基于MatlabSVPWM變頻器仿真研究開題報告

1、基于matlabsvpwm變頻器仿真研究開題報告 本科生畢業(yè)設(shè)計 開題報告 題 目： 基于 matlab 的 svpwm 變頻器仿真研究 分 院： 電氣與信息工程分院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 學(xué) 號： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 填表日期： 一、選題的依據(jù)及意義： 在當(dāng)今工業(yè)社會，能源的有效利用一直是科學(xué)研究的重要方向，這關(guān)乎與我們的可持續(xù)開展，因此，節(jié)能研究就顯得越來越重要。隨著電動機制造技術(shù)的進步，電機越來越多的被應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科技研究、國防各方面，作為主要的動力設(shè)備。從世界范圍來看，電機的用電量超過全球各國總用電量的一半以上，約占工業(yè)用電量的 70%，如此之高的一個

2、比例數(shù)量，如能提高用電效率，優(yōu)化電機控制算法，將具有十分重大的意義。異步電機和變頻器相結(jié)合，所組成的交流調(diào)速系統(tǒng)具備非常高控制性能。在上個世紀(jì)，由于電力電子器件的限制，電機控制技術(shù)的不成熟。對電機實施高性能控制就很難實現(xiàn)，即便能提高性能，從經(jīng)濟上來說也不劃算。更無法大范圍的推廣此項技術(shù)，如果能夠提高對電機的調(diào)速控制性能，那么對電機的高效性并且連續(xù)，啟動、運行和停止的高頻性也就能實現(xiàn)新的跨越。 后來，隨著電力電子技術(shù)的開展，半導(dǎo)體全控型器件進一步開展，這使得對電機的調(diào)速可以實現(xiàn)數(shù)字化，對其控制精度也大大的提高。于是使得異步電動在工業(yè)上被慢慢應(yīng)用，同時這些半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)，也使得電機的控制系統(tǒng)大大

3、簡化。性能更高、更可靠、而且經(jīng)濟，這就在很大程度上促使了對異步電機的高性能變頻調(diào)速的開展。同時，隨著微電子技術(shù)的開展，微控制器芯片的推陳出新，結(jié)合功率半導(dǎo)體裝置和數(shù)字控制技術(shù)，使變頻器的控制更加穩(wěn)定，所產(chǎn)生的波形更標(biāo)準(zhǔn)，以前不能實現(xiàn)的 svpwm 電機控制方法也能實現(xiàn)。現(xiàn)在可以使用變頻器 svpwm 控制技術(shù)來對電動機進行控制，進而滿足對電機在工業(yè)中的要求，節(jié)能與轉(zhuǎn)矩脈動小，具有很高的控制精度。所以對變頻器 svpwm 控制技術(shù)進行深入研究很有必要，它所在工業(yè)控制中所發(fā)揮著的作用是不可無視的。 二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及開展趨勢（含文獻綜述）： 隨著改革開放，經(jīng)濟高速開展，我國引進了很多最先進的產(chǎn)品

4、。國內(nèi)許多合資公司已能生產(chǎn)當(dāng)今國際上最先進的變頻調(diào)速產(chǎn)品，并對它進行應(yīng)用軟件的開發(fā)，為國內(nèi)外重大工程工程提供一流的電氣傳動控制系統(tǒng) 1-3 。交流變頻調(diào)速行業(yè)在中國興起了二十幾年，隨著我國工業(yè)的進步，它的市場容量正逐年的在增長4 。最近幾年的低壓、中壓、高壓變頻器市場容量超過 160 億元，國內(nèi)外總計投資的品牌有超過 140 個，這其中，外資品牌占比不超過 30%，但是它的市場份額卻有 75%之多，可見我國自主的變頻器品牌要開展與應(yīng)用還有相當(dāng)長的路要走，任重而道遠。文獻5當(dāng)前的交流變頻調(diào)速行業(yè)已經(jīng)初具規(guī)模，變成產(chǎn)業(yè)化，據(jù)相關(guān)從業(yè)人員分析，我國市場上的變頻器預(yù)計將在以后十年之內(nèi)飽和。在低壓變頻器

