【正文】 流電網(wǎng)，要實現(xiàn)這部分能量的回饋，網(wǎng)側(cè)不能采用不可控的二極管整流器或一般的可控整流器，必須采用可逆變頻器，這種再生能量回饋式高性能變頻器具有直流輸出電壓連續(xù)可調(diào)，輸入電流 (網(wǎng)側(cè)電流)波形基本為正弦波，電壓波形為矩形波，功率因數(shù)保持為1并且能量可以雙向流動的特點。特定諧波消除法 (Selected Harmonic MiinationPWM,SHE PWM)、效率最優(yōu)PWM和轉(zhuǎn)矩脈動最小PWM都屬于優(yōu)化PWM技術(shù)的范疇。（4）全數(shù)字控制技術(shù)的應(yīng)用隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字式控制處理芯片的運算能力和可靠性得到了很大的提高，實現(xiàn)了模擬控制無法實現(xiàn)的復(fù)雜控制，這使得全數(shù)字化控制系統(tǒng)有望取代模擬控制系統(tǒng)。6）邏輯運算能力強(qiáng)。由于變頻器供電側(cè)電流中會含有諧波，這些諧波電流注入電網(wǎng)后將對電網(wǎng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，而其逆變電路輸出側(cè)產(chǎn)生的高次諧波也會給電動機(jī)帶來諸如發(fā)熱加劇、轉(zhuǎn)矩脈動及噪聲等問題，甚至造成電機(jī)損壞，另外，諧波還對通信以及電子設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，影響周圍設(shè)備的正常運行。系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是描述系統(tǒng)動態(tài)特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式，用來表示系統(tǒng)運動過程中的各個量的關(guān)系，是分析與設(shè)計系統(tǒng)的依據(jù)。近年來多個著名的仿真軟件已成功的應(yīng)用于電力電子仿真，如 MATLAB、Pspice、Saber、IsPspice、dSPACE等。系統(tǒng)也能采用復(fù)合速率，也就是不同的部分用不同的速率來采樣和更新。異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與定子電源頻率、極對數(shù)有關(guān), 改變頻率就可平滑地調(diào)節(jié)同步轉(zhuǎn)速. 但頻率上升或下降可能會引起磁路飽和轉(zhuǎn)矩不足現(xiàn)象，所以在改變頻率的同時， 需調(diào)節(jié)定子電壓，使氣隙磁通維持不變、電機(jī)效率不下降, 這就是V/F控制. V/F控制簡單, 通用性優(yōu)良, 但因是開環(huán)控制, 調(diào)速精度低、范圍小，只能用在調(diào)速精度和動態(tài)響應(yīng)要求不高的場合。這相當(dāng)于他勵直流電機(jī)的降壓調(diào)速。變頻器是交直交變頻調(diào)速的主要部分，其基本構(gòu)成如圖31所示，它由整流、濾波、逆變等部分組成。從電流的角度大多數(shù)變頻器容量可從三個角度表述：額定電流、可用電動機(jī)功率和額定容量。雖然變頻調(diào)速有諸多優(yōu)點，但也有其不利因素，主要問題是電流中含高次諧波較多，除對電網(wǎng)有污染外，也使電機(jī)自身增加損耗，引起電機(jī)發(fā)熱。一方面，交流變頻器的拖動負(fù)荷在總用電量中占的比重有一半或一半以上，這些負(fù)荷若能實現(xiàn)節(jié)能，則可以獲得十分可觀的節(jié)能效益；另一方面，交流變頻器拖動本身就存在可以挖掘的節(jié)電潛能。如：包裝機(jī)傳送系統(tǒng)，根據(jù)不同品種的產(chǎn)品，需要改變系統(tǒng)傳送速度，使用變頻調(diào)速可使調(diào)速控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，控制準(zhǔn)確，并易于實現(xiàn)程序控制。然后，對交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本特性進(jìn)行研究，并與其他的調(diào)速方法進(jìn)行比較，說明交直交變頻調(diào)速的優(yōu)越性，確定它的基本參數(shù)。這種諧振會使諧波電流放大幾倍甚至數(shù)十倍，對電容器設(shè)備都是一個很大的威脅，往往會燒毀電容器設(shè)備。截面積小，意味著有更大的電阻，也就意味著會產(chǎn)生更大的熱量。