通用变频器的仿真研究Word文档下载推荐.docx
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④取得的主要成果及创新点;
⑤工作态度及工作量;
⑥总体评价及建议成绩;
⑦存在问题;
⑧是否同意答辩等):
成绩:
指导教师签字:
年月日
矿业大学毕业设计评阅教师评阅书
评阅教师评语(①选题的意义;
②基础理论及基本技能的掌握;
③综合运用所学知识解决实际问题的能力;
③工作量的大小;
⑤写作的规范程度;
评阅教师签字:
矿业大学毕业设计答辩及综合成绩
答辩情况
提出问题
回答问题
正确
基本正确
有一般性错误
有原则性错误
没有
回答
答辩委员会评语及建议成绩
答辩委员会主任签字:
院(系)领导小组综合评定成绩
院(系)领导小组负责人:
摘要
随着工业技术的发展,变频器调速技术的应用越来越广泛,它良好的节能效果,和灵活的调速性能,成为调速系统的主导方向。
众所周知,交流电机的调速控制是利用整流电子开关如IGBT,MOSFET和GTO等,异步电机通过PWM脉宽调幅产生整流电压如今已经慢慢替代直流电机和晶闸管整流桥。
结合PWM和现代控制技术如场效应控制和直接转矩控制,可以得到和直流电机相同的在速度和转矩控制方面的灵活性。
本文根据实验室现有条件,设计了一台小型电压源型通用变频器。
本课题选择了对该通用变频器的建模与仿真。
通过MATLAB中的Simulink软件包对所设计的通用变频器进行仿真。
主要内容如下:
(1)利用电机和电力电子器件来仿真一个简单的交流电机调速控制系统。
(2)学习怎样使用通用电桥模块。
(3)分离系统,比较变步长和固定步长的仿真方法。
(4)得到仿真波形。
仿真结果表明所设计系统的控制效果是理想的,实验证明该系统运行可靠,设计切实可行。
关键词:
通用变频器;
仿真;
交流调速
ABSTRACT
Withthedevelopmentofindustrialtechnology,theapplicationofVVVFmotordriveisbroadening,itsstrikingeffectonpower-savingandflexibleoperatingmode,havingmadeitbecameadominantdirectionofvariablespeedsystem.Asknows,VariablespeedcontrolofACelectricalmachinesmakesuseofforced-commutatedelectronicswitchessuchasIGBTs,MOSFETs,andGTOs.Asynchronousmachinesfedbypulsewidthmodulation(PWM)voltagesourcedconverters(VSC)arenowadaysgraduallyreplacingtheDCmotorsandthyristorbridges.WithPWM,combinedwithmoderncontroltechniquessuchasfield-orientedcontrolordirecttorquecontrol,wecanobtainthesameflexibilityinspeedandtorquecontrolaswithDCmachines.
Thispaperpresentsasmallvoltagetypegeneralconverter,basedontheactualityoftheACelectricdrivesystemsunderthenowexistingofourlaboratory.
Thesimulationofthesmallgeneralconverterareselectedtobeemulatedandbuiltinthisthesis.TheSimulinkpackageintheMATLABisusedtomodelandsimulatethegeneralconverterbeingdeveloped.Themaindetailsarefollowing:
(1)UseelectricalmachinesandpowerelectronicstosimulateasimpleACmotordrivewithvariablespeedcontrol.
(2)LearnhowtousetheUniversalBridgeblock.
(3)Discretizethemodelandcomparevariable-stepandfixed-stepsimulationmethods.
(4)Receivethesimulationwaves.
Finallythesimulationsindicatethattheeffectofdesignsystemisperfect.Thedesignedsystemrunsreliablyinthelab,whichmakessurethatthedesignisfeasible.
