三相交流调压调速系统设计与仿真(精)
三相桥式全控整流电路的设计与仿真
第一章绪言1.1设计背景目前，各类电力电子变换器的输入整流电路输入功率级一般采用不可控整流或相控整流电路。
这类整流电路结构简单，控制技术成熟，但交流侧输入功率因数低，并向电网注入大量的谐波电流。
据估计，在发达国家有60%的电能经过变换后才使用，而这个数字在本世纪初达到95%。
电力电子技术在电力系统中有着非常广泛的应用。
据估计，发达国家在用户最终使用的电能中，有60%以上的电能至少经过一次以上电力电子变流装置的处理。
电力系统在通向现代化的进程中，电力电子技术是关键技术之一。
可以毫不夸张地说，如果离开电力电子技术，电力系统的现代化就是不可想象的。
而电能的传输中，直流输电在长距离、大容量输电时有很大的优势，其送电端的整流阀和受电端的逆变阀都采用晶闸管变各种电子装置一般都需要不同电压等级的直流电源供电。
通信设备中的程控交换机所用的直流电源以前用晶闸管整流电源，现在已改为采用全控型器件的高频开关电源。
大型计算机所需的工作电源、微型计算机内部的电源现在也都采用高频开关电源。
在各种电子装置中，以前大量采用线性稳压电源供电，由于高频开关电源体积小、重量轻、效率高，现在已逐渐取代了线性电源。
因为各种信息技术装置都需要电力电子装置提供电源，所以可以说信息电子技术离不开电力电子技术。
近年发展起来的柔性交流输电（FACTS）也是依靠电力电子装置才得以实现的。
随着社会生产和科学技术的发展，整流电路在自动控制系统、测量系统和发电机励磁系统等领域的应用日益广泛。
常用的三相整流电路有三相桥式不可控整流电路、三相桥式半控整流电路和三相桥式全控整流电路，由于整流电路涉及到交流信号、直流信号以及触发信号，同时包含晶闸管、电容、电感、电阻等多种元件，采用常规电路分析方法显得相当繁琐，高压情况下实验也难顺利进行。
Matlab提供的可视化仿真工具Simulink可直接建立电路仿真模型，随意改变仿真参数，并且立即可得到任意的仿真结果，直观性强，进一步省去了编程的步骤。
三相异步电机SVPWM变频调速系统设计与实现 2..
目录第一章概述 2 第二章电压空间矢量脉宽调制技术的原理 42.1 矢量控制原理 42.2 电压空间矢量 52.3 电压空间矢量合成82.4 电压空间矢量所在扇区的判断92.5 开关向量作用时间的计算10 第三章SVPWM仿真实现143.1 MATLAB总体仿真图143.2 各模块MATLAB仿真图153.3 MATLAB各模块仿真结果分析17 第四章总结与体会19 参考文献20第一章概述1.空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation)SVPWM的主要思想是:以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。
传统的SPWM 方法从电源的角度出发，以生成一个可调频调压的正弦波电源，而SVPWM 方法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑，模型比较简单，也便于微处理器的实时控制。
普通的三相全桥是由六个开关器件构成的三个半桥. 这六个开关器件组合起来（同一个桥臂的上下半桥的信号相反）共有8种安全的开关状态. 其中000、111（这里是表示三个上桥臂的开关状态）这两种开关状态在电机驱动中都不会产生有效的电流。
因此称其为零矢量。
另外6种开关状态分别是六个有效矢量。
它们将360度的电压空间分为60度一个扇区，共六个扇区。
利用这六个基本有效矢量和两个零量。
可以合成360度内的任何矢量。
当要合成某一矢量时先将这一矢量分解到离它最近的两个基本矢量。
而后用这两个基本矢量矢量去表示。
