三相交交变频器的仿真与零电流检测硬件设计.docx

三相交交变频器的仿真与零电流检测硬件设计.docx

《三相交交变频器的仿真与零电流检测硬件设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三相交交变频器的仿真与零电流检测硬件设计.docx（48页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

三相交交变频器的仿真与零电流检测硬件设计

中国矿业大学毕业论文评阅教师评阅书

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；④工作量的大小；⑤取得的主要成果及创新点；⑥写作的规范程度；⑦总体评价及建议成绩；⑧存在问题；⑨是否同意答辩等）：

成绩：

评阅教师签字：

年月日

中国矿业大学毕业论文答辩及综合成绩

答辩情况

提出问题

回答问题

正确

基本

正确

有一般性错误

有原则性错误

没有

回答

答辩委员会评语及建议成绩：

答辩委员会主任签字：

年月日

学院领导小组综合评定成绩：

学院领导小组负责人：

年月日

摘要

交流电动机比直流电动机结构简单、成本低、维护方便,但由于变频装置昂贵且交流调速性能差,长期以来在调速领域中一直是直流传动占统治地位。

随着电力电子技术的发展,交流调速用变频装置增加的成本已能被采用交流电动机而节约的成本所补偿,采用矢量控制后,交流调速的性能也能做到和直流一样,因此在许多直流调速的世袭领域里出现了以交流调速取代直流调速的趋势。

三相交-交变频器供电系统是一个非常复杂的非线性系统。

非线性特性使得三相交-交变频器输出电压和输入电流中出现大量的特征畸变谐波。

另外三相交-交变频器的负载通常是一种非线性多变量系统，其输出电流谐波可能动态地与变频器输入侧的电源阻抗相互作用，使系统谐波更加严重，同时也可能使系统的控制更加复杂，使系统解析研究比较困难，所以对谐波的仿真研究就显得至关重要。

这里将对三相交-交变频器进行仿真研究，分析三相交-交变频器谐波的分布规律及各种因素对三相交-交变频器动态特性和谐波特性的影响。

同时在无环流交-交变频系统中,无环流“死时”会使电流过零不平滑,使得输出电流谐波及转矩脉动大,变频器出力下降,因此零电流检测是个关键。

本文通过零电流检测电路介绍零电流检测方法。

本文首先以单相交交变频电路为例介绍了交交变频电路的工作原理，接着分析三相交-交变频电路，最后通过MATLAB中的Simulink软件包对所设计的三相交-交变频器进行仿真。

（1）设计一个三相交-交变频器仿真模型

（2）得到输出波形

（3）三相交-交变频器输入、输出波形频谱分析

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：

三相交—交变频器；仿真；零电流检测

Abstract

ACmotorDCmotorstructurethanthesimple,lowcost,easymaintenance,butexpensiveandACvariablespeedvariablefrequencydeviceperformanceispoor,haslongbeeninthespeedDCdrivefielddominant.Withthedevelopmentofpowerelectronics,communicationspeedwiththeinverterdevicecanbeusedtoincreasethecostofACmotorwhichhasbeenthecostsavingsoffsetbyusingvectorcontrol,thegovernor'sperformanceACandDCcandothesame,soSpeed\u200b\u200bofthehereditaryinmanyareasofDCappearedtoreplacetheDCspeedACdrivethetrend.

AC-ACconverterpowersupplysystemisaverycomplexnonlinearsystem.NonlinearitymakestheAC-ACconverteroutputvoltageandinputcurrentdistortioninthecharacteristicsofalargenumberofharmonics.TheotherthreeAC-ACconverterloadisusuallyanonlinearmultivariablesystem,theoutputcurrentharmonicsmaybedynamicallypowerthedriveimpedanceoftheinputsideoftheinteractionofthesystemharmonicsmoreserious,butalsomaycontrolofthesystemmorecomplexanalysisofthesystemdifficult,sothesimulationoftheharmonicisparticularlyimportant.Therewillbethree-AC-ACconvertersimulationstudiestoanalyzethree-AC-ACconverterharmonicdistributionandvariousfactorsonthethree-AC-ACconverterdynamicnatureofharmonyPotter.Atthesametimeintheabsenceofcirculation-ACinvertersystem,nocirculation"deadtime"tomakethecurrentzero-crossingisnotsmooth,makingtheoutputcurrentharmonicsandtorqueripple,inverteroutputdecline,thezerocurrentdetectionisthekey.Thisarticledescribesthezerocurrentdetectioncircuitzerocurrentdetectionmethods.

　　　ThisarticlefirstexamplesinglephaseACconvertercircuitintroducedcycloconvertercircuitworks,thenanalyzestheAC-ACconvertercircuit,andfinallythroughtheMATLABSimulinkpackageinthedesignoftheAC-ACdrivethesimulation.

（1）designathree-AC-ACconvertersimulationmodel

（2）gettheoutputwaveform

　　（3）AC-ACconverterinputandoutputwaveformspectrum

　　simulationshowsthatthedesignsystemistheidealcontroleffect,experimentsshowthatthesystemisreliable,thedesignisfeasible.

　　Keywords:

AC-ACconverter;simulation;zero-currentdetection

1绪论

1.1交流变频调速技术的发展与研究现状

　20世纪30年代交交变频电路就已经出现，当时采用的是水银整流器，曾经有装置用在电力机车上，由于原件性能的限制，没能得到推广。

到20世纪70年代，随着晶闸管的问世交交变频电路曾经广泛应用于电机的变频调速。

20世纪80年代随着全控器件的广泛应用，交交变频电路逐渐被交直交变频电路取代。

近年来随着现代工业生产及社会发展的需要推动了交交变频技术的飞速发展，现代电力电子器件的发展和应用、现代控制理论和控制器件的发展和应用、微机控制技术及大规模集成电路的发展和应用为交流变频技术的发展和应用创造了新的物质和技术条件，交交变频电路又逐渐成为研究的热点。

交-交变频是不通过中间直流环节把工频交流电流直接变换成不同频率的交流电的变流电路。

因为没有中间直流环节，仅用一次变换就实现了变频，所以频率就高，非常适用于大功率的低速电力传动系统。

近几年来，随着电力电子器件的迅猛发展，功率器件已经模块化，功率体积比逐渐提高，这使得交-交变频器在结构上越来越被人们接受，在中小功率传动上也被采用。

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。

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，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。

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。

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。

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。

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：

（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