基于DSP的交直交可逆变频调速系统及其实现研究

论文摘要

? ?随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展,交流变频调速技术得到了迅速发展,其显著的节能效益,高精确的调速精度,宽泛的调速范围,完善的保护功能,得到了广大用户的认可,但由于变频器供电侧电流中会含有谐波,这些谐波电流注入电网后将对电网的电能质量产生不利影响,而其逆变输出侧产生的高次谐波也会给电动机带来转矩脉动及噪声等问题,甚至造成电机损坏。双PWM变频器是在一般通用变频器的基础上引进了PWM整流的能量变换装置。该装置能够提高电能的利用率,把由电动机产生的再生能源回馈到交流电网,并且能提高装置的功率因数,减少对电网的谐波污染。由于PWM整流,变频器中间直流环节的电压能保持稳定,提高了逆变器的调速性能。本文首先分析了PWM整流、逆变电路的拓扑结构、工作原理及数学模型,并以此为依据,优选出实用而且便于数字实现的控制方法。接着分析和研究了异步交流电动机,在建立其数学模型和等值电路的基础上,研究其有功功率关系和无功功率关系,基于对传统联合控制策略的分析,推导了双PWM变换器的一种新颖的联合控制策略,并且研究了SVPWM技术在交流电动机变频调速系统中的应用。在这些理论分析的基础上,设计了双PWM变频调速系统装置,采用TI公司TMS320F2812 DSP芯片作为主控制器,配合功率模块驱动、保护、信号处理、电源等外围电路配合主电路完成对异步电机调速系统的控制。随后用Orcad/PSpice及Matlab等仿真软件对各个电路系统进行建模仿真试验,验证控制策略。最后对整体设计电路进行实验研究,得出实验结果。本文的实验研究成果为进一步研究和开发双PWM变频调速系统提供了实用价值。?

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 背景介绍
• 1.2 交流调速技术的发展
• 1.3 国内外研究现状综述
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 电压型PWM 整流器的拓扑建模及控制
• 2.1 PWM 整流器的分类及拓扑结构
• 2.1.1 PWM 整流器分类
• 2.1.2 电压型PWM 整流器拓扑结构
• 2.1.3 电流型PWM 整流器拓扑结构
• 2.2 电压型PWM 整流器的数学模型
• 2.2.1 电压型PWM 整流器在ABC 坐标系统下的数学模型
• 2.2.2 两相静止坐标系α、β下的数学模型
• 2.2.3 两相旋转坐标系dq 下的数学模型
• 2.3 三相电压型PWM 整流器在d,q 标系中的解耦方法
• 2.3.1 电压前馈解耦
• 2.3.2 电流反馈解耦
• 第三章 三相异步电机及空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）技术原理
• 3.1 变频调速基本理论
• 3.2 异步交流电机的数学模型
• 3.2.1 异步电机在ABC 坐标系下的数学模型
• 3.2.2 异步电机在两相静止坐标系下的数学模型
• 3.2.3 异步电机在两相旋转坐标系下的数学模型
• 3.3 双PWM 变频调速系统的工作原理
• 3.4 基于电流前馈的双PWM 联合控制
• 3.5 空间矢量调制（SVPWM）技术
• 3.5.1 PWM 技术概述
• 3.5.2 SVPWM 控制原理
• 第四章 系统总体结构与硬件实现
• 4.1 硬件总体电路设计
• 4.2 主电路器件参数选择
• 4.2.1 交流侧电感的设计
• 4.2.2 直流侧电容的设计
• 4.2.3 功率开关器件的选择
• 4.3 TMS320F2812 控制器
• 4.3.1 TMS320F2812 的体系结构
• 4.3.2 存储器
• 4.3.3 优化的事件管理器模块
• 4.4 系统控制信号处理电路
• 4.4.1 电压隔离采样电路设计
• 4.4.2 同步电路设计
• 4.4.3 电流隔离采样电路设计
• 4.4.4 转速检测电路的设计
• 4.4.5 硬件保护电路
• 4.4.6 IPM 驱动隔离电路设计
• 第五章 双PWM 系统MATLAB 仿真
• 5.1 电压型SVPWM 算法仿真
• 5.2 网侧VSR 的仿真分析
• 5.3 电机控制仿真分析
• 第六章 实验结果及分析
• 6.1 设计要求
• 6.2 试验结果及其分析
• 6.2.1 子电路的调试
• 6.2.2 电机稳态运行时的试验波形
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文