而每个基本矢量的作用大小就利用作用时间长短去代表。
在变频电机驱动时，矢量方向是连续变化的，因此我们需要不断的计算矢量作用时间。
为了计算机处理的方便，在合成时一般时定时去计算（如每0.1ms计算一次）。
这样我们只要算出在0.1ms内两个基本矢量作用的时间就可以了。
由于计算出的两个时间的总合可能并不是0.1ms(比这小)，而那剩下的时间就按情况插入合适零矢量。
基于DSP的三相交流异步电动机调速系统的设计
图 ２ 滤 波 电路
１ ． ３ 逆 变 电路
经过 整流 电路后 ， 其输 出为脉 动直 流 电源 ， 为 获得 平 滑 的直流 电 ， 需在 整 流 电路 的后 面 加 上 滤 波 电路 将 交 流成 分滤除 ， 其滤 波 电路 如 图 ２所 示 。滤 波 电 容 除 了滤除整 流 电路 的纹波 电压 外 ， 还 在 整 流 电路 与逆 变 电路之 间作 为耦 合作 用 ， 消除 电路 中的干 扰 ， 为 电动机
１ ． ４ 系统保 护 电路 的 设 计
作 者 简 介 ：易 群 （ １ ９ ８ ２ 一 ） ，女 ，江 西 宜 春 人 ，讲 师 ，硕 士 ，主 要 从 事 机 电 一 体 化 研 究 。
２ ０ １ ３年 第 ５期
易群 ， 等： 基 于 ＤＳ Ｐ的 三 相 交流 异 步 电动 机 调 速 系统 的 设 计
基 于 ＤＳ Ｐ 的三相 交 流 异 步 电动机 调 速 系统 的设 计
易 群 ，李 彩 丽 ，刘 陆平
（ 江 西 交 通 职 业技 术 学 院 ， 江 西 南 昌 ３ ３ Ｏ Ｏ １ ３ ）
摘 要 ：在 现 有技 术 基 础 上 ，设 计 了基 于 Ｄ Ｓ Ｐ ＴＭＳ ３ ２ Ｏ Ｌ Ｆ ２ ４ Ｏ ７ Ａ 的 交 流 电机 变 频 调 速 系 统 。采 用 电压 空 间 矢 量 控 制 方案 ，将 交 流 电动 机 的控 制 系统 加 以 数 字 化 ，使 其 控 制 系 统 的 灵 活性 与可 靠性 得 到 了相 应 的提 高 。 关 键 词 ：Ｄ Ｓ Ｐ ； 三 相 交 流 电 动机 ；调 速 系 统 ； 设 计 中 图分 类 号 ：Ｔ Ｍ３ ４ ３ ． ２： Ｔ Ｐ ２ ７ ３ 文献 标 识 码 ：Ａ
三相电压型PWM整流器的仿真讲解
摘要为了解决电压型PWM整流器直接功率控制系统主电路参数设计问题,根据整流器在dq 两相同步旋转坐标系中的数学模型建立了其功率控制数学模型.基于功率控制数学模型,结合整流器直接功率控制系统的特点,推得交流侧电感是由功率、功率滞环比较器环宽及开关平均频率决定的;直流侧直流电压是由交流电压、电感及负载决定的;突加负载时直流侧电容是由直流电压波动、功率、电感及负载决定的.根据上述影响主电路参数的诸多因素,提出交流侧电感、直流侧电压及直流侧电容的设计方法.计算机仿真和实验证明了本文提出的设计方法是可行的.关键词PWM整流器; 直接功率控制; 直流电压; 交流侧电感; 直流电容目录1 电压型PWM整流器 (2)1.1电压型PWM整流器拓扑结构及数学模型 (3)1.2 电压型PWM整流器DPC系统结构及原理 (3)2 电压型PWM整流器DPC系统主电路参数设计 (5)2.1 交流侧电感的选择 (5)2.2 直流侧直流电压的选择 (6)2.3 直流侧电容的选择 (7)3 电压型PWM整流器DPC系统仿真与实验 (9)3.1 系统主电路参数设计 (9)3.2 系统仿真 (9)3.3 系统实验 (10)4 总结与体会 (12)参考文献 (13)1电压型PWM 整流器1.1电压型PWM 整流器拓扑结构及数学模型电压型PWM 整流器主电路拓扑结构如图1所示.图中a U ，b U ,c U 为三相对称电源相电压,,a b c i i i 为三相线电流;,,a b c S S S 为驱动整流器开关管(绝缘栅双极型晶体管IGBT)开关函数;jS 定义为单极性二值逻辑开关函数,jS =1(j=a,b,c)则上桥臂开关导通,下桥臂开关关断,jS =0下桥臂开关导通,上桥臂开关关断；dc U 为直流电压;R,L 为滤波电抗器的电阻和电感;C 为直流侧电容;RL 为负载;,ra rb rc U U U 为整流器的输入相电压;L i 为负载电流。
