基于MatlabSVPWM變頻器仿真研究開(kāi)題報(bào)告

1、基于matlabsvpwm變頻器仿真研究開(kāi)題報(bào)告 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 開(kāi)題報(bào)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(dòng)化 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 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(huì)，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(kāi)展，因此，節(jié)能研究就顯得越來(lái)越重要。隨著電動(dòng)機(jī)制造技術(shù)的進(jìn)步，電機(jī)越來(lái)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(guó)防各方面，作為主要的動(dòng)力設(shè)備。從世界范圍來(lái)看，電機(jī)的用電量超過(guò)全球各國(guó)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(gè)

2、比例數(shù)量，如能提高用電效率，優(yōu)化電機(jī)控制算法，將具有十分重大的意義。異步電機(jī)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(gè)世紀(jì)，由于電力電子器件的限制，電機(jī)控制技術(shù)的不成熟。對(duì)電機(jī)實(shí)施高性能控制就很難實(shí)現(xiàn)，即便能提高性能，從經(jīng)濟(jì)上來(lái)說(shuō)也不劃算。更無(wú)法大范圍的推廣此項(xiàng)技術(shù)，如果能夠提高對(duì)電機(jī)的調(diào)速控制性能，那么對(duì)電機(jī)的高效性并且連續(xù)，啟動(dòng)、運(yùn)行和停止的高頻性也就能實(shí)現(xiàn)新的跨越。 后來(lái)，隨著電力電子技術(shù)的開(kāi)展，半導(dǎo)體全控型器件進(jìn)一步開(kāi)展，這使得對(duì)電機(jī)的調(diào)速可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，對(duì)其控制精度也大大的提高。于是使得異步電動(dòng)在工業(yè)上被慢慢應(yīng)用，同時(shí)這些半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)，也使得電機(jī)的控制系統(tǒng)大大

3、簡(jiǎn)化。性能更高、更可靠、而且經(jīng)濟(jì)，這就在很大程度上促使了對(duì)異步電機(jī)的高性能變頻調(diào)速的開(kāi)展。同時(shí)，隨著微電子技術(shù)的開(kāi)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(shí)現(xiàn)的 svpwm 電機(jī)控制方法也能實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在可以使用變頻器 svpwm 控制技術(shù)來(lái)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，進(jìn)而滿足對(duì)電機(jī)在工業(yè)中的要求，節(jié)能與轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，具有很高的控制精度。所以對(duì)變頻器 svpwm 控制技術(shù)進(jìn)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(wú)視的。 二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及開(kāi)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）： 隨著改革開(kāi)放，經(jīng)濟(jì)高速開(kāi)展，我國(guó)引進(jìn)了很多最先進(jìn)的產(chǎn)品

4、。國(guó)內(nèi)許多合資公司已能生產(chǎn)當(dāng)今國(guó)際上最先進(jìn)的變頻調(diào)速產(chǎn)品，并對(duì)它進(jìn)行應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)，為國(guó)內(nèi)外重大工程工程提供一流的電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng) 1-3 。交流變頻調(diào)速行業(yè)在中國(guó)興起了二十幾年，隨著我國(guó)工業(yè)的進(jìn)步，它的市場(chǎng)容量正逐年的在增長(zhǎng)4 。最近幾年的低壓、中壓、高壓變頻器市場(chǎng)容量超過(guò) 160 億元，國(guó)內(nèi)外總計(jì)投資的品牌有超過(guò) 140 個(gè)，這其中，外資品牌占比不超過(guò) 30%，但是它的市場(chǎng)份額卻有 75%之多，可見(jiàn)我國(guó)自主的變頻器品牌要開(kāi)展與應(yīng)用還有相當(dāng)長(zhǎng)的路要走，任重而道遠(yuǎn)。文獻(xiàn)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(guó)市場(chǎng)上的變頻器預(yù)計(jì)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(dòng)系統(tǒng)已在市場(chǎng)中占有相當(dāng)大的比例了，它的性能要更優(yōu)于直流機(jī)械調(diào)速。 變頻器的體積特別小、振動(dòng)小、噪聲小、它對(duì)異步電機(jī)的控制具有良好的調(diào)速性能。異步電機(jī)還具有制造購(gòu)置低本錢，且投入運(yùn)行是更容易維護(hù)特點(diǎn)。從工 藝設(shè)計(jì)復(fù)雜度大大簡(jiǎn)化，投資本錢也大大減小?？偟膩?lái)說(shuō)，使用變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制大大提高了電機(jī)性能，使其運(yùn)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(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化程度更高，與此同時(shí)，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(xiàn) 6-7 。隨著全控型快速半導(dǎo)體的開(kāi)展，使用 pwm 脈寬調(diào)制技術(shù)作為控制方法已越來(lái)越普遍，并且在傳統(tǒng)

6、的 pwm 調(diào)制方法上面對(duì)電機(jī)的控制更進(jìn)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(duì)逆變器進(jìn)行控制，當(dāng)信號(hào)較小時(shí)，還需外加驅(qū)動(dòng)器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，控制開(kāi)關(guān)管子的通斷，提供對(duì)電機(jī)控制調(diào)速所需的電壓。使用一定的調(diào)制方法，對(duì)不同波形進(jìn)行調(diào)制，使實(shí)際施加的電壓作用積分的面積相等。通過(guò)文獻(xiàn)9-10對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制可以改變逆變電路實(shí)際輸出電壓值；同時(shí)，也可改通過(guò)改變波形的周期來(lái)實(shí)現(xiàn) 11 。pwm 調(diào)速控制方法具有調(diào)節(jié)電壓，對(duì)諧波進(jìn)行抑制的作用，也正因?yàn)?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(duì)電機(jī)來(lái)說(shuō)，要高性能調(diào)速，使用 pwm 波

