摘 要

变频调速因性能优越，节电效果好而被广泛的应用于各个场合。目前国内外的低压变频调速技术都比较成熟，但在大功率应用方面还有待研究发展。随着电力电子的发展，一些新型大功率逆变器，尤其是多电平逆变器正在被广泛的研究。多电平逆变器与两电平逆变器相比，谐波含量减少，波形质量提升，更重要的是工作电压等级也提高了很多，正适合应用于大功率传动系统中。在多电平中，三电平性能比最高，因此本文主要研究的是基于三电平逆变器的变频调速仿真。

首先阐述了变频调速及多电平的背景和发展。接着介绍了各个坐标系之间的转换，NPC三电平逆变器的工作原理和结构，并且重点介绍了SVPWM的原理和算法。在此基础上，建立了坐标变换、异步电动机及三电平逆变器等子系统的仿真模型。最后将这些子系统组装重整，构建了基于三电平逆变器的异步机调速系统仿真原理图。通过仿真验证，电机的调速性能非常优越。

关键词：三电平；逆变器；SVPMW；仿真

Abstract

Due to the superior performance and high efficiency ,Frequency Control is widely used in various occasions. Low-voltage inverters at home and abroad are relatively mature technology, but in high-power applications,it has yet to be researched and developed. With the development of power electronics, some of the new high-power inverters, especially multi-level inverters are being extensively studied. Multi-level inverters compared to two-level inverters,they have less harmonic content, better waveform quality, and what is more, their working voltage rating also improved a lot,it is suitable for high-power transmission system. In multi-level inverters ,the three-level inverters are the most used of . Therefore, this article is focus on researching three-level inverter frequency control simulation.

First,it describes the background and development of frequency control and multi-level inverters. Then it introduces the conversion between the various coordinate systems,the structure and working principle of NPC three-level inverters,and focuses on the principle and algorithm of SVPWM .Based on these,I set up many subsystems,such as coordinate transformation, asynchronous motor and three-level inverter, and so on .Finally ,I assemble and install these subsystems ,set up the Simulation schematic.It is provided that the performance of the motor speed is excellent .

Key Words：Three Level；Inverter；SVPWM；Simulation

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第1章 绪论 1

1.1课题背景及意义 1

1.2交流变频调速的现状与发展 1

1.3多电平逆变器的发展 3

1.4设计内容和任务 4

第2章 基于三电平变频器的异步调速系统的总体设计方案 5

2.1电机控制方案的选择 5

2.2三电平主电路拓扑的选择 6

2.3 SVPWM控制技术的选择 8

第3章 基于三电平变频器的异步调速系统的设计 9

3.1坐标变换 9

3.1.1 三相/两相坐标变换（3/2变换） 9

3.1.2 静止两相/旋转正交变换（2s/2r变换） 11

3.2三电平逆变器的结构和工作原理 12

3.2.1三电平逆变器的拓扑结构 12

3.2.2 NPC三电平逆变器的工作原理 13

3.3三电平SVPWM控制策略算法原理 15

3.3.1三电平空间矢量区域的划分和判断 16

3.3.2三电平开关矢量的作用时间计算 17

3.3.4空间电压矢量作用顺序 20

3.4三电平逆变器主电路主要器件的选型 21

3.5主电路参数计算 22

第4章 基于三电平变频器的异步调速系统的仿真及分析 23

4.1三电平逆变器子系统 23

4.1.1仿真模型的设计 23

4.1.2仿真结果分析 29

4.2异步电动机子系统 30

4.2.1异步电动机在αβ坐标系上的状态方程 30

4.2.2异步电动机的仿真及结果 33

4.3转子磁链计算 35

4.3.1转子磁链计算模型 35

4.3.2转子磁链计算的仿真模型 36

4.4坐标变换模块及四个调节器 37

4.4.1坐标变换模块 37

4.4.2四个调节器 37

4.5基于三电平变频器的异步机调速系统仿真 38

第5章 结论 41

参考文献 42

致谢 43

第1章 绪论

1.1课题背景及意义

能源短缺和环境问题是当今世界面对的共同难题，我国近年来也越来越注重能源的合理利用，这是一项长远而紧迫的任务，有利于我国经济的长足发展。电机是能源消耗和节约的最大户，因而本课题从电机方面入手，研究三电平变频器调速的功能和特性，探讨其对于节能的重大意义。

据资料显示，我国的功率传动机械的年耗电量约占工业总耗电量的50%，而若采用调速传动，平均节电率可达到30%-68%，可以节约大量的电能^[1]。