交流异步电动机变压变频调速系统设计与仿真
交流异步电动机变压变频调速系统设计与仿真异步电动机变压变频调速系统是一种常见的电动机调速系统，可以实现电动机转速的精确控制和调节。
本文将介绍异步电动机变压变频调速系统的设计和仿真。
首先，异步电动机的调速原理简要介绍。
异步电动机是一种常用的交流电动机，其转速通常由额定电压和频率决定。
通过改变电动机的电压和频率，可以实现对电动机的调速。
变压变频调速系统通过调节电压和频率的大小，改变电动机的转速。
在设计异步电动机变压变频调速系统之前，首先要确定电动机的参数。
电动机的参数包括额定功率、额定电压、额定电流等，这些参数可以从电动机的标牌上获取。
另外，还需要确定变压变频器的参数，包括额定电压范围、频率范围等。
这些参数将决定整个系统的性能。
设计异步电动机变压变频调速系统的关键是选取合适的变压变频器。
变压变频器是将电网的交流电转换为可调频率和可调电压的交流电的装置。
根据电动机的额定电压和变压变频器的额定电压范围，选取合适的变压变频器，以满足调速系统的要求。
设计异步电动机变压变频调速系统的下一步是进行系统的电路设计。
电路设计包括电动机的接线和变压变频器的接线。
电动机的接线要根据电动机的型号和相数来进行，确保电机的正常运行。
变压变频器的接线要根据变压变频器的接线图进行，确保变压变频器与电动机的连接正确。
完成电路设计后，还需要进行系统的控制设计。
控制设计包括电机的启动和停止控制、电机的转速控制等。
启动和停止控制一般采用按钮控制或者遥控控制，可以通过按钮或者遥控装置来启动和停止电动机。
转速控制一般采用PID控制器进行，通过调节变压变频器的输出电压和频率，来实现对电动机转速的控制和调节。
完成设计后，可以使用仿真软件进行系统的仿真。
常用的仿真软件有MATLAB/Simulink、PSIM等。
通过仿真可以验证系统的设计是否正确，并进行性能评估。
仿真结果可以用来优化系统的设计，提高系统的性能。
综上所述，异步电动机变压变频调速系统的设计和仿真是一个系统工程，需要从确定电动机和变压变频器的参数开始，进行电路设计和控制设计，最后进行仿真验证。
交直流调速系统设计及仿真
第1章绪论我们从电力拖动的发展过程中发现，交、直流两大调速系统一直并存于各个工业领域，虽然由于各个时期科学技术的发展使得它们所处的地位有所不同，但它们始终是随着工业技术的发展，特别是随着电力电子元器件的发展而在相互竞争。
1.1 直流调速系统发展现状在过去很长一段时期，由于直流电动机的优良调速性能，在可逆、可调速与高精度、宽调速范围的电力拖动技术领域中，几乎都是采用直流调速系统。
然而由于直流电动机其有机械式换向器这一致命的弱点，致使直流电动机制造成本高、价格昂贵、维护麻烦、使用环境受到限制，其自身结构也约束了单台电机的转速，功率上限，从而给直流传动的应用带来了一系列的限制。
1.2 交流调速系统的发展趋势相对于直流电动机来说，交流电动机特别是鼠笼式异步电动机具有结构简单，制造成本低，坚固耐用，运行可靠，维护方便，惯性小，动态响应好，以及易于向高压、高速和大功率方向发展等优点。
因此，近几十年以来，不少国家都在致力于交流调速系统的研究，用没有换向器的交流电动机实现调速来取代直流电动机，突破它的限制。
随着电力电子器件，大规模集成电路和计算机控制技术的迅速发展，以及现代控制理论向交流电气传动领域的渗透，为交流调速系统的开发研究进一步创造了有利的条件。
