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基于MATLAB环境下逆变器-交流电机变频调速系统的仿真摘要本文以交流电动机变频调速系统为研究对象，以MATLAB为仿真工具，介绍了Simulink仿真模块，分析了变频器的工作原理，并在此基础上进行了多种逆变电路的仿真设计。
文章首先对MATLAB/Simulink模块中电力电子仿真所需要的电力系统模块集做了简要的说明，介绍了变频器中实现变频的主要环节——逆变器的工作原理，并且分析了目前几种最常见的逆变器（单向全桥逆变器、三相桥式逆变器和SPWM控制的单相逆变器）的工作原理，在此基础上运用MATLAB软件分别对这几种电路的仿真进行了设计；并进一步设计出了交-直-交变频器的仿真模型，实现了对交流电动机变频调速系统的仿真。
关键词：Simulink，电压型逆变电路，变频调速，仿真设计目录第一节绪论————————————————————————4 一交流调速技术发展概况——————————————————-4 二全数字控制技术—————————————————————-6 三系统仿真————————————————————————-7 四论文的意义及任务————————————————————-8第二节电力电子器件仿真模型及逆变电路仿真设计———————8 一绝缘栅双极性晶体管的仿真模型及参数设定—————————-8 二逆变电路仿真设计————————————————————-11第三节基于MATLAB的变频调速系统的仿真设计————————16 一变频器的基本概念————————————————————16 二交一直一交变频电路的仿真设计——————————————18 第四节小结——————————————————————-20第一节绪论一交流调速技术发展概况直流电气传动和交流电气传动在19世纪先后诞生。
由于直流传动具有较好的调速性能，而交流传动调速性能难以满足生产要求，因此，在20世纪大部分年代里，直流传动在调速领域中一直占据主导地位。
基于MATLAB/SIMULINK的交流电机调速系统建模与仿真摘要：根据直接转矩控制原理，利用MATLAB/SIMULINK软件构造一个交流电机调速系统。
该系统能够很好地模拟真实系统，实现高效的调速系统设计。
仿真结果证明了该方法的有效性。
关键词：交流电机，直接转矩控制，仿真，MATLAB/SIMULINKl 引言计算机仿真技术是现代科学研究和产品设计的新手段。
特别是在采用电力半导体器件对电机进行交流调速的分析研究中，计算机仿真技术将显示出它的巨大优越性。
MATLAB／SIMULINK 环境是一种优秀的系统仿真工具软件，使用它可以大大提高系统仿真和CAD的效率和可靠性。
目前，关于用MATLABf3IMULINK构造电机模型的文章有过报道，本文利用MATLAB／SIMULINK 构造的是一个交流电机调速系统，并给出仿真结果。
2 SIMULINK环境下电机模型的实现2.1 数学模型交流电机在两相静止坐标系下的数学模型为(1)写成状态方程形式为(2)式中，分别为两相静止坐标系下定子、转子电压和电流；分别为电机的定子、转子自感和互感；分别为电机的定子、转子电阻；为电机的转速。
2.2 SIMULINK模型式(2)中的A阵可分解为式中：对应于图1中的。
在每次积分计算时，先算出BU和AX,这样State—Space模块就可以对电流状态方程进行积分求解了。
同时也解决了非定常微分方程的求解问题。
含Demux模块的部分是对磁链的计算。
Fcn，Gain模块完成式(4)的计算用SIMULINK 构造电机模型如图l所示。
3 调速系统和仿真结果电机模型实现后就可以构造调速系统了。
在本文中，采用直接转矩控制方法。
调速系统框图构造如图2所示。
图中PID 块为转速调节器，为定子磁链，绐定=1.2Wb。
PWM块为PWM逆变器，其输人为电压开关信号，输出为三相电压。
DSRCONTROL块为用MATLAB语言编程实现的直接转矩控制程序。
基于matlab的交流异步电机变频调速运行设计
要设计基于Matlab的交流异步电机变频调速运行，可以按照
以下步骤进行：
1. 确定电机的参数：包括额定功率、额定电压、额定电流、额定转速等参数。
2. 编写电机模型：根据电机的参数，利用Matlab中的工具箱（如Simulink）或编程语言，编写电机的数学模型，包括电机的转动方程、电机的电磁特性等。
3. 设计调速控制策略：根据电机的模型和调速要求，设计合适的调速控制策略。
常用的控制策略包括PID控制、模糊控制、自适应控制等。
在Matlab中，可以利用控制系统工具箱来设
计和调试控制策略。
4. 实现电机控制系统：根据调速控制策略，利用Matlab编程
语言或Simulink工具箱，实现电机的控制系统。
包括传感器
的采集和信号处理、控制算法的实现、控制信号的输出等。
5. 进行仿真和测试：利用Matlab的仿真工具箱，对设计的电
机控制系统进行仿真和测试。
根据仿真结果，对控制算法进行优化和调整。
6. 硬件实现：将设计好的电机控制系统部署到确切的硬件平台上，如嵌入式系统、DSP芯片等。