因此可以說，在輕載時直流側(cè)獲得的充電電流是斷續(xù)的，重載時是連續(xù)的，分界點就是。Simulink 是一個結(jié)合了框圖界面和交互仿真能力的仿真工具， 擁有豐富的模塊庫，特別是 版本以后的版本里， Simulink 的模塊庫中又增加了一個電力系統(tǒng)模塊Power System Blockset，此模塊功能強(qiáng)大，可用于電機(jī)系統(tǒng)、 電力傳動、 電力電子系統(tǒng)等領(lǐng)域的仿真與分析。這使逆變器的交流輸出電壓被鉗位為矩波形，與負(fù)載性質(zhì)無關(guān)。 表42負(fù)載為Y接時各種工作狀態(tài)下的相電壓相電壓狀態(tài)1狀態(tài)2狀態(tài)3狀態(tài)4狀態(tài)5狀態(tài)6負(fù)載線電壓可按下式求得： 將上述各狀態(tài)下對應(yīng)的相電壓、線電壓畫出，即可得到導(dǎo)電型的三相電壓型逆變器的輸出電壓波形，如圖24所示。其工作原理（以單相為例）：以正弦波作為逆變器輸出的期望波形，以頻率比期望波高得多的等腰三角波作為載波（Carrier wave），并用頻率和期望波相同的正弦波作為調(diào)制波（Modulation wave），當(dāng)調(diào)制波與載波相交時，由它們的交點確定逆變器開關(guān)器件的通斷時刻，從而獲得在正弦調(diào)制波的半個周期內(nèi)呈兩邊窄中間寬的一系列等幅不等寬的矩形波。參數(shù)設(shè)置如下圖所示： (3)從SimPowerSystems/Elements模塊庫中選擇一個異步電機(jī)，參數(shù)設(shè)置如下：異步電機(jī)模塊的參數(shù)為：，，極對數(shù)。仿真結(jié)果如圖所示：當(dāng)載波頻率時,仿真結(jié)果如下： 圖421 時輸出線電壓頻譜波形當(dāng)載波頻率時，仿真結(jié)果如下：圖422時輸出線電壓頻譜波形當(dāng)載波頻率時，仿真結(jié)果如下：圖422 時輸出線電壓頻譜波形當(dāng)載波頻率時，仿真結(jié)果如下：圖423 時輸出線電壓頻譜波形當(dāng)載波頻率時，仿真結(jié)果如下：圖424 時輸出線電壓頻譜波形由以上的仿真結(jié)果分析得，在調(diào)制比固定不改變下，改變載波頻率，逆變器輸出新電壓和定子電流的諧波畸變數(shù)據(jù)見下表所示： 表44 逆變器輸出線電壓和定子電流仿真分析調(diào)制比載波頻率基波電壓有效值直流電壓值線電壓 定子電流380672%%380672%%380672%%380672%% 380672%%由以上的仿真結(jié)果可以看出：載波頻率選取時，降低諧波畸變的效果是最明顯的。 交直交變頻調(diào)速的仿真研究 交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)模型的仿真研究在根據(jù)以上對整流電路部分與逆變電路部分及濾波分析的基礎(chǔ)上，在Simulink中使用SimPowerSystems工具箱，在MATLAB/Simulink的環(huán)境下建立交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)的整體仿真模型，如圖44所示。電壓諧波總畸變率定義為： （420）式中：為n次諧波電壓的有效值；為基波電壓有效值。在本設(shè)計仿真中，僅介紹空間矢量PWM調(diào)制技術(shù)。在正半周期內(nèi)通過產(chǎn)生兩個負(fù)電壓輸出，的幅值將減??；隨著負(fù)電壓寬度的增加，基波電壓將隨之減小，在負(fù)半周期內(nèi)同樣適用。導(dǎo)通規(guī)律如表所示。 直流測的電流與負(fù)載的關(guān)系負(fù)載電阻分別取100Ω、10Ω、1Ω，進(jìn)行仿真，觀察負(fù)載電阻對直流測電流的影響，仿真結(jié)果見圖46所示：a）R=100Ω時仿真圖b）R=10Ω時仿真圖圖46 直流側(cè)與負(fù)載電阻R關(guān)系仿真圖，越小，則負(fù)載越大。 整流器的研究與分析根據(jù)以上情況分析，當(dāng)在考慮電路中存在的交流側(cè)電感以及為抑制沖擊電流而串聯(lián)的電感時，電路的工作情況將發(fā)生變化。由“電壓下降速度相等”的原則，我們可以確定臨界的條件。（7）諧波對采用電纜輸電系統(tǒng)的影響對于采用電纜的輸電系統(tǒng)，除了引起附加損耗外，當(dāng)諧波電流流過電纜時，還會導(dǎo)致電纜過熱從而加速電纜絕緣的老化，縮短電纜的使用壽命。我們需要在負(fù)載處裝有并聯(lián)電容器以補(bǔ)償負(fù)載的無功功率，提高負(fù)載的功率因數(shù)。