诸如交流电动机的串级调速、各种类型的变频调速，特别是矢量控制技术的应用，使得交流调速系统逐步具备了宽的调速范围、较高的稳速精度、快速的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能。
现在从数百瓦的伺服系统到数百千瓦的特大功率高速传动系统，从一般要求的小范围调速传动到高精度、快响应、大范围的调速传动，从单机传动到多机协调运转，已几乎都可采用交流调速传动。
交流调速传动的客观发展趋势已表明，它完全可以和直流传动相媲美、相抗衡，并有取代的趋势。
第2章 MATLAB和Simulink的简介2.1 对Matlab软件的了解MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。
三相电压型PWM整流器主电路的设计与仿真
图 １ 三 相 电 压 型 Ｐ Ｍ 整 流 器 拓 扑 结 构 Ｗ
基 于开关 函数 的高频数 学模 型 ：
ｄ ａ＋ ｉ
一 一
。
（ 一
、
） ，
三 相 电 压 型 Ｐ Ｍ 整 流 器 （ ｏｔｇ—ｏ ｒｅ Ｗ ｖ ｌ ｅｓ ｕ ｃ ａ
Ｐ ＷＭ ｅｔ ｉｒ Ｒ 具 有结 构简单 、 ｒｃｉｅ ｆ ＶＳ ） 损耗 低 、 制方 控 便 等优点 ， 为 了 Ｐ 成 ＷＭ 整流 器研究 的重 点． 文首 本 先 介绍 了三 相 ＶＳ 的数学模 型 ，设 计 ， 后通 过 仿 最
［ 收稿 日期 ］２ １ — １ —３ ０１ １ Ｏ ［ 者 简 介 ］宋 东 波 （９ ７ ） 作 １ ８ 一 ，男 ， 徽 宿 州 人 ， 中科 技 大 学 硕 士 研 究 生 ， 究 方 向 为 电力 电子 在 电力 系统 中 的应 用 安 华 研
第 ２ ７卷 第 １ 期
宋 东波 等 三相 电 压 型 Ｐ Ｍ 整 流 器 主 电路 的 设 计 与 仿 真 Ｗ
由于传 统 的二 极管 不控整 流 和晶 闸管相控 整 流 电路造 成 了网侧功 率 因数低 、 流谐 波 含 量 高 等 问 电 题， 电能质量 和 电网危 害得 到了越来 越 多的重视 ． 抑 制 电力 电子 装置 向 电 网注 入谐 波 的方 式有 两 种 ： 一
种 是被 动 的 ， 即装设 谐 波补偿 装置来 补偿 谐波 ， 如有 源 电力 滤波 等 ； 一种 是主动 的 ， 另 即设计 输入 电流 为 正 弦 、 波含 量低 、 率 因数 高 的整 流装 置 ， 有 源 谐 功 如 功 率 因数校 正等． 功率 因数 是 衡 量 电能 有 效利 用 的 标 准之 一 ， 最初使 用感 性负 载带来 的无 功损耗 ， 从 到 后 来各 种非 线 性 整 流装 置 投 入 电 网 带 来 的谐 波 污
交流调速系统..课件
VS
详细描述
模糊控制策略通过将专家的知识和经验转 化为模糊规则，对系统的输入和输出进行 模糊化处理，并根据模糊逻辑进行决策。 这种控制策略能够处理不确定性和非线性 问题，但可能存在计算量大和鲁棒性不足 的问题。
控制策略的比较与选择
总结词
根据系统特性和应用需求，选择合适的控制 策略。
详细描述
在交流调速系统的实际应用中，需要根据电 机的类型、系统的性能要求、控制精度和动 态响应等要求，选择合适的控制策略。同时 ，需要对各种控制策略的优缺点进行比较， 以实现最佳的控制效果。
系统维护保养与故障排除
故障诊断
根据故障现象，分析可能的原因。
故障排除
根据诊断结果，采取相应措施排除故障。
预防措施
对故障进行分析，采取预防措施，避免类似故障再次发生。
系统性能测试与评估
要点一
转速控制精度
测试系统转速控制的准确性。
要点二
调速范围
测试系统调速范围是否满足要求。
系统性能测试与评估
• 稳定性：测试系统在各种工况下的稳定性。
02
交流调速系统的种类与特点
变频器调速系统
01
