基于MATLAB逆变器-交流电动机变频调速系统的仿真.docVIP

-  PAGE 20 - 基于MATLAB环境下逆变器-交流电机变频调速系统的仿真 摘 要 本文以交流电动机变频调速系统为研究对象，以MATLAB为仿真工具，介绍了Simulink仿真模块，分析了变频器的工作原理，并在此基础上进行了多种逆变电路的仿真设计。 文章首先对MATLAB/Simulink模块中电力电子仿真所需要的电力系统模块集做了简要的说明，介绍了变频器中实现变频的主要环节——逆变器的工作原理，并且分析了目前几种最常见的逆变器（单向全桥逆变器、三相桥式逆变器和SPWM控制的单相逆变器）的工作原理，在此基础上运用MATLAB软件分别对这几种电路的仿真进行了设计；并进一步设计出了交-直-交变频器的仿真模型，实现了对交流电动机变频调速系统的仿真。 关键词：Simulink，电压型逆变电路，变频调速，仿真设计 目 录 第一节 绪论———————————————————??————4 一 交流调速技术发展概况——————————————————-4 二 全数字控制技术—————————————————————-6 三 系统仿真————————————————————————-7 四 论文的意义及任务————————————————————-8 第二节 电力电子器件仿真模型及逆变电路仿真设计———————8 一 绝缘栅双极性晶体管的仿真模型及参数设定—————————-8 二 逆变电路仿真设计————————————————————-11 第三节 基于MATLAB的变频调速系统的仿真设计————————16 一 变频器的基本概念————————————————————16 二 交一直一交变频电路的仿真设计——————————————18 第四节 小 结——————————————————————-20 第一节 绪 论 一 交流调速技术发展概况 直流电气传动和交流电气传动在19世纪先后诞生。由于直流传动具有较好的调速性能，而交流传动调速性能难以满足生产要求，因此，在20世纪大部分年代里，直流传动在调速领域中一直占据主导地位。随着生产技术的不断发展，直流传动的缺点逐步暴露出来，由于换相器的存在，使直流电机的维护工作量加大并限制了电机容量、速度和使用环境，加之成本高、效率低等缺点，人们开始转向结构简单、运行可靠、便于维护、价格低廉的交流电机，并致力于它的调速技术研究。20世纪60年代后期，特别是70年代以来，随着电力电子技术和控制技术的迅猛发展，交流调速性能完全可以和直流调速相媲美。目前，交流调速已逐步替代直流调速。 纵观交流调速传动发展过程，大致是沿着三个方向发展的：一个是取代直流调速实现少维修、省力为目标的高性能交流调速；另一个以节能为目的：改恒速为调速，适用于风机、泵类、压缩机等通用机械的交流调速；第三个是直流调速难以实现的特大容量，极高转速领域的交流调速。 (一) 电力电子技术是现代交流调速的物质基础 现代交流调速技术的发展是和电力电子技术的发展分不开的，以电力为对象的电子技术称为电力电子技术。它是一门利用电力电子器件对电能进行转换、传输的学科，是现代电子学的一个重要分支。 电力电子电路由电力电子器件、变流电路和控制电路组成，其中电力电子器件是基础。最初的电力电子技术是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科。后来，随着科学技术的发展，电力电子技术又与现代控制论、材料力学、电机工程、计算机科学等许多领域密切相关。目前，电力电子技术已成为一门多学科互相渗透的综合性技术学科。 1.电力电子器件 20世纪50年代末晶闸管的问世标志了电力电子技术的开端，从此“电”进入到强电领域，电力电子器件成为弱电控制强电的纽带。近40年来，电力电子器件经历了非常迅猛的发展过程，从只能触发导通而不能控制关断的半控型器件，到可以控制导通和关断的全控型器件，从电流控制到电压电场控制，从低频功率开关到高频功率开关。目前，电力电子器件正在向大功率化、高频化、小体积、集成化、智能化、低损耗、易触发、好保护等方向发展。IGBT、IGCT（集成门极换流晶体管）、IPM（智能功率模块）是目前最为流行的电力电子器件。 2. 变流技术与控制技术 电力电子电路即通常所说的变流电路，它以电力电子器件为核心，通过不同的电路拓扑结构和控制方式来实现对电能的转换和控制。变流电路的基本转换形式有四种，如图1-1所示，图中逆变电路的作用是不仅把直流变成可调电压的电流，而且可输出连续可调的工作频率。整流电路和逆变电路是交-直-交变频器的主要环节，交-直-交变频器是当今应用最广泛、电机调速的中小型交流调速系统的主体。目前最常用的、发展最快的变频器是脉宽调制（PWM）型变频器。交-交变频电路适用于大功率交流调速系统。 近年来，随着电力电子器