對交直交變頻器的基本原理和基本組成部分進(jìn)行研究。第一，由于直流電機(jī)是以電刷為機(jī)械換向的，因而它的換向受到了限制，它的電樞電壓做的不是很高，一般最高的只能做到一千多伏，但是交流電機(jī)的電樞電壓可做到610kV。從計算功率的角度 對于連續(xù)運轉(zhuǎn)的變頻器必須同時滿足以下3個計算公式： 滿足負(fù)載輸出： 滿足電動機(jī)容量： 滿足電動機(jī)電流： 式中為變頻器容量（單位kW），為負(fù)載要求的電動機(jī)輸出功率（單位kW），為電動機(jī)額定電壓（單位V），它由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成。電壓型變頻器是將電壓源的直流變換為交流，其直流回路濾波的是電容。（一）基頻以下變頻調(diào)速為了防止磁路的飽和，當(dāng)降低定子電源頻率時，保持為常數(shù)，使氣每極磁通為常數(shù)，應(yīng)使電壓和頻率按比例的配合調(diào)節(jié)。進(jìn)一步，可以改變其中的參數(shù)同時可以立即看到結(jié)果的改變，仿真結(jié)果可以放到MATLAB工作空間來做后處理和可視化。上述五個步驟之間是有連帶關(guān)系的，不可能將它們完全分離開。此方程可以以定子作為參考系統(tǒng)，或者采用同步旋轉(zhuǎn)參考系統(tǒng)。例如電機(jī)驅(qū)動自動控制系統(tǒng)是由執(zhí)行部件、功率轉(zhuǎn)換部件以及檢測部件所組成，用它來完成電機(jī)的轉(zhuǎn)速、位置和其他參數(shù)控制的某個特定目標(biāo)。從結(jié)構(gòu)來看，變頻器可分為間接變頻和直接變頻兩大類。系統(tǒng)中硬件向標(biāo)準(zhǔn)化、集成化方向發(fā)展，可以在盡可能少的硬件支持下由軟件去完成復(fù)雜的控制功能。該技術(shù)在很大程度上解決了上述矢量控制的不足，并以新穎的控制思想、簡潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。PWM控制技術(shù)一般可分為三大類，即:正弦PWM、優(yōu)化PWM 及隨機(jī)PWM。典型的電力電子變頻裝置有電壓型交直交變頻器、電流型交直交變頻器和交交變頻器三種。由電機(jī)學(xué)可知，異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式為: (11)式中 — 電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速； 為電機(jī)的定子供電頻率； — 電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率； — 電機(jī)的極對數(shù)。無傳感器控制技術(shù)不需要檢測硬件，也免去了傳感器帶來的環(huán)境適應(yīng)性、安裝維護(hù)等麻煩，提高了系統(tǒng)可靠性，降低了成本，因而引起了廣泛興趣。磁通跟蹤型PWM逆變器以不同的開關(guān)模式在電機(jī)中產(chǎn)生的實際磁通去逼近定子磁力鏈的給定軌跡—理想磁通圓，即用空間電壓矢量方法決定逆變器的開關(guān)狀態(tài)，形成PWM波形。交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)的仿真研究畢業(yè)論文1. 緒 論 交流調(diào)速技術(shù)發(fā)展的概況與趨勢在很長的一個歷史時期內(nèi)，直流調(diào)速系統(tǒng)以其所具有優(yōu)良的靜、動態(tài)性能指標(biāo)壟斷調(diào)速傳動應(yīng)用領(lǐng)域。由于控制簡單、數(shù)字化方便，已呈現(xiàn)出取代傳統(tǒng)SPWM的趨勢電力流跟蹤型PWM逆變器為電流控制性的電壓源逆變器，兼有電壓和電流控制型逆變器的優(yōu)點，滯環(huán)電流跟蹤型PWM逆變器更因其電流動態(tài)響應(yīng)快、實現(xiàn)方便，受到重視。微處理機(jī)引入控制系統(tǒng)，促進(jìn)了模擬控制系統(tǒng)向數(shù)字控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化。由公式(11)可知，實現(xiàn)異步電動機(jī)輸出速度的改變，主要通過3類方式來實現(xiàn)，即改變電機(jī)的極對數(shù)、變化轉(zhuǎn)差率以及改變供電頻率。電壓型交直交變頻器的中間直流環(huán)節(jié)采用大電容作儲能元件，無功功率將由大電容來緩沖，不具有四象運行能力。正弦PWM 包括電壓、電流和磁通的正弦PWM ，正弦PWM一般隨著功率器件開關(guān)頻率的提高而得到很好的性能。