5、廣泛應(yīng)用的今天，交流變頻調(diào)速傳動系統(tǒng)已在市場中占有相當(dāng)大的比例了，它的性能要更優(yōu)于直流機械調(diào)速。 變頻器的體積特別小、振動小、噪聲小、它對異步電機的控制具有良好的調(diào)速性能。異步電機還具有制造購置低本錢，且投入運行是更容易維護特點。從工 藝設(shè)計復(fù)雜度大大簡化，投資本錢也大大減小?？偟膩碚f，使用變頻器對電機進行調(diào)速控制大大提高了電機性能，使其運行更符合工業(yè)生產(chǎn)期望，生產(chǎn)質(zhì)量大大提高，并且改善了工業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境，也使得機械設(shè)備的自動化程度更高，與此同時，還為我們節(jié)約能源和降低企業(yè)生產(chǎn)本錢做出很大的奉獻 6-7 。隨著全控型快速半導(dǎo)體的開展，使用 pwm 脈寬調(diào)制技術(shù)作為控制方法已越來越普遍，并且在傳統(tǒng)

6、的 pwm 調(diào)制方法上面對電機的控制更進一步 8 。pwm 調(diào)制即產(chǎn)生 pwm波（幅值相等而寬度不等的脈沖），對逆變器進行控制，當(dāng)信號較小時，還需外加驅(qū)動器，對信號進行放大，控制開關(guān)管子的通斷，提供對電機控制調(diào)速所需的電壓。使用一定的調(diào)制方法，對不同波形進行調(diào)制，使實際施加的電壓作用積分的面積相等。通過文獻9-10對脈沖的寬度進行調(diào)制可以改變逆變電路實際輸出電壓值；同時，也可改通過改變波形的周期來實現(xiàn) 11 。pwm 調(diào)速控制方法具有調(diào)節(jié)電壓，對諧波進行抑制的作用，也正因為 pwm 波形調(diào)制方法能夠使產(chǎn)生的脈沖接近正弦波，并且其控制方法輸入因素高。因此對電機來說，要高性能調(diào)速，使用 pwm 波

7、形控制方法就能實現(xiàn)。結(jié)合現(xiàn)代電力電子技術(shù)，將之與變頻器相結(jié)合，便能大大簡化控制控制電路，并且還能夠改善電機控制性能 12-13 。所以，綜合以上分析，pwm 技術(shù)具備如此多的優(yōu)點，對其研究就非常有現(xiàn)實意義。 變頻器 svpwm 調(diào)速技術(shù)是一種綜合性技術(shù)，其包括變頻器局部，實施大能量的轉(zhuǎn)化，pwm 波形的調(diào)制逆變局部，整流和逆變產(chǎn)生波形，對電動機進行控制 14 。變頻器將電網(wǎng)側(cè)的交流電變換成直流電，然后進行逆變，控制方法是通過電力半導(dǎo)體開關(guān)管來實現(xiàn)的，變頻器變換有兩種方法，第一種是交流直接變成另一頻率的交流電 15 ，還有一種是交直交 16 ，正因為它有這種變換功能，所以變頻器是作為一種驅(qū)動系統(tǒng)

8、，應(yīng)用中通常通過改變壓頻比來實現(xiàn)電機的平滑調(diào)速。pwm 是英文 pulse width modulation 脈沖寬度調(diào)制的縮寫，按一定的調(diào)制波形方法，有規(guī)律地改變脈沖的寬度，使其具有正弦電壓同樣面積大小，從而對電路進行控制 17 。svpwm 是電壓空間矢量控制技術(shù)，它通過六個功率開關(guān)元件的逆變器，使用特殊的開關(guān)組合狀態(tài)來調(diào)節(jié)脈寬波形，從而使電機定子繞組得到三相電壓，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，因為磁場于電壓在空間中是相互垂直的，所以又稱為磁鏈跟蹤技術(shù)，這項技術(shù)是從三相輸出電壓的整體效果出發(fā)，著眼于如何使電機獲得理想圓形磁鏈軌跡 18 。 正由于變頻器能夠使得電機的調(diào)速和制動性能提高，并且節(jié)約電網(wǎng)電能，還

