交流調(diào)速系統(tǒng)仿真分析開題報(bào)告

1、交流調(diào)速系統(tǒng)仿真分析1 課題來源 本課題來源于三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院畢業(yè)論文自選課題。2 研究的目的和意義 電動(dòng)機(jī)(尤其是交流電動(dòng)機(jī))在工業(yè).農(nóng)業(yè).交通運(yùn)輸.國防軍事設(shè)施以及日常生活中被廣泛的應(yīng)用。其中許多的場(chǎng)合有著調(diào)速的要求從節(jié)能的角度出發(fā)。開發(fā)研究與風(fēng)機(jī)，泵類負(fù)載相適應(yīng)的配套調(diào)速裝置，市場(chǎng)是非常廣闊的，與我國的經(jīng)濟(jì)能源狀況相適應(yīng)，對(duì)交流系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真，可以熟悉交流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，掌握各種調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇合理的方案，解決實(shí)際中的問題。3 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 目前，交流調(diào)速已進(jìn)入逐步替代直流調(diào)速的時(shí)代。電力電子器件的發(fā)展為交流調(diào)速奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。50年代末出現(xiàn)了晶閘管，由晶閘

2、管構(gòu)成的靜止變頻電源輸出方波和階梯波的交變電壓，取代旋轉(zhuǎn)變頻機(jī)組實(shí)現(xiàn)了變頻調(diào)速，然而晶閘管屬于半控型器件，可以控制導(dǎo)通，但不能由門極控制關(guān)斷，因此由普通晶閘管組成的逆變器用于交流調(diào)速必須附加強(qiáng)迫換相電路。70年代以后，功率晶體管(gtr).門極關(guān)斷晶閘管(gto晶閘管).功率場(chǎng)效應(yīng)晶閘管(power mosfet).絕緣柵雙極晶體管(igbt)。 mos控制晶閘管(mct)等已經(jīng)先后問世，這些器件都是既能控制導(dǎo)通又能控制關(guān)斷的自關(guān)斷器件，又稱全控型器件。它不再需要強(qiáng)迫換相電路，使得逆變器構(gòu)成簡(jiǎn)單.結(jié)構(gòu)緊湊。igbt由于兼有mosfet和gtr的優(yōu)點(diǎn)，是用于中小功率目前最為流行的器件，mct則綜

3、合了晶閘管的高電壓.大電流的特性和mosfet的快速開關(guān)特性，是極有發(fā)展前景的大功率.高頻率開關(guān)器件。電力電子器件正在向大功率化.高頻化.模塊化.智能化的方向發(fā)展。80年代以后出現(xiàn)的功率集成電路(power ic)，集功率開關(guān)器件，驅(qū)動(dòng)電路，保護(hù)電路，接口電路于一體，目前已應(yīng)用于交流調(diào)速的智能功率模塊(intelligent power module ipm)采用igbt作為功率開關(guān)，含有電流傳感器.驅(qū)動(dòng)電路及過載.短路.超溫.欠電壓保護(hù)電路，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)處理.故障診斷.自我保護(hù)等多種智能功能，既減少了體積.減輕了重量，又提高了可靠性，使用.維護(hù)都更加方便，是功率器件的重要發(fā)展方向。 隨著新型電

4、力電子器件的不斷涌現(xiàn)，變頻技術(shù)獲得飛速發(fā)展。以普通晶閘管構(gòu)成的方波型逆變器被全控型高頻率開關(guān)器件組成的脈寬調(diào)制(pwm)逆變器取代后，spwm逆變器及其專用芯片得到了普遍應(yīng)用。磁通跟蹤型pwm逆變器以不同的開關(guān)模式在電機(jī)中產(chǎn)生的實(shí)際磁通去逼近定子磁鏈的給定軌跡理想磁通圓，即用空間電壓矢量方法決定逆變器的開關(guān)狀態(tài)，形成pwm波型，由于控制簡(jiǎn)單.數(shù)字化方便，有取代傳統(tǒng)spwm 的趨勢(shì)，電流跟蹤型pwm逆變器為電流控制型的電壓源逆變器，兼有電壓和電流控制型逆變器的優(yōu)點(diǎn)，只是電流跟蹤型pwm逆變起更因其電流動(dòng)態(tài)響應(yīng)快.實(shí)現(xiàn)方便，受到重視。目前，隨著器件開關(guān)頻率的提高，并借助于控制模式的優(yōu)化消除指定諧波

