通用变频器的仿真研究
变频器仿真模拟及其应用
变频器仿真模拟及其应用随着电力电子技术的不断发展，变频器在各种电力变换和控制系统中得到广泛应用。
变频器作为能够改变交流驱动电机的频率和电压的装置，在电机控制中起着至关重要的作用。
随着变频器技术的迅速发展，仿真模拟技术被越来越广泛地应用于变频器的设计和控制中，成为变频器研究领域中的一个重要工具。
本文将介绍变频器仿真模拟技术的基本原理、应用和发展趋势。
一、变频器仿真模拟技术的基本原理变频器仿真模拟技术是指利用电脑计算机软件来模拟变频器运行过程的一种技术。
它不同于实验实测，基于类比电路与传统计算的方法，它采用数字信号处理算法，用软件程序模拟变频器内部的电路运行及控制系统的实时响应，将复杂的变频器系统转换成电路仿真模型进行分析和测试。
变频器仿真模拟技术利用仿真软件建立变频器模型，通过模拟变频器内部电路及控制系统的实时响应过程，掌握变频器运行的各种特性参数和性能。
二、变频器仿真模拟技术的应用1. 参数选择和设计仿真技术可以帮助我们快速理解选择相应的元器件，优化整体的电路结构，得到最符合设计要求的变频器电路。
变频器仿真软件可以通过接口设定变频器电路的参数，自动计算电路元件的参数值，减少了手工计算，并降低组装测试的人力成本和时间消耗。
2. 故障诊断和调试变频器仿真模拟技术在变频器故障诊断和调试方面有很大的应用。
许多仿真软件都提供了故障诊断功能，通过模拟测试，可以定位变频器故障出现的位置，为实施正确的维护和修理提供基础。
3. 值得信任的控制算法控制算法的好坏对变频器控制系统的性能有着至关重要的影响。
使用仿真模拟技术，可以用于计算出控制算法的运行时间、响应时间、稳态误差，进行控制算法的分析和评估，可以确保控制算法的正确性和稳定性。
三、变频器仿真模拟技术的发展趋势随着变频器应用领域的不断拓展，变频器仿真模拟技术也不断发展。
以下是几个变频器仿真模拟技术的示例：1. 人工智能仿真人工智能技术的发展为变频器仿真模拟提供了新途径。
变频器SVPWM控制系统设计及仿真毕业设计论文
摘要随着电力电子器件和微处理器芯片的发展，使得数字化变频调速技术成为当代电机控制技术的趋势。
传统的SPWM控制算法未顾及输出电流波形，不易于数字化。
所以需要更进一步的控制算法，来使电机产生恒定转矩，于是便产生电压空间矢量PWM(Space Vector Pulse Width Modulation，简称SVPWM)控制算法。
变频器SVPWM控制系统就是利用该算法的来对异步电机实行控制的，它的输出谐波小，也使得直流侧的电压利用率提升了15%。
本课题变频器的控制芯片是TMS320F2812DSP，采用SVPWM调制技术，产生PWM波形，并对6个IGBT的通断进行控制，从而在电机空间产生圆形旋转磁场，使电机产生恒定转矩。
本文最后一章还使用MATLAB /SIMULINK对变频器SVPWM进行仿真分析，仿真结果进一步验证了变频器SVPWM算法的可行性和正确性。
关键词：变频器；SVPWM；异步电机；MATLAB/SIMULINK仿真AbstractWith the development of power electronic devices and microproc essor chips, digital frequency conversion technology has become the trend of modern motor control technology. The traditional SPWM control algorithm does not take into account the output current waveform, not easy to digitize. Therefore, the need for further control algorithms, so that the motor generates a constant torque, so it will produce a voltage space vector PWM (Space Vector Pulse Width, SVPWM). Inverter SVPWM control system is the use of the algorithm to control the motor, its output harmonic is small, but also makes the DC side voltage utilization increased by 15%.The inverter control chip is TMS320F2812DSP, using SVPWM modulation technology, PWM waveform, and the 6 IGBT on-off control, resulting