02
03
种类
交-直-交变频器、交-交变 频器
特点
调速范围宽、动态响应快 、运行效率高、节能效果 好、易于实现自动控制和 过程控制
应用领域
广泛应用于各行业的风机 、水泵、压缩机等通用机 械的调速和节能运行
串级调速系统
工作原理
通过改变电机转子回路电 阻来调节电机转子电流， 进而改变电机转速
行。
系统软件设计
控制算法选择
选择适合的控制系统算法，如PID控制、模 糊控制等。
软件架构设计
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武汉理工大学《电力拖动自动控制系统》课程设计说明书 4.2.3 其他参数设置
Gain 参数设置为 9； Gain2 参数设置为 0.01； Gain3 参数设置为 30/pi。 4.3 仿真总
电路图 图 4.5 仿真总图 4.4 仿真结果 4.4.1 电压给定为 12 负载 20 时，经过 0.6s 达
到最大转速 1280 转/分钟，经过 4.7s 转速 达到稳定转速 1200 转/分钟，转速波动为
仿真如图 4.6 所示。 图 4.6 电压给定为 12，负载 20，电机变化过程 11
武汉理工大学《电力拖动自动控制系统》课程设计说明书 4.4.2 电压给定为 16
负载 20 时，经过 0.5s，速度在 1470 转/分钟，附近波动，仿真如 图 4.7 所示。 图
4.7 电压给定为 16，负载 20，电机变化过程 4.4.3 电压给定为 12，负载 30 时，经
过 0.5s，速度在 1470 转/分钟，附近波动，仿真 如图 4.8 所示。 图 4.8 压给定为
12，负载 30，电机变化过程 4.5 结果分析 通过对比图 4.6 和图 4.7 时可以发现，在
给定为 12 时，转速波动为 2/1200=0.16%；在 12
武汉理工大学《电力拖动自动控制系统》课程设计说明书 给定为 16 时，转速
波动范围为 40/1480=2.7%，转速调节达到设计要求，但是转速调速范 围未能达到
5：1。在负载不变的情况下，当在一定范围内增大给定时，转速会随之上升； 但
当给定大过一定值后，给定继续增加，转速也不会再随之增加，保持在额定转速运
行。 通过对比图 4.6 和图 4.8 时可以发现，在电压给定不变负载改变的情况下，随
负载增 大，电机转速上升时间增大，最终速度都稳定在 1200 转/分钟。在给定不
变负负载改变且 载转矩不超过启动转矩时，转速动能达到稳定。 5、小结 经过这
次课程设计，让我巩固了课上所学的内容，也加深了合作的意识，在一个人难 完
成时，合作是个很好的选择，将任务细化，在分配后任务就不再多了，问题也能在
各种 尝试中得到一定的解决，比如在电机参数的选择上，我们查找了一个程序，
可以通过输入 定转子阻值和电抗，频率一定，就可以画出机械特性，通过不断的
调整参数，最后选出符 合要求的参数。 更加熟悉 MATLAB/SIMULINK 仿真软件
的使用，能够根据系统数学模型使用 MATLAB 软件提供的电力系统工具箱建立控
制系统仿真模型，熟练掌握调速系统数字仿 真方法与手段。 13
武汉理工大学《电力拖动自动控制系统》课程设计说明书 参考文献 1.阮毅，
陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京：机械工业出版社，2009 2.杨荫福，段善
旭，朝泽云.电力电子装置及系统.北京：清华大学出版社，2006 3.顾春雷， 陈中.电
力拖动自动控制系统与 MATLAB 仿真.北京： 清华大学出版社， 2011 4.王兆安，
刘进军.电力电子技术.北京：机械工业出版社，2009 5.薛定宇， 陈阳
泉， .MATLAB 高级仿真编程技术[M]， 北京， 清华大学出版社， 2002.5 14