三电平逆变器直接转矩控制系统研究

论文摘要

近年来,多电平电压型逆变器已经成为高压变频调速领域的新宠。多电平逆变电路具有输出谐波少、开关频率低等显著优势,非常适合应用于高压大功率的变频调速领域,具有现实的节能意义。直接转矩控制策略以其优良的转矩控制特性,受到了普遍的关注。本文研究的对象正是基于三电平逆变器的异步电动机直接转矩控制系统,文章对直接转矩控制算法在三电平逆变器供电的异步电动机系统中的实现,进行了理论分析、仿真研究以及实验验证。在理解和掌握三电平逆变器和直接转矩控制基本原理的基础上,建立了异步电动机和三电平逆变电路的数学模型,分析了直接转矩控制的几种常用控制算法,依据电压矢量对电机低、高速运行时的不同影响采用了一种简单的低、高速电压矢量选择方案,实现了实时的调速控制。应用MATLAB/SIMULINK软件对系统进行了仿真,通过对仿真系统动静态模式的实验,验证了所提出方案的正确性和有效性。并搭建了一套以二极管箝位式三电平逆变器为基础的变频调速实验平台,其硬件包括:主功率电路,缓冲电路,光电隔离驱动电路,电流、电压采样电路,保护电路等。最后通过熟悉DSP算法,设计了以数字信号处理器TMS320LF2407为核心的控制系统。并通过一系列的实验对原理样机,逆变器控制策略,变频调速等进行了验证,给出了实验波形,同时也证明了系统的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景目的与意义
• 1.1.1 交流调速系统发展及现状
• 1.2 异步电动机调速系统的控制方法
• 1.3 高压大容量逆变器技术简介
• 1.4 多电平逆变器直接转矩控制策略的发展
• 1.5 本论文主要研究工作及内容
• 2 三电平逆变器直接转矩控制的基本原理
• 2.1 三电平逆变器的基本拓扑结构、原理，电压空间矢量和数学模型
• 2.1.1 三电平逆变器的基本拓扑结构、原理
• 2.1.2 三电平逆变器的数学模型
• 2.1.3 三电平逆变器电压空间矢量
• 2.2 三电平供电下异步电动机动态数学模型及坐标变换
• 2.2.1 异步电动机在正交定子坐标系下的数学模型
• 2.2.2 空间矢量的概念和原理及坐标变换
• 2.2.3 三电平逆变器与异步电机之间的关系
• 2.3 三电平逆变器直接转矩控制技术的基本原理
• 2.3.1 定子磁通控制原理
• 2.3.2 电磁转矩控制原理
• 2.3.3 定子磁链和电磁转矩的观测
• 2.3.4 定子磁通和电磁转矩参考值的设定
• 2.3.5 中点电压平衡
• 2.3.6 电压跳幅限制
• 2.4 本章小结
• 3 三电平逆变器直接转矩控制的控制策略
• 3.1 单一矢量法
• 3.2 固定方向合成矢量
• 3.2.1 固定矢量的合成顺序
• 3.2.2 固定合成矢量扇区的合理划分及开关表的建立
• 3.3 三电平逆变器直接转矩控制中无速度传感器的应用
• 3.4 本章小结
• 4 三电平逆变器直接转矩控制系统仿真
• 4.1 三电平直接转矩控制系统仿真基本思路和特点
• 4.1.1 三电平逆变器模型
• 4.1.2 异步电机模型
• 4.1.3 直接转矩控制算法
• 4.1.4 PI参数的选择
• 4.2 仿真结果与分析
• 4.3 本章小结
• 5 三电平逆变器直接转矩控制硬件实验
• 5.1 系统硬件设计
• 5.1.1 整流和滤波电路
• 5.1.2 逆变电路
• 5.1.3 电压、电流检测电路及磁通量计算
• 5.1.4 磁链扇区的判断
• 5.1.5 IGBT驱动电路
• 5.1.6 DSP控制系统简介
• 5.2 系统软件设计
• 5.2.1 软件总体设计
• 5.2.2 应用程序实现
• 5.3 实验结果
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录