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1、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，研究交一直一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/Simul
2、ink搭建交一直一交变频调速系统的仿真模型，通过实 验对该交一直一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，也对谐波对于交一直一交变频调速系统的影响有了一定的了解。关键词：交一直一交变频，整流，逆变，谐波，仿真。AbstractWith power electr onic tech no logy, computer tech no logy, automatic con trol techno logy is develop ing rapidly, AC variable-freque ncy system tech no logy has bee n develop i
3、ng rapidly. Sign ifica nt en ergy efficie ncy and precisi on and broad scope of speed con trol, perfect protect ion and easy to impleme nt automatic com muni cati ons, all which have win the many users acceptanee . Therefore, studying the AC-DC-AC variablefrequency systerm for the role of the basic
4、working principle and characteristics of great sig nifica nee.In this paper we studied the basic component of the variable frequency speed regulatio n system.There are three main comp onen ts: the rectifier which con vert the AC power into DC power。 the loop filter can absorbed the voltage pulse whi
5、ch the rectifier and inv erter circuit gen erated by,it is alsoe nergy storage circuit。 the “ inv erter converts the DC power in to the AC power. The n we usedthe Matlab / Simulink to build an AC-DC-AC Frequency Control System Simulation Model. Through the test of the AC-DC Freque ncy Con trol Syste
6、m to pay the basic worki ng prin ciple and work ing characteristics,we not only had a deeper un dersta nding of the role,but also had a certa in degree of un dersta nding about the harm onic AC-DC-DC Freque ncy Con trol System.Key Words : AC-DC-AC variablerequency systerm, rectifier , inverter , har
7、m oni cs, simulatio n# / 54目录摘要IAbstract1引言11.1交流调速技术的发展11.2交直交变频调速系统研究的目的与意义21.3研究现状分析32交直交变频调速系统的基本原理及特性研究72.1系统的构成82.2交直交变频的基本工作特性82.3交直交变频调速的优越性82.4交直交变频调速合理应用92.5变频器容量的确定102.6熟悉MATLAB的原理及应用及SIMULINK仿真113工作原理研究及仿真实验123.1设计方案123.2整流器的工作原理研究及实验123.2.1整流器的基本工作原理123.2.2整流器部分的实验研究与分析143.3逆变器的工作原理研究及其
8、实验分析213.3.1逆变器的基本工作原理213.3.2逆变器实验研究分析233.4交直交变频调速系统的实验研究分析303.4.1交直交变频调速系统模型的实验研究303.4.2交直交变频调速系统的运行仿真与分析363.5变频器输出谐波的影响383.5.1变频器输出谐波对负载的影响383.5.2谐波实验研究与分析 逆变器部分）414 结论 45致谢 4649参考文献 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
9、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
10、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
11、，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。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
12、由下式确定I（1-1式中一电动机的输出转速。I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与流量Q、压力（扬程H以及轴功率P具有如下关系1 1-2 ）I1-3）I1-4）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5
13、0%勺风量或水量时，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%.目前交流传动己经上升为电气调速传动的主流，直流传动系统占统治地位的局 面已经受到强烈的冲击。推广使用可调速电动机及其控制系统的节能具有广阔的前 景，在不久的将来，交流电气传动将会完全取代直流电气传动。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。使之成为国内外企业采用电机节能方式的首选。因此， 提高电机系统的效率，对节约电能意义十分重大。随着电力电子技
14、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功率半导体器件的不断进步，尤其是新型可关断器件，如 BIT( 双极型晶体 管、MOSFET(金属氧化
15、硅场效应管、IGBT(绝缘栅双极型晶体管 的实用化，使 得开关高频化的 PWM 技术成为可能。目前功率半导体器件正向高压、大功率、高 频化、集成化和智能化方向发展。典型的电力电子变频装置有电压型交直交变 频器、电流型交直交变频器和交交变频器三种。电流型交直交变频器的 中间直流环节采用大电感作储能元件，无功功率将由大电感来缓冲，它的一个突出 优点是当电动机处于制动 ( 发电状态时，只需改变网侧可控整流器的输出电压极 性即可使回馈到直流侧的再生电能方便地回馈到交流电网，构成的调速系统具有四 象限运行能力，可用于频繁加减速等对动态性能有要求的单机应用场合，在大容量 风机、泵类节能调速中也有应用。电压
16、型交直交变频器的中间直流环节采用大电容 作储能元件，无功功率将由大电容来缓冲。对于负载电动机而言，电压型变频器相 当于一个交流电压源，在不超过容量限度的情况下，可以驱动多台电动机并联运 行。电压型 PWM 变频器在中小功率电力传动系统中占有主导地位。但电压型变 频器的缺点在于电动机处于制动 (发电状态时，回馈到直流侧的再生电能难以回馈 给交流电网，要实现这部分能量的回馈，网侧不能采用不可控的二极管整流器或一 般的可控整流器，必须采用可逆变频器，这种再生能量回馈式高性能变频器具有直 流输出电压连续可调，输入电流 ( 网侧电流 波形基本为正弦，功率因数保持为 1 并且能量可以双向流动的特点，代表一个新的技术
