双PWM变频控制的研究

论文摘要

针对目前广泛应用交一直一交变频调速系统诸多缺点,研究一种新型双PWM变频调速系统,采用PWM整流器取代了其不可控二极管整流侧,逆变侧采用矢量变频控制。双PWM系统不仅能使直流电压在一定范围内可调,而且使整流器的交流侧电流正弦化,实现单位功率因数运行,并能使电能双相传输。在双PWM系统逆变侧的研究中,介绍了异步电动机变频调速系统的几种控制方案,并分析了异步电机在不同坐标系下的数学模型。重点阐述了矢量变频控制基本原理及转子磁场定向矢量控制方法。最后介绍PWM逆变侧的数学模型。PWM整流部分是本课题研究重点。分析了PWM整流电路的拓扑结构,沿用逆变侧的矢量控制思想研究其数学模型,比较了三相电压型PWM整流器的两种电流控制方法:间接电流控制和直接电流控制。采用直接电流控制,构造电压外环和电流内环的双闭环控制系统,对采样的三相输入电流瞬时值,采用“等功率”方法进行3s/2r变换,得到网侧的有功电流和无功电流,直接控制网侧电流的相位和幅值。在双PWM变频调速系统中整流侧和逆变侧都采用SVPWM控制技术,由于两侧结构相似,以逆变侧为例,分析SVPWM的原理和控制方式。在以上理论分析的基础上,利用两个交流变频器组成双PWM变频调速系统进行实验研究,在此基础上拍摄不同运行模式下的输入电压、输入电流和输出电流的试验波形,并对实验结果进行了分析说明,证明了设计的准确性与有效性,并应用于挖掘机全数字电气控制系统中,效果显著。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 背景介绍
• 1.2 常用变频调速系统的问题分析
• 1.2.1 整流侧不可控变频器
• 1.2.2 整流侧可控变频器
• 1.2.3 双PWM 变频器
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 论文的主要工作
• 第二章 电压型PWM 逆变器
• 2.1 变频调速基本理论
• 2.2 交流异步电机的数学模型
• 2.2.1 异步电机在三相静止坐标系下的数学模型
• 2.2.2 异步电机在两相静止坐标系下的数学模型
• 2.2.3 异步电机在两相旋转坐标系下的数学模型
• 2.3 交流电机的矢量控制
• 2.3.1 矢量控制的基本思想
• 2.3.2 转子磁场定向矢量控制
• 2.4 PWM 逆变器的基本模型
• 2.5 本章小结
• 第三章 电压型PWM 整流器（VSR）
• 3.1 三相VSR 一般数学模型
• 3.2 三相VSRdq 模型的建立
• 3.2.1 三相物理量的通用矢量描叙
• 3.2.2 “等功率”正交坐标变换
• 3.3 三相VSR 控制系统设计
• 3.3.1 间接电流控制法
• 3.3.2 直接电流控制法
• 3.4 三相VSR 双闭环控制系统设计
• 3.4.1 电流内环的设计
• 3.4.2 电压外环的设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）控制
• 4.1 电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）基本原理
• 4.2 电压空间矢量的合成
• 4.3 本章小结
• 第五章 双PWM 变频控制系统的实验结果分析及结论
• 5.1 双PWM 变频系统拓扑结构
• 5.2 实验波形及分析
• 5.3 实际应用
• 5.4 本章小结
• 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 附图1 双PWM 在挖掘机全数字电气控制系统的应用