三电平逆变器直接转矩控制系统中PWM算法的研究

论文摘要

近年来，电压型多电平逆变器以其输出电压谐波含量少、开关频率低及dv／dt、di／dt小等优点吸引了各国学者的广泛关注，成为当前研究的热点之一。本文研究的主要内容就是三电平逆变器异步电机直接转矩控制系统PWM算法。论文在深入研究二极管筘位式三电平逆变器基本原理的基础上，建立了异步电动机和三电平逆变电路的数学模型，针对异步电机直接转矩控制和三电平逆变器拓扑的特点，提出了一种新的基于合成矢量的三电平直接转矩控制方法，有效地简化DTC矢量选择，同时还成功实现了对中点电压的控制和输出电压跳变的抑制，而且减小了转矩脉动和磁链脉动。该算法可以有效地将三电平逆变器的PWM控制和异步电动机的DTC控制加以分离，相对独立地实现不同的控制目标，为改善控制性能拓展了空间。采用MATLAB／SIMULINK软件对系统进行了仿真研究，仿真结果表明了所提方案的有效性。最后以TMS320LF2407A数字信号处理器为核心搭建三电平逆变器样机实验平台，编写三电平逆变器直接转矩控制PWM算法控制程序，通过实验验证了所提PWM算法有效性，对电机的控制性能有很好的改善。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 多电平逆变器技术发展
• 1.2.1 传统大功率逆变电路
• 1.2.2 多电平逆变器拓扑综述
• 1.3 PWM控制技术发展
• 1.4 交流调速的发展
• 1.4.1 交流传动的发展简述
• 1.4.2 矢量控制和直接转矩控制（DTC）的简略对比
• 1.5 本课题的主要目的及内容
• 2 三电平逆变器异步电机调速系统的基本原理
• 2.1 三电平逆变器的基本原理和数学模型
• 2.1.1 基本原理
• 2.1.2 空间电压矢量
• 2.1.3 三电平逆变器数学模型
• 2.2 异步电动机的数学模型
• 2.2.1 电压方程
• 2.2.2 坐标变换
• 2.3 三电平直接转矩控制的基本原理
• 2.3.1 磁链控制
• 2.3.2 电磁转矩控制
• 2.3.3 磁链和转矩观测方法
• 3 三电平直接转矩控制系统中PWM算法的研究
• 3.1 三电平直接转矩控制的主要问题
• 3.1.1 中点电位平衡问题
• 3.1.2 电压幅值跳变问题
• 3.1.3 转矩脉动问题
• 3.2 虚拟合成矢量的原理
• 3.2.1 和中矢量相关的虚拟矢量
• 3.2.2 和长矢量相关的虚拟矢量
• 3.3 空间电压矢量表的选择
• 4 系统仿真
• 4.1 MATLAB仿真工具箱简介
• 4.2 仿真模型
• 5 硬件设计方案
• 5.1 12路PWM波发生方案的比较及设计
• 5.1.1 基于TMS320LF2407A DSP+FPGA的实现方案
• 5.1.2 基于TMS320F240 DSP的实现方案
• 5.1.3 基于TMS320LF2407A DSP的实现方案
• 5.2 测速电路的设计
• 5.2.1 基于频压转换的测速电路
• 5.2.2 基于正交编码的测速电路
• 6 系统构成及实验结论
• 6.1 二极管中点箝位型的三电平逆变器主回路及驱动电路
• 6.2 控制电路实现
• 6.2.1 TMS320LF2407A简介
• 6.2.2 DSP外围功能电路及组成
• 6.3 三电平VVVF控制系统及实验结论
• 6.4 控制系统软件设计
• 6.5 实验结论及分析
• 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 在校学习期间所发表的论文
• 在校学习期间所获得的奖励