in a circular rotating magnetic field in motor space, makes the motor produce constant torque. In the last chapter of this paper, MATLAB /SIMULINK is used to simulate the frequency converter SVPWM, and the simulation results verify the feasibility and correctness of the SVPWM algorithm.Keywords: inverter;Space Vector Pulse Width Modulation;Asynchronous motor;simulation目录摘要 (I)Abstract (II)1绪论 (1)1.1课题研究背景及意义 (1)1.2变频器SVPWM的发展现状和趋势 (3)1.3课题研究要求及任务 (6)1.4论文的主要内容 (7)2变频器SVPWM控制系统结构及原理 (8)2.1变频器SVPWM控制系统结构 (8)2.2变频器SVPWM基本原理 (10)2.3变频器SVPWM法则推导 (12)2.4变频器SVPWM控制算法 (14)3变频器SVPWM控制系统设计 (22)3.1总体设计 (22)3.2主电路设计 (22)3.3驱动电路设计 (24)3.4控制电路设计 (26)3.5软件设计 (28)4变频器SVPWM控制系统建模仿真及结果分析 (29)4.1系统仿真模型的建立 (29)4.2系统仿真结果分析 (34)总结 (38)参考文献 (39)致谢 (40)1 绪论1.1 课题研究背景及意义在当今工业社会，能源的有效利用一直是科学研究的重要方向，这关乎与我们的可持续发展，因此，节能研究就显得越来越重要。
通用变频器的仿真设计开题报告
中国矿业大学
毕业论文(设计)开题报告
课题名称：通用变频器的仿真设计
毕业设计起止时间：2008年3月5日～6月20日
学生姓名：学号：
专业：自动化
班级：自动化04-1班
指导教师：
报告日期：2008年4月6号
说明：
1.本报告前4项内容由承担毕业论文(设计)课题任务的学生独立撰写；
2.本报告必须在第八学期开学两周内交指导教师审阅并提出修改意见；
3.学生须在小组内进行报告，并进行讨论；
4.本报告作为指导教师、毕业论文(设计)指导小组审查学生能否承担该毕业设计(论文)
课题和是否按时完成进度的检查依据，并接受学校的抽查。
风力发电用双PWM变频器仿真研究
年第期5风力发电用双PWM变频器仿真研究罗林1张桂怀2王振凯3（1.内蒙古工业大学电力学院，呼和浩特010051；2.内蒙古电力科学研究院，呼和浩特010020；3.哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨150001）摘要本文针对无刷双馈风力发电机，采用了一种新的三相电压源型双PWM 变频器控制方案，网侧采用d-q 模型的空间矢量脉冲宽度调制（SVPWM ），较好地实现了电压的跟踪和单位功率控制，转子侧采用电流滞环控制。
仿真表明，该双PWM 变频器网侧能够获得单位功率因数的正弦输入电流，稳定的直流输出电压，转子侧电流具有快速的动态响应；变频器能够实现能量的双向流动，仿真验证了控制策略的正确性和有效性。
关键词：双PWM 变频器；无刷双馈电机；仿真；风力发电Simulation Study of Dual PWM for Wind Power GenerationLuo Lin 1Zhang Guihuai 2W an g Zhenkai 3（1.Scho ol of Electric Power,Inn er Mongolia University of Technology,Hohhot 010051；2.Inner Mo golia Electric Power Research Institute,Hohh ot 010020；3.School of Astronautics,Harbin Institute of Tech nology,Harbin 150001）Ab str actThis p aper introduced a new three phase voltage source dual PWM control scheme forwind power system of brushless double-fed machine(BDFM).The d-q model based in the space vector pulse width modulation (SVPWM)was used to get a good performance of voltage ’s tracking