【文章內(nèi)容簡介】 實際設(shè)計中選用兩個100,的水泥電阻并聯(lián)。 逆變電路及其參數(shù)計算 作為逆變的一種重要形式,三相逆變器廣泛應(yīng)用于用大電量或三相四線制供電負載場合，其電路拓撲主要有三相全橋式、三相半橋式、三相四橋臂式和組合式等結(jié)構(gòu)。 三相全橋逆變器具有電路拓撲簡潔，所用功率器件數(shù)少，功率開關(guān)電壓應(yīng)力低等優(yōu)點，但為了提高帶不平衡負載的能力，必須在其輸出端增加中點形成變壓器,從而在一定程度上增加了逆變器的體積和重量。三相半橋逆變器雖然也有上述優(yōu)點,但其輸入直流電源電壓利用率較低,而且相同輸出電壓時功率開關(guān)的電壓應(yīng)力較大，為了獲得強的帶不平衡負載的能力,兩個串聯(lián)的電解電容必須足夠大,從而使逆變器體積和重量增加。三相四橋臂逆變器雖然帶不平衡負載的能力較強,但其電路拓撲較復(fù)雜，所用功率器件數(shù)較多，控制也復(fù)雜。組合式三相逆變器由3個單相逆變器星形聯(lián)結(jié)構(gòu)成,能同時實現(xiàn)單相和三相四線制供電。由于每相可分別獨立控制,易實現(xiàn)模塊化結(jié)構(gòu)，模塊冗余技術(shù),因此系統(tǒng)的可靠性高,具有極強的帶不平衡負載能力。但是這種電結(jié)構(gòu)的元器件數(shù)多，成本高[13]。PWM逆變器的PWM輸出電壓會產(chǎn)生很高的dv/dt，損壞電機絕緣。為此，可在逆變器的輸出端設(shè)置LC濾波電路，以減小dv/dt，濾除高次諧波，改善輸出電壓波形。 逆變部分主要元件為IGBT。IGBT的選擇應(yīng)考慮以下幾個方面的因素：（1） 開關(guān)器件額定值(主要為額定電壓和電流)的選擇。正確選用IGBT有兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié):一是開關(guān)器件關(guān)斷時,在任何被要求的過載條件下,集電極峰值電流都必須處于開關(guān)安全工作區(qū)的規(guī)定之內(nèi)(即小于額定電流的兩倍)；二是IGBT工作時的內(nèi)部結(jié)點溫度必須始終保持在150℃以下(包括過載情況)。（2）開關(guān)器件安全工作區(qū)的選擇。實質(zhì)上是防止因過電壓或過電流引起IGBT損壞或工作不穩(wěn)定。（3）降額因素的考慮。開關(guān)器件的工作環(huán)境與測試條件是不同的,通常實際應(yīng)用中指標會有所下降?；谝陨弦蛩?對IGBT的電壓電流進行如下計算：電路額定輸出容量為5KVA,則額定輸出功率： (),輸出相電壓有效值為220V,則通過每個IGBT電流的有效值為: () 則通過IGBT的電流峰值為: ()當上(下)橋臂開通,下(上)橋臂關(guān)斷時,下管(上管)IGBT兩端承受DC53OV電壓。為了使電路工作更加安全可靠,這里取兩倍電流電壓安全裕量,綜合考慮元器件性價比等因素，本課題選取Infineon公司生產(chǎn)的SGW25N12O型IGBT,該器件具有封裝小、功耗低、功率壽命周期高等優(yōu)點,規(guī)格為1200V/25A。 輸出濾波器 為保證變頻電源輸出波形正弦度好、失真度小,必須在逆變電路輸出端安裝濾波器。輸出濾波電路常用的是L型或型濾波器。： （A）L型 （B)型 濾波器結(jié)構(gòu) 其中L型濾波器形式簡單,應(yīng)用也較廣,故本系統(tǒng)采用此種設(shè)計。 濾波器參數(shù)選擇時,應(yīng)考慮以下幾點要求: 在滿足輸出電壓波形失真度要求的前提下,盡量提高濾波器的諧振頻率,以減小其體積和重量。濾波電路應(yīng)具有較低的輸出阻抗,以減小負載變化時對濾波器濾波效果的影響。盡量低的損耗。一般按照低通濾波器的計算方法進行設(shè)計,使濾波器基波頻率落在通帶之內(nèi),從而達到抑制諧波，保留基波的目的[14]。