基于MatlabSVPWM变频器仿真研究开题报告

1、基于matlabsvpwm变频器仿真研究开题报告 本科生毕业设计 开题报告 题 目： 基于 matlab 的 svpwm 变频器仿真研究 分 院： 电气与信息工程分院 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 填表日期： 一、选题的依据及意义： 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开展，因此，节能研究就显得越来越重要。随着电动机制造技术的进步，电机越来越多的被应用在工业生产、农业生产、科技研究、国防各方面，作为主要的动力设备。从世界范围来看，电机的用电量超过全球各国总用电量的一半以上，约占工业用电量的 70%，如此之高的一个

2、比例数量，如能提高用电效率，优化电机控制算法，将具有十分重大的意义。异步电机和变频器相结合，所组成的交流调速系统具备非常高控制性能。在上个世纪，由于电力电子器件的限制，电机控制技术的不成熟。对电机实施高性能控制就很难实现，即便能提高性能，从经济上来说也不划算。更无法大范围的推广此项技术，如果能够提高对电机的调速控制性能，那么对电机的高效性并且连续，启动、运行和停止的高频性也就能实现新的跨越。 后来，随着电力电子技术的开展，半导体全控型器件进一步开展，这使得对电机的调速可以实现数字化，对其控制精度也大大的提高。于是使得异步电动在工业上被慢慢应用，同时这些半导体器件的出现，也使得电机的控制系统大大

3、简化。性能更高、更可靠、而且经济，这就在很大程度上促使了对异步电机的高性能变频调速的开展。同时，随着微电子技术的开展，微控制器芯片的推陈出新，结合功率半导体装置和数字控制技术，使变频器的控制更加稳定，所产生的波形更标准，以前不能实现的 svpwm 电机控制方法也能实现。现在可以使用变频器 svpwm 控制技术来对电动机进行控制，进而满足对电机在工业中的要求，节能与转矩脉动小，具有很高的控制精度。所以对变频器 svpwm 控制技术进行深入研究很有必要，它所在工业控制中所发挥着的作用是不可无视的。 二、国内外研究现状及开展趋势（含文献综述）： 随着改革开放，经济高速开展，我国引进了很多最先进的产品

4、。国内许多合资公司已能生产当今国际上最先进的变频调速产品，并对它进行应用软件的开发，为国内外重大工程工程提供一流的电气传动控制系统 1-3 。交流变频调速行业在中国兴起了二十几年，随着我国工业的进步，它的市场容量正逐年的在增长4 。最近几年的低压、中压、高压变频器市场容量超过 160 亿元，国内外总计投资的品牌有超过 140 个，这其中，外资品牌占比不超过 30%，但是它的市场份额却有 75%之多，可见我国自主的变频器品牌要开展与应用还有相当长的路要走，任重而道远。文献5当前的交流变频调速行业已经初具规模，变成产业化，据相关从业人员分析，我国市场上的变频器预计将在以后十年之内饱和。在低压变频器

5、广泛应用的今天，交流变频调速传动系统已在市场中占有相当大的比例了，它的性能要更优于直流机械调速。 变频器的体积特别小、振动小、噪声小、它对异步电机的控制具有良好的调速性能。异步电机还具有制造购置低本钱，且投入运行是更容易维护特点。从工 艺设计复杂度大大简化，投资本钱也大大减小。总的来说，使用变频器对电机进行调速控制大大提高了电机性能，使其运行更符合工业生产期望，生产质量大大提高，并且改善了工业的生产环境，也使得机械设备的自动化程度更高，与此同时，还为我们节约能源和降低企业生产本钱做出很大的奉献 6-7 。随着全控型快速半导体的开展，使用 pwm 脉宽调制技术作为控制方法已越来越普遍，并且在传统

6、的 pwm 调制方法上面对电机的控制更进一步 8 。pwm 调制即产生 pwm波（幅值相等而宽度不等的脉冲），对逆变器进行控制，当信号较小时，还需外加驱动器，对信号进行放大，控制开关管子的通断，提供对电机控制调速所需的电压。使用一定的调制方法，对不同波形进行调制，使实际施加的电压作用积分的面积相等。通过文献9-10对脉冲的宽度进行调制可以改变逆变电路实际输出电压值；同时，也可改通过改变波形的周期来实现 11 。pwm 调速控制方法具有调节电压，对谐波进行抑制的作用，也正因为 pwm 波形调制方法能够使产生的脉冲接近正弦波，并且其控制方法输入因素高。因此对电机来说，要高性能调速，使用 pwm 波

