基于固定合成矢量三电平异步电机DTC系统研究

论文摘要

多电平逆变器具有对开关器件耐压要求低,输出谐波含量小,电压利用率高等优点,成为高压大功率变频调速领域的重点研究对象。二极管钳位型三电平逆变器又是其中研究最多的一种多电平拓扑结构。直接转矩控制(DTC)技术作为继磁场定向控制之后发展起来的又一项先进交流电机调速技术,以其控制简单、鲁棒性强、动态性能好等优点,得到了越来越广泛的研究和应用。本文针对二极管钳位型三电平逆变器异步电机直接转矩控制系统作了进一步研究。本文建立了三电平逆变器与异步电机的数学模型,获得了二极管钳位型三电平逆变器中点电位波动与输出电流的内在联系;介绍了异步电机直接转矩控制的基本原理以及直接转矩控制的发展方向;分析了三电平逆变器用于异步电机控制应优先解决的问题;最后,研究了一种基于固定合成矢量三电平逆变器直接转矩控制改进型方案。通过对改进后的方案进行仿真研究,论证了控制方案的合理性与可行性。三电平逆变器异步电机直接转矩控制变频调速系统中速度闭环是必不可少的。采用无速度传感器技术是发展的必然趋势,本文在高性能定子磁链观测器的基础上,设计了两种速度估计算法。通过仿真,验证了方案的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的依据与意义
• 1.2 多电平逆变器现状
• 1.3 直接转矩控制
• 1.4 本文研究的主要内容
• 2 三电平逆变器异步电机变频调速系统数学模型
• 2.1 二极管钳位型三电平逆变器
• 2.1.1 二极管钳位型三电平逆变器拓朴结构
• 2.1.2 三电平逆变器数学模型
• 2.1.3 中点电位波动分析
• 2.2 异步电机数学模型
• 2.2.1 定转子静止三相和静止两相坐标系统
• 2.2.2 两相正交公共坐标系统
• 2.2.3 定转子静止三相坐标系统电压和磁链方程
• 2.2.4 坐标变换和变换矩阵
• 2.3 磁场定向控制
• 2.3.1 定子磁场定向控制及其数学模型
• 2.4 本章小节
• 3 直接转矩控制
• 3.1 直接转矩控制
• 3.1.1 磁链和转矩控制的手段
• 3.1.2 直接转矩控制结构方案
• 3.2 三相两电平电压型逆变器
• 3.2.1 三相两电平电压型逆变器
• 3.2.2 定子磁链矢端轨迹
• 3.3 基本直接转矩控制方法
• 3.3.1 转矩磁链滞环比较器
• 3.3.2 定子电压空间矢量的选择
• 3.4 三电平逆变器直接转矩控制
• 3.4.1 窄脉冲问题
• 3.4.2 逆变器输出电压速度dv / dt
• 3.4.3 中点电压平衡问题
• 3.4.4 减小开关频率和开关损耗
• 3.5 三电平逆变器直接转矩控制策略
• 3.5.1 单一矢量法
• 3.5.2 合成矢量法
• 3.6 小结
• 4 基于固定合成矢量三电平逆变器DTC 控制系统
• 4.1 三电平逆变器电压空间矢量与中点电位平衡
• 4.1.1 电压空间矢量分布
• 4.1.2 中点电流的相电流表示
• 4.1.3 基本电压空间矢量对中点电位的影响
• 4.2 基于改进型固定合成矢量三电平异步电机DTC 控制
• 4.2.1 改进型固定合成矢量
• 4.2.2 电压矢量的SVPWM 调制
• 4.2.3 固定合成矢量选择表
• 4.3 仿真结果及分析
• 4.4 小结
• 5 基于三电平逆变器无速度传感器DTC 技术
• 5.1 基于带幅值补偿磁链观测器的速度估计
• 5.1.1 定子磁链观测
• 5.1.2 低通滤波器定子磁链观测模型
• 5.1.3 带幅值补偿的磁链观测器
• 5.1.4 转子磁链的估计
• 5.1.5 转速的估计
• 5.1.6 速度估计的仿真
• 5.2 基于定子全阶磁链观测的无速度传感器技术
• 5.3 基于定子全阶磁链观测速度仿真
• 5.4 小结
• 6 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果