忽略電感線圈內(nèi)阻和電容漏電阻,帶純阻性負載R的L型濾波器傳遞函數(shù)為: （）式中表示無阻尼震蕩頻率，；為阻尼比，；由式（）得： ()由式（）可知高頻信號通過濾波器的衰減倍數(shù)為，低頻信號則不衰減，由此可見L型濾波器是低通濾波器,其截至頻率： () 逆變輸出電壓基波頻率f0《 fc時,濾波器對基波信號阻力小,允許其通過；最低次諧波頻率丘時,濾波器對最低次諧波阻力大,不允許其以及高于其頻率的信號通過。如果濾波器截止頻率選得過高,諧波衰減減小,必然導(dǎo)致濾波效果下降,系統(tǒng)中的高頻分量得不到很好的抑制,輸出電壓不能滿足波形失真度的要求；反之若頻率選得過低,L、C值增大,濾波電感和電容的體積和重量也會增加,而且濾波電路引起的相位滯后變大,影響整個閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此,應(yīng)當在保證濾波效果的前提條件下,盡量提高濾波器的截止頻率。本課題中輸出電壓基波頻率為50Hz,其諧波分量集中在開關(guān)頻率10KHz附近,故設(shè)截止頻率為2KHz可有效濾除高次諧波。由式（）可得： ()式中為特性阻抗。三相輸出功率為5KVA,輸出相電壓為220V,可以得到: ()綜合式（)和式（）可得：L=，C=。第三章 三相異步電動機的矢量控制數(shù)學(xué)模型 一般來說，交流變速傳動系統(tǒng)，特別是變頻傳動系統(tǒng)的控制是比較復(fù)雜的，要設(shè)計研制一個品質(zhì)優(yōu)良的系統(tǒng)，要確定最佳的控制方式，都必須對系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性進行充分的研究。交流電機是交流變速傳動系統(tǒng)中的一個主要環(huán)節(jié)，其靜態(tài)和動態(tài)特性以及控制技術(shù)遠比直流電機復(fù)雜，而建立一個適當?shù)漠惒诫姍C數(shù)學(xué)模型則是研究交流變速傳動系統(tǒng)靜態(tài)和動態(tài)特性及其控制技術(shù)的理論基礎(chǔ)[15]。 異步電動機在三相坐標系上的數(shù)學(xué)模型和性質(zhì) 異步電動機在三相坐標系上的數(shù)學(xué)模型 異步電動機是一個高階、非線性和強耦合的多變量系統(tǒng)。這是因為首先異步電動機在進行變頻調(diào)速時，電壓和頻率之間必須進行協(xié)調(diào)控制，故輸入變量有電壓和頻率。而在輸出變量中，除轉(zhuǎn)速以外，由于在調(diào)速過程中必須保持磁通為恒定，所以磁通也是一個控制量，而且是一個獨立的輸出量。再考慮異步電動機是三相的，所以異步電動機的動態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個多輸入、多輸出(多變量)的系統(tǒng)，而電壓(電流)、頻率、磁通、轉(zhuǎn)速之間又相互影響，所以它是一個強耦合的多變量系統(tǒng)。其次，異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是磁通和電流相互作用產(chǎn)生的，旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電動勢是轉(zhuǎn)速和磁通相互作用產(chǎn)生的，因此，在數(shù)學(xué)模型中會含有兩個變量的乘積項，再考慮磁飽和的因素，所以異步電動機的數(shù)學(xué)模型是一個非線性的系統(tǒng)。最后，由于異步電動機定、轉(zhuǎn)子三相繞組中的電流產(chǎn)生的磁通存在電磁慣性，轉(zhuǎn)速的變化存在機械慣性等因素，所以異步電動機的數(shù)學(xué)模型是一個高階系統(tǒng)[16]。在研究異步電動機的多變量數(shù)學(xué)模型時，常做如下假設(shè)： 忽略空間諧波，設(shè)三相繞組對稱(在空間互差120176。電角度)，所產(chǎn)生的磁動勢沿氣隙圓周按正弦規(guī)律分布。