毕业论文课题相关文献综述

一、课题背景和意义

伴随着我国经济的快速发展，许多落后的基础工业设施高耗能、低产出的状况与之不相适应。以往传统的调速方法，效率低，损耗大，尤其加速器件老化的速度，而且经济发展需要在各个行业大量使用调速装置。这一突出的矛盾可以说随着电力电子技术的飞速发展得到了逐步解决，即利用大功率半导体器件结合电力电子技术生产出的调速装置变频器^[1]。 变频器一经问世，便迅速在各个领域大量使用。它不仅使用方便，而且效率高，节省了大量人力、物力。而且它环保，低噪声，较高的调速性能以及最重要的节能功能，正越来越受到使用者的极大关注。 变频器的主要任务就是把恒压恒频(Constant Voltage Constant Frequency,CVCF) 的交流电转换成变压变频(Variable Voltage Variable Frequency，VVVF)的交流电，以满足交流电动机变频调速的需要。它分为直接变频(又称交-交变频)，即把市电直接变成比它频率低的交流电，大量用在大功率的交流调速中;间接变频(又称交-直-交变频)，即先将市电整流成直流，再变换为要求频率的交流,交-直-交变频器是目前广泛应用的通用变频器^[2]。它根据直流部分电流、电压的不同形式，又可分为电压型和电流型两种。变频调速被认为是一种理想的交流调速方法。变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数），通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的^[3]。20世纪60年代中期，随着普通的晶闸管、小功率管的实用化，出现了静止变频装置。这个时期的变频装置，多为分立元件，容量普遍偏小，控制方式也很不完善，调速后电动机的静、动态性能还有待提高，特别是低速的性能不理想，因此仅用于纺织、磨床等特定场合。 20世纪70年代以后，电力电子技术和微电子技术以惊人的速度向前发展，变频调速传动技术也随之取得了日新月异的进步，开始出现了通用变频器。它功能丰富，可以适用于不同的负载和场合，特别是进入20世纪90年代，随着半导体开关器件IGBT、矢量控制技术的成熟，微机控制的变频调速成为主流，调速后异步电动机的静、动态特性已经可以和直流调速相媲美^[4]。由于交-直-交型变频器是目前广泛应用的通用变频器，所以本次设计中选用此种间接变频器，在交-直-交变频器的设计中，虽然电流型变频器可以弥补电压型变频器在再生制动时必须加入附加电阻的缺点，并有着无须附加任何设备即可以实现负载的四象限运行的优点，但是考虑到电压型变频器的通用性及其优点，在本次设计中采用电压型变频器^[5]。二、变频调速技术简介

现代变频器中用的最多的控制技术是脉冲宽度调制（PWM),其基本思想是：控制逆变器中电力电子器件的开通或关断，输出电压为幅值相等、宽度按一定规律变化的脉冲序列，用这样的高频脉冲序列代替期待的输出电压^[6]。

随着PWM控制技术的不断发展，PWM控制技术可分为不同种类，基于控制思想上可分为四大类：（1）等脉宽PWM法，（2）正弦波PWM法，即SPWM法，（3）电流跟踪PWM法，（4）磁链追踪型PWM法（SVPWM法，也称电压空间矢量PWM法）。通过自然采样法，对称规则采样法、特定谐波消去法，梯形调制技术，相位调制技术，面积等效法等10多种调制技术来实现PWM控制技术^[7]。等脉宽PWM法的原理是把每一相脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，调频采取的办法是改变脉冲列的周期，调压采用的方法是改变脉冲的宽度或占空比，采取适当控制方法可以使电压与频率的协调变化。该方法缺点在于逆变器输出电压除了基波外，包含了很多的谐波分量^[8]。SPWM法在克服等脉宽PWM法的缺点的基础上，提出了从电动机供电电源的角度出发，通常利用正弦波作为基准的调制波，用等腰三角形作为载波，当基准正弦波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器的通断时刻^[9]。经典的异步电机调速方法包括变压变频控制、转差频率控制、转子磁场定向矢量控制和直接转矩控制等。VVVF优势在于控制电机的气隙磁通，缺点是转矩无法调节；转差频率控制是以电机的稳态方程为依据的，在一定程度上控制着电机的转矩，并不能实现控制实际运行过程中的转矩^[10]。

三、系统仿真方法及所有工具

近年来计算机仿真技术在各行各业得到了广泛的应用，特别是在进行复杂的系统设计时如交流变频调速系统的设计时，采取计算机仿真方法来分析和研究其性能是非常有效和必要的。传统的计算机仿真软件包用微分方程和差分方程建模，直观性、灵活性差，编程量大，操作不便^[11]。

MATLAB是目前国际上最流行、应用最广泛的科学与工程计算软件，其强项就是强大的矩阵计算。MATLAB不仅提供了基本的数学运算，还提供了一种交互式的高级编程语言M语言。目前MATLAB产品的工具箱有40多个，分别涵盖了数据获取、计算科学、控制系统设计与分析、数字信号处理、数字图像处理、金融财务分析以及生物遗传工程等专业领域 ^[12] 。

Simulink是基于MATLAB的框图设计环境，它不仅可以用来对各种动态系统进行建模、分析和仿真，而且还提供了丰富的功能块以及不同的专业模块集合。它具有模块化、可重栽、可封装、面向结构图编程及可视化等特点，用户可以方便定制和创建自己的模型、模块，这样可大大提高系统仿真的效率和可靠性 ^[13] 。

参考文献

[1] 阮毅，陈伯时 .电力拖动自动控制系统(第4版) [M].北京：机械工业出版社,2010.