5、，已使pwm逆變器的輸出波形非常逼近正弦波。但在電網(wǎng)側(cè)，盡管以數(shù)控整流器取代了相控整流器，使基波功率因數(shù)接近于1，然而電流諧波分量大，總的功率因數(shù)仍很低，消除對(duì)電網(wǎng)的諧波污染并提高功率因數(shù)已構(gòu)成變頻技術(shù)不可回避的問題。為此，pwm整流技術(shù)的研究.新型單位功率因數(shù)變流器的開發(fā)，在國外已引起廣泛關(guān)注。pwm逆變器工作頻率的進(jìn)一步提高將受到開關(guān)損耗的限制，特別是大功率逆變器，工作頻率不取決于器件開關(guān)速度而受限于開關(guān)損耗。近年研究出的諧振型逆變器是一種新型開關(guān)逆變器，由于應(yīng)用諧振技術(shù)使功率開關(guān)在零電壓下或零電流下進(jìn)行開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，開關(guān)損耗幾乎為零，使效率提高.體積減小.重量減輕.成本降低，是很有發(fā)展前

6、景的變頻器。在變頻技術(shù)日新月異發(fā)展的同時(shí)，交流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)取得了突破性的進(jìn)展。由于交流電動(dòng)機(jī)是多變量.強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)，與直流電動(dòng)機(jī)相比，轉(zhuǎn)矩控制要困難的多。70年代提出的矢量控制理論解決了交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制問題，應(yīng)用坐標(biāo)變換將三相系統(tǒng)等效為兩相系統(tǒng)，在經(jīng)過按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的同步旋轉(zhuǎn)變換實(shí)現(xiàn)了定子電流勵(lì)磁分量與轉(zhuǎn)矩分量之間的解耦，從而達(dá)到對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的磁鏈和電流分別控制的目的。這樣就可以將一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)來控制，因而獲得了與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣優(yōu)良的靜.動(dòng)態(tài)性能，開創(chuàng)了交流調(diào)速與直流調(diào)速相競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)代。直接轉(zhuǎn)矩控制是80年代中期提出的又一轉(zhuǎn)矩控制方法，其思路是把電機(jī)與逆變器看作

7、一個(gè)整體，采用空間電壓矢量分析方法在定子坐標(biāo)系進(jìn)行磁通.轉(zhuǎn)矩計(jì)算，通過磁通跟蹤型pwm逆變器的開關(guān)狀態(tài)直接控制轉(zhuǎn)距。因此，無需對(duì)定子電流進(jìn)行解耦，免去了矢量變換的復(fù)雜計(jì)算，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，目前正受到各國學(xué)者的重視。近10多年來，各國學(xué)者致力于無速度傳感器控制系統(tǒng)的研究，利用檢測(cè)定子電壓.電流等容易測(cè)量的物理量進(jìn)行速度估算以取代速度傳感器。其關(guān)鍵在于在線獲取速度信息，在保證較高控制精度的同時(shí)，滿足實(shí)時(shí)控制的要求。速度估算的方法，除了根據(jù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速外，目前應(yīng)用較多的有模型參考自適應(yīng)法和擴(kuò)展卡爾曼濾波法。無傳感器控制技術(shù)不需要檢測(cè)硬件，也免去了傳感器帶來的環(huán)境適應(yīng)性.安裝

