单相异步电机变频调速控制策略的研究

论文摘要

单相异步电机具有结构简单、维护方便、成本低等优点,在家电领域和中小功率工业应用场合有着广泛的应用。传统的单相电机多采用调压、变极以及压频比变频方案进行调速,这些调速方案性能差、效率低、调速范围小。随着世界范围内能源紧张,节能降耗、环境保护已经提上议事日程,对单相电机的调速性能也提出了更高要求。在此背景下,将新型变频方案应用于单相电机的调速系统便成为人们关注的研究内容。矢量控制和直接转矩控制是当前在三相交流电机高性能变频调速系统中得到广泛应用的两种成熟方案。但有关将这两种方案应用于单相异步电机的研究尚处于过程中。本文对单相电机矢量控制和直接转矩控制的调速方案进行了深入研究,内容包括：(1)单相电机供电变流器的选取：本文以两相三桥臂逆变器以及单相半桥PWM整流器作为单相电机供电变流器。(2)关于单相电机矢量控制的调速方案：本文以定子两相为不对称绕组的单相电机作为研究对象。根据单相电机的数学模型,借助于坐标变换和磁场定向,获得了定子电流的解耦控制,即通过定子电流的励磁分量来控制磁通,利用定子电流的转矩分量来控制电磁转矩。由此建立了转子磁链定向的矢量控制调速系统。仿真研究表明：矢量控制具有动态性能高、系统响应快、调速范围广等优点。缺点是：计算复杂和转子磁链的观测易受转子参数的影响。(3)关于单相电机直接转矩控制的调速方案：直接转矩控制摒弃了矢量控制中用到的解耦控制思想,强调对磁链和转矩进行直接控制。通过选择最佳的作用电压矢量,将磁链和转矩限制在各自相应的滞环带内,从而得到快速的转矩响应,较低的开关频率和较小的开关损耗。仿真研究表明：直接转矩控制具有响应快,计算简单,鲁棒性好等特点。直接转矩控制方案的缺点是：开关频率不恒定,转矩存在脉动,低速时定子磁链计算的准确度差。本文最后对单相电机矢量控制和直接转矩控制两种调速方案进行了对比分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 单相电机的一般调速方法
• 1.2.1 调压调速
• 1.2.2 变极调速
• 1.2.3 变频调速
• 1.3 单相电机供电变流器的拓扑结构及调制技术
• 1.3.1 单相电机供电逆变器的拓扑结构
• 1.3.2 单相电机供电逆变器的调制技术
• 1.3.3 单相电机供电变流器网侧整流器的拓扑结构
• 1.3.4 单相电机供电变流器网侧整流器的调制技术
• 1.4 主要研究内容
• 1.5 章节安排
• 1.6 本章小结
• 第二章 单相电机数学模型及其供电变流器的调制方案
• 2.1 单相电机的数学模型
• 2.2 两相三桥臂逆变器的SVPWM调制方案
• 2.3 单相半桥PWM整流器的滞环电流调制方案
• 2.4 本章小结
• 第三章 单相电机矢量控制的调速系统
• 3.1 单相电机矢量控制原理
• 3.1.1 按转子磁链定向的矢量控制方程及其解耦作用
• 3.1.2 转子磁链观测模型
• 3.2 单相电机转子磁链定向的矢量控制调速系统的组成
• 3.3 单相电机转子磁链定向的矢量控制调速系统的仿真分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 单相电机的直接转矩控制调速系统的分析
• 4.1 单相电机的直接转矩控制原理
• 4.2 单相电机直接转矩控制调速系统的组成
• 4.2.1 单相电机直接转矩控制调速系统的组成
• 4.2.2 电压矢量开关表的选择
• 4.2.3 定子磁链观测器
• 4.3 单相电机直接转矩控制调速系统的仿真分析
• 4.4 单相电机矢量控制方案和直接转矩控制方案的对比
• 4.5 本章小结
• 第五章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表