可以根据实际情况选择合
适的硬件平台，并进行相应的接口设计和实现。
7. 进行实际运行测试：将设计好的电机控制系统连接到实际的变频调速驱动器和电机上，进行实际运行测试。
根据测试结果，对控制系统进行再次优化和调整。
通过以上步骤，就可以设计基于Matlab的交流异步电机变频
调速运行系统。
基于MATLAB的交流电动机调速系统仿真基于matlab-simulink的交流电动机调速系统仿真1绪论1.1课题研究背景及目的1.1.1研究背景直流变频系统的主要优点是变频范围广、静差率大、稳定性不好以及具备较好的动态性能。
在相当短时期内，高性能的变频系统几乎都就是直流变频系统。
尽管如此，直流变频系统却无能为力直流电动机本身的高速运行和在严酷环境下的不能适应环境问题，同时生产大容量、高转速及低电压直流电动机也十分困难，这就管制了直流拖曳系统的进一步发展。
交流电动机自1985年出现后，由于没有理想的调速方案，因而长期用于恒速拖动领域。
20世纪70年代后，国际上解决了交流电动机调速方案中的关键问题，使得交流调速系统得到了迅速的发展，现在交流调速系统已逐步取代大部分直流调速系统。
目前，交流调速已具备了宽调速范围、高稳态精度、快动态响应、高工作效率以及可以四象限运行等优异特性，其稳、动态特性均可以与直流调速系统相媲美。
与直流变频系统较之，交流变频系统具备以下特点：（1）容量大；（2）输出功率低且耐热高压；（3）交流电动机的体积、重量、价格比同等容量的直流电动机小，且结构简单、经济可信、惯性大；（4）交流电动机环境使用性强，坚固耐用，可以在十分恶劣的环境下使用；（5）高性能、高精度的新型交流拖动系统已达同直流拖动系统一样的性能指标；（6）交流调速系统能显著的节能；从各方面看看，交流变频系统最终将替代直流变频系统。
1.1.1研究目的本课题主要运用matlab-simulink软件中的交流电机库对交流电动机调速系统进行仿真，由仿真结果图直接认识交流系统的机械特性。
本文重点对三相交流调压调速系统进行仿真研究，认识pid调节器参数的改变对系统性能的影响，认识该系统动态及静态性能的优劣及适用环境。
1.2文献综述第1页基于matlab-simulink的交流电动机变频系统仿真在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，一是要具有较高的机电能量转换效率；二是应能根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。
控制系统仿真姓名：__________________________班级：_______________________学号：____________________成绩：_________________________________ 2012年11月02日第三章直接转矩控制系统设计3.1直接转矩控制系统的组成：直接转矩控制充分利用电压型逆变器的开关特点，通过不断变化电压状态使定子磁链轨迹为六边形或近似圆形，并通过零电压矢量的穿插调节来改变转差频率，以控制电机的转矩与磁链的变化，从而控制异步电动机的磁链和转矩按要求快速变化。
直接转矩控制系统调速的主题就是在于调节电动机的磁链和转矩的变化，电动机的输出转矩完全是按照输入转矩的设定。
(1)磁链、转矩观测器：由电流、电压的采样值经过3/2变化按照电机数学模型计算出异步电机的定子磁链和转矩；(2)磁链调节器:为了控制定子磁链在给定值的附近变化，直接转矩控制系统采用两点式控制，输出磁链控制信号；(3)转矩调节器:利用转速调节器输出的给定转矩，也是采用两点式滞环控制，输出转矩控制信号，直接控制电机的转矩；(4)开关状态选择单元：根据定子磁链和转矩的控制信号以及定子磁链位置，输出合适的开关状态S abc来控制逆变器驱动电机稳定运行。
直接转矩控制系统是建立在静止定子坐标系下的，首先异步电机定子相电压、相电流的采样值经3/2坐标变换，得到：• 一一：坐标下的分量，再按照异步电机的定子磁链和转矩模型计算出实际转矩T e和定子磁链’ s的两个分量's，这样就可以计算出定子磁链幅值s i和磁链位置户n|。
将测量得到实际转速和给定转速输入到转速调节器，转速调节器根据给定转速和实际转速的差值输出给定转矩T；。
将给定转矩T；和*1*T送入转矩调节器，得到转矩控制信号F t,磁链调节器根据给定子磁链幅值p s|和转子磁链幅值卜s |的差值输出磁链控制信号F o最后开关状态选择单元根据磁链控制信号F、转矩控制信号F t和磁链位置户n I,查逆变器开关状态表，输出正确合理的开关状态来控制逆变器驱动电机正确运行。
摘要异步电动机采用变频调速技术，具有调速范围广，调速时因转差功率不变而无附加能量损失的优点，因此，变频调速是一种性能优良的高效调速方式。
本文以MATLAB为仿真工具，介绍了Simulink中的仿真模块，研究了交流电机变频调速系统，分析了变频器的构成和工作原理，并据此对逆变电路进行了仿真设计。
