一种用于单相交流电机的新型SVPWM变频控制方案的实验研究

论文摘要

单相交流电机广泛应用于家用电器以及其它小功率应用场合,占能源消耗的很大一部分。为了应对当前所面临的能源危机,工业领域多采用“调速节能”方案。一方面可以实现“节能降耗”的目的;另一方面,也有利于改善环境。对于家电领域的节能,人们自然想到对单相交流电机的调速方案。传统的单相交流电机多采用改变电机端电压或采用变极实现调速。随着微处理器和电力电子技术的发展,变频调速在单相交流电机的应用也逐渐引起人们的重视,其应用领域也正在逐步扩大。尽管如此,家用电器的变频调速仍有许多问题有待解决,例如变频调速过程中因电力电子器件的开关频率过高所引起的开关损耗过大有可能抵消因调速所节约的能量等问题。目前解决这一问题的有效措施之一则是采用空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse width modulation,以下简称SVPWM)方案。SVPWM方案具有开关频率低、电压利用率高等优点,因而在三相交流电机中得到广泛应用。有关于这方面的研究和应用已较为成熟,而单相交流电机的SVPWM技术则尚有许多问题有待解决。本文对单相交流电机变频调速的相关技术和方法进行了研究。从单相电机的变频调速原理入手,对实现单相电机SVPWM方案的各种逆变器拓扑进行了比较分析。在此基础上,提出了一种基于两相三桥臂全桥拓扑结构的新型SVPWM控制方案,既提高了逆变器的直流电压利用率,又达到了节能降耗的目的。为了实现这一方案,本文基于TI公司的TMS320LF2407A DSP设计制作了有关SVPWM控制方案的硬件和软件程序。样机实验结果表明:该方案切实可行。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 变频调速技术的发展状况
• 1.3 单相交流电机变频调速的研究现状
• 1.4 本文的主要研究内容及意义
• 1.5 论文各章节的安排
• 1.6 本章小结
• 第2章 单相交流电机变频调速的基本原理
• 2.1 单相交流电机的运行原理
• 2.1.1 单相异步电机的运行原理
• 2.1.2 单相永磁低速同步电机的运行原理
• 2.2 单相交流电机的变频调速理论
• 2.2.1 基频以下恒压频比调速
• 2.2.2 基频以上的恒压变频调速
• 2.3 本章小结
• 第3章 单相交流电机变频调速的逆变器拓扑结构
• 3.1 单相半桥逆变器拓扑结构
• 3.2 全桥逆变电路拓扑结构
• 3.3 两相三桥臂全桥逆变电路拓扑结构
• 3.4 三种逆变器拓扑结构的比较
• 3.5 本章小结
• 第4章 单相交流电机SVPWM变频调速原理
• 4.1 单相交流电机变频调速调制技术的选择
• 4.1.1 SPWM调制技术
• 4.1.2 SVPWM调制技术
• 4.2 单相交流电机SVPWM变频调速原理
• 4.3 本章小结
• 第5章 单相交流电机SVPWM变频调速实验样机的设计
• 5.1 样机的组成框图
• 5.2 TMS320LF2407A EVM板简介
• 5.3 TMS320LF2407A DSP介绍
• 5.3.1 CPU
• 5.3.2 事件管理器（Event Manager）
• 5.3.3 片内外设
• 5.4 样机硬件设计
• 5.4.1 PWM调理电路设计
• 5.4.2 整流器电路的选择
• 5.4.3 逆变器电路的型式
• 5.5 样机的软件设计
• 5.5.1 软件法编程
• 5.5.2 硬件法编程
• 5.6 本章小结
• 第6章 单相交流电机SVPWM变频调速的实现与实验结果分析
• 6.1 实验装置的组成
• 6.2 实验电机的铭牌数据
• 6.3 实验结果及分析
• 6.3.1 同一桥臂上下两开关器件的驱动波形
• 6.3.2 SVPWM变频调速不同频率下电机绕组的电流波形
• 6.3.3 实验结果分析
• 6.4 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表