【正文】 從簡單的V/f控制到高性能的矢量控制。（5）是替代進(jìn)口，節(jié)約投資的最大領(lǐng)域之一。在中小功率變頻技術(shù)方面，國內(nèi)幾乎所有的產(chǎn)品都是普通的V/f控制，僅有少量的樣機(jī)采用矢量控制，品種與質(zhì)量還不能滿足市場需要，每年大量進(jìn)口。緊湊型變流器要求功率和控制元件具有高的集成度，其中包括智能化的功率模塊、緊湊型的光耦合器、高頻率的開關(guān)電源，以及采用新型電工材料制造的小體積變壓器、電抗器和電容器。主要的研究內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)有如下各項(xiàng)。 如廣東茂名石化公司和九江石油化工廠現(xiàn)已發(fā)展到飲用常減壓和催裂化變頻裝置，取得了節(jié)能、增產(chǎn)的顯著效果；長春第一汽車廠18個(gè)專業(yè)廠的輸送機(jī)械、空壓機(jī)等設(shè)備應(yīng)用了162臺變頻器，保證了新車的制造迅速達(dá)到了生產(chǎn)指標(biāo)；新疆克拉瑪依油田在煉油、化工、供水、天然氣處理等系統(tǒng)中廣泛采用了變頻器，低壓變頻調(diào)速的普及率已達(dá)70%；梅林水廠、太原鋼廠、邯鄲鋼廠等單位在水泵、風(fēng)機(jī)機(jī)組上采用中壓變頻技術(shù)，保證了生產(chǎn)，節(jié)約了能源等。隨著向大電流、高電壓、高頻化、集成化、模塊化方向繼續(xù)發(fā)展,第三代電力電子器件是20 世紀(jì)90 年代制造變頻器的主流產(chǎn)品, 中、小功率的變頻調(diào)速裝置( 1 —100kw) 主要是采用IGBT , 中、大功率的變頻調(diào)速裝置(1000 —10000kw) 采用GTO 器件。現(xiàn)代PWM 生成電路大多采用具有高度輸出口HSO 的單片機(jī)(如80196) 及數(shù)字信號處理器DSP(Digital Signal Processor) ,通過軟件編程生成PWM。當(dāng)今模擬控制器已被淘汰,全數(shù)字化的交流調(diào)速系統(tǒng)已普遍得到應(yīng)用。各種控制結(jié)構(gòu)所依據(jù)的都是被控對象的數(shù)學(xué)模型，因此，為了建立交流調(diào)速系統(tǒng)的合理使用的控制結(jié)構(gòu)，仍需對交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型的性質(zhì)、特點(diǎn)及內(nèi)在規(guī)律做深入研究和探討。當(dāng)前，美國Gree公司、德國西門子公司、日本東芝公司，還有歐洲ABB公司等投入巨資研制一種硅化碳（SIC）電力電子器件，其PN結(jié)耐壓等級可達(dá)10KV以上。收集有關(guān)接發(fā)列車資料時(shí)我學(xué)到了許多東西。為以后的學(xué)習(xí)生活奠定基礎(chǔ)！成為一個(gè)對社會有用的人才。搜集和研究背景材料，這有助于開闊思路，全面研究、提高論文的質(zhì)量。通過對網(wǎng)絡(luò)上和書籍上的資料快速地、大量地閱讀，在比較中來確定題目和論文初稿。當(dāng)今多電平中壓變頻器已成為交流調(diào)速研究的新領(lǐng)域，是熱點(diǎn)課題之一。多年的實(shí)際應(yīng)用表明,與矢量控制法相比直接轉(zhuǎn)矩控制可獲得更大的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩和極快的動態(tài)響應(yīng)。(PWM) 技術(shù)脈寬調(diào)制(PWM) 技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用優(yōu)化了變頻裝置的性能,變頻調(diào)速系統(tǒng)采用PWM 技術(shù)不僅能夠及時(shí)準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)變壓變頻控制要求,而且更重要的意義是抑制逆變器輸出電壓或電流中的諧波分量,從而降低或消除了變頻調(diào)速時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動,提高了電機(jī)的工作效率,擴(kuò)大了調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍。迄今為止,電力電子器件的發(fā)展經(jīng)歷了分立換流關(guān)斷器件(第一代) →自關(guān)斷器件(第二代) →功率集成電路PIC(第三代) →智能模塊IPM(第四代) 四個(gè)階段。即將出臺的限制性政策規(guī)定：對新建和擴(kuò)建工程需要調(diào)速運(yùn)行的風(fēng)機(jī)和水泵，一律不準(zhǔn)采用擋板和閥門調(diào)節(jié)流量；對采用擋板和閥門調(diào)節(jié)流量的要分期、分批、有步驟地進(jìn)行調(diào)速改造。（5）風(fēng)機(jī)和泵用高壓電動機(jī)的節(jié)能調(diào)速研究。所謂清潔電能變流器是指變流器的功率因數(shù)為1，網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)有盡可能低的諧波分量，以減少對電網(wǎng)的公害和電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動。（4）基礎(chǔ)工業(yè)和各種制造業(yè)的高速發(fā)展，變頻器相關(guān)配套件社會化、專業(yè)化生產(chǎn)。（1）應(yīng)用面廣，是工業(yè)企業(yè)和日常生活中普遍需要的新技術(shù)。這類設(shè)備的市場很大，隨著交流調(diào)速的發(fā)展，該市場雖在縮減，但由于我國舊設(shè)備改造任務(wù)多，以及它在幾百至一千多kW范圍內(nèi)價(jià)格比交流調(diào)速低得多，所以在短期內(nèi)市場不會縮減很多。在我國60%的發(fā)電量是通過電動機(jī)消耗的，因此調(diào)速春傳動是一個(gè)重要行業(yè)，一直得到國家重視，目前已有一定規(guī)模。在硬件方面課題采用了目前比較流行的數(shù)字信號處理器（DSP）作為本實(shí)驗(yàn)的控制器，其處理速度高的特點(diǎn)正好符合本實(shí)驗(yàn)的需要；主電路中，本系統(tǒng)采用了集成度高的功率器件；智能模塊作為逆變環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了高開關(guān)效率逆變以及故障診斷的功能，從而使控制系統(tǒng)的體積大大縮小，控制更加靈活。為了極大發(fā)揮各種功率器件的特性,使器件性能對電機(jī)性能的影響減至最小,新型的電機(jī)技術(shù)和新型的控制技術(shù),可使功率開關(guān)工作在零電壓或零電流狀態(tài),從而可大大的提高工作頻率,提高異步電機(jī)工作效率。消諧控制的優(yōu)勢己為人們認(rèn)識，并開展了不少的研究工作，希望該方法得到實(shí)際應(yīng)用。本設(shè)計(jì)用TMS320F2808作為變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制芯片與其他單片機(jī)相比，其優(yōu)勢表現(xiàn)為:數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、高運(yùn)算速度、能實(shí)時(shí)完成復(fù)雜計(jì)算、單周期多功能指令、PWM分辨率高、更短的采樣周期。逆變電路既可將固定的直流電壓變換為固定幅值和頻率的交流電壓，亦可將其變換為幅值和頻率都可調(diào)節(jié)的交流電壓，后者常稱為變頻器。 低壓型變頻器這類變頻器單相為220V~240V，三相為220V或380V~ ~280kV ~500kV,一般稱為中小容量變頻器。 異步電機(jī)變頻調(diào)速控制特性在本文中將主要以中小容量交直交通用變頻器我主要介紹對象，但它畢竟只是整個(gè)變頻器家族的一員，本節(jié)將大體介紹一下變頻器的分類。電磁材料的性能不斷提高，電工電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為電動機(jī)的發(fā)展注入了新的活力。