854611256交流調速系統(tǒng)仿真分析開題報告

1、交流調速系統(tǒng)仿真分析1 課題來源 本課題來源于三峽大學電氣與新能源學院畢業(yè)論文自選課題。2 研究的目的和意義 電動機(尤其是交流電動機)在工業(yè).農業(yè).交通運輸.國防軍事設施以及日常生活中被廣泛的應用。其中許多的場合有著調速的要求從節(jié)能的角度出發(fā)。開發(fā)研究與風機，泵類負載相適應的配套調速裝置，市場是非常廣闊的，與我國的經濟能源狀況相適應，對交流系統(tǒng)進行建模仿真，可以熟悉交流調速系統(tǒng)的結構，掌握各種調速系統(tǒng)的優(yōu)缺點，選擇合理的方案，解決實際中的問題。3 國內外的研究現狀和發(fā)展趨勢 目前，交流調速已進入逐步替代直流調速的時代。電力電子器件的發(fā)展為交流調速奠定了物質基礎。50年代末出現了晶閘管，由晶閘

2、管構成的靜止變頻電源輸出方波和階梯波的交變電壓，取代旋轉變頻機組實現了變頻調速，然而晶閘管屬于半控型器件，可以控制導通，但不能由門極控制關斷，因此由普通晶閘管組成的逆變器用于交流調速必須附加強迫換相電路。70年代以后，功率晶體管(gtr).門極關斷晶閘管(gto晶閘管).功率場效應晶閘管(power mosfet).絕緣柵雙極晶體管(igbt)。 mos控制晶閘管(mct)等已經先后問世，這些器件都是既能控制導通又能控制關斷的自關斷器件，又稱全控型器件。它不再需要強迫換相電路，使得逆變器構成簡單.結構緊湊。igbt由于兼有mosfet和gtr的優(yōu)點，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的快速開關特性，是極有發(fā)展前景的大功率.高頻率開關器件。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年代以后出現的功率集成電路(power ic)，集功率開關器件，驅動電路，保護電路，接口電路于一體，目前已應用于交流調速的智能功率模塊(intelligent power module ipm)采用igbt作為功率開關，含有電流傳感器.驅動電路及過載.短路.超溫.欠電壓保護電路，實現了信號處理.故障診斷.自我保護等多種智能功能，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，變頻技術獲得飛速發(fā)展。以普通晶閘管構成的方波型逆變器被全控型高頻率開關器件組成的脈寬調制(pwm)逆變器取代后，spwm逆變器及其專用芯片得到了普遍應用。磁通跟蹤型pwm逆變器以不同的開關模式在電機中產生的實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狀態(tài)，形成pwm波型，由于控制簡單.數字化方便，有取代傳統(tǒng)spwm 的趨勢，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，只是電流跟蹤型pwm逆變起更因其電流動態(tài)響應快.實現方便，受到重視。目前，隨著器件開關頻率的提高，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。但在電網側，盡管以數控整流器取代了相控整流器，使基波功率因數接近于1，然而電流諧波分量大，總的功率因數仍很低，消除對電網的諧波污染并提高功率因數已構成變頻技術不可回避的問題。為此，pwm整流技術的研究.新型單位功率因數變流器的開發(fā)，在國外已引起廣泛關注。pwm逆變器工作頻率的進一步提高將受到開關損耗的限制，特別是大功率逆變器，工作頻率不取決于器件開關速度而受限于開關損耗。近年研究出的諧振型逆變器是一種新型開關逆變器，由于應用諧振技術使功率開關在零電壓下或零電流下進行開關狀態(tài)轉換，開關損耗幾乎為零，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。在變頻技術日新月異發(fā)展的同時，交流電動機控制技術取得了突破性的進展。由于交流電動機是多變量.強耦合的非線性系統(tǒng)，與直流電動機相比，轉矩控制要困難的多。70年代提出的矢量控制理論解決了交流電動機的轉矩控制問題，應用坐標變換將三相系統(tǒng)等效為兩相系統(tǒng)，在經過按轉子磁場定向的同步旋轉變換實現了定子電流勵磁分量與轉矩分量之間的解耦，從而達到對交流電動機的磁鏈和電流分別控制的目的。這樣就可以將一臺三相異步電動機等效為直流電動機來控制，因而獲得了與直流調速系統(tǒng)同樣優(yōu)良的靜.動態(tài)性能，開創(chuàng)了交流調速與直流調速相競爭的時代。直接轉矩控制是80年代中期提出的又一轉矩控制方法，其思路是把電機與逆變器看作

