3工作原理研究及仿真实验
3.1 设计方案
在此次设计中是交直交变频调速系统的仿真研究，主要是通过一个具体的交直交变频方案或者自己搭建一个交直交变频的方案来研究交直交变频的基本原理、工作特性、各部分的基本作用及变频调速系统产生的谐波对负载运行的影响。
对交直交变频调速系统进行仿真研究需要从几个模块分别进行研究，例如有降压模块、整流模块、逆变模块、负载模块及测量模块几个部分。其主回路主要有三部分构成：将工频电源变换为直流电源的“整流器”；吸收由整流器和逆变器回路产生的电压脉动的“滤波回路”，也是储能回路；将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。之后利用Matlab/Simulink搭建模型对其输出的波形进行仿真研究，并进行谐波分析，并分析输出谐波对交流电机负载运行的影响。
对交直交变频器的基本原理和基本组成部分进行研究。然后选定合适的电压源，再进行降压，然后通过对整流器的分析研究选定合适的整流方案并进行研究分析，通过对逆变器的研究和分析选定合适的逆变器并选定合适的逆变器搭建方案。其中这些部分的研究要根据负载模块的相关要求来确定，例如：负载的电压、频率等的要求。
接下来要对交直交变频调速系统的基本特性进行研究，并与其他的调速方法作比较说明其优越性，确定其基本的参数。并在前面的理论基础上熟悉和学会在Matlab/Simulink中搭建模型的方法。为后面成功搭建交直交变频调速系统的模型和仿真作准备。
在前面的基础上搭建交直交变频调速系统的仿真模型，并对其中的参数进行设置进行仿真，对整流后的波形，逆变后的波形进行结果分析。
3.2 整流器的工作原理研究及实验
3.2.1 整流器的基本工作原理
在电容滤波器的三相不可控整流电路中，最常用的就是三相桥式结构。考虑电感时电容滤波的三相桥式整流电路原理图如下图所示：
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idTiaVD1VD3VD5ic+iRabcVD4UdRCVD6VD2图3-1（a）考虑电感时电容滤波的三相桥式整流电路
UdY 轴UabUacidoX 轴?t??idoX 轴?t图3-1（b）考虑电感时电容滤波的波形
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该电路中，当某一对二极管导通时，输出直流电压等于交流侧线电压中最大的一个，该线电压既向电容供电，也向负载供电。当没有二极管导通时，由电容向负载供电，ud按指数规律下降。
设二极管在距线电压过零点?角处开始导通，并以二极管VD6和VD1开始同时导通的时刻为时间零点，则线电压为
u而相电压为
ab?6U2sin(?t??) （3-1）
ua?2U2sin(?t????6) （3-2）
在?t?0时，二极管VD6和VD1开始同时导通，直流侧电压等于uab；下一次同时导通的一对管子是VD1和VD2，直流侧电压等于uac。这两段导通过程之间的交替有两种情况，一种是在VD1和VD2同时导通之前VD1和VD6是关断的，交流侧向直流侧的充电电流id是断续的，另一种是VD1一直导通，交替时由VD6导通换相至
VD2导通，id是连续的。介于二者之间的临界情况是，VD6和VD1同时导通的阶段与VD1和VD2同时导通的阶段在?t???2?/3处恰好衔接了起来，id恰好连续。由“电压下降速度相等”的原则，可以确定临界条件。假设在?t???2?/3的时刻“速度相等”恰好发生，则有
12???)]3}d[6U2sin(?t??)]d(?t)2?wt???32??wRC[?t?(d{6U2sine3?d(?t)（3-3）
?t???2?3可得?RC?3,这就是临界条件。?RC?3和?RC?3分别是电流id断续和连续的条件。对一个确定的装置来说，通常只有R是可变的，它的大小反映了负载的轻重。因此可以说，在轻载时直流侧获得的充电电流是断续的，重载时是连续的，分界点就是R?3/(?C)。
3.2.2 整流器部分的实验研究与分析
以上分析的是理想的情况，未考虑实际电路中存在的交流侧电感以及为抑制冲击电流而串联的电感。当考虑上述电感时，电路的工作情况发生变化，其仿真过程如下：
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在实验的运行阶段， 需要对实验进行仿真， 本软件采用自动化领域广泛使用的应用软件 Matlab中的一个软件包 Simulink 作为仿真工具对各种电力电子电路进行仿真。Simulink 是一个结合了框图界面和交互仿真能力的系统级设计和仿真工具， 它拥有非常丰富的模块库，使系统建模像搭建实际电路一样方便。自 MATLAB6.5 版本以后， Simulink 的模块库中又增加了一个电力系统模块集 Power System Blockset， 可用于电力电子系统、 电机系统、 电力传动等领域的仿真和分析，功能十分强大。本软件主要用到的是Simulink 基本模块库和 Power System Blockset 模块集中的模块。
对一个电路的仿真需要分两步完成： 建模和设置参数， 运行仿真。下面以三相桥式不可控整流电路实验为例来介绍仿真的具体实现。 (1) 建模和设置参数：
根据三相桥式全控整流电路的原理图和实验过程中要求观测的波形， 在模型窗口中引入模块并设置参数如下：
1) 从 Electrical Sources 模块库中复制 （用鼠标拖拉）三个交流电压源模块到模 型窗口中。电压设置值为1202V，频率 Frequency值都设置为 60， 相位设置为 0，其它值采用默认值。 具体参数设置如下：
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2) 从Power Electronics模块库中复制一个通用6个diode模块。参数设置为
Ron?0.01,Vf?0.8。
3) 从Elements模块库中复制一个串联 RLC模块，电感参数设置为L?5e?6 。
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