and un ity po wer factor control of gird side.The hysteresisor current control was used for the motor side.The simulatio n results show that unity power factor current wave can be achieved ,the dc voltage is steady.Rotor-side Cu rrent has fast dynamic response,Power is able to bidirectly flow throu gh the dual PWM.Simulation results verify the availability and validity of the proposed contro l strateg y.Key wor d s ：fual PWM ；BDFM ；simulation ；wind power generation1引言近几年我国新能源产业发展很快，开发和利用可再生能源得到了高度的重视，特别是交流励磁变速恒频风力发电得到了迅速的发展。
基于matlab下的工频变频仿真研究
基于matlab下的工频变频仿真研究利用matlab仿真软件，分别对工频直接启动和变频调速进行仿真建模，通过对比，进一步阐述变频调速的优点。
希望可以对相关工作提供借鉴。
标签：matlab；工频；变频；优点引言变频调速是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的转速。
变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。
Matlab软件下的simulink环境可以使用的电力系统仿真模块库（Power system blockset）主要是由加拿大的Hydro Quebec和TECSIM International公司共同开发的，其功能非常强大，可以用于电路、电力电子系统、电机系统、电力传输等领域的仿真，提供一种类似电路搭建的方法用于系统模型的绘制。
1 变频调速原理按照电机学的基本原理，电机的转速满足如下的关系式：可知，只要平滑调节异步电动机的供电频率f，就可以平滑调节同步转速n0，从而实现异步电动机的无级调速，这就是变频调速的基本原理。
表面看来，只要改变定子电压的频率f就可以调节转速大小了，但事实上仅改变f并不能正常调速。
在实际系统中，是在调节定子电源频率f的同时调节定子电压U，通过U和f的协调控制实现不同类型的变频调速。
由电机学知：2 工频直接启动建模及仿真3 变频调速建模及仿真3.1 变频调速模型的基本结构（1）整流器，采用三相全波桥式二极管整流。
（2）中间直流环节，采用滤波电容。
（3）逆变器，采用IGBT元件做为逆变元件。
（4）触发回路，采用离散PWM发生器做为IGBT逆变触发。
（5）监测回路，采用电动机检测模块，负责对电机的转速、定子电流、电磁转矩指标参数加以观测。
3.2 变频调速建模异步电动机参数和工频直接启动一样。
变频调速模型如图3。
变频调速仿真波形如图4。
4 变频调速的优点（1）从工频直接启动和变频调速的波形来看，工频启动电流大，启动后电机电流一般为额定电流的4-7倍，若多台大功率的电机同时启动，将对电网造成很大冲击。
变频电路的仿真与实现
本 振 信 号 幅 度 50 100 200 400 500 700 800 （mV）
变频增益(倍) 8．18 12.60 15．20 16．80 17．21 17．51 17．10
变频增益(倍)
20 18 16 14 12 10
8 6 4 2 0
0
变频增益(倍)
200
400
600
本振信号幅度/mV
8
10
12
13．32 15．24 16.72
14 18.94
20
坐标轴标题
15
10
变频增益（倍） 5
0
0
5
10
15
坐标轴标题
• 噪声系数NF 随本振信号的幅度UL 的变化 曲线， NF 随射极电流Ie 的变化曲线，NF 随电源电压变化的曲线有待解决。。。
500 3.448 6.90
变频增益(倍)
20 18 16 14 12 10
8 6 4 2 0
0
变频增益(倍)
200
400
600
输入信号的幅度/mV
电源电压VCC对变频增益的影响
• 保持输入信号幅度，本振信号的幅度，射极电流Ie不变， 观察混频器变频增益随电源电压的变化
电源电压 VCC（V） 6 变频增益（倍） 11.29
基本原理框图：
基本原理图
原理图分析