7、形控制方法就能實(shí)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(jiǎn)化控制控制電路，并且還能夠改善電機(jī)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(diǎn)，對(duì)其研究就非常有現(xiàn)實(shí)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(shí)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(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)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(jìn)行逆變，控制方法是通過(guò)電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)管來(lái)實(shí)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?yàn)樗羞@種變換功能，所以變頻器是作為一種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

8、，應(yīng)用中通常通過(guò)改變壓頻比來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)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(duì)電路進(jìn)行控制 17 。svpwm 是電壓空間矢量控制技術(shù)，它通過(guò)六個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件的逆變器，使用特殊的開(kāi)關(guān)組合狀態(tài)來(lái)調(diào)節(jié)脈寬波形，從而使電機(jī)定子繞組得到三相電壓，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，因?yàn)榇艌?chǎng)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(xiàng)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(jī)獲得理想圓形磁鏈軌跡 18 。 正由于變頻器能夠使得電機(jī)的調(diào)速和制動(dòng)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(jiǎn)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(kāi)展的趨勢(shì)，并且開(kāi)展的比擬成熟，對(duì)這種經(jīng)濟(jì)合理的電機(jī)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?jī)?nèi)容 本課題的目的是對(duì)電壓空間矢量脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真研究。運(yùn)用 前序課程電機(jī)學(xué)、電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)等課程中的相關(guān)內(nèi)容建立整個(gè)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(duì) svpwm 方 法 的 基 本 原 理 和 算 法 進(jìn) 行 研

10、 究 ，matlab/simulink 環(huán)境下對(duì)該算法進(jìn)行仿真，最后對(duì)將 svpwm 應(yīng)用于異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)并給出仿真結(jié)果。具體內(nèi)容包括對(duì)電壓空間矢量脈寬調(diào)制方法(svpwm)的原理的理解分析；對(duì)電壓空間矢量脈寬調(diào)制方法(svpwm)算法進(jìn)行研究；熟悉 matlab/simulink 仿真軟件；在 matlab/simulink 環(huán)境下對(duì)該算法進(jìn)行仿真；將 spwm 應(yīng)用于異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真，給出仿真結(jié)果，進(jìn)行仿真研究。 四、本課題研究方案 1、應(yīng)用 matlab/simulink 仿真平臺(tái)對(duì)電壓空間矢量脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)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(dòng)仿

11、真程序?qū)υ撓到y(tǒng)進(jìn)行仿真，設(shè)置不同的輸出方式來(lái)觀察仿真結(jié)果等功能。 3、直接訪問(wèn) matlab 大量的工具來(lái)進(jìn)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(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)的定義。 4、仿真模型搭建與驗(yàn)證。通過(guò)學(xué)習(xí)和熟練運(yùn)用 matlab 軟件，建立直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真模型進(jìn)行仿真和檢驗(yàn)。 五、研究目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度： 研究目標(biāo)： 根據(jù)課題應(yīng)用背景，利用 matlab/simulink 軟件，實(shí)現(xiàn)基于 matlab 的svpwm 變頻器仿真研究實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)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(lái)設(shè)計(jì)變頻器 svpwm 控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和具有良好控制性能的電機(jī)的要求。能在電能的利用上更加高效，這對(duì)能源對(duì)可持續(xù)開(kāi)展都具有十分重大的意義。 工作進(jìn)度： 202x.2.01 文獻(xiàn)綜述：通過(guò)查閱和分析相關(guān)文獻(xiàn)資料（15 篇以上），能夠就所研究的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，關(guān)鍵技術(shù)、開(kāi)展趨勢(shì)等進(jìn)行綜述。 解決方案：綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)設(shè)計(jì)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(yǔ)，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(xiàn)。 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(dòng)機(jī)動(dòng)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(qiáng)大的仿真功能，實(shí)現(xiàn) svpwm 變頻器仿真研究。 202x.3.31 能夠綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)對(duì)系統(tǒng)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。 202x.4.18 能夠根據(jù)仿真結(jié)果，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jì)撰寫標(biāo)準(zhǔn)要求撰寫論文，并對(duì)論文進(jìn)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(jì)論文。 六、參考文獻(xiàn)： 1 周浩.異步電機(jī) 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(yáng)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(dòng)機(jī)變頻啟動(dòng)控制系統(tǒng)研究d.華北電力大學(xué),xx. 5 趙戰(zhàn)國(guó)&郝平.s 函數(shù)在 svpwm 變頻器仿真中的應(yīng)用研究.煤礦機(jī)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(jī)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(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào),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(bào),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(kāi)發(fā)j.實(shí)驗(yàn)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(jī)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(jì)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(bào):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(jí)聯(lián) h 橋逆變器改良型 pwm 技術(shù)j/ol.電工技術(shù)學(xué)報(bào):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(dòng)方式研究j.機(jī)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