MATLAB在地铁变频器制动装置中的应用

目   录
摘  要     Ⅰ
Abstract    Ⅱ
第1章  绪论    1
1.1 地铁变频器发展现状    2
1.2 课题来源及主要研究内容    3
1.2.1 课题来源    3
1.2.2 主要研究内容    3
1.3 计算机仿真技术    3
1.3.1 计算机仿真技术发展现状    3
1.3.2 电力电子仿真技术研究现状    4
1.3.3 常用的各种电路仿真软件    4
1.3.4 MATLAB仿真软件    5
1.4 本论文研究背景及意义    5
第2章  三相电压型变频器的控制原理    7
2.1 概述    7
2.2 三相电压型变频器的结构原理    7
2.2.1 变频器的基本构成    7
2.2.2 变频调速的基本控制方式    9
2.3 变频器的内部电路图设计    11
2.4 IGBT的驱动电路    12
2.4.1 IGBT简介    12
2.4.2 IGBT的驱动要求和条件    12
2.4.3 IGBT的驱动方法    13
第3章  整流与逆变电路分析    15
3.1 整流电路    15
3.2 逆变电路    15
3.2.1 换流方式    16
3.2.2 电压型逆变电路及工作原理    17
第4章  系统主电路设计    18
4.1 选择变频器    18
4.1.1 选择变频器品牌型号    18
4.1.2 选择变频器规格    19
4.2 输入输出电路主体功能设计    20
4.2.1 保护功能设计    20
4.2.2 电源控制及切换功能设计    23
4.3 主电路抗干扰措施    25
4.3.1 干扰的类型及危害    25
4.3.2 抗干扰的具体措施    27
4.4 制动电路的设计    28
4.4.1 能耗制动电阻的选择    29
4.4.2 能耗制动电路设计图    31
4.4.3 地铁变频器制动电路仿真参数的选值    32
第5章  应用MTALAB对地铁变频器能耗装置的仿真    34
5.1 引言    34
5.2 仿真电路图及仿真结果    34
5.2.1 三相电压型变频器仿真电路    34
5.2.2 制动部分整体仿真电路    35
5.3 仿真分析    40
结束语    41
参考文献    42
致    谢    43
附    图    44
 
  MATLAB在地铁变频器制动装置中的应用
摘 要：本文致力于地铁变频器制动装置的研究分析，主要目的是为了实现变频器调速时对电机回馈能量的消耗，采用电阻制动的方法设计出主电路图。 
结合变频器领域的应用情况详细介绍当前我国变频器的现状，其研究背景及意义；随着大功率半导体技术的发展，尤其是IGBT器件的出现，变频器的研究和生产进入一个新的水平。结合当今计算机仿真技术，尤其是电力电子仿真技术，利用MATLAB软件实现地铁变频器制动能消耗装置的仿真，为产业化提供了理论依据。
仿真结果表明，本文通过对变频器制动装置电阻耗能部分的设计使其达到节能和保护的效果。
关键词：地铁变频器；电阻制动；IGBT ；MATLAB

 
The Application of MATLAB In the Subway Frequency Converter Arresting Gear
Abstract：This article devotes to the subway frequency changer arresting gear research analysis, the main goal is for realize the frequency changer modulates velocity when to the electrical machinery back coupling energy consumption, uses resistance braking the methods design main circuit chart. 
Union frequency changer domain application situation detailed introduction current our country frequency changer present situation, its research background and significance; Along with the high efficiency semiconductor technology development, in particular the IGBT component appearance, the frequency changer research and the production enters a new level. The union modern computer simulation technology, the electric power electron simulation technology, uses the MATLAB software realization subway frequency changer system kinetic energy consumption installment in particular the simulation, provides the theory basis for the industrial production.
The experimental result indicated that, this article through consumes energy the partial designs to the frequency changer arresting gear resistance to enable it to achieve the energy conservation the protection effect.
Keywords: Subway Frequency;Changer Resistance Braking;IGBT;MATLAB

 
第1章  绪论
变频器技术随着电子学，电力电子技术，电子计算机，自动控制理论等的发展已经进入一个崭新的时代，其应用也相应地进入一个高潮。其发展趋势是小型化、轻量化，同时对装置的效率和电磁兼容性也提出的更高的要求。电力电子技术经过半个多世纪的发展，目前己形成比较完整的学科体系和理论尤其是近年来电力电子变换技术更是日新月异，为人类的物质文明进步发挥着越来越重要的作用。如今电力电子变换技术正继续朝着高频化、大容量化、高性能化方向发展。
    目前我国的变频器生产大多处于仿制阶段，存在着功率密度低等问题，目前尚不能自行研制系列产品，单相变频器由于有其电路上的特点，还更有其特殊性，有不少问题有待于解决。[18]
    在研制变频器等电力电子变换装置及其控制系统时，涉及到自动控制理论、PWM变换方式和电力电子器件的开关过程等间题，需要完成建立控制对象的数学模型并使之线性化，确定拓扑结构、拟定控制策略、设计调节器和选择元器件参数等具体的工作，受主客观条件的限制，这些事往往费时费力。用计算机仿真可以方便而且直观地解决这一问题，因此能够大大地缩短研制时间。
用MATLAB语言根据电力电子器件的开关原理，PWM调制方式的动作过程和自动控制理论，结合具体的电路拓扑结构并基于多信息融合思想，构建计算机仿真方案，再通过分析比较仿真波形、仪表的显示结果和存储示波器的记录，检验数学模型、电路拓扑结构、调节器方式和主要元器件参数是否正确，修改设计方案，逐步达到预期的目的，收到了事半功倍的效果。对于目前广泛采用的电力电子器件IGBT来说，由于在其仿真模型中，有些必要参数，器件生产厂家并不提供，所以用仿真来研究其开关过程不是一件容易的事把它包含于PWM变频器控制系统中实现起来就更困难。在研制使用单相精密电压型变频器的交流系统控制时，由于研究对象是变频器及其控制系统，而不是IGBT的开关过程，有条件地把IGBT当作理想开关，不考虑快恢复二极管的反向恢复特性，将由四个IGBT和四个快恢复二极管组成的两个桥臂当作一个Subsystem来对待，收到了较好的效果。本文研究的电压型变频器拓扑结构为PWM单相桥式，作者在推导出控制系统的状态方程之后，用MATLAB中的SUMLINK工具箱对控制系统进行仿真，从而确定了系统的控制框图、滤波器和调节器参数，最后对仿真确定的系统进行了实物实验。实验波形与仿真波形基本吻合，验证了仿真的可信性。[5]