目录
第1章 绪论 ........................................................................................................... 1
1.1论文研究背景 .......................................................................................... 1 1.2国内外研究现状 ...................................................................................... 2
1.2.1国外研究现状 ............................................................................... 2 1.2.2国内研究现状 ............................................................................... 2 1.3论文主要内容 .......................................................................................... 2 第2章 异步电机调速系统方案选择 ................................................................... 4
2.1交流调速系统 .......................................................................................... 4 2.2交流调速方案 .......................................................................................... 5
2.2.1调压调速 ....................................................................................... 5 2.2.2串级调速 ....................................................................................... 5 2.2.3变级调速 ....................................................................................... 6 2.2.4电磁调速 ....................................................................................... 7 2.2.5变频调速 ....................................................................................... 7 2.3交流调速方案确定 .................................................................................. 8 第3章 异步电机的变频调速 ............................................................................... 9
3.1异步电机物理模型 .................................................................................. 9 3.2变频控制方式选择 ................................................................................ 10
3.2.1直接转矩控制方式 ..................................................................... 11 3.2.2矩阵式控制方式 ......................................................................... 11 3.2.3 电压空间矢量SVPWM控制方式 ............................................ 12 3.2.4 正弦脉宽调制SPWM控制方式 ............................................... 12 3.3变频调速控制方案确定 ........................................................................ 12 3.4 SPWM变频调速 ................................................................................... 12
3.3.1同步调制与异步调制 ................................................................. 13 3.3.2自然采样与规则采样 ................................................................. 14 3.3.3单极性调制与双极性调制 ......................................................... 15
第4章基于MATLAB的异步电机调速仿真 ................................................... 16
4.1MATLAB简介 ....................................................................................... 16
4.1.1MATLAB介绍 ............................................................................ 16
4.1.2MATLAB仿真模块 .................................................................... 18 4.2SPWM逆变器建模仿真 ........................................................................ 19
4.2.1参数设置 ..................................................................................... 19 4.2.2SPWM模型 ................................................................................. 20 4.2.3SPWM仿真 ................................................................................. 21 4.3异步电机SPWM调速系统仿真 .......................................................... 22
4.3.1参数设置 ..................................................................................... 22 4.3.2调速系统模型 ............................................................................. 23 4.3.3调速系统仿真 ............................................................................. 23
第5章总结与展望 .............................................................................................. 27 参考资料.............................................................................................................. 28 致谢...................................................................................................................... 29
第1章 绪论
1.1论文研究背景
随着社会的发展，能源需求急速增长，如何有效地节能也成为了一个亟待解决的问题。早期的交流电机调速方法，采用的绕线式异步电动机转子串电阻调速、笼型异步电动机变极调速或者在定子绕组串电抗器调速等都存在效率低，不经济等缺点。
就现阶段来说，电能是全球使用量最多的清洁能源，也是浪费最多的清洁能源，从电机控制方面入手，是解决此问题的最好方式。异步电动机可以将电能转化成机械能以及其它清洁能源，使用量也是相当广泛，一半以上的能量被用于电机的能量转换，而这些所消耗的能量的电机中大部分都是异步电动机，异步电机的潜在使用价值可见一斑。在国内，中小型的异步电机在使用过程中占主要分量，由于设备的陈旧以及制造技术的不到位，以及理论研究的不到位，导致能源的浪费问题十分严重。能源工业作为国民经济的经济基础，在经济高速发展的今天，我国能源工业面临着环境保与护经济增长的双重压力。为此，国家十二五计划中，在电机系统节能的相关方面使用的资金总量高达515亿元之多，有资料显示，由于受到部分技术以及不部分资源的限制，我国能源有效利用效率比发达国家相对要低。
交流变频调速的优越性早在上世纪20年代就已被人们认识，但受元器件体积过大的限制，当时只能用闸流管构成逆变器，由于技资大，效率低，体积大等缺点而未能推广。20世纪50年代中期，晶闸管的研制成功，开创了电力电子技术发展的新时代。由于晶闸管具有响应快、体积小、重量轻、管压低等一系列优点，交流电动机调速技术有了飞跃发展，出现了交流异步电动机调压调速、串级调速等系统。20世纪70年代发展起来的变频调速，比之两种调速方式效率更高，性能更优，在过去的几十年里变频调速技术发展非常快，从主回路拓扑结构、功率开关器件及驱动到数字信号处理器、控制策略均获得长足的进步；控制对象从异步电机到无刷直流、正弦同步电机、磁阻同步电机到伺服同步电机，变频调速技术的控制性能不断提升，在工业自动化领域起着越来越重要的作用，已渗透到国民经济的各个角落。可见，异步电动机的变频调速问题在我国将有着巨大的发展方向。
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1.2国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
20世纪60年代中期，德国的A Schonung 等人率先提出了脉宽调制变频的思想，他们把通信系统中的调制技术推广应用于变频调速中，为现代交流调速技术的发展和实用化开辟了新的道路。从此，交流调速理论及应用技术大致沿下述四个方面发展。
交流变频调速在工业发达国家已得到广泛应用。国外在高性能大容量交流电机传动技术的研究和应用上远远走在我国的前面，已有更高级别的高压逆变器大量投入市场，并应用于电力机车上、船舰电力推进、造纸、轧钢等系统中。交流变频调速技术以及产品已成为一些发达国家的先导产品。目前，国外先进的工业国家生产直流传动的装置基本呈下降趋势，而交流变频调速装置的生产大幅度上升。以日本为例，20世纪后期，直流调速占80%，交流占20%。到目前为止，日本除了个别地方还继续采用直流电机驱动外，几乎所有调速系统那个都采用交流变频装置。 1.2.2国内研究现状
我国在应用变频调速技术上目前处于初级阶段，但发展速度逐年增长较快，国家已将该项目列为“八五”重点攻关及推广项目。这将加快交流调速在我国的普及应用。
目前国内变频调速技术状况如下：（1）变频器的控制策略的基础与国外差距不大；（2）变频器的整体技术落后，国内虽有很多企业投入了一定的人力和物理，但由于力量分散，并没能形成一定的技术和生产规模；（3）变频器产品所用的半导体功率器件的制造业几乎是空白；（4）相关配套产品及行业落后；（5）产销量少，可靠性及工艺水品不高。
1.3论文主要内容
通过MATLAB中的simulink对三相异步电机变频调速进行仿真。基于 MATLAB 软 件 中 的Simulink 和 Power System Blochset，建立了SPWM三相异步电机变频调速的仿真模型，分析主电路及控制电路的工作原理，完成了SPWM变频调速特性的仿真的设计。并对仿真结果的分析验证。
论文的主要结构安排为：
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