7、一個整體，采用空間電壓矢量分析方法在定子坐標系進行磁通.轉矩計算，通過磁通跟蹤型pwm逆變器的開關狀態(tài)直接控制轉距。因此，無需對定子電流進行解耦，免去了矢量變換的復雜計算，控制結構簡單，便于實現全數字化，目前正受到各國學者的重視。近10多年來，各國學者致力于無速度傳感器控制系統(tǒng)的研究，利用檢測定子電壓.電流等容易測量的物理量進行速度估算以取代速度傳感器。其關鍵在于在線獲取速度信息，在保證較高控制精度的同時，滿足實時控制的要求。速度估算的方法，除了根據數學模型計算電動機轉速外，目前應用較多的有模型參考自適應法和擴展卡爾曼濾波法。無傳感器控制技術不需要檢測硬件，也免去了傳感器帶來的環(huán)境適應性.安裝

8、維護等麻煩，提高了系統(tǒng)的可*性，降低了成本，因而引起了廣泛興趣。微處理機引入控制系統(tǒng)，促進了模擬控制系統(tǒng)向數字控制系統(tǒng)的轉化。數字化技術使得復雜的矢量控制得以實現，大大簡化了硬件，降低了成本，提高了控制精度，而自診斷功能和自調試功能的實現又進，一步提高了系統(tǒng)可*性，節(jié)約了大量人力和實踐，操作.維修都更加方便。微機運算速度的提高.存儲器的大容量化，將進一步促進數字控制系統(tǒng)取代模擬控制系統(tǒng)，數字化己成為控制技術的方向。隨著現代控制理論的發(fā)展，交流電動機控制技術的發(fā)展方興未艾，非線性解耦控制.人工神經網絡自適應控制.模糊控制等各種新的控制策略正在不斷涌現，展現出更為廣闊的前景，必將進一步推動交流調速

9、技術的發(fā)展。4 研究的主要內容及設計成果的應用價值4.1研究的主要內容本課題的任務是在對交流調速系統(tǒng)進行設計的基礎上進行參數整定、系統(tǒng)建模。而后使用matlab軟件進行仿真。通過仿真調試對參數進行修正，以期獲得較好的運行結果。這種仿真可以為真實系統(tǒng)的搭建提供數據指導。在此課題的完成過程中要求設計者對交流調速理論和計算機仿真手段要有較深刻的認識和掌握。4.2 應用價值通過課題的研究與實踐，熟悉了matlab的仿真功能。通過課題的研究與實踐，掌握了交流調速的原理和系統(tǒng)的設計。5工作的主要階段、進度（1）2010年秋季學期第10周前接受畢業(yè)設計任務書，學習畢業(yè)設計（論文）要求及有關規(guī)定。（2）201

10、0年秋季學期第1120周閱讀指定的參考資料及文獻(包括5-10萬個印刷符號與課題或本專業(yè)相關的外文資料)，完成開題報告、外文翻譯任務。（3）2010年秋季學期第21周 上交開題報告、外文翻譯，指導教師批閱。（4）2011年春季學期第2周前 總體方案設計。（5）2011年春季學期第311周 完成畢業(yè)設計要求的全部內容。（6）2011年春季學期第1213周 完成畢業(yè)論文，全部成果交指導教師批閱。（7）2011年春季學期第15周 畢業(yè)答辯。6最終目標及完成時間 完成畢業(yè)論文，達到熟練掌握交流調速系統(tǒng)仿真與分析的目標。 完成時間：2011年春季學期第15周以前。7現有條件及必須采取的措施現有matla

11、b軟件，可以完成交流調速系統(tǒng)仿真與分析的研究目的，在設計中必須嚴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 本課題完成應解決交流系統(tǒng)的仿真與分析的問題，同時需要指導教師的大力支持，在這里表示感謝。參考文獻1薛定宇.控制系統(tǒng)計算機輔助設計.清華大學出版社.2007年6月2 陳伯時.交流調速系統(tǒng).機械工業(yè)出版社.2005年4月3陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng).機械工業(yè)出版社.2006年9月4 魏克新，王云亮等.matlab語言與自動控制系統(tǒng)設計.機械工業(yè)出版社.2004年9月5 吳旭光，楊慧珍，王新民.計算機仿真技術.化學工業(yè)出版社.2005年8月6 曾繁玲. matlab/ simul

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