• 其中，晶体管起信号的混频作用，两个输入信号分别为 vin1和vin2；电容Cin1、Cin2、Cout为信号输入和输出的耦合 电容，起到隔直流的作用，使前后级的直流电位不相互影 响，保证各级工作的稳定性；电容Ce对高频交流信号相当 于短路，消除偏置电阻Re对高频信号的负反馈作用，提高 高频信号的增益；电阻元件Rb1、Rb2、Re决定晶体管的工 作点；电路中的电感L和电容C组成的谐振电路起选频作 用，在产生的组合频率中选择所需要的中频输出信号。
通用变频器的仿真设计毕业设计
编号：（）字号本科生毕业设计通用变频器的仿真研究题目：姓名：学号：班级：中国矿业大学本科生毕业设计姓名：学号：学院：信息与电气工程学院专业：自动化设计题目：通用变频器的仿真研究专题：指导教师：职称：2008年6月徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院信息与电气工程学院专业年级学生姓名任务下达日期：2008年2月25 日设计（论文）日期：2008年 2 月25 日至2008 年 6 月20 日设计（论文）题目：通用变频器的仿真研究设计（论文）主要内容和要求：1. 查阅20篇以上课题相关的近年参考文献，其中近5年文献过半，书不超过5部，英文文献5篇以上，并在论文中加以标注;2. 学习和掌握异步电动机调速系统、通用变频器的内部结构、以及SIMLINK的应用。
3. 基于PWM模块建立变频器数学模型;4. 利用MATLAB/Simulink搭建变频调速系统模型,进行仿真;5．翻译一篇与毕业设计相关的近5年发表外文文献（3000字以上）。
院长（系主任）签字：指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：指导教师签字：年月日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩摘要随着工业技术的发展，变频器调速技术的应用越来越广泛，它良好的节能效果，和灵活的调速性能，成为调速系统的主导方向。
众所周知，交流电机的调速控制是利用整流电子开关如IGBT,MOSFET和GTO等，异步电机通过PWM脉宽调幅产生整流电压如今已经慢慢替代直流电机和晶闸管整流桥。
全数字通用型变频器VVVF 控制变频调速系统设计与仿真毕业设计
全数字通用型变频器VVVF 控制变频调速系统设计与仿真毕业设计1概述交流变压变频技术自20世纪六七十年代获得突破性进展以来，一直受到高度重视。
随着电力电子技术的发展，新控制方法的不断涌现，计算机仿真技术的应用，交流电动机的速度控制产生了一场深刻的革命，而各种高性能微处理器的应用，更促使这场革命迅速步入全数字化进程。
以各种电力半导体器件构成的变频器驱动交流电动机的调速系统以其调速精度高、速度控制范围广、响应速度快、保护功能完善，过载能力强、节能显著、使用维护方便等优点，已经广泛的用于电力、运输、制造等国民经济领域[1]。
1.1变频技术的发展1.1.1 电力电子技术的发展电力电子技术是用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。
电力电子器件的发展为电力电子技术发展奠定了物质基础。
自美国GE公司1957年生产出第一个晶闸管以来，功率器件的发展突飞猛进。
其中，第一代为半控型器件以晶闸管为代表；第二代在70年代以后，出现了功率晶体管(GTR)、门极关断晶闸管(GTO晶闸管)、功率MOS场效应晶体管(PowerMOSFET)等全控型器件；第三代功率器件以复合型为标志，绝缘栅双极晶体管(IGBT)、MOS控制晶闸管(MCT)，这些全控型器件先后问世，IGBT由于兼有MOSFET和GTR的优点，是目前用于中小功率最为流行的器件。
目前IGBT己发展到了第四代，这使得IGBT在1000kW以下的功率变换装置中成为首选器件。
MCT则综合了晶闸管的高电压、大电流特性和MOSFET的快速开关特性，是极有发展前景的大功率、高频功率开关器件。
电力电子器件正在向大功率化、高频化、智能化发展。
第四代IGBT的应用使变频器的性能有了更大的提高，其一是IGBT开关器件发热减少，将曾占主回路发热50%~70%的器件发热降低到了30%；其二是高载波控制，使输出电流有了明显改善；其三是开关频率提高，实现了电机的静音化；其四是驱动功率减少，体积趋于更小[2]。
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编号：（）字号本科生毕业设计通用变频器的仿真研究题目：姓名：学号：班级：矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：指导教师签字：年月日矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日矿业大学毕业设计答辩及综合成绩摘要随着工业技术的发展，变频器调速技术的应用越来越广泛，它良好的节能效果，和灵活的调速性能，成为调速系统的主导方向。
众所周知，交流电机的调速控制是利用整流电子开关如IGBT,MOSFET和GTO等，异步电机通过PWM脉宽调幅产生整流电压如今已经慢慢替代直流电机和晶闸管整流桥。
