矢量变频器在永磁同步电机调速系统中的应用研究

论文摘要

自上个世纪70年代以来,矢量控制技术得到了迅速的发展,其应用于永磁同步电动机控制系统中,使其越来越多的应用到各种工业场合。在某些场合中,永磁同步电动机甚至出现了取代直流电动机控制系统的现象。在永磁同步电机不断得到发展的同时,其存在的问题也逐渐显现出来,如不可逆退磁问题、成本问题、控制问题等。本文通过矢量控制的方法,对永磁同步电机的速度进行调节,并针对电机运行中存在的死区效应问题给出了补偿方法。本文的主要研究内容如下:首先对矢量变频器的结构原理以及控制方式进行了深入的介绍。对变频器的主电路结构中整流器、中间直流电路和逆变器分别做了详细说明。而后又介绍了变频器恒压频比控制、矢量控制以及直接转矩控制,并对各种控制方式进行了分析。针对本文使用的永磁同步电动机,本文讨论了永磁同步电动机的数学模型。其中,给出了在推导过程中需要用到的坐标变换式,并对永磁同步电动机的电压方程、运动方程转矩方程等进行了简单的推导。介绍了永磁同步电动机常用的两种调制策略,并建立了永磁同步电动机调速系统的仿真模型,应用空间电压矢量脉宽调制策略对永磁同步电动机调速系统进行了仿真,证明了该调制策略的有效性。最后则针对调速过程中出现的问题进行了研究。主要着眼于死区补偿策略的研究。文中指出死区效应是逆变器输出电流畸变的根本原因,也是影响永磁同步电动机低速性能的主要因素。针对此问题,本文应用了一种基于电压伏秒面积相等的死区电压时间补偿方法。仿真结果表明,在引入本补偿方法后,电机的定子电流的畸变得到了有效控制,输出转矩以及转速脉动减小,振幅变小,磁链圆跟踪效果改善明显,表明改补偿方法的控制效果优越。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 变频器国内外研究现状
• 1.2.1 变频器的发展
• 1.2.2 变频器控制方式的发展
• 1.2.3 变频器的总体发展趋势
• 1.3 永磁同步电动机的发展概况
• 1.3.1 永磁同步电动机结构及其特点
• 1.3.2 永磁同步电动机控制技术的发展
• 1.3.3 永磁同步电动机死区补偿技术
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 矢量变频器结构及原理分析
• 2.1 矢量变频器拓扑结构
• 2.1.1 矢量变频器主电路拓扑结构
• 2.1.2 矢量变频器控制电路拓扑结构
• 2.2 变频器控制原理分析
• 2.2.1 通用变频器控制原理分析
• 2.2.2 矢量控制变频器在永磁同步电动机中的应用
• 2.3 本章小结
• 第3章 永磁同步电动机数学模型
• 3.1 坐标变换
• 3.1.1 三相静止坐标到两相静止坐标变换
• 3.1.2 两相静止坐标到两相旋转坐标变换
• 3.1.3 三相静止坐标到两相旋转坐标变换
• 3.2 永磁同步电动机数学模型
• 3.2.1 电压方程
• 3.2.2 运动方程和转矩方程
• 3.2.3 状态方程
• 3.3 本章小结
• 第4章 永磁同步电动机调制策略仿真
• 4.1 调制策略分析
• 4.1.1 正弦脉宽（SPWM）调制策略
• 4.1.2 电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）策略
• 4.1.3 永磁同步电动机SPWM 与SVPWM 法的比较
• 4.2 永磁同步电动机SVPWM 调制策略仿真
• 4.2.1 永磁同步电动机控制系统仿真模型
• 4.2.2 系统仿真
• 4.2.3 仿真结果分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 矢量控制永磁同步电动机中死区效应研究
• 5.1 永磁同步电动机控制问题分析
• 5.2 死区补偿技术
• 5.2.1 开关时间和死区引起的误差电压矢量
• 5.2.2 死区效应对逆变器任意一相的影响
• 5.2.3 死区效应对三相总体的影响
• 5.3 矢量变频器驱动永磁同步电动机的死区补偿方法
• 5.3.1 死区时间的确定
• 5.3.2 电流极性判断
• 5.3.3 死区补偿仿真
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