论文题目: 基于PWM整流器和异步电机直接转矩控制的交流变频动态电力测功机的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 电气工程
作者: 杨家强
导师: 黄进
关键词: 交流变频动态电力测功机,三相整流器,直接转矩控制,异步电机,数字信号处理器,转矩预测控制,模糊控制
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 测功机是电机性能测试台、机械传动测试台、以及发动机性能测试台等试验装置中的核心设备。常用的有电涡流测功机、磁滞测功机、机械测功机、水力测功机等,均是将测试中所产生的能量转化为热能而消耗掉,不仅造成能量浪费,而且还需配置散热设备。本论文在系统阐述各种类型测功机的基本原理和特点的基础上,基于PWM整流技术和异步电机直接转矩控制技术提出了一种新型交流变频动态电力测功机的构成方案,它不仅能将测试中所产生的能量回馈给电网,而且还可用作测功电动机,这是其它型测功机所不具备的。该测功机电机采用交流鼠笼三相异步电机,其结构简单,性能可靠,克服了直流电力测功机存在换向器所带来的低可靠性、噪声等问题。该测功机的变频控制主电路为“交—直—交”结构,为实现高功率因数、能量双向流动和高的动静态性能,采用三相PWM整流控制策略作为前级“交—直”转换控制;对后级的“直—交”采用具有高转矩动态响应性能的直接转矩控制策略来控制,把三相PWM整流技术和异步电机的直接转矩有机结合用于测功机具有较大的工程实用价值。 本文建立了电压型三相PWM整流器的数学模型,采用直流电流控制技术,设计了电压电流双闭环控制的控制器,在dq坐标系下引入了电流状态反馈,同时用电网电压对其进行前馈补偿,实现了对电流的解耦。解耦后电流变成了独立的dq直流分量,不仅在稳态时能够精确地跟踪电流指令,实现无静差,而且动态响应速度快。 采用空间电压矢量定向的PWM整流控制策略,提出了一种便于实现空间电压矢量定向的数字化算法,大大简化了计算。仿真和实验结果说明该控制策略下的三相PWM整流器,其电压和电流都具有良好的响应性能,电流畸变程度小,电压稳定,不仅能实现单位功率因数的PWM整流,而且可实现单位功率因数的能量反向流动。 从异步电机的数学模型出发,深入研究分析了直接转矩控制磁链控制和转矩控制原理,提出了一种较合理的直接转矩控制电压矢量开关状态表。对不同磁链模型下的直接转矩控制进行对比研究,提出了一种适合全速度范围的定子磁链观测u-i-n数字化模型,较好的改善了直接转矩控制系统的性能。 针对常规直接转矩控制系统在低速运行时转矩脉动比较大和电流畸变厉害的问题,在传统直接转矩控制的基础上,提出了一种转矩预测控制策略,预测下一个控制周期所需要的转矩,根据其转矩分配下一个控制周期的电压空间矢量作用时间。实验结果表明该控制策略没有增加系统的复杂程度,在低速时能够在很大程度上减小转矩的脉动,且没有改变传统直接转矩控制良好的动静态性能。 针对传统直接转矩控制Bang-Bang控制器的不足,本文把模糊算法用于直接转矩控制,提出一种全速度模糊模型直接转矩控制策略,用模糊控制器来优化开关表的选择,实验结果表明该方法动态性能好,能在全速度范围内有效地减小转矩脉动,在低速运行时效果更明显,为改善异步电机的直接转矩控制性能,提供个一种切实可行的智能控制方法。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1．1 引言
1．2 各类测功机的基本原理和特点
1．2．1 功率吸收型测功机
1．2．2 功率传递型测功机
1．3 交流异步电机调速技术的发展状况
1．4 三相 PWM整流器的产生发展与现况
1．5 本论文的主要研究内容
本章小结
第二章 交流变频动态电力测功机的基本原理和结构
2．1 交流电力测功机的基本原理
2．1．1 异步方案交流电力测功机的基本原理
2．1．2 同步方案交流电力测功机的基本原理
2．1．3 变频方案交流动态电力测功机的基本原理
2．2 交流变频动态电力测功机的控制策略
2．3 交流变频动态电力测功机的总体结构
2．3．1 智能功率模块(IPM)的特点、驱动和保护
2．3．2 TM5320LF2407 DSP控制器的特点和性能
2．3．3 二阶有源低通滤波电路
2．4 交流侧电感的设计