9、能改善功率因素，以及 svpwm 技術(shù)使得直流側(cè)電壓的利用率提高 15%，使用變頻器也能讓控制方法數(shù)字化，大大簡化了控制應(yīng)用得復(fù)雜性 19 。目前變頻器svpwm 控制技術(shù)已經(jīng)成為開展的趨勢，并且開展的比擬成熟，對這種經(jīng)濟合理的電機調(diào)速系統(tǒng)的繼續(xù)研究也是當(dāng)今的重大課題 20 。 二、本課題研究內(nèi)容 本課題的目的是對電壓空間矢量脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)進行建模仿真研究。運用 前序課程電機學(xué)、電力拖動自動控制系統(tǒng)等課程中的相關(guān)內(nèi)容建立整個調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。在學(xué)習(xí) matlab/simulink 軟件后完本錢課題。 此 次 課 題 也 將 對 svpwm 方 法 的 基 本 原 理 和 算 法 進 行 研

10、 究 ，matlab/simulink 環(huán)境下對該算法進行仿真，最后對將 svpwm 應(yīng)用于異步電動機調(diào)速系統(tǒng)并給出仿真結(jié)果。具體內(nèi)容包括對電壓空間矢量脈寬調(diào)制方法(svpwm)的原理的理解分析；對電壓空間矢量脈寬調(diào)制方法(svpwm)算法進行研究；熟悉 matlab/simulink 仿真軟件；在 matlab/simulink 環(huán)境下對該算法進行仿真；將 spwm 應(yīng)用于異步電動機調(diào)速系統(tǒng)進行仿真，給出仿真結(jié)果，進行仿真研究。 四、本課題研究方案 1、應(yīng)用 matlab/simulink 仿真平臺對電壓空間矢量脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)進行建模仿真。 2、建立系統(tǒng)模型，選擇仿真參數(shù)和數(shù)值算法，啟動仿

11、真程序?qū)υ撓到y(tǒng)進行仿真，設(shè)置不同的輸出方式來觀察仿真結(jié)果等功能。 3、直接訪問 matlab 大量的工具來進行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)立、建模環(huán)境的定制以及信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)的定義。 4、仿真模型搭建與驗證。通過學(xué)習(xí)和熟練運用 matlab 軟件，建立直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真模型進行仿真和檢驗。 五、研究目標(biāo)、主要特色及工作進度： 研究目標(biāo)： 根據(jù)課題應(yīng)用背景，利用 matlab/simulink 軟件，實現(xiàn)基于 matlab 的svpwm 變頻器仿真研究實現(xiàn)對異步電動機進行高性能控制，并提高電壓的利用率，svpwm 電壓空間矢量控制技術(shù)。 主要特色： 著手于 svpwm 高性

12、能控制算法，來設(shè)計變頻器 svpwm 控制系統(tǒng)，實現(xiàn)節(jié)能和具有良好控制性能的電機的要求。能在電能的利用上更加高效，這對能源對可持續(xù)開展都具有十分重大的意義。 工作進度： 202x.2.01 文獻綜述：通過查閱和分析相關(guān)文獻資料（15 篇以上），能夠就所研究的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，關(guān)鍵技術(shù)、開展趨勢等進行綜述。 解決方案：綜合運用專業(yè)知識設(shè)計解決方案，并給出擬采用的研究手段。 202x.2.10 掌握專業(yè)術(shù)語，應(yīng)用外文能力，準(zhǔn)確、流暢地翻譯 3000 字以上課題相關(guān)參考文獻。 202x.2.18 掌握 matlab/simulink 的使用以及編程。掌握 visio 軟件繪制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖的方法 202

