异步电动机矢量控制技术若干问题研究

论文摘要

矢量控制是在电机统一理论、机电能量转换和坐标变换理论的基础上发展起来的,具有先进性、新颖性和实用性等特点。它的主要思想是在基于转子磁链定向的同步旋转坐标系中把定子电流矢量分解为两个分量:一个分量与转子磁链矢量重合,称为励磁电流分量;另一个分量与转子磁链矢量垂直,称为转矩电流分量。通过控制励磁电流分量和转矩电流分量的大小,以实现他励直流电动机那样对磁场和转矩的解耦控制。首先,本文介绍了交流变频调速的发展概况,详细讲述了矢量控制理论的原理,对异步电动机的数学模型的建立进行了详细的分析和阐述,并对矢量控制系统进行了Matlab/Simulink仿真分析。其次,本文详细讲述了电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术的基本原理,电压空间矢量脉宽调制技术将逆变器和电动机视为一体,由它控制的变频器具有输出转矩脉动低、直流利用率高、开关损耗小等优点,适用于高性能电机调速控制系统。本文针对电压空间矢量脉宽调制中减少开关次数和过调制这两个问题进行了研究,应用了一些改进策略。在减少开关次数这一问题中,主要从零矢量的插入和SVPWM五段式与七段式这两个方面进行分析,得到了实验波形,说明了方法的可行性;在电压过调制这一问题中,主要采用双模式和单模式这两种方法,并在不同的的模式下给出了仿真结果与分析。然后将电压空间矢量脉宽调制技术与矢量控制进行结合,建立了基于电压空间矢量脉宽调制的矢量控制系统,通过对系统Matlab/Simulink建模和仿真,验证了理论的正确性。最后,在前面所述理论的基础上,使用数字信号处理器作为微处理器,搭建出异步电动机的矢量控制系统。实现了基于空间电压矢量调制技术的矢量控制系统的交流调速,并验证了该方法的有效性与实用性。论文最后,总结了整个系统的成功和不足,并展望了矢量控制今后的发展。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电力电子技术的发展
• 1.3 微处理器与数字控制技术
• 1.4 功率环节PWM 技术的发展
• 1.5 交流异步电机的控制策略分类
• 1.5.1 V/F 控制
• 1.5.2 矢量控制
• 1.5.3 直接转矩控制
• 1.5.4 智能控制
• 1.6 本论文的的研究背景及其研究内容
• 1.6.1 研究背景
• 1.6.2 研究内容
• 第二章 矢量控制理论
• 2.1 引言
• 2.2 矢量控制的基本思想
• 2.3 矢量控制策略
• 2.3.1 控制策略分类
• 2.3.2 控制方案比较
• 2.4 异步电动机的数学模型
• 2.4.1 三相异步电动机数学模型推导
• 2.4.2 任意两相旋转坐标系下三相异步电动机数学模型
• 2.4.3 两相静止坐标系下三相异步电动机数学模型
• 2.4.4 两相同步旋转坐标系下三相异步电动机数学模型
• 2.5 矢量控制系统的建立
• 2.6 矢量控制系统的建模与仿真
• 2.6.1 仿真模型
• 2.6.2 仿真结果
• 第三章 减少开关次数问题研究
• 3.1 电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术
• 3.1.1 SVPWM 原理
• 3.1.2 SVPWM 实现
• 3.1.3 SVPWM 仿真
• 3.2 减少开关次数的方法
• 3.2.1 借助零矢量调制
• 3.2.2 SVPWM 的五段式和七段式
• 第四章 空间电压矢量过调制方法研究
• 4.1 过调制方法
• 4.1.1 双模式方法
• 4.1.2 单模式方法
• 4.1.3 两种方法的实现
• 4.2 仿真结果
• 第五章 基于SVPWM 的异步电机矢量控制系统
• 5.1 基于SVPWM 的矢量控制
• 5.2 系统仿真
• 5.2.1 仿真模型
• 5.2.2 仿真结果
• 第六章 系统实验及结果
• 6.1 调速控制器的硬件设计
• 6.1.1 TMS320LF240X DSP 芯片
• 6.1.2 EV 模块产生SVPWM
• 6.1.3 主电路
• 6.1.4 检测及保护电路
• 6.2 调速控制器的软件设计
• 6.3 实验结果
• 6.3.1 VF 控制器的实验结果
• 6.3.2 SVPWM 矢量控制实验结果
• 6.3.3 SVPWM 五段式与七段式波形实验结果
• 第七章 结束语
• 7.1 本论文工作总结
• 7.2 后续工作及研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间研究成果