從19世紀(jì)末期起，電動機(jī)就逐漸代替蒸汽機(jī)作為拖動生產(chǎn)機(jī)械的原動機(jī)，一個(gè)多世紀(jì)以來，雖然電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)變化不大，但是電動機(jī)的類型增加了許多，在運(yùn)行性能，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面也都有了很大的改進(jìn)和提高，而且隨著自動控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在一般旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的理論基礎(chǔ)上又發(fā)展出許多種類的控制電動機(jī)，控制電動機(jī)具有高可靠性﹑好精確度﹑快速響應(yīng)的特點(diǎn)，已成為電動機(jī)學(xué)科的一個(gè)獨(dú)立分支。，可分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)。此外，還有利用風(fēng)能、原子能、地?zé)岬饶茉吹母黝惏l(fā)電機(jī)。從最簡單的轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制發(fā)展到基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制和基于動態(tài)模型保持定子磁鏈恒定的直接轉(zhuǎn)矩控制。另一方面牽引負(fù)載要求恒功率調(diào)速范圍寬，相應(yīng)要求變頻器的弱磁調(diào)速段更寬。在現(xiàn)代的各種工礦企業(yè)中,電動機(jī)是應(yīng)用最廣、數(shù)量最多的電器設(shè)備之一,電機(jī)的控制及運(yùn)行與企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān)。畢業(yè)設(shè)計(jì)論文要求文字要求:說明書要求打印(除圖紙外)，不能手寫。包括：交流調(diào)速系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型研究、變頻器主電路主電路拓?fù)浜蛥?shù)設(shè)計(jì)、各種變頻調(diào)速策略研究及仿真、逆變器控制方法及調(diào)制策略研究、系統(tǒng)諧波分析等。本文在總結(jié)電機(jī)與變頻調(diào)速的基本原理和分類的基礎(chǔ)上，通過對變頻調(diào)速現(xiàn)狀的分析，對其今后的的發(fā)展和趨向進(jìn)行了研究。作為變頻裝置的變頻器具有明顯的節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，而在高速增長的經(jīng)濟(jì)以及能源工業(yè)為主的前提下，能源問題成為制約國家工業(yè)發(fā)展的重要因素，能源工業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，又使能源的價(jià)格直接影響到國家社會、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，所以各個(gè)國家都大力倡導(dǎo)變頻器的應(yīng)用。太陽能發(fā)電利用光電器件把太陽能轉(zhuǎn)換成電能。近10年來，隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，電氣傳動技術(shù)面臨著一場歷史革命，即交流調(diào)速取代直流調(diào)速和計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)已成為發(fā)展趨勢。電動機(jī)作為原動機(jī)，已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，大至冶金企業(yè)使用的高達(dá)上萬千瓦的電動機(jī)，小至小功率電動機(jī)、乃至幾瓦的為電動機(jī)。感應(yīng)電動機(jī)又分為三相異步電動機(jī)、單相異步電動機(jī)和罩極異步電動機(jī)。 按照電動機(jī)的種類不同，電力拖動系統(tǒng)分為直流電力拖動系統(tǒng)和交流電力拖動系統(tǒng)兩大類。改變電流頻率 就能改變轉(zhuǎn)速 ，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速，這就是變頻調(diào)速。 圖26 交直交電壓型變頻器主回路圖27 交直交電流型變頻器原理圖電感型負(fù)載不容許電流突變，如果用電流型做脈寬調(diào)制則很快的開關(guān)速度會導(dǎo)致過高的電流變化率，在負(fù)載上激發(fā)出很高的瞬時(shí)電壓，則可導(dǎo)致器件的過電壓擊穿，因此，用電流型濾波電路作SPWM變頻不適合電感負(fù)載。