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高频斩波式串级调速系统分析
1 引言
串级调速是一种经典的高效节能调速方案，而高频斩波串级调速系统是在传统串级调速理论基础上，应用现代电机技术、电力电子技术和计算机控制技术的先进成果而产生的新一代高效调速技术。
该技术以控制转子低电压回路进而控制高压电机，以变流转差功率进而控制大功率电机，并以高频斩波器实现PWM 脉宽调制替代传统串级调速系统的逆变角调节，具有控制容量小、控制电压低，调速性能优良和节能效率高、谐波功率小，装置尺寸小，运行条件宽松等优点，在高压大容量电机节能调速上具有突出的优势。
在实际工程设计中，常需进行计算机仿真研究，以获得指导性结论或对工程计算参数进行验证。
在仿真技术中，常采用的数学模型形式有：传递函数、开关函数或状态方程等。
而三相交流异步电机和调速装置中的电力电子器件都是高度非线性系统，用解析方法难以得到详尽的描述。
为此，在MATLAB/Simulink 环境下利用SimPowerSystem 工具箱进行交流电机调速系统的建模和仿真研究。
并且采用封装技术将仿真模型按实际系统的组成结构建立子系统，整个仿真模型结构清晰，而且仿真试验结果表明，该模型能反映实际系统的特性，可信度很高。
2 斩波串级调速系统的工作原理
2.1 系统构成
交流调速系统如
交流电机采用三相绕线式异步电动机。
启动环节由频敏变阻器PF 和接触器1KM 、2KM 、3KM 构成，加设了自动切换的接触器，能减小起动电流，使大型电机平稳起动。
课程设计课程名称电机控制课题名称电机车斩波控制研究专业电气工程及其自动化班级电气学号20100101姓名指导教师谢卫才2013年5月1日摘要长期以来，直流电机以其良好的线性特性、优异的控制性能等特点成为大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制系统的最佳选择。
特别随着计算机在控制领域和高开关频率、全控型第二代电力半导体器件的发展，以及直流斩波调速技术的应用，直流电机得到广泛应用。
目前,市场上用的最多的IGBT直流斩波器,它是属于全控型斩波器，它的主导器件采用国际上先进的电力电子器件IGBT，由门极电压控制，从根本上克服了晶闸管斩波器及GTR 斩波器的缺点。
基于IGBT 的直流斩波控制实现直流电机的调速，与可控硅脉冲调速方式和电阻调速方式相比，具有明显的优点，应用也是十分广泛的。
现代的各行各业中，多数的机械都有调速的要求,直流电机调速系统具有良好的控制特性，得到了广泛的应用。
20世纪80年代，以晶闸管为功率开关器件的斩波调压调速器以其无级、高效、节能而得到大力推广，但晶闸管斩波调速器不中之处是：晶闸管一旦被触发，其关断必须依赖换流电容和换流电感振荡产生反压来实现，增加了装置的成本和换流损耗；电源电压下降还会导致换流失败，使系统的可靠性降低；此外，由于晶闸管的开、关时间比较长，加上存在换流环节，使得斩波器的工作频率不能太高（一般在300以下），电机上的力矩脉动和电流脉动比较严重，并且在深调速下谐波含量很大，电磁兼容装置能够减小谐波对其他敏感设备的影响，但其体积相对较大。
随着现代电力电子技术的发展，以新型自关断电力电子器件为基础的现代直流传动系统可以较好地满足用户对系统提出的高技术要求，尤其在一些大功率、有特殊要求的使用环境，现代直流传动系统有更高的适应性。
国内外已经把直流斩波器广泛地应用在电力牵引机上，例如地铁、电力机车、城市无轨电车、升降机等等。
利用直流斩波器能够比较容易地实现平稳起动，无级调速以及再生制动，电能损耗可大为减少。
