交-直-交变频调速系统仿真研究修改版v1

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1、电力电子课程设计摘要随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流变频调速技术得到了迅速发展，其显著的节能效益，高精确的调速精度，宽泛的调速范围，完善的保护功能，以及易于实现的自动通信功能，得到了广大用户的认可，在运行的安全可靠、安装使用、维修维护等方面，也给使用者带来了极大的便利。因此，研究交—直—交变频调速系统的基本工作原理和作用特性意义十分重大。本文研究了变频调速系统的基本组成部分，主回路主要有三部分组成：将工频电源变换为直流电源的“整流器”；吸收由整流器和逆变器回路产生的电压脉动的“滤波回路”，

2、也是储能回路；将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。使用Matlab/Simulink搭建交—直—交变频调速系统的仿真模型，通过试验对该交—直—交变频调速系统的基本工作原理、工作特性及作用有更深的认识，也对谐波对于交—直—交变频调速系统的影响有了一定的了解。关键词：交—直—交变频，整流，逆变，谐波，仿真。23电力电子课程设计1引言1.1交流调速技术的发展随着电机制造技术的不断进步，电动机作为风机、水泵、压缩机、机床等各种设备的动力，已广泛应用于工业、商业、公用设施和家用电器等各个领域，其中异步电动机是各类电动机中应

3、用最广、需要量最大的一种。在我国，异步电动机的用电量约占总负荷的80%以上，其中风机、泵类、压缩机和空调制冷机的用电量分别占全国用电量的10.4%,20.9%,9.4%和6%。从全球范围看，电动机的用电量平均占世界各国社会总用电量的一半以上，占工业用电量的70%左右。因此，提高电机系统的效率，对节约电能意义十分重大。异步电动机的基本特点是，转子绕组不需与其他电源相连，其定子电流直接取自交流电力系统。与其它电机相比，异步电动机的结构简单，制造、使用、维护方便，运行可靠性高，重量轻，成本低。以三相异步电动机为例，与同功

4、率、同转速的直流电动机相比，前者重量只及后者的二分之一，成本仅为三分之一。异步电动机还容易按不同环境条件的要求，派生出各种系列产品。它还具有接近恒速的负载特性，能满足大多数工农业生产机械拖动的要求。其局限性是，它的转速与其旋转磁场的同步转速有固定的转差率，因而调速性能较差，在要求有较宽广的平滑调速范围的使用场合(如传动轧机、卷扬机、大型机床、风机、水泵等)，不如直流电动机经济、方便。但是，直流电动机结构上存在机械换向器和电刷，使它具有一些难以克服的固有缺点，如维修工作量大，事故率高，容量受换向条件的制约，使用环境受

5、限(特别在易燃、易爆、粉尘等场合难以应用)。20世纪70年代初，席卷世界先进工业国家的石油危机迫使他们投入大量人力和财力去研究高效节能的交流传动系统。到了二十世纪90年代，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流变频调速技术得到了迅速发展，其技术和性能胜过其它任何一种调速方式(如:降压调速、变极调速、滑差调速、内反馈串级调速和液力偶合调速)。所谓变频调速就是利用变频调速器从电网接收工频50HZ的交流电，经过恰当的强制变换方法，将输入的给定频率交流电变换成为频率和幅值都可调节的交流电输出到交流电动机

6、，从而实现交流电动机的变速运行。23电力电子课程设计1.2交直交变频调速系统研究的目的与意义电动机调速的节能效果交流异步电动机的输出转速由下式确定:(1-1)式中—电动机的输出转速;—输入的电源频率;—电动机的转差率:—电机的极对数。由公式(1-1)可知，电动机的输出转速与输入的电源频率、转差率、电机的极对数有关系，因而交流电动机的直接调速方式主要有变极调速(调整P)、转子串电阻调速或串级调速或内反馈电机(调整s)和变频调速(调整f)等.通过流体力学的基本定律可知:风机(或水泵)类设备均属平方转矩负载，其转速n与流

7、量Q、压力(扬程)H以及轴功率P具有如下关系（1-2）（1-3）（1-4）由公式(1-4)可知，在其它运行条件不变的情况下，通过下调电机的运行速度，其节电效果是与转速降落成立方的关系，因此，节电效果非常明显。例如在工况只需要50%的风量或水量时，则可以将电机的转速调节为额定的一半，而此时电机消耗的功率仅为额定的2.5%，即理论上节能可达87.5%.随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流变频调速技术得到了迅速发展，其显著的节能效益，高精确的调速精度，宽泛的调速范围，完善的保护功能，以及易于实现的自

8、动通信功能，得到了广大用户的认可，在运行的安全可靠、安装使用、维修维护等方面，也给使用者带来了极大的便利。因此，研究交直交变频调速系统将有利于提高系统的可靠性和工作效率。为了分析变频器对电动机的影响，利用Matlab仿真工具，搭建交—直—交变频调速系统的仿真模型，对系统进行仿真研究。1.3研究现状分析(1)采用新型功率半导体器件23电力电子课程设计功率半导体