两相异步电机变频调速系统的研究

论文摘要

交流变频调速技术以其优越的起动、制动和调速性能得到了越来越广泛的关注,并已经在三相感应电机调速领域获得了成熟的应用。作为交流感应电机的一种,单相异步电机由于其牢固耐用、结构简单、成本低廉、维修方便等优点,从而广泛应用在家用电器、小功率机床、汽车电器等方面,是世界上应用最广泛的电机之一。由于全球性的能源紧张,如何提高单相电机的调速性能,以节约能源和减少对电网的谐波污染,已经成为当今研究的热点之一。同时,由于单相电机能在没有三相电的环境中使用,应用面广,且成本低廉,在一些小功率高性能调速场合使用,可以有效的减少系统成本。传统的带有分相电容的单相电机,由于运行电容的影响,在非额定情况下,其调速性能受到很大的影响,所以去除电容,将单相异步电机变为两相异步电机,并使它与电力电子技术相结合,进行变频调速技术的研究是当今的主流。本文通过大量的资料和文献阅读,从两相逆变器拓扑、逆变器控制策略和电机控制方法三个方面概括性的描述了当今的研究现状。通过比较其各自的优缺点确定本课题的主要研究内容:采用两相三桥臂逆变器拓扑,运用SVPWM和磁场定向控制策略。两相电机与三相电机的最大不同之处就在于其定子绕组的不对称性,由于这个原因,无论在逆变器的SVPWM控制还是磁场定向控制,两相电机都与三相电机有不同之处,所以本文运用MATLAB/SIMULINK工具箱建立了两相不对称交流感应电机矢量控制调速系统的仿真模型;介绍了两相不对称电机矢量控制的基本原理和两相三桥臂逆变器的SVPWM工作原理。对两相不对称电机矢量控制调速系统进行仿真研究,给出了电机矢量控制调速的仿真实验波形。建立起了逆变器-两相异步电机变频调速实验平台,对两相三桥臂逆变器的SVPWM控制策略和两相电机的V/F控制和转子磁场定向控制进行原理研究,并给出部分实验结果,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 单相电机的应用现状
• 1.2 传统单相电机的种类
• 1.2.1 电阻起动单相异步电机
• 1.2.2 电容起动单相异步电动机
• 1.2.3 电容运转单相异步电动机
• 1.2.4 电容起动和运转单相异步电动机
• 1.2.5 罩极式单相异步电动机
• 1.3 传统单相异步电机调速方法
• 1.3.1 调压调速
• 1.3.2 变极调速
• 1.4 变频调速技术的发展
• 1.5 两相电机变频调速技术的意义及其发展
• 1.5.1 单相电机变频调速的优势
• 1.5.2 两相电机变频调速的发展趋势
• 1.6 本文的主要工作
• 第二章 两相电机变频调速技术
• 2.1 两相电机变频器结构的研究
• 2.1.1 电容中点H 型逆变器
• 2.1.2 电源中点H 型逆变器
• 2.1.3 全桥逆变器
• 2.1.4 两相三桥臂逆变器
• 2.1.5 几种电路结构的比较
• 2.2 两相电机逆变器控制策略的研究
• 2.2.1 电压正弦PWM 控制方法
• 2.2.2 空间电压矢量控制（SVPWM）
• 2.2.3 几种控制方法的比较
• 2.4 两相电机控制技术的研究
• 2.5 小结
• 第三章 两相电机变频调速系统的建模及仿真
• 3.1 引言
• 3.2 两相电机数学模型和磁场理论
• 3.2.1 两相电机系统基本模型
• 3.2.2 两相电机绕组磁场理论
• 3.3 两相三桥臂逆变器SVPWM 控制建模及仿真分析
• 3.3.1 两相三桥臂逆变器SVPWM 控制理论
• 3.3.2 两相三桥臂逆变器SVPWM 控制仿真波形
• 3.4 两相电机矢量控制系统方法的原理及仿真分析
• 3.4.1 两相异步电机矢量控制原理
• 3.4.2 转子磁链观测器
• 3.4.3 仿真实验结果分析
• 3.5 小结
• 第四章 两相不对称异步电机变频调速系统硬件设计
• 4.1 引言
• 4.2 主电路设计
• 4.2.1 整流电路的计算选取
• 4.2.2 功率逆变电路的设计
• 4.2.3 电容充电缓冲电路设计
• 4.3 数字控制系统介绍
• 4.3.1 dsPIC30F4011 的特点
• 4.3.2 电机控制PWM 模块
• 4.3.3 正交编码器接口模块
• 4.3.4 A/D 转换模块
• 4.4 系统检测电路的设计
• 4.4.1 转速检测电路设计
• 4.4.2 电流检测电路设计
• 4.5 其他外围电路设计
• 4.5.1 通信电路设计
• 4.5.2 D/A 转换电路设计
• 4.5.3 人机界面设计
• 第五章 VVVF 变频调速软件设计及研究实验
• 5.1 VVVF 控制系统软件设计
• 5.1.1 VVVF 控制策略的实现
• 5.1.2 VVVF 控制软件主程序
• 5.1.3 PWM 错误中断程序
• 5.1.4 PWM 周期中断程序
• 5.1.5 QEI 中断程序
• 5.1.6 A/D 转换中断程序
• 5.2 实验结果与波形
• 第六章 转子磁场定向控制系统软件设计
• 6.1 PI 控制器的设计及软件实现
• 6.2 磁链观测器设计及流程图
• 6.2.1 励磁电流计算
• 6.2.2 磁链角度计算
• 6.2.3 程序实现流程图
• 6.3 坐标变换
• 6.4 主程序及中断程序流程图
• 6.5 小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文完成的主要工作
• 7.2 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