基于三电平逆变器的异步电动机直接转矩控制

论文摘要

多电平逆变器因其自身的优良特性,已经广泛的应用于高压大功率变频调速场合;而直接转矩控制技术(DTC)以其结构简单、鲁棒性强、动态性能好等优点也得到了广泛的关注。本文将这两项技术有机的结合起来,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进行了研究。本文对多电平逆变器的发展现状和应用前景进行了概述,接着介绍了多电平逆变器的直接转矩控制策略发展。本文对三电平逆变器的工作原理和中点不平衡问题进行了深入分析,并在Matlab/Simulink仿真平台上对建立的系统模型进行数字仿真,将三电平逆变器与两电平逆变器的仿真结果进行了对比,进一步验证了三电平逆变器的优点。本文建立了三电平逆变器与异步电机的统一数学模型,并在α、β静止坐标系下,将两者结合起来分析,建立了三电平逆变器与异步电机系统统一数学模型,为分析三电平逆变器与异步电机之间的关系打下了基础。本文分析了三电平二极管钳位型逆变器的工作原理,给出了其空间电压矢量的分布,并重点讨论了其固有的中点电位平衡问题。针对三电平直接转矩控制中需要解决的中点电位平衡和矢量切换时产生的过高电压跳变问题,采用了一种所谓的固定合成矢量的矢量合成原理。在分析不同运行速度下,同一空间电压矢量对转矩的影响不同的基础上,制定了基于多级滞环的三电平直接转矩控制策略。采用Matlab/Simulink对这种算法进行了仿真,验证了其有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的意义
• 1.2 多电平逆变器拓扑结构综述
• 1.3 多电平逆变器直接转矩控制的发展状况
• 1.4 本论文的主要内容
• 第2章 三电平逆变器及其仿真分析
• 2.1 三电平逆变器工作原理
• 2.2 中点电位不平衡问题
• 2.3 三电平逆变器的电压空间矢量
• 2.4 三电平逆变器的仿真分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 电路设计
• 3.1 主电路设计
• 3.1.1 三相整流桥的选取
• 3.1.2 输入滤波电容的计算
• 3.1.3 箝位二极管的选取
• 3.1.4 功率开关管的选取
• 3.2 控制电路硬件设计
• 3.2.1 IGBT驱动电路的设计
• 3.2.2 信号检测电路的设计
• 3.2.3 保护电路的设计
• 3.2.4 控制电路的设计
• 3.3 控制算法的软件实现
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于三电平逆变器的异步电机调速系统数学模型
• 4.1 异步电机数学模型
• 4.1.1 异步电机转矩方程
• 4.1.2 异步电机电压方程
• 4.1.3 异步电机转矩方程
• 4.2 坐标变换
• 4.2.1 α,β,0坐标系变换
• 4.2.2 d,q,0坐标系变换
• 4.3 静止坐标系下异步电机的数学模型及状态方程
• 4.3.1 α,β,0坐标系下异步电机的数学模型
• 4.3.2 α,β,0坐标系下异步电机的状态方程
• 4.4 三电平逆变器与异步电机系统统一数学模型
• 4.5 本章小结
• 第5章 三电平直接转矩控制及仿真
• 5.1 空间矢量的概念
• 5.2 直接转矩控制系统基本方法
• 5.2.1 直接转矩控制的基本原理
• 5.2.2 定子磁链和电磁转矩的计算
• 5.3 三电平直接转矩控制策略
• 5.3.1 三电平直接转矩控制的特有问题
• 5.3.2 固定矢量合成原理
• 5.3.3 直接转矩控制中扇区的合理划分
• 5.3.4 空间电压矢量对转矩的影响
• 5.4 基于多级滞环的三电平直接转矩控制
• 5.5 三电平直接转矩控制系统仿真
• 5.5.1 主要模块的构建
• 5.5.2 仿真结果
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