直接變頻又稱交—交變頻，是一種將工頻交流電直接變換為頻率可控的交流電，中間沒有直流環(huán)節(jié)的變頻形式；間接變頻又稱為交—直—交變頻，是將工頻交流電先經(jīng)過整流器整流成直流，再通過逆變器將直流變換成頻率可變的交流的變頻形式，因此這種變頻方式又被稱為有直流環(huán)節(jié)的變頻。 圖32三相異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖系統(tǒng)主電路采用典型交一直一交電壓源型變頻器結(jié)構(gòu)，整流環(huán)節(jié)采用單相橋式不控整流模塊，逆變電路功率器件采用IGBT，中間直流環(huán)節(jié)加大電容濾波以獲得平滑的直流電壓，電網(wǎng)電壓經(jīng)橋式整流后對直流母線上的濾波電容充電，串聯(lián)限流電阻R，是為限制過大的充電電流。數(shù)字方法按照不同的數(shù)字模型用計(jì)算機(jī)算出各切換點(diǎn)，將其存入內(nèi)存，然后通過查表及必要的運(yùn)算產(chǎn)生SPWM波，該方法調(diào)頻范圍不寬，且占用內(nèi)存大，與系統(tǒng)精度之間存在矛盾。另一種是SPWM方案，SPWM方式的缺點(diǎn)是不易獲得較高的基波幅值比、開關(guān)損耗較大。變頻技術(shù)在供電電源方面的應(yīng)用主要是:（1)將過去用電機(jī)、變壓器產(chǎn)生交流電的地方用變頻電源取代。變頻調(diào)速技術(shù)誕生至今已經(jīng)近50年，它對人類的文明起了巨大的推動作用。我國電氣傳動產(chǎn)業(yè)始建于1954年當(dāng)時(shí)第一批該專業(yè)范圍內(nèi)的學(xué)生從各大專院校畢業(yè)，同時(shí)在機(jī)械工業(yè)部屬下建立了我國第一個(gè)電氣傳動成套公司，這就是后來天津電氣傳動設(shè)計(jì)研究所的前身。約有50家工廠和公司生產(chǎn)，其中合資企業(yè)占很大比重。在大功率交交變頻（循環(huán)變流器）調(diào)速技術(shù)方面，法國阿爾斯通已能提供單機(jī)容量達(dá)3萬kW的電氣傳動設(shè)備用于船舶推進(jìn)系統(tǒng)。國內(nèi)交流變頻調(diào)速技術(shù)產(chǎn)業(yè)狀況表現(xiàn)如下。功率器件冷卻方式的改變（如水冷、蒸發(fā)冷卻和熱管）對縮小裝置的尺寸也很有效。（1）高壓、大電流技術(shù)：動態(tài)、靜態(tài)均壓技術(shù)（6kV、10kV回路中3英寸晶閘管串聯(lián)，）；均流技術(shù)，大功率晶閘管并聯(lián)的均流技術(shù)，）；浪涌吸收技術(shù)（10 kV、6kV回路中）；光控及電磁觸發(fā)技術(shù)（電/光，光/電變換技術(shù)）；導(dǎo)熱與散熱技術(shù)（主要解決導(dǎo)熱及散熱性好、電流出力大的技術(shù)，如熱管散熱技術(shù)）；高壓、大電流系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)（抗大電流電磁力結(jié)構(gòu)、絕緣設(shè)計(jì)）；等效負(fù)載模擬技術(shù)。（2）變頻調(diào)速技術(shù)已成為節(jié)約能源及提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效措施。20 世紀(jì)90 年代至今,電力電子器件的發(fā)展進(jìn)入了第四代。近年來,新型全數(shù)字化專用PWM 生成芯片HEF4752 、SL E4520MA818 等達(dá)到實(shí)用化,并已實(shí)際應(yīng)用。數(shù)字化使得控制器對信息處理能力大幅度提高,許多難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜控制,如矢量控制中的復(fù)雜坐標(biāo)變換運(yùn)算、解藕控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、參數(shù)辨識的自適應(yīng)控制等,采用微機(jī)控制器后便都解決了。特別是交流調(diào)速系統(tǒng)的綜合與校正理論及工程設(shè)計(jì)方法是今后交流調(diào)速系統(tǒng)的重要研究課題。預(yù)計(jì)10年內(nèi)，碳化硅器件會有突破性的發(fā)展，新一代的中壓變頻器將隨之誕生。