8、維護(hù)等麻煩，提高了系統(tǒng)的可*性，降低了成本，因而引起了廣泛興趣。微處理機(jī)引入控制系統(tǒng)，促進(jìn)了模擬控制系統(tǒng)向數(shù)字控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化。數(shù)字化技術(shù)使得復(fù)雜的矢量控制得以實(shí)現(xiàn)，大大簡(jiǎn)化了硬件，降低了成本，提高了控制精度，而自診斷功能和自調(diào)試功能的實(shí)現(xiàn)又進(jìn)，一步提高了系統(tǒng)可*性，節(jié)約了大量人力和實(shí)踐，操作.維修都更加方便。微機(jī)運(yùn)算速度的提高.存儲(chǔ)器的大容量化，將進(jìn)一步促進(jìn)數(shù)字控制系統(tǒng)取代模擬控制系統(tǒng)，數(shù)字化己成為控制技術(shù)的方向。隨著現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，交流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展方興未艾，非線性解耦控制.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制.模糊控制等各種新的控制策略正在不斷涌現(xiàn)，展現(xiàn)出更為廣闊的前景，必將進(jìn)一步推動(dòng)交流調(diào)速

9、技術(shù)的發(fā)展。4 研究的主要內(nèi)容及設(shè)計(jì)成果的應(yīng)用價(jià)值4.1研究的主要內(nèi)容本課題的任務(wù)是在對(duì)交流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行參數(shù)整定、系統(tǒng)建模。而后使用matlab軟件進(jìn)行仿真。通過仿真調(diào)試對(duì)參數(shù)進(jìn)行修正，以期獲得較好的運(yùn)行結(jié)果。這種仿真可以為真實(shí)系統(tǒng)的搭建提供數(shù)據(jù)指導(dǎo)。在此課題的完成過程中要求設(shè)計(jì)者對(duì)交流調(diào)速理論和計(jì)算機(jī)仿真手段要有較深刻的認(rèn)識(shí)和掌握。4.2 應(yīng)用價(jià)值通過課題的研究與實(shí)踐，熟悉了matlab的仿真功能。通過課題的研究與實(shí)踐，掌握了交流調(diào)速的原理和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。5工作的主要階段、進(jìn)度（1）2010年秋季學(xué)期第10周前接受畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書，學(xué)習(xí)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）要求及有關(guān)規(guī)定。（2）201

10、0年秋季學(xué)期第1120周閱讀指定的參考資料及文獻(xiàn)(包括5-10萬個(gè)印刷符號(hào)與課題或本專業(yè)相關(guān)的外文資料)，完成開題報(bào)告、外文翻譯任務(wù)。（3）2010年秋季學(xué)期第21周 上交開題報(bào)告、外文翻譯，指導(dǎo)教師批閱。（4）2011年春季學(xué)期第2周前 總體方案設(shè)計(jì)。（5）2011年春季學(xué)期第311周 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)要求的全部?jī)?nèi)容。（6）2011年春季學(xué)期第1213周 完成畢業(yè)論文，全部成果交指導(dǎo)教師批閱。（7）2011年春季學(xué)期第15周 畢業(yè)答辯。6最終目標(biāo)及完成時(shí)間 完成畢業(yè)論文，達(dá)到熟練掌握交流調(diào)速系統(tǒng)仿真與分析的目標(biāo)。 完成時(shí)間：2011年春季學(xué)期第15周以前。7現(xiàn)有條件及必須采取的措施現(xiàn)有matla

11、b軟件，可以完成交流調(diào)速系統(tǒng)仿真與分析的研究目的，在設(shè)計(jì)中必須嚴(yán)格按照操作步驟要求完成。8協(xié)助單位及要解決的主要問題 本課題完成應(yīng)解決交流系統(tǒng)的仿真與分析的問題，同時(shí)需要指導(dǎo)教師的大力支持，在這里表示感謝。參考文獻(xiàn)1薛定宇.控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì).清華大學(xué)出版社.2007年6月2 陳伯時(shí).交流調(diào)速系統(tǒng).機(jī)械工業(yè)出版社.2005年4月3陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng).機(jī)械工業(yè)出版社.2006年9月4 魏克新，王云亮等.matlab語言與自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社.2004年9月5 吳旭光，楊慧珍，王新民.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社.2005年8月6 曾繁玲. matlab/ simul

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