該技術(shù)已成功地應(yīng)用在電力機(jī)車牽引的大功率交流傳動上。適當(dāng)?shù)匦薷能浖涂梢愿淖兿到y(tǒng)的功能或提高其性能。間接變頻將工頻電流通過整流器變成直流，然后再經(jīng)過逆變器將直流變換成頻率和電壓可控的交流。非工程系統(tǒng)的定義范圍很廣，大至宇宙，小至原子，只要存在著相互關(guān)聯(lián)、相互制約的關(guān)系，形成一個整體，實現(xiàn)某種目的的均可以認(rèn)為是系統(tǒng)。整流器和逆變器可以準(zhǔn)確的用開關(guān)電路表示，并忽略其離散時間性質(zhì)，經(jīng)過變換與電機(jī)模型合并起來。在實際仿真時，往往反復(fù)重復(fù)前四個步驟，以保證數(shù)學(xué)模型的正確性和仿真算法的可行性。模型分析工具包括線性化工具和微調(diào)工具，它們可以從MATLAB命令行直接訪問，同時還有很多MATLAB的toolboxes中的工具。這時，電動機(jī)的電磁矩為： （22）上式對求導(dǎo)，即，有最大轉(zhuǎn)矩和臨界轉(zhuǎn)差率為： （23）由上式可知：當(dāng)常數(shù)時，在較高時，即接近額定頻率時，隨著的降低，減少的不多；當(dāng)較低時，較小；相對變大，則隨著的降低，就減小了。這種整流變頻裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、諧波少、定子與轉(zhuǎn)子功率因數(shù)可調(diào)等優(yōu)點，可以明顯地改善電機(jī)的運行狀態(tài)。 變頻器容量的確定變頻調(diào)速是通過變頻器來實現(xiàn)的，對于變頻器容量的確定至關(guān)重要。為變頻器的額定電流，為電動機(jī)額定電流（單位A），為電動機(jī)效率（通常約為0．85），為電動機(jī)功率因數(shù)（通常約為0．75），k是電流波形補(bǔ)償系數(shù)（由于變頻器的輸出波形并不是完全的正弦波，而含有高次諧波的成分，其電流應(yīng)有所增加，～）。第二，直流電機(jī)常制成雙電樞的形式，它的單機(jī)容量也比較小一般在1214MW左右，而交流電機(jī)的單機(jī)容量可以做成大于直流電機(jī)數(shù)倍。另外，在采用變頻調(diào)速時，還需從工藝的要求、節(jié)約效益和投資回收等各方面考慮。然后選定合適的電壓源，進(jìn)行降壓，然后通過對整流器的分析選定合適的整流方案并對此進(jìn)行分析研究。為了濾除諧波的存在，往往會裝設(shè)由電抗器和電容器構(gòu)成的濾波器。造成這種現(xiàn)象的原因是交流電流的趨膚效應(yīng)。假設(shè)在的時刻“速度相等”恰好發(fā)生，則有： （43） 由上式可得,即臨界條件。為了更詳細(xì)的分析觀察電路的工作情況，我們利用Matlab/Simulink仿真工具進(jìn)行模型搭建，對其原理進(jìn)行仿真分析，進(jìn)一步分析它的工作情況。即越小負(fù)載越大，則直流側(cè)的電流逐漸增大，波形的幅值變化大；電感的存在抑制了沖擊電流使電流波形的前沿平緩了許多，這有利于電路的正常工作。 表42 180度導(dǎo)電型逆變器功率開關(guān)導(dǎo)通規(guī)律工作狀態(tài)每種工作狀態(tài)下被導(dǎo)通的功率開關(guān)狀態(tài)1（）V1V5V6狀態(tài)2（）V1V2V6狀態(tài)3（）V1V2V3狀態(tài)4（）V2V3V4狀態(tài)5（）V3V4V5狀態(tài)6（）V4V5V6設(shè)負(fù)載為星形接線的三相對稱負(fù)載，即假定逆變器的換相為瞬間完成，并忽略功率開關(guān)上的關(guān)壓降。 目前脈寬調(diào)制應(yīng)用最廣泛的是正弦脈寬調(diào)制（SPWM）和空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）。 逆變器輸出諧波的仿真分析為了研究逆變器對異步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的影響，而根據(jù)三相電壓型橋式逆變電路的原理圖和需要觀測的波形，利用Matlab/simlink仿真工具在模型窗口中搭建逆變電路的仿真模型，其中包括直流電源、調(diào)制脈沖發(fā)生模塊、IGBT逆變器、感應(yīng)電機(jī)以及觀測模塊。由以上的仿真結(jié)果分析得，不同調(diào)制比下，逆變器輸出新電壓和定子電流的諧波畸變數(shù)據(jù)見下表所示： 表44 逆變器輸出線電壓和定子電流仿真分析調(diào)制比基波電壓有效值直流電壓線電壓 定子電流