讓我懂得了以前很多我不了解的知識。謝 辭經(jīng)過了數(shù)月的緊張工作，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文終于完成了。第四，背景材料。在課題布置后，我在較短的時(shí)間內(nèi)熟悉課題，確定了雙線自動閉塞集中聯(lián)鎖車站接發(fā)列車人員的一次作業(yè)過程細(xì)則這一課題。其中，目前應(yīng)用較多的是采用IGBT、IGCT三電平中壓變頻器及級聯(lián)式多電平中壓變頻器。由于采用轉(zhuǎn)矩直接控制,可使逆變器切換頻率低,電機(jī)磁場接近圓形,諧波小,損耗小,噪聲及溫升均比一般逆變器驅(qū)動的電機(jī)小的多。在人類社會進(jìn)入信息化時(shí)代后,電力電子技術(shù)連同電力傳動控制與計(jì)算機(jī)技術(shù)一起仍是21 世紀(jì)最重要的兩大技術(shù)。電力電子器件是現(xiàn)代交流調(diào)速裝置的支柱,其發(fā)展直接決定和影響交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展。在國家經(jīng)貿(mào)委《“九五”資源節(jié)能綜合利用工作綱要》中，變頻調(diào)速已被列入重點(diǎn)組織實(shí)施的10項(xiàng)資源節(jié)約綜合利用技術(shù)改造示范工程之一。如4象限運(yùn)行，帶有電極參數(shù)自測量與自設(shè)定和電機(jī)參數(shù)變化的自動補(bǔ)償以及無傳感器的矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。（2）開發(fā)清潔電能的變流器。矢量控制、磁通控制、轉(zhuǎn)矩控制、模糊控制等新的控制理論為高性能的變頻器提供了理論基礎(chǔ)；16位、32位高速微處理器以及信號處理器（DSP）和專用集成電路（ASIC）技術(shù)的快速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)變頻器高精度、多功能提供了硬件手段。變頻調(diào)速技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)和日常生活中的重要地位是由以下因素決定的。（1）晶閘管交流器和開關(guān)斷器件（DJT、IGBT、VDMOS）斬波器供電的直流調(diào)速設(shè)備。不調(diào)速電動機(jī)直接由電網(wǎng)供電，但隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展這類原本不調(diào)速的機(jī)械越來越多地改用調(diào)速傳動以節(jié)約電能（節(jié)約15%～20%或更多），改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)量。而本文研究的正是從異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型出發(fā)，根據(jù)變頻調(diào)速原理從簡單到復(fù)雜，利用比較容易實(shí)現(xiàn)的正弦脈寬調(diào)制的方法調(diào)試了系統(tǒng)的部分硬件電路，然后根據(jù)傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩的控制原理，對于近似圓形磁鏈的直接轉(zhuǎn)矩理論進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析。在傳統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)下,由于功率器件性能的限制而使電機(jī)的性能受到影響。消諧PWM控制就是一種經(jīng)過計(jì)算的PWM控制策略，其基本方法是：通過PWM控制的傅里葉級數(shù)分析，得出傅里葉級數(shù)展開式，以脈沖相位角為未知數(shù)，令某些特定的諧波為零，便得到一個(gè)非線性方程組，該方程組即為消諧PWM模型，按模型求解的結(jié)果進(jìn)行控制，則輸出不含這些特定的低次諧波。同時(shí)，系統(tǒng)中會有一系列的檢測、通訊、保護(hù)、故障處理電路，以保證本電源的安全穩(wěn)定。 DC/AC：將直流電變?yōu)榻涣麟?，?shí)現(xiàn)這一功能的變換電路，一