7、形控制方法就能实现。结合现代电力电子技术，将之与变频器相结合，便能大大简化控制控制电路，并且还能够改善电机控制性能 12-13 。所以，综合以上分析，pwm 技术具备如此多的优点，对其研究就非常有现实意义。 变频器 svpwm 调速技术是一种综合性技术，其包括变频器局部，实施大能量的转化，pwm 波形的调制逆变局部，整流和逆变产生波形，对电动机进行控制 14 。变频器将电网侧的交流电变换成直流电，然后进行逆变，控制方法是通过电力半导体开关管来实现的，变频器变换有两种方法，第一种是交流直接变成另一频率的交流电 15 ，还有一种是交直交 16 ，正因为它有这种变换功能，所以变频器是作为一种驱动系统

8、，应用中通常通过改变压频比来实现电机的平滑调速。pwm 是英文 pulse width modulation 脉冲宽度调制的缩写，按一定的调制波形方法，有规律地改变脉冲的宽度，使其具有正弦电压同样面积大小，从而对电路进行控制 17 。svpwm 是电压空间矢量控制技术，它通过六个功率开关元件的逆变器，使用特殊的开关组合状态来调节脉宽波形，从而使电机定子绕组得到三相电压，产生旋转磁场，因为磁场于电压在空间中是相互垂直的，所以又称为磁链跟踪技术，这项技术是从三相输出电压的整体效果出发，着眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹 18 。 正由于变频器能够使得电机的调速和制动性能提高，并且节约电网电能，还

9、能改善功率因素，以及 svpwm 技术使得直流侧电压的利用率提高 15%，使用变频器也能让控制方法数字化，大大简化了控制应用得复杂性 19 。目前变频器svpwm 控制技术已经成为开展的趋势，并且开展的比拟成熟，对这种经济合理的电机调速系统的继续研究也是当今的重大课题 20 。 二、本课题研究内容 本课题的目的是对电压空间矢量脉宽调制调速系统进行建模仿真研究。运用 前序课程电机学、电力拖动自动控制系统等课程中的相关内容建立整个调速系统的数学模型。在学习 matlab/simulink 软件后完本钱课题。 此 次 课 题 也 将 对 svpwm 方 法 的 基 本 原 理 和 算 法 进 行 研

10、 究 ，matlab/simulink 环境下对该算法进行仿真，最后对将 svpwm 应用于异步电动机调速系统并给出仿真结果。具体内容包括对电压空间矢量脉宽调制方法(svpwm)的原理的理解分析；对电压空间矢量脉宽调制方法(svpwm)算法进行研究；熟悉 matlab/simulink 仿真软件；在 matlab/simulink 环境下对该算法进行仿真；将 spwm 应用于异步电动机调速系统进行仿真，给出仿真结果，进行仿真研究。 四、本课题研究方案 1、应用 matlab/simulink 仿真平台对电压空间矢量脉宽调制调速系统进行建模仿真。 2、建立系统模型，选择仿真参数和数值算法，启动仿

11、真程序对该系统进行仿真，设置不同的输出方式来观察仿真结果等功能。 3、直接访问 matlab 大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创立、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。 4、仿真模型搭建与验证。通过学习和熟练运用 matlab 软件，建立直接转矩控制系统仿真模型进行仿真和检验。 五、研究目标、主要特色及工作进度： 研究目标： 根据课题应用背景，利用 matlab/simulink 软件，实现基于 matlab 的svpwm 变频器仿真研究实现对异步电动机进行高性能控制，并提高电压的利用率，svpwm 电压空间矢量控制技术。 主要特色： 着手于 svpwm 高性