首先对调速系统仿真所需要的各种电力系统模块做了简要的介绍，说明了逆变器的工作原理，在此基础上用MATLAB/Simulink软件分别对各种电路模块进行了仿真设计，进而设计出了实际中广泛应用的交-直-交变频器的仿真模型，实现了对交流电机变频调速系统的仿真研究，在此基础上建立电机模型，进行矢量控制设计，以带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制的方法对异步电动机变频调速系统进行建模和仿真，并对仿真结果进行了分析,由仿真结果可以看出系统转速的动态响应快，稳态跟踪精度高，表明此建模方法是可行和有效的。
关键词：MATLAB/Simulink变频调速逆变器仿真ABSTRACTWith the application of frequency and speed conversion technology to synchronous motor, its speed can be wide-ranged adjusted. When it comes to adjusting speed, because of slip power unchanged, there is no additional energy lost. Thus it makes this technology a high-equality and efficient way to exchange the speed.This thesis, aiming at MATLAB as simulation tool, introduces Simulink simulation module and the AC motor speed control system as the subject of the research and analyzes the structure of the inverter and how it works. On this basis,a variety of inverter circuit simulation designs are conducted. First of all, this thesis makes a brief introduction about power system module power which needs power electronic simulation, the working principle of the inverter included. Based on the theory above, then MATLAB / Simulink software are used in the simulation designs about different kinds of circuit modules. Moreover the designs of the simulation model of widely-used cross - DC - AC inverter are conducted to achieve the goal of the simulation study of AC motor speed control system, carries the modelling and the simulation on asynchronous motor adjusting-speed system based on vector control with torque inner rim and flux linkage of closed loop，gives out the simulation and makes analyse to it．The simulation result of the model shows the speed of dynamic response and the accuracy of steady-state tracking，also confirmes that the modelling is feasible and effective．Key words：MATLAB/Simulink Frequency Control Inverter Simulation绪论随着社会的发展，能源需求快速增长，如何有效地节能也成为了一个亟待解决的问题。
变频调速技术除了可以改善生产工艺等优越性外，其最大的特点就是节能。
近年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，各种大功率半导体器件的相继出现，促使交流调速技术飞跃进步，变频调速已成为发展趋势。
早期的交流电动机调速方法，如采用绕线式异步电动机转子串电阻调速、笼型异步电动机变极调速，在定子绕组串电抗器调速等都存在效率低，不经济等缺点。
交流变频调速的优越性早在上世纪20年代就已被人们认识，但受到元器件的限制，当时只能用闸流管构成逆变器，由于技资大，效率低，体积大而未能推广。
20世纪50年代中期，晶闸管的研制成功，开创了电力电子技术发展的新时代。
