三电平变频调速矢量控制系统的研究

论文摘要

变频调速以其优异的起动、调速、制动性能以及节电效果而得到广泛应用,目前低压变频调速技术比较成熟,但由于受到功率器件的制约以及高电压大电流工作环境下绝缘等级的影响,应用此技术在实现大功率、高电压交流传动过程中,产品装置复杂,制作成本高,并且功率因数低,对电网污染严重。因此近年来一些新型大功率逆变器,尤其是多电平逆变器拓扑得到了广泛的研究。多电平逆变器与普通两电平逆变器相比能降低功率器件的电压应力,减少系统谐波含量,改善输出波形质量,提高系统工作电压等级。因此本文在综合多电平逆变器技术的基础上,研究了二极管箝位型三电平逆变器的矢量控制变频调速系统,重点对以下几个方面作了深入的研究。首先介绍了异步电机的数学模型,然后详细分析了空间矢量脉宽调制策略,在此基础上,建立了基于三电平逆变器的异步电机矢量控制系统的仿真模型。通过仿真验证,电机的动、静态性能良好,调速性能优越。磁链观测器的设计是矢量控制的关键。本文通过分析比较各种转子磁链观测器的特点,将状态观测器理论与模型参考自适应理论相结合,应用超稳定性理论,设计了基于转子电阻辨识的磁链观测器,并通过仿真验证,该磁链观测器具有较快的辨识速度和较高的辨识精度。本文分析了转矩转速测量原理,设计了一种基于虚拟仪器的转矩转速测试系统,通过它可方便精确的测量转矩、转速。经实验证明,对电机运行中的动静态特性能够快速测定并以直观的图表形式描述出来,为研究高性能电机控制系统提供了一种直观的测量工具。进行了三电平逆变器矢量控制变频调速系统的实验研究,同时给出实验波形,初步验证了系统的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 多电平逆变器拓扑结构及其调制策略
• 1.2.1 多电平逆变器拓扑结构
• 1.2.2 多电平逆变器调制策略
• 1.3 变频调速系统的控制
• 1.4 多电平变换器在变频调速中的应用
• 1.5 本文的主要研究内容和研究成果
• 第二章 异步电机矢量控制系统仿真
• 2.1 引言
• 2.2 异步电机在二相静止αβ坐标系上的数学模型
• 2.3 三电平逆变器的空间电压矢量模型
• 2.3.1 三电平逆变器的空间电压矢量
• 2.3.2 三电平逆变器空间矢量调制策略
• 2.3.3 基于三电平逆变器的异步电机V/F 控制系统仿真
• 2.4 转子磁场定向矢量控制
• 2.4.1 坐标变换
• 2.4.2 转子磁场定向控制
• 2.5 三电平异步电机矢量控制系统仿真
• 第三章 转子磁链观测器
• 3.1 引言
• 3.2 电压模型法
• 3.3 电流模型法
• 3.4 基于 Luenberger 降维观测器的磁链估计
• 3.4.1 Luenberger 降维观测器基本原理
• 3.4.2 两相静止坐标系下转子磁链的Luenberger 观测器
• 3.5 基于转子电阻辨识的磁链自适应观测器
• 3.5.1 电机参数对矢量控制系统的影响
• 3.5.2 模型参考自适应及超稳定性理论
• 3.5.3 转子电阻辨识
• 3.5.4 自适应转子磁链观测器
• 第四章 转矩转速测试系统
• 4.1 引言
• 4.2 电机转矩转速测试技术
• 4.3 转矩转速测量原理
• 4.3.1 转矩测量原理
• 4.3.2 转速测量原理
• 4.3.3 转矩、转速输出
• 4.4 系统硬件部分
• 4.5 系统软件平台设计
• 4.5.1 数据采集设置部分
• 4.5.2 数据显示部分
• 4.5.3 数据存储读取部分
• 4.6 实验波形
• 第五章 三电平矢量控制变频调速实验系统
• 5.1 引言
• 5.2 系统硬件设计
• 5.2.1 主电路设计
• 5.2.2 控制电路设计
• 5.3 系统软件设计
• 5.4 实验研究
• 第六章 总结与展望
• 6.1 引言
• 6.2 本文完成的主要工作
• 6.3 进一步的工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文