交-直-交变频调速系统仿真研究修改版V

郑州大学毕业（设计）论文 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”，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。

I

Abstract

With power electronic technology, computer technology, automatic control tech-nology is developing rapidly, AC variable-frequency system technology has been de-veloping rapidly. Significant energy efficiency and precision and broad scope of spe-ed control, perfect protection and easy to implement automatic communications, all which have win the many users acceptance . Therefore, studying the AC-DC-AC variablefrequency systerm for the role of the basic working principle and characteristics of great significance.

In this paper we studied the basic component of the variable frequency speed regulation system. There are three main components: the \AC power into DC power; the \rectifier and inverter circuit generated by,it is also energy storage circuit; the “inverter” converts the DC power into the AC power. Then we used the Matlab / Simulink to build an AC-DC-AC Frequency Control System Simulation Model. Through the test of the AC-DC Frequency Control System to pay the basic working principle and working characteristics, we not only had a deeper understanding of the role,but also had a certain degree of understanding about the harmonic AC-DC-DC Frequency Control System.

Key Words ：AC-DC-AC variable requency systerm, rectifier，inverter，harmonics, simulation

II

目录

摘要 ................................................................ I Abstract ........................................................... II 1 引言 ............................................................ 1 1.1 交流调速技术的发展 ........................................... 1 1.2 交直交变频调速系统研究的目的与意义 ........................... 2 1.3 研究现状分析 ................................................. 3 2 交直交变频调速系统的基本原理及特性研究 ........................... 7 2.1 系统的构成 ................................................... 8 2.2 交直交变频的基本工作特性 ..................................... 8 2.3 交直交变频调速的优越性 ....................................... 8 2.4 交直交变频调速合理应用 ....................................... 9 2.5 变频器容量的确定 ............................................ 10 2.6 熟悉MATLAB的原理及应用及SIMULINK仿真 ......................... 11 3 工作原理研究及仿真实验 ......................................... 12 3.1 设计方案 .................................................... 12 3.2 整流器的工作原理研究及实验 .................................. 12 3.2.1 整流器的基本工作原理 .................................... 12 3.2.2 整流器部分的实验研究与分析 .............................. 14 3.3 逆变器的工作原理研究及其实验分析 ............................ 21 3.3.1 逆变器的基本工作原理 .................................... 21 3.3.2 逆变器实验研究分析 ...................................... 23 3.4 交直交变频调速系统的实验研究分析 ............................ 30 3.4.1 交直交变频调速系统模型的实验研究 ........................ 30 3.4.2 交直交变频调速系统的运行仿真与分析 ...................... 36 3.5 变频器输出谐波的影响 ........................................ 38 3.5.1 变频器输出谐波对负载的影响 .............................. 38

III

3.5.2 谐波实验研究与分析（逆变器部分） ........................ 41 4

结论 ........................................................... 45

致谢 ............................................................... 46 参考文献 ........................................................... 47 附录一： 整流模块仿真模型 ......................................... 48 附录二：

交直交变频调速系统仿真模型 ............................... 49

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郑州大学毕业（设计）论文

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，从而实现交流电动机的变速运行。

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