双级矩阵变换器的异步电机直接转矩控制系统研究

论文摘要

直接转矩控制是继矢量控制技术之后出现的交流变频调速技术,它以交流异步电机的转矩为中心进行控制,通过空间矢量调制方法直接在定子静止坐标系中对转矩进行分析和控制。为了实现逆变器开关状态的最优控制效果,采用定子磁场定向的方法,借助于离散的两点式调节器来生成控制开关状态的脉冲调制信号,从而获得转矩的高动态性能。与矢量控制相比它不需要矢量旋转坐标变换以及对复杂的异步电动机数学模型进行简化处理,具有系统结构简单,静态和动态性能良好等优势。双级矩阵变换器是一种具有较好发展前景的新型交-交直接型电力变换装置,相对于传统的交流变换装置其突出的优点有：中间不需要大容量的直流储能器件,换流方式简单可靠,具有良好的输入输出波形,输入功率因数可自由调节等。因此,双级矩阵变换器将在能源、交流变频调速及电气传动领域产生深远的影响。论文主要工作内容：阐述课题的研究意义和研究内容,详细给出直接转矩控制与双级矩阵变换器在交流变频调速领域中的优势以及相关技术的产生和发展背景,分析相关技术的研究现状。分析异步电机直接转矩控制的基本原理,建立异步电机在三相静止坐标系和两相旋转坐标系下的动态数学模型,分析逆变级开关状态的选择、直接转矩控制的基本结构、定子磁链估计模型和基本组成。指出传统矩阵变换器电路拓扑结构不足,在此基础上引入双级矩阵变换器的拓扑结构。从电压空间矢量的角度出发,对双级矩阵变换器的整流级和逆变级分别进行空间矢量调制策略研究,其中整流级采用有零矢量调制策略。对双级矩阵变换器的整流级和逆变级分别进行解析变换,推导出整流级、逆变级和总的开关函数；建立双级矩阵变换器系统的解析模型,根据双级矩阵变换器的空间矢量调制策略建立系统的仿真模型；应用MATLAB软件,对双级矩阵变换器在阻感负载时的输入、输出特性进行仿真,并给出了双级矩阵变换器的三相输入、输出波形,为双级矩阵变换器在异步电机直接转矩控制系统中应用提供理论依据。构建双级矩阵变换器的异步电机直接转矩控制系统,对系统中的整流级和逆变级调制策略分别进行研究,分析系统中的各个仿真单元,并对整个系统进行仿真、研究,证实该系统的正确性与可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 论文选题背景和研究意义
• 1.2 异步电机直接转矩控制的研究现状与发展
• 1.2.1 交流调速技术的发展
• 1.2.2 直接转矩控制的发展与特点
• 1.2.3 直接转矩控制的研究现状
• 1.3 双级矩阵变换器的发展概况
• 1.3.1 传统矩阵变换器的发展概述
• 1.3.2 双级矩阵变换器的特性
• 1.3.3 双级矩阵变换器的国内外发展概述
• 1.4 论文主要研究内容
• 2 双级矩阵变换器调制策略研究
• 2.1 双级矩阵变换器的拓扑结构
• 2.1.1 传统矩阵变换器的拓扑结构
• 2.1.2 双级矩阵变换器的几种典型拓扑结构
• 2.2 双向开关的构成
• 2.3 双级矩阵变换器的空间矢量调制策略
• 2.3.1 整流级有零矢量调制策略
• 2.3.2 逆变级矢量调制策略
• 2.3.3 两级开关的协调控制
• 3 双级矩阵变换器系统的解析变换及仿真
• 3.1 解析变换
• 3.1.1 整流级解析变换
• 3.1.2 逆变级解析变换
• 3.1.3 总解析变换
• 3.2 仿真研究
• 4 异步电机直接转矩控制的基本原理研究
• 4.1 坐标变换
• 4.2 异步电机的动态数学模型
• 4.2.1 异步电机在三相静止坐标系下的数学模型
• 4.2.2 异步电机在两相静止坐标系下的数学模型
• 4.3 逆变器开关状态的选择
• 4.4 空间电压矢量
• 4.4.1 空间电压矢量概念
• 4.4.2 空间电压矢量对定子磁链的作用
• 4.4.3 空间电压矢量对电机转矩的作用
• 4.5 直接转矩控制的基本结构
• 4.6 定子磁链估计
• 4.6.1 u-i模型
• 4.6.2 i-n模型
• 4.6.3 u-n模型
• 4.7 直接转矩控制的基本组成
• 4.7.1 磁链调节
• 4.7.2 转矩调节
• 4.7.3 开关信号选择单元
• 5 双级矩阵变换器的异步电机直接转矩控制系统研究
• 5.1 双级矩阵变换器的异步电机直接转矩控制系统
• 5.1.1 整流级调制策略
• 5.1.2 逆变级调制策略
• 5.2 双级矩阵变换器的异步电机直接转矩控制系统仿真研究
• 5.2.1 系统仿真模型分析
• 5.2.2 仿真结果及分析
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果