结合PWM 和现代控制技术如场效应控制和直接转矩控制，可以得到和直流电机相同的在速度和转矩控制方面的灵活性。
本文根据实验室现有条件，设计了一台小型电压源型通用变频器。
本课题选择了对该通用变频器的建模与仿真。
通过MATLAB中的Simulink 软件包对所设计的通用变频器进行仿真。
主要内容如下：（1）利用电机和电力电子器件来仿真一个简单的交流电机调速控制系统。
（2）学习怎样使用通用电桥模块。
（3）分离系统，比较变步长和固定步长的仿真方法。
（4）得到仿真波形。
仿真结果表明所设计系统的控制效果是理想的，实验证明该系统运行可靠，设计切实可行。
关键词：通用变频器；仿真；交流调速ABSTRACTWith the development of industrial technology, the application of VVVF motor drive is broadening, its striking effect on power-saving and flexible operating mode, having made it became a dominant direction of variable speed system. As knows, Variable speed control of AC electrical machines makes use of forced-commutated electronic switches such as IGBTs, MOSFETs, and GTOs. Asynchronous machines fed by pulse width modulation (PWM) voltage sourced converters (VSC) are nowadays gradually replacing the DC motors and thyristor bridges. With PWM, combined with modern control techniques such as field-oriented control or direct torque control, we can obtain the same flexibility in speed and torque control as with DC machines.This paper presents a small voltage type general converter, based on the actuality of the AC electric drive systems under the now existing of our laboratory .The simulation of the small general converter are selected to be emulated and built in this thesis. The Simulink package in the MATLAB is used to model and simulate the general converter being developed. The main details are following:（1）Use electrical machines and power electronics to simulate a simple AC motor drive with variable speed control.（2）Learn how to use the UniversalBridge block.（3）Discretize the model and compare variable-step and fixed-step simulation methods.(4) Receive the simulation waves.Finally the simulations indicate that the effect of design system is perfect. The designed system runs reliably in the lab, which makes sure that the design is feasible. Key words: general converter; simulation; AC-variable speed目录1绪论 (1)1.1交流变频调速技术的发展与研究现状 (1)1.2变频器的概况 (4)1.3通用变频器的发展过程和现状 (5)1.3.1通用变频器的发展过程 (5)1.3.2通用变频器的现状 (6)1.3.3现代通用变频器的基本结构 (7)1.4通用变频器的术语和技术参数 (7)1.4.1通用变频器的术语 (7)1.4.2通用变频器的技术参数 (7)1.5本文所做的工作 (8)2异步电动机的基本原理及其调速方法 (9)2.1异步电机的基本工作原理 (9)2.2异步电机的静态数学模型 (11)2.3 三相异步电动机的调速方法 (13)2.3.1交流调速的基本类型 (13)2.3.2恒压频比变频调速系统控制原理及其机械特性 (15)2.3.3恒压频比控制的基本电路 (20)3变压变频调速系统中的脉宽调制（PWM）技术 (22)3.1 PWM技术的发展 (22)3.2 PWM控制技术的分类 (22)3.3 PWM控制性能指标 (23)4通用变频器的设计 (25)4.1交-直-交变频器的主电路 (25)4.1.1交-直-交变频器的结构与原理 (25)4.1.2控制电路 (28)4.1.3 PWM逆变电路 (29)4.2主电路参数的选择 (30)4.2.1额定数据的选择 (30)4.2.2 变频器器件的选择 (32)4.2.3变频器的主要保护功能 (33)4.3主电路的干扰问题及常见变频器常见故障分析 (35)4.3.1主电路的干扰问题 (35)4.3.2变频器常见故障分析 (35)5基于MATLAB的仿真研究 (37)5.1引言 (37)5.2仿真及结果分析 (37)5.2.1 MATLAB/SIMULINK简介 (37)5.2.2仿真模型 (38)6结论与展望 (47)6.1结论 (47)6.2展望 (47)参考文献： (49)致谢 (51)翻译 (52)英文原文： (52)中文译文： (59)1绪论1.1 交流变频调速技术的发展与研究现状在用电系统中，电动机作为主要的动力设备而广泛的应用于工农业生产、国防、科技及社会生活等各个方面。
电动机负荷约占总发电量的60%~70%，成为用电量最多的电气设备[9]。
根据采用的电流制式不同，电动机分为直流电动机和交流电动机两大类，其中交流电动机拥有量最多，提供给工业生产的电量多半是通过交流电动机加以利用的。
交流电动机的诞生和发展己有一百多年的历史[8]，至今已经研究、制造了形式多样、用途各异的各种容量、各种品种的交流电动机。
交流电动机分为同步电动机和异步感应电动机两大类。
电动机的转子转速与定子电流的频率保持严格不变的关系，即是同步电动机。
反之，即是异步电动机。
据统计，交流电动机用电量占电机总用电量的85%左右，可见交流电动机应用的广泛性及其在国民经济中的重要地位[1 ,2 ]。
电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，在实际应用中，一是要使电动机具有较高的机电能量转换效率；二是根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度[1, 2 ,3 ]。
电动机的调速性能如何对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。
为了控制电动机的运行，就要为电动机配上控制装置。
电动机+控制装置=电力传动自动控制系统。
以直流电机作为控制对象的电力传动自动控制系统称之为直流调速系统；以交流电动机作为控制对象的电力传动自动控制系统称之为交流调速系统。
根据交流电机的分类，相应有同步电动机调速系统和异步电动机调速系统。
在过去的几十年里，世界范围的工业进步的一个重要因素是工厂自动化程度的不断提高。
工厂里的生产线一般包括一个或多个可变速的电机传动装置，用于大功率传送带、机械手、桥式吊车、钢材轧制生产线、造纸厂以及塑料和合成纤维生产线等[9, 6 ]。
50年代以前，所有这些应用都需要使用直流电机传动，交流电机由于其固有的以同步或几乎同步于电源的频率运行，所以难以真正的调节或平滑的改变速度。
众所周知，直流电动机的转速容易控制，在额定转速以下，保持励磁电流恒定，可用通过改变电枢电压的方法实现恒转矩调速在额定转速以上，保持电枢恒定，可用改变励磁的方法实现恒功率调速[24]。
采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的动、静态调速特性。
因此，长期以来(20世纪80年代以前)在变速传动领域中，直流调速一直占据主导地位。
但是，由于直流电机本身结构上的机械式换向器和电刷这一致命弱点，给直流调速系统的开发和应用带来了一系列的限制[6 ,7 ,8,9]：(1) 机械式换向器表面线速度及换向电流、电压有一极限容许值，这就限制了单机的转速和功率。
如果要超过极限容许值，则大大增加电机制造的难度和成本，以及调速系统的复杂性。
因此，工业生产中对一些要求特高转速、特大功率的场合根本无法采用直流调速方案。
(2) 为了使机械式换向器能够可靠工作，往往增大电枢和换向器直径，导致电机转动惯量很大。
对于要求快速响应的生产工艺，采用直流调速方式难以实现。