一、选题的目的和意义

随着人类的发展，科技的进步，能源的需求迫在眉睫。电能是一种很具弹性的能量形式，能够适用于日以剧增，多不盛举的用途。然而在20世纪90年代我国能源综合利用效率仅为38%，如今中国国民经济的发展对能源需求越来越大，”电荒”问题凸现。据统计，2004年中国拉闸限电的省份由上年的21个扩大到24个，专家认为，除了电能建设不足，国内普遍存在的电能利用效率低下也成为形成”电荒”的重要原因。据重庆大学一个专题研究表明，中国电网综合损失率为10％左右，而发达国家平均在6％左右。由于电网综合损失率较高和终端用户环节的电效低，中国每年因电能利用效率低下共造成电力浪费约2000亿千瓦时。因此我国有必要提高能源利用效率。电机是能源消耗大户之一，而随着交流调速的发展电机节能技术中最令人瞩目的便是电机变频调速技术。变频调速技术以其优良的调速效果，显著的节能效果，广泛的适用性成为当今改善环境并推进节电技术进步的重要手段。我国变频调速技术研究虽非常活跃，但产品化却不是十分理想外国产品几乎占据了我国变频调速技术市场的60%。从总体上看，我国变频传动的技术水平较国际先进水平差距10多年。在大功率交一交、无换向器电机等变频技术方面，国内只有少数科研单位有能力制造，但在数字化及系统可靠性方面与国外还有相当差距。为了缩短此差距，发挥变频器传动本身的优势，使之应用于社会生产的各个领域，我们应当加紧对此的研究。因此，本论文通过对SPWM变频调速的研究，对于交流变频调速系统理论的应用，有着实际的意义和一定的应用价值。

二、国内外研究现状简述

交流调速技术诞生于 19 世纪，但由于其性能无法与直流调速技术相比，所以过去的直流调速系统一直在电气传动领域中占统治地位。随着生产技术的不断发展，直流拖动的薄弱环节显示出来：维护工作量大，单机容量、最高转速以及使用环境受限制。人们转向结构简单、运行可靠、便于维护的异步电机。在 20 世纪50年代末晶闸管研制成功，但需强迫换相电路，直到70年代产生全控型期间，它不再需要强迫换相电路，使逆变器结构简单紧凑。大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，为现代交流调速技术的发展创造了有利条件，促进了各种类型的交流调速系统的飞速发展。

进入90年代，通用变频器以其优异的控制性能，在调速领域独树一帜，并在工业领域及家电产品中得到迅速推广。此外，变频技术和变频器制造己经从一般意义的拖动技术中分离出来，成为世界各国在工业自动化和机电一体化领域中争强占先的阵地，各发达国家更是在该技术领域注入了极大的人力、物力、财力，使之目前己经进入了高新技术行业。就变频技术而言，目前日本、美国及法国、荷兰、丹麦等国家可以说是齐头并进，不分伯仲。由于这些国家、地区的工业基础好、制造业发达、开发生产能力强，所以他们生产的变频器适应范围广，生产己经初具规模变频器应用普及率在85%以上。

在21世纪的今天，电力电子器件的基片已从Si（硅）变换为SiC（碳化硅）,使电力电子新元件具有耐高压、低功耗、耐高温的优点；并制造出体积小、容量大的驱动装置永久磁铁电动机也正在开发研制之中。随着IT技术的迅速普及，以及人类思维理念的改变，变频器相关技术的发展迅速，未来主要朝以下几个方面发展：1.网络智能化2.专门化和一体化3.环保无公害4.适应新能源。

现代交流调速技术中电力电子技术的应用主要受到以下几方面的限制：1.电力电子器件的性能2.电力电子技术的控制策略和控制手段3.电力变换器的结构4.电力电子器件的价格。正是由于现代交流调速技术发展的要求促使电力电子器件从不可控到可控，从低电压等级发展到高电压等级，也促使了各种控制理论 在该领域的运用和发展及各种新型变换器的产生。随着交流调速的不断发展，对电力电子器件的要求越来越高，必然会产生越来越多新型的电力电子器件，以适应系统的集成化、高频化、数字化、智能化等一系列要求。近10多年来各国学者致力于无速度传感器控制系统的研究，利用检测定子电压、电流等容易测量的物理量进行速度估算以取代速度传感器。其关键在于在线获取速度信息，在保证较高控制精度的同时，满足实时控制要求。无传感控制技术不需要硬件检测，也免去了传感器带来的环境适应性、安装维护麻烦等，提高了系统可靠性降低了成本。随着现代控制理论的发展各种新的控制策略正在不断涌现，必将进一步推动交流调速技术的发展。

三、相关软件、工具

随着现代控制理论的发展和计算机技术的应用，变频技术的更新换代，新的控制策略不断涌现，使得现代交流调速技术得到迅猛发展。近年来计算机仿真技术在各行各业得到了广泛的应用，它具有高效、安全、受环境条件的约束较少等优点，尤其是针对复杂系统有很好的效果，已成为分析、设计、运行、评价的重要工具。随着一些大型的高性能的计算机仿真软件的出现，实现交流调速系统的实时仿真可以较容易地实现。如：MATLAB软件已经能够在计算机中全过程地仿真交流调速系统的整个过程。 MATLAB语言非常适合于交流调速领域内的仿真及研究，能够为某些问题的解决带来极大的方便并能显著提高工作效率。MATLAB 图形化仿真功能是基于Simulink环境下进行，Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂设计的管理；图形化的调试器和剖析器来检查仿真结果，诊断设计的性能和异常行为；可访问MATLAB从而对结果进行分析与可视化，定制建模环境，定义信号参数和测试数据等特点。用户可以通过MATLAB主窗口的快捷按钮来打开Simulink Library Browser窗口。在操作时用鼠标拖放元件然后设定元件参数，最后连线进行仿真研究。