2．4．1 满足功率指标时的电感设计
2．4．2 满足瞬态电流跟踪指标时的电感设计
2．5 直流侧电容的设计
本章小结
第三章 三相 PWM整流器的控制和实现
3．1 PWM整流器基本原理
3．2 能量双向流的电压型PWM整流器电路拓扑结构
3．2．1 单相半桥和全桥 VSR拓扑结构
3．2．2 三相半桥和全桥 VSR拓扑结构
3．2．3 三电平 VSR拓扑结构
3．3 电压型PWM整流器的数学模型
3．3．1 ABC静止坐标系的低频模型
3．3．2 两相坐标下的低频数学模型
3．3．3 基于开关函数定义的高频通用数学模型
3．3．4 两相dq坐标系的PWM整流器高频数学模型
3．4 电压型PWM整流器的控制策略
3．4．1 间接电流控制
3．4．2 直接电流控制
3．5 电压电流双闭环控制系统的设计
3．5．1 电流内环的设计
3．5．2 电压外环的设计
3．6 空间电压矢量定向的PWM整流实现
3．6．1 PWM整流器的空间电压矢量
3．6．2 空间电压矢量的合成和作用时间的分配
3．6．3 过调制的处理和开关函数的形成
3．7 空间电压矢量定向控制的PWM整流器仿真研究
3．7．1 PWM整流器整流状态下的仿真
3．7．2 PWM整流器逆变状态下的仿真
3．8 空间电压矢量定向控制的PWM整流器实验研究
3．8．1 PWM整流器整流状态下的实验结果
3．8．2 PWM整流器逆变状态下的实验结果
本章小结
第四章 异步电机直接转矩控制和实现
4．1 异步电机直接转矩控制的基本原理
4．1．1 三相异步电机的数学模型
4．1．2 逆变器的数学模型和电压空间矢量
4．2 直接转矩控制系统的基本结构
4．3 直接转矩控制的磁链控制原理
4．4 直接转矩控制的转矩控制原理
4．5 直接转矩控制的电压空间矢量表
4．6 定子磁链观测模型对直接转矩控制(DTC)性能的影响
4．6．1 定子磁链u-i模型
4．6．2 定子磁链i-n模型
4．6．3 定子磁链u-i-n模型
4．7 直接转矩控制转矩脉动及其性能的改进
4．7．1 基于转矩预测控制的直接转矩控制方法
4．7．2 基于模糊逻辑的直接转矩控制方法
4．7．2．1 磁链、转矩和磁链角的模糊化及其隶属度函数
4．7．2．2 模糊控制规则及模糊决策
4．7．2．3 实验结果及其分析
本章小结
第五章 交流变频动态电力测功机的控制和实现
5．1 交流变频动态电力测功机运行状态分析
5．2 交流变频动态电力测功机的数学模型
5．3 交流变频动态电力测功机系统的运动方程
5．4 交流变频动态电力测功机系统的仿真研究
5．4．1 测功机电动状态下的仿真结果
5．4．2 测功机发电状态下的仿真结果
5．5 交流变频动态电力测功机系统的实验研究
5．5．1 测功机电动状态下的实验结果
5．5．2 测功机发电状态下的实验结果
本章小结
第六章 总结和展望
6．1 总结
6．2 进一步研究工作的展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和获奖情况
致谢
发布时间: 2005-07-14
参考文献
- [1].永磁同步电机直接转矩控制及其力矩伺服应用研究[D]. 吕帅帅.西北工业大学2016
- [2].基于磁场定向的感应电机直接转矩控制研究[D]. 宋昌林.西南交通大学2004
- [3].无速度传感器的异步电动机直接转矩控制的研究[D]. 王德明.河海大学2005
- [4].永磁同步电机伺服系统控制策略的研究[D]. 林伟杰.浙江大学2005
- [5].三相感应电机无速度传感器直接转矩控制技术研究[D]. 巫庆辉.大连理工大学2006
- [6].面贴式永磁同步电机直接转矩控制策略研究[D]. 金孟加.浙江大学2006
- [7].高性能永磁同步电机直接转矩控制[D]. 孙丹.浙江大学2004
- [8].PMSM直接转矩控制方法及实验研究[D]. 刘英培.天津大学2010
- [9].交流电机的转矩控制及电动车驱动技术的研究[D]. 吴峻.中国人民解放军国防科学技术大学2000
- [10].七电平PMSM直接转矩控制深潜器电力推进系统的研究[D]. 邱楠.大连海事大学2011
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