由于晶闸管具有体积小、重量轻、响应快、管压低等一系列优点，交流电动机调速技术有了飞跃发展，出现了交流异步电动机调压调速、串级调速等系统。
20世纪70年代发展起来的变频调速，比上述两种调速方式效率更高，性能更好，在过去的几十年里变频调速技术发展非常快，从主回路拓扑结构、功率开关器件及驱动到数字信号处理器、控制策略均获得长足的进步；控制对象从异步电机到无刷直流、正弦同步电机、磁阻同步电机到伺服同步电机，变频调速技术的控制性能不断提升，在工业自动化领域起着越来越重要的作用，已渗透到国民经济的各个角落。
能源的有效利用关系到国家经济的可持续性发展，具有非常重要的战略意义。
中国经济目前处在高速增长的阶段，对能源的需求量非常大;但另一方面，能源利用率很低。
根据有关调查研究，我国2003年的电能消耗中，60~70%为动力电；而在总容量高达5.8亿kw的电动机总容量中，却只有不到2000万kw的电动机是采用变频调速控制的。
国家目前大力提倡推广变频调速技术，改造现有落后设备，提高生产、加工过程的效率，降低能源消耗；在过去的几年内中国变频器的市场保持着12％~15％的增长率，这个速度已经远远超过了近几年的gdp增长水平，而且至少在未来的5年内保持着10％以上的增长率。
是与PLC、组态以及控制方法结合产身的效果研究及应用，变频技术必将会随着其他软硬件和控制技术的发展带来更功能和更加广阔前景。
1交流调速技术发展概况电气传动可分为调速和不调速两大类。
按照电动机的类型不同，电气传动又分为直流和交流传动两大类。
直流电气传动和交流电气传动在19世纪就已诞生，但当时的电气传动系统是不调速系统。
由于直流电动机具有良好的起、制动性能，适宜在大范围内平滑调速，所以它在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用，但与此同时，由于直流电机换向困难，还会产生火花，寿命短，要经常维护，价格昂贵等缺点，结构简单、维护方便、运行可靠、价格便宜的交流电机获得人们的青睐，并对交流电机的调速技术进行了深入的研究，随着电力电子技术和控制技术的迅猛发展，高性能交流调速技术发展很快，交流调速系统有逐步取代直流调速系统的趋势。
1.1电力电子器件现代交流调速技术的发展是和电力电子技术的发展分不开的，以电力为对象的电子技术称为电力电子技术。
它是一门利用电力电子器件对电能进行转换、传输的学科，是现代电子学的一个重要分支。
电力电子电路由电力电子器件、变流电路和控制电路组成，其中电力电子器件是基础。
最初的电力电子技术是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科。
后来，随着科学技术的发展，电力电子技术又与现代控制理论、材料力学、电机工程、计算机科学等许多领域密切相关。
目前，电力电子技术成为一门多学科互相渗透的综合性技术学科。
20世纪50年代，电力电子器件主要是汞弧闸流管和大功率电子管。
60年代发展起来的晶闸管，因其工作可靠、寿命长、体积小、开关速度快，而在电力电子电路中得到广泛应用。
70年代初期，已逐步取代了汞弧闸流管。
80年代，普通晶闸管的开关电流已达数千安，能承受的正、反向工作电压达数千伏。
在此基础上，为适应电力电子技术发展的需要，又开发出门极可关断晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管等一系列派生器件，以及单极型MOS 功率场效应晶体管、双极型功率晶体管、静电感应晶闸管、功能组合模块和功率集成电路等新型电力电子器件。
目前，电力电子器件正在向大功率化、高频化、小体积、集成化、智能化、低损耗、易触发、好保护等方向发展。
]3[1.2变流技术电力电子电路以电力电子器件为核心，通过不同的电路拓扑结构和控制方式来实现对电能的变换和控制。
电力变换通常可分为四大类，即交流变直流（AC-DC ）、直流变交流（DC-AC ）、直流变直流（DC-DC ）和交流变交流（AC-AC ），变流电路的基本转换形式如图1-1所示。
整流斩波） （在实际生活中的交流调速系统里，应用最广泛的是交-直-交变频器，它是由AC-DC 、DC-AC 两类基本的变流电路组合而成，先将交流电整流为直流电，再将直流电逆变为交流电，因此这类电路又称为间接交流变流电路]4[。
目前最常用的、发展最快的变频器是脉宽调制（PWM ）型变频器。
1.3变频调速的控制方式变频调速的控制方式经历了V/F 控制、转差频率控制、矢量控制的发展, 前者属于开环控制, 后两者属于闭环控制, 正在发展的是直接转矩控制.1.V/F 控制异步电动机的转速与定子电源频率、极对数有关, 改变频率就可平滑地调节同步转速. 但频率上升或下降可能会引起磁路饱和转矩不足现象，所以在改变频率的同时， 需调节定子电压，使气隙磁通维持不变、电机效率不下降, 这就是V/F 控制. V/F 控制简单, 通用性优良, 但因是开环控制, 调速精度低、范围小，只能用在调速精度和动态响应要求不高的场合。
2.转差频率控制由电机基础知识知, 异步电动机转矩M 与气隙磁通φ、转差频率2f 的关系为： 22f M φ∝只要保持气隙磁通φ一定，控制转差频率2f 就能控制电机转矩，这就是转差频率控制。
