jī)車的同時(shí)。1985 年 9 月在株洲電力機(jī)車工廠試制成功我國(guó)第 1 臺(tái)相控電力機(jī)車 SS4 貨運(yùn)電力機(jī)車，SS4 是中國(guó)第 3代電力機(jī)車第三階段（1984~至今）是中國(guó)電力機(jī)車迅速發(fā)展階段此階段我國(guó)第 3 代電力機(jī)車發(fā)展形成多機(jī)型系列，基本形成了較為完整的 8軸貨運(yùn)、客運(yùn)系列。④環(huán)節(jié)——電抗器，有三大作用。交—直—交牽引系統(tǒng)采用三相交流電動(dòng)機(jī)，由于其轉(zhuǎn)子沒(méi)有機(jī)械換向器，也不帶絕緣繞組，不存在換向火花和環(huán)火的現(xiàn)象，因此它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠，能以更高的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，可以滿足高功率、大容量牽引傳動(dòng)裝置的要求。 現(xiàn)代逆變器的特點(diǎn)是趨向于采用 IGBT 及無(wú)吸收電路。GTR 飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大。正弦波的頻率和幅值是可控的，只要改變正弦波的頻率，就可以改變輸出脈沖的頻率，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速；改變正弦波的幅值，它與三角波的交點(diǎn)發(fā)生改變，是輸出的逆變脈沖序列的寬度發(fā)生變化，從而改變輸出脈沖的電壓，其 SPWM 生成的原理如圖 所示，通過(guò)生成的 SPWM 信號(hào)來(lái)控制逆變器的開(kāi)關(guān)斷從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變頻調(diào)速。鑒于上述分析：在實(shí)際運(yùn)用中最為廣泛的是分段同步調(diào)制法，即在低頻時(shí)采用異步調(diào)制法，在其他頻段時(shí)采用同步調(diào)制法。反之當(dāng)下橋臂開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通而上橋臂開(kāi)關(guān)器件截止時(shí)橋臂的狀態(tài)為 0，比如{ , , }={1,0,0}就表示 A 相上管導(dǎo)通，B 相和 C 相都是ASBC下管導(dǎo)通。（1）不論 在那個(gè)扇區(qū)，逆變器輸出電壓矢量的組合都以零矢量開(kāi)始，并以零矢量xU結(jié)束。其擁有 600 多個(gè)工程中要用到的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，可以方便的實(shí)現(xiàn)用戶所需的各種計(jì)算功能。允許用戶編寫(xiě)可以和 MATLAB 進(jìn)行交互的 C 或 C++語(yǔ)言程序。在本次仿真中選擇的是 IGBT/Diodes。or DC） ”選項(xiàng)時(shí)，將使 FFT 分析結(jié)果被顯示為相對(duì)于基波頻率量或者直流量而言的條線圖。其仿真圖如圖 所示圖 三相 SPWM 逆變器的仿真模型調(diào)制深度 m 設(shè)為 1，輸出基波頻率設(shè)為 50Hz，載波頻率為基頻的 30 倍，即 1500Hz將仿真時(shí)間設(shè)為 ，在 powergui 中設(shè)置為離散仿真模式采樣時(shí)間為 ，運(yùn)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。 減少低次諧波的方案 增加開(kāi)關(guān)頻率以 SPWM 逆變器控制為例，三相負(fù)載的有功為 1KW，感性無(wú)功為 500Var，額定電壓為413V，額定功率為 50HZ，直流電源的幅值為 530V。選擇內(nèi)部發(fā)生模式后，可在后面的選項(xiàng)中??填寫(xiě)開(kāi)關(guān)頻率、調(diào)制深度、相位、基波頻率等信息。當(dāng)存在多個(gè)輸入的時(shí)間結(jié)構(gòu)變量時(shí)，可以由一個(gè)多輸入示波器模塊產(chǎn)生。前二者實(shí)現(xiàn)單相變流，后者實(shí)現(xiàn)三相變流。 5） 應(yīng) 用 廣 泛 的 模 塊 集 合 工 具 箱 ： MATLAB 對(duì)許多專門的領(lǐng)域都開(kāi)發(fā)了功能強(qiáng)大的模塊集和工具箱。新版本的 MATLAB 語(yǔ)言是基于最為流行的 C＋＋語(yǔ)言基礎(chǔ)上的，因此語(yǔ)法特征與 C＋＋語(yǔ)言極為相似，而且更加簡(jiǎn)單，更加符合科技人員對(duì)數(shù)學(xué)表達(dá)式的書(shū)寫(xiě)格式。x SVPWM 矢量組合模式的選擇 如何能降低逆變器的開(kāi)關(guān)頻率是 SVPWM 矢量組合模式的關(guān)鍵之一，為了降低開(kāi)關(guān)頻率，一般地，要求逆變器在每次改變輸出電壓矢量時(shí)都只改變其中一個(gè)橋臂的狀態(tài)。因此一個(gè)沿圓形軌跡運(yùn)行的 將在電機(jī)定子繞組SUSU中產(chǎn)生一個(gè)同樣沿圓形軌跡移動(dòng)的 ，而且 得移動(dòng)速率與 相同。圖 三 相 SPWM在使用 SPWM 進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí)需要考慮的問(wèn)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(lái)逼近正弦波，為此仍然存在大量的高次諧波，在實(shí)際控制過(guò)程中必須采取有效的措施來(lái)減少諧波分量。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(dǎo)通和關(guān)斷把直流電壓變成電壓正弦的輸