12、能控制算法，来设计变频器 svpwm 控制系统，实现节能和具有良好控制性能的电机的要求。能在电能的利用上更加高效，这对能源对可持续开展都具有十分重大的意义。 工作进度： 202x.2.01 文献综述：通过查阅和分析相关文献资料（15 篇以上），能够就所研究的国内外研究现状，关键技术、开展趋势等进行综述。 解决方案：综合运用专业知识设计解决方案，并给出拟采用的研究手段。 202x.2.10 掌握专业术语，应用外文能力，准确、流畅地翻译 3000 字以上课题相关参考文献。 202x.2.18 掌握 matlab/simulink 的使用以及编程。掌握 visio 软件绘制系统结构框图的方法 202

13、x.2.28 熟悉异步电动机动态方程，掌握直接转矩控制的根本原理。 202x.3.10 利用 matlab/simulink 强大的仿真功能，实现 svpwm 变频器仿真研究。 202x.3.31 能够综合运用专业知识对系统仿真结果进行分析。 202x.4.18 能够根据仿真结果，对设计结构进行改良优化。 202x.5.15 按华东交通大学本科毕业设计撰写标准要求撰写论文，并对论文进行查重还要修改，并按学校的统一要求打印和装订毕业设计论文。 六、参考文献： 1 周浩.异步电机 svpwm 的矢量控制系统研究d.昆明理工大学,xx. 2 陈志雪.逆变器中低共模电压空间矢量策略研究d.沈阳工学大学

14、,xx. 3 柏塔·居尼斯汗.变频器能量回馈单元的研究d.大学,xx. 4 裴佳.抽水蓄能电站同步发电电动机变频启动控制系统研究d.华北电力大学,xx. 5 赵战国&郝平.s 函数在 svpwm 变频器仿真中的应用研究.煤矿机电(03),45-46. doi:10.16545/j.ki et.xx.03.004. 6 谈嘉炎.基于 matlab/simulink 的高压变频器故障仿真分析j.机电信息,xx (18):76-77. 7 刘红钊,黄义定,吕晓东.基于 matlab 的 svpwm 变频器的仿真研究j.南阳师范学院学报,xx,8(03):32-35. 8 张绍静,胡

15、彦奎,谢门喜.基于matlab/simulink的交交变频器仿真研究j.常州工学院学报,xx(03):31-33+42. 9 冯兴田,胡慧慧,陈荣.基于 matlab 的通用变频器仿真教学系统开发j.实验室研究与探索,20xx,38(09):135-138. 10 赵海龙.基于 matlab 故障仿真的变频器主电路故障诊断方法研究d.哈尔滨理工大学,20xx. 11 王家校.基于 matlab 的变频器输出 rlc dv/dt 滤波器仿真j.机电工程,xx,31(02):249-252+256. 12 张巍,卢宇清,乔维钊.基于matlab的数字上变频器优化设计与仿真j.煤炭技术,xx,31(

16、04):207-209. 13 odeh charles,kondratenko dmytro,lewicki arkadiusz,jaderko andrzej. modified spwm technique with zero-sequence voltage injection for a five-phase, three-level npc inverterj. energies,202x,14(4). 14 徐瑞廷,王顺亮,刘小林,孙成,吴沂洋.单极性 spwm 逆变器并联环流分析与抑制j/ol.电源学报:1-12202x-03-16.kns.ki./kcms/detail/12

17、.1420.tm. 202x0203.1615.002.html. 15 debswarup rath,sanjeeb kar,akshaya kumar patra.harmonic distortion asse- ssment in the single-phase photovoltaic (pv) system based on spwm techniquej. arabian journal for science and engineering,202x(prepublish). 16 viji k,chitra k,lakshmanan m. pv fed grid power

18、 control by discrete cuk converter and spwm inverter control techniquesj.iop conference series: materials science and engineering,202x,1059(1). 17 叶满园,任威,李宋,魏麒文,宋桂智.基于控制载波自由度的级联 h 桥逆变器改良型 pwm 技术j/ol.电工技术学报:1-12202x-03-16.s:/doi/ 10.19595/j. ki.1000-6753.tces.xx74. 18 刘英,张嘉易.数字化单极型 spwm 相位角增量驱动方式研究j.机电工程技术,202x,50(01):27-29. 19 soukaina el daoudi,loubna lazrak,najib el ouanjli,mustapha ait lafkih. applying sliding mode technique for the nonlinear dtc-spwm control strategy of sensorless squirrel cage asynchronous m