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上海海事大学研究生课程讲义
电力电子与传动系统仿真
谢 卫
(电气自动化系)
2006 年11 月
电力电子与传动系统仿真
目 录
第 1 章 绪论 1
一、仿真的基本概念 1
二、电力电子与传动系统简介4
三、电力电子与传动系统的仿真步骤 8
第2 章 数字仿真的基本方法 —— 状态变量法 9
一、频域和时域的分析 9
二、谐波分析法和状态变量法的比较 10
三、状态变量法介绍 10
四、状态变量法的应用——稳态分析 12
五、状态变量法的应用——动态分析 18
第3 章 电力电子变换器的数学模型及仿真 19
一、电力电子变换器的分类及特点 19
二、变频调速系统的分类及特点 19
三、SPWM 电压型逆变器的数学模型及仿真21
四、基于SIMULINK 的PWM 逆变器通用数学模型24
第4 章 交流电机的数学模型 32
一、三相异步电动机 33
二、三相同步电动机 36
三、永磁同步电动机及坐标变换 39
四、无刷直流电动机44
第5 章 方波电压源供电异步电动机传动系统的稳态仿真(一) 49
一、αβ0/dq0坐标系统中的状态方程49
二、状态方程的求解 51
三、对称系数矩阵 53
四、仿真计算实例 54
- i -
电力电子与传动系统仿真
第6 章 方波电压源供电异步电动机传动系统的稳态仿真(二) 56
一、基本方程 56
二、静止三轴坐标系 57
三、对称边界条件 59
四、仿真计算实例 60
第7 章 电流型逆变器供电异步电动机传动系统的动态仿真 62
一、电流型逆变器的输出电流 62
二、相坐标系统中的状态方程 63
三、仿真计算实例 65
第8 章 电压型逆变器供电同步电动机传动系统的动态仿真 67
一、基于线电压的状态方程 67
二、仿真计算实例 69
第9 章 电压型逆变器供电永磁同步电动机传动系统的动态仿真 71
一、dq0 坐标系统中的状态方程 71
二、状态方程的输入计算 72
三、仿真计算实例 72
第 10 章 无刷直流电动机的动态仿真 75
一、无刷直流电动机的状态方程 75
二、运行模式分析 75
三、单流模式下的相电压分析 77
四、仿真计算实例 77
附录:无刷直流电动机的S-函数 79
参考文献 84
- ii -
电力电子与传动系统仿真
第1章 绪论
一、仿真的基本概念
1.基本定义
仿真又称模拟(Simulation),是用模型来代替实际的系统,该模型与所替代
的实际系统之间存在某些相对应的量,并能在某些范围内重现实际系统的特征。
从一般意义上说,仿真就是指用某种方法反映或再现实际的系统,以便研究其中
的客观规律。
建立模型是系统仿真的基础,其本质是依据系统之间的相似性,在一对系统
之间建立某种对应的关系,从而可以利用模型对实际系统 (原型)进行研究。例
如,图1- 1a 是一个由质量、弹簧和阻尼器组成的机械系统,图1- 1b 是一个由电
阻、电感和电容组成的电气系统。描述这两个系统的微分方程分别为
2
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