定子、及三相轉(zhuǎn)子繞組、在空間對稱分布 忽略磁路飽和，各繞組的自感和互感都是恒定的 忽略鐵心損耗 不考慮溫度和頻率的變化對電機參數(shù)的影響無論電動機轉(zhuǎn)子是繞線型的還是鼠籠型的，都將它等效成繞線轉(zhuǎn)子，并折算到定子側(cè)，折算后的每相繞組匝數(shù)都相等。這樣。圖中，定子三相繞組軸線、在空間是固定的，故定義為三相靜止坐標系。設(shè)軸為參考坐標軸，轉(zhuǎn)子以速度旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子繞組軸線為、隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子軸和定子軸間的電角度差為空間角位移變量。規(guī)定各繞組電壓、電流、磁鏈的正方向符合電動機慣例和右手螺旋定則[17]。這時，異步電動機的數(shù)學(xué)模型由下述的電壓方程、磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程和運動方程組成。 三相異步電動機的物理模型電壓方程式三相定子繞組電壓平衡方程式為 （） （） （）與此相應(yīng)，三相轉(zhuǎn)子繞組折算到定子側(cè)后的電壓方程式為 （） （） (）式中， ，，，—定子和轉(zhuǎn)子相電壓的瞬時值；，，，— 定子和轉(zhuǎn)子相電流的瞬時值；，，，— 各相繞組的全磁鏈；， — 定子和轉(zhuǎn)子繞組的電阻；上述各量都已折算到定子側(cè)，為了簡單起見，表示折算的上角標“ ′”均省略將電壓方程用矩陣形式，并用微分算子代替微分符號 ()或?qū)懗? ()磁鏈方程式每個繞組的磁鏈是它本身的自感磁鏈和其他繞組對它的互感磁鏈之和，因此，六個繞組磁鏈可表達為 ()或?qū)懗? ()式中是66階的電感矩陣，其中對角線元素、、是各相關(guān)繞組的自感，其余各項則是繞組間的互感。對于每一項繞組來說，它所交鏈的磁通是互感磁通與漏磁通之和，因此，定子各相自感為 ()轉(zhuǎn)子各相自感為 ()式中，—定子、轉(zhuǎn)子互感，—與磁通對應(yīng)的定子和轉(zhuǎn)子每相漏感。兩繞組之間只有互感?；ジ杏址譃閮深悾阂活愂嵌ㄗ尤啾舜酥g和轉(zhuǎn)子三相彼此之間位置都是固定的，因此互感為常數(shù)；二類是定子任一相與轉(zhuǎn)子任一相之間位置是變化的，因此互感是角位移的函數(shù)。由于三相繞組的軸線在空間的相位差是120176。電角度，在假設(shè)氣隙磁通為正弦分布的條件下，互感值為，于是 （） （）至于第二類，即定子、轉(zhuǎn)子繞組間的互感，由于相互位置的變化，可分別表示為 () () () 當定子、轉(zhuǎn)子兩相繞組軸線一致時，兩者之間的互感值最大，就是每相的最大互感值。將式（）~（）都代入式（），即可得到完整的磁鏈方程，顯然這個矩陣方程是比較復(fù)雜的，為了方便起見，可以將它寫成分塊矩陣的形式 （）式中，定子磁鏈 , 轉(zhuǎn)子磁鏈 ,定子電流 ,轉(zhuǎn)子電流 。定子自感矩陣： （）轉(zhuǎn)子自感矩陣： （）定子、轉(zhuǎn)子之間的互感矩陣 （）兩個分塊矩陣互為轉(zhuǎn)置，且均與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)，它們的元素都是變參數(shù)，這是系統(tǒng)非線性的一個根源?？梢杂米鴺俗儞Q把參數(shù)轉(zhuǎn)換成常數(shù)。把磁鏈方程（）代入電壓方程()，即得展開后的電壓方程為 （）式中，項屬于電磁感應(yīng)電動勢中的脈變電動勢，項屬于電磁感應(yīng)電動勢中與轉(zhuǎn)速成正比的旋轉(zhuǎn)電動勢。轉(zhuǎn)矩方程按照機電能量轉(zhuǎn)換原理，可求出電磁轉(zhuǎn)矩的表達式 ()式中，—電磁轉(zhuǎn)矩，—電機的磁極對數(shù)。電力拖動系統(tǒng)運動方程作用在電動機軸上的轉(zhuǎn)矩與電動機速度變化之間的關(guān)系可以用運動方程來表達，一般情況下，電氣傳動系統(tǒng)的運動方程為