【正文】 ................................................................................................................................... III 第一章 緒論 ............................................................................................................................ 1 變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展 ......................................................................................................... 1 變頻調(diào)速系統(tǒng)的類(lèi)型及其主電路結(jié)構(gòu) ............................................................................. 2 變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方法 ................................................................................................. 6 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 ................................................................................................................. 8 第二章 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) ........................................................................................................ 9 主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ................................................................................................................. 9 主電路參數(shù)計(jì)算及元器件選型分析 ............................................................................... 10 第三章 三相異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制數(shù)學(xué)模型 .................................................................. 15 異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型和性質(zhì) ........................................................... 15 坐標(biāo)變換 ........................................................................................................................... 20 異步電動(dòng)機(jī)在兩相 dq 同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型 ................................................. 23 按轉(zhuǎn)子磁鏈（磁通 ）定向的數(shù)學(xué)模型 ........................................................................... 25 第四章 異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制策略 .................................................................................. 27 矢量控制的基本思想 ....................................................................................................... 27 按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制方法的實(shí)現(xiàn) ....................................................................... 28 第五章 系統(tǒng)仿真建模與分析 .............................................................................................. 33 MATLAB/SIMULINK 簡(jiǎn)介 .............................................................................................. 33 仿真模型的建立 ............................................................................................................... 33 系統(tǒng)仿真分析 ................................................................................................................... 36 總結(jié)與展望 .............................................................................................................................. 39 致 謝 ........................................................................................................................................ 41 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 43 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) II 摘 要 變頻調(diào)速是交流電動(dòng)機(jī)各種調(diào)速方式中效率最高、性能最好的調(diào)速方法 ,在整個(gè)交流調(diào)速中占有重要的地位。采用 MATLAB 軟件包中的 SIMULINK 對(duì)基于數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的電氣傳動(dòng)控 制系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模，具有建模簡(jiǎn)便、結(jié)構(gòu)直觀、操作靈活等優(yōu)點(diǎn)，并且仿真結(jié)果具有較高的精度。并在此基礎(chǔ)上應(yīng)用 MATLAB/SIMULINK 仿真工具建立了按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型，并對(duì)其性能進(jìn)行了仿真分析。 關(guān)鍵詞 ： MATLAB/SIMULINK；矢量控制；異步 電動(dòng)機(jī)；仿真 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) III Abstract Variablefrequency speed regulation is the most efficient way and the best performance and plays an important role in the whole motor speed control. The electric transmission control system simulation models are based on mathematical models used the SIMULINK which belongs to the MATLAB software package to simulate, it provides with modeling a simple, intuitive structure, operational flexibility and other advantages, and the simulation results with high accuracy. This article describes the development of modern AC drive system overview, smallcapacity vector control inverter main circuit system design, threephase threephase asynchronous motor in the coordinate system and the twophase coordinate system dynamic mathematical model and its vector control methods. And on this basis the application of MATLAB / SIMULINK simulation tool created by the rotor field oriented vector control of induction motor variable speed system simulation model, and its performance is simulated. Simulation results show that the designed system main circuit and control method is feasible and effective. Key words: MATLAB/SIMULINK； Vector control； Asynchronous motor； Simulation 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第一章 緒論 變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展 電動(dòng)機(jī)作為主要的動(dòng)力設(shè)備被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防、科技、日常生活等各個(gè)方面，其 負(fù)荷約占總發(fā)電量的 60％ 70％，成為用電量最多的電氣設(shè)備。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，交流電動(dòng)機(jī)用電量占電機(jī)總用電量的 85％左右，可見(jiàn)交流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用的廣泛性及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要地位 [1]。電力電子和微電子技術(shù)的發(fā)展 ,推動(dòng)了變頻技術(shù)的發(fā)展 ,反過(guò)來(lái)變頻技術(shù)的發(fā)展又對(duì)電力電子 變換器件提出了新的要求。 20世紀(jì) 30年代應(yīng)用機(jī)械旋轉(zhuǎn)式變頻機(jī)組 ,將工頻電源變換成低于工頻以下的電源 ,功率變換器件是原動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組 ,存在效率低、損耗大、噪聲大、體積大等問(wèn)題。但是，由于晶閘管換向是靠外界電源直接控制關(guān)斷 ,因此需要復(fù)雜的換向電路和電壓 ,且電流保護(hù)回路控制復(fù)雜 ,開(kāi)關(guān)頻率低 ,目前主要用于交交變頻器。然而，由于 GTR、 GTO(可關(guān)斷晶閘管 )為電流控制器件 ,存在驅(qū)動(dòng)功率大、開(kāi)關(guān)頻率低、并聯(lián)困難等問(wèn)題 ,難以實(shí)現(xiàn)大容量化及高頻低損耗。因?yàn)?IGBT具有開(kāi)關(guān)頻率高、并聯(lián)容易、易實(shí)現(xiàn)高壓大容量化、控制方便的 特點(diǎn) ,所以一登場(chǎng)就體現(xiàn)了強(qiáng)大的生命力 ,很快取代了 GTR,其應(yīng)用從通用變頻器（ INV)、不間斷電源 (UPS)、伺服 (SV)、機(jī)器人 ,以至擴(kuò)大到家用電器、辦公自動(dòng)化、醫(yī)療器械、太陽(yáng)能發(fā)電等眾多領(lǐng)域。同時(shí) ,IGBT智能化模塊 (IGBT一 IPM)及智能化變頻器將會(huì)有很大的發(fā)展。而且，不斷研制出各種新型電力電子 器件IGCT(集成門(mén)極強(qiáng)驅(qū)動(dòng)晶閘管 Integrated Gate Commutated Thyristor)、 MCT(MOS控制晶閘管 MOS Controlled Thyristor)、 IEGT(集成發(fā)射式門(mén)極晶閘管 Integrated Emit Gate Thyristor)、 GaAs(砷化鎵 )、 SIC(碳化硅復(fù)合器件 )、 SITH(靜電感應(yīng)晶閘管 Static Induct Thyristor)、光控 IGBT及超導(dǎo)功率器件等新功能功率變換器 [2]。 20世紀(jì) 60年代以后，由于生產(chǎn)發(fā)展的需要和節(jié)省電能的要求，促使世界各國(guó)重視交流調(diào)速武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)。隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，電氣傳動(dòng)技術(shù)面臨著一場(chǎng)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)己成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動(dòng)性能 ，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，以及其它許多優(yōu)點(diǎn)而成為目前廣泛應(yīng)用的最有發(fā)展前途的調(diào)速方式 [3]。隨著電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展，靜止式的變頻電源成為了變頻器的主要形式。 交型變頻器 ： 它的功能是把一種頻率的交流電直接變換成另一種頻率 可調(diào)電壓 的交流電 （轉(zhuǎn)換前后的相數(shù)相同），又稱直接式變頻器 。因而多用于低速大功率系統(tǒng)中，如回轉(zhuǎn)窯、軋鋼機(jī)等。 直 交型變頻器 ： 交 直 交 變頻器是先把工頻交流通過(guò)整流器變成直流，然后再直流變換成頻率電壓可調(diào)的交流，又稱間接變頻器，交 直 交變頻器是目前廣泛應(yīng)用的通用變頻器。 （ 2）電壓型變頻器 電壓型變頻器的特點(diǎn)是中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件采用大電容器作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)來(lái)緩沖無(wú)功功率，直流環(huán)節(jié)電壓比較平穩(wěn)，直流環(huán)節(jié)內(nèi)阻較小，