13、x.2.28 熟悉異步電動機動態(tài)方程，掌握直接轉(zhuǎn)矩控制的根本原理。 202x.3.10 利用 matlab/simulink 強大的仿真功能，實現(xiàn) svpwm 變頻器仿真研究。 202x.3.31 能夠綜合運用專業(yè)知識對系統(tǒng)仿真結(jié)果進行分析。 202x.4.18 能夠根據(jù)仿真結(jié)果，對設(shè)計結(jié)構(gòu)進行改良優(yōu)化。 202x.5.15 按華東交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計撰寫標(biāo)準(zhǔn)要求撰寫論文，并對論文進行查重還要修改，并按學(xué)校的統(tǒng)一要求打印和裝訂畢業(yè)設(shè)計論文。 六、參考文獻： 1 周浩.異步電機 svpwm 的矢量控制系統(tǒng)研究d.昆明理工大學(xué),xx. 2 陳志雪.逆變器中低共模電壓空間矢量策略研究d.沈陽工學(xué)大學(xué)

14、,xx. 3 柏塔·居尼斯汗.變頻器能量回饋單元的研究d.大學(xué),xx. 4 裴佳.抽水蓄能電站同步發(fā)電電動機變頻啟動控制系統(tǒng)研究d.華北電力大學(xué),xx. 5 趙戰(zhàn)國&郝平.s 函數(shù)在 svpwm 變頻器仿真中的應(yīng)用研究.煤礦機電(03),45-46. doi:10.16545/j.ki et.xx.03.004. 6 談嘉炎.基于 matlab/simulink 的高壓變頻器故障仿真分析j.機電信息,xx (18):76-77. 7 劉紅釗,黃義定,呂曉東.基于 matlab 的 svpwm 變頻器的仿真研究j.南陽師范學(xué)院學(xué)報,xx,8(03):32-35. 8 張紹靜,胡

15、彥奎,謝門喜.基于matlab/simulink的交交變頻器仿真研究j.常州工學(xué)院學(xué)報,xx(03):31-33+42. 9 馮興田,胡慧慧,陳榮.基于 matlab 的通用變頻器仿真教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)j.實驗室研究與探索,20xx,38(09):135-138. 10 趙海龍.基于 matlab 故障仿真的變頻器主電路故障診斷方法研究d.哈爾濱理工大學(xué),20xx. 11 王家校.基于 matlab 的變頻器輸出 rlc dv/dt 濾波器仿真j.機電工程,xx,31(02):249-252+256. 12 張巍,盧宇清,喬維釗.基于matlab的數(shù)字上變頻器優(yōu)化設(shè)計與仿真j.煤炭技術(shù),xx,31(

16、04):207-209. 13 odeh charles,kondratenko dmytro,lewicki arkadiusz,jaderko andrzej. modified spwm technique with zero-sequence voltage injection for a five-phase, three-level npc inverterj. energies,202x,14(4). 14 徐瑞廷,王順亮,劉小林,孫成,吳沂洋.單極性 spwm 逆變器并聯(lián)環(huán)流分析與抑制j/ol.電源學(xué)報:1-12202x-03-16.kns.ki./kcms/detail/12

17、.1420.tm. 202x0203.1615.002.html. 15 debswarup rath,sanjeeb kar,akshaya kumar patra.harmonic distortion asse- ssment in the single-phase photovoltaic (pv) system based on spwm techniquej. arabian journal for science and engineering,202x(prepublish). 16 viji k,chitra k,lakshmanan m. pv fed grid power

18、 control by discrete cuk converter and spwm inverter control techniquesj.iop conference series: materials science and engineering,202x,1059(1). 17 葉滿園,任威,李宋,魏麒文,宋桂智.基于控制載波自由度的級聯(lián) h 橋逆變器改良型 pwm 技術(shù)j/ol.電工技術(shù)學(xué)報:1-12202x-03-16.s:/doi/ 10.19595/j. ki.1000-6753.tces.xx74. 18 劉英,張嘉易.數(shù)字化單極型 spwm 相位角增量驅(qū)動方式研究j.機電工程技術(shù),202x,50(01):27-29. 19 soukaina el daoudi,loubna lazrak,najib el ouanjli,mustapha ait lafkih. applying sliding mode technique for the nonlinear dtc-spwm control strategy of sensorless squirrel cage asynchronous m