Keywords:
generalconverter;
simulation;
AC-variablespeed
目录
1绪论1
1.1交流变频调速技术的发展与研究现状1
1.2变频器的概况4
1.3通用变频器的发展过程和现状5
1.3.1通用变频器的发展过程6
1.3.2通用变频器的现状7
1.3.3现代通用变频器的基本结构7
1.4通用变频器的术语和技术参数8
1.4.1通用变频器的术语8
1.4.2通用变频器的技术参数8
1.5本文所做的工作8
2异步电动机的基本原理及其调速方法9
2.1异步电机的基本工作原理9
2.2异步电机的静态数学模型11
2.3三相异步电动机的调速方法13
2.3.1交流调速的基本类型13
2.3.2恒压频比变频调速系统控制原理及其机械特性15
2.3.3恒压频比控制的基本电路21
3变压变频调速系统中的脉宽调制(PWM)技术24
3.1PWM技术的发展24
3.2PWM控制技术的分类25
3.3PWM控制性能指标25
4通用变频器的设计28
4.1交-直-交变频器的主电路28
4.1.1交-直-交变频器的结构与原理28
4.1.2控制电路31
4.1.3PWM逆变电路32
4.2主电路参数的选择34
4.2.1额定数据的选择34
4.2.2变频器器件的选择36
4.2.3变频器的主要保护功能37
4.3主电路的干扰问题及常见变频器常见故障分析39
4.3.1主电路的干扰问题39
4.3.2变频器常见故障分析40
5基于MATLAB的仿真研究42
5.1引言42
5.2仿真及结果分析42
5.2.1MATLAB/SIMULINK简介42
5.2.2仿真模型43
6结论与展望53
6.1结论53
6.2展望53
参考文献:
55
致谢57
翻译58
英文原文:
58
中文译文:
66
1绪论
1.1交流变频调速技术的发展与研究现状
在用电系统中,电动机作为主要的动力设备而广泛的应用于工农业生产、国防、科技及社会生活等各个方面。
电动机负荷约占总发电量的60%~70%,成为用电量最多的电气设备[9]。
根据采用的电流制式不同,电动机分为直流电动机和交流电动机两大类,其中交流电动机拥有量最多,提供给工业生产的电量多半是通过交流电动机加以利用的。
交流电动机的诞生和发展己有一百多年的历史[8],至今已经研究、制造了形式多样、用途各异的各种容量、各种品种的交流电动机。
交流电动机分为同步电动机和异步感应电动机两大类。
电动机的转子转速与定子电流的频率保持严格不变的关系,即是同步电动机。
反之,即是异步电动机。
据统计,交流电动机用电量占电机总用电量的85%左右,可见交流电动机应用的广泛性及其在国民经济中的重要地位[1,2]。
电动机作为把电能转换为机械能的主要设备,在实际应用中,一是要使电动机具有较高的机电能量转换效率;
二是根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度[1,2,3]。
电动机的调速性能如何对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。
为了控制电动机的运行,就要为电动机配上控制装置。
电动机+控制装置=电力传动自动控制系统。
以直流电机作为控制对象的电力传动自动控制系统称之为直流调速系统;
以交流电动机作为控制对象的电力传动自动控制系统称之为交流调速系统。
根据交流电机的分类,相应有同步电动机调速系统和异步电动机调速系统。
在过去的几十年里,世界范围的工业进步的一个重要因素是工厂自动化程度的不断提高。
工厂里的生产线一般包括一个或多个可变速的电机传动装置,用于大功率传送带、机械手、桥式吊车、钢材轧制生产线、造纸厂以及塑料和合成纤维生产线等[9,6]。
50年代以前,所有这些应用都需要使用直流电机传动,交流电机由于其固有的以同步或几乎同步于电源的频率运行,所以难以真正的调节或平滑的改变速度。
众所周知,直流电动机的转速容易控制,在额定转速以下,保持励磁电流恒定,可用通过改变电枢电压的方法实现恒转矩调速在额定转速以上,保持电枢恒定,可用改变励磁的方法实现恒功率调速[24]。
采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的动、静态调速特性。
因此,长期以来(20世纪80年代以前)在变速传动领域中,直流调速一直占据主导地位。
但是,由于直流电机本身结构上的机械式换向器和电刷这一致命弱点,给直流调速系统的开发和应用带来了一系列的限制[6,7,8,9]:
(1)机械式换向器表面线速度及换向电流、电压有一极限容许值,这就限制了单机的转速和功率。
如果要超过极限容许值,则大大增加电机制造的难度和成本,以及调速系统的复杂性。
因此,工业生产中对一些要求特高转速、特大功率的场合根本无法采用直流调速方案。
(2)为了使机械式换向器能够可靠工作,往往增大电枢和换向器直径,导致电机转动惯量很大。
对于要求快速响应的生产工艺,采用直流调速方式难以实现。
(3)机械式换向器必须经常检查和维修,电刷必须定期更换。
这就表明了直流调速系统维检工作量大,维修费用高,同时停机检修和更换电刷也直接影响了正常生产。
(4)在一些易燃、易爆的生产场合,一些多粉尘、多腐蚀气体的生产场合不能或者不宜使用直流电动机。
可见,由于换向器的存在,使得直流电动机维修难、工作量大、运行中易产生火花,并且对环境的要求较高、电刷易于磨损、其单机容量、最高转速以及使用环境都受到了限制。
正是由于这样一些限制,使得直流调速系统的应用也相应受到了限制。
随着
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