双PWM变频器及其控制策略的研究

论文摘要

随着电力电子技术和控制技术的快速发展，交流电动机变频调速技术得到了广泛应用。传统的变频器由于整流环节采用不控或相控整流电路，给电网带来了大量的谐波污染。因此，一种新式的以脉冲宽度调制（PWM）技术为基础的双PWM变频器引起了学术界的广泛关注，它具有网侧电流为正弦波，输出功率因数趋近于1，能量实现双向传输等优点，能有效消除变频装置对电网的谐波污染问题，提高变频器的调速性能。本文首先分析了三相电压型PWM整流器的拓扑结构、基本原理及不同坐标系下的数学模型，并设计了电压环和电流环PI调节器参数。采用基于电网电压定向的双闭环矢量控制方法，把对交流电流的控制转化为对其直流分量的控制，能使系统获得较好的动静态性能，并且简化了控制要求。PWM逆变器采用转子磁场定向的矢量控制策略，实现电机的调速和转矩控制目标。其次，针对独立控制方式的不足，提出了对双PWM变频器的一体化控制，并对该控制方式中的负载电流前馈控制做了详细的理论研究，通过仿真验证了该控制策略能有效抑制直流母线电压波动，提高系统的可靠性与抗干扰能力，减小对电容容量的要求，并有效的压缩系统体积和成本。最后，利用Matlab7.0/Simulink对系统进行了仿真，验证了控制策略的正确性和有效性。在理论分析的基础上，设计了以TMS320LF2407A作为核心器件的双PWM变频调速系统的实验装置，获得了部分实验结果。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景与意义
• 1.2 双 PWM 变频器的发展和研究现状
• 1.3 双 PWM 变频器控制策略概述
• 1.4 双 PWM 变频器目前存在的问题
• 1.5 本文研究的主要内容
• 1.6 本章小结
• 2 三相 PWM 整流器及其控制策略研究
• 2.1 单相电压型 PWM 整流器工作原理
• 2.2 三相电压型 PWM 整流器数学模型
• 2.2.1 三相电压型 PWM 整流器一般数学模型
• 2.2.2 坐标变换
• 2.2.3 两相静止坐标系下的 VSR 数学模型
• 2.2.4 两相同步旋转坐标系下的 VSR 数学模型
• 2.3 三相 VSR 控制系统设计
• 2.3.1 三相 VSR 电流控制方法
• 2.3.2 电网电压定向矢量控制
• 2.3.3 三相 VSR 双闭环控制系统设计
• 2.4 三相 VSR 的电压定向双闭环矢量控制系统仿真与分析
• 2.5 本章小结
• 3 三相 PWM 逆变器及其控制策略研究
• 3.1 三相 PWM 逆变器拓扑结构
• 3.2 变频调速基本理论
• 3.2.1 异步电动机的调速方法
• 3.2.2 变频调速系统的主要控制方式
• 3.3 交流异步电机数学模型
• 3.3.1 异步电机在两相静止坐标下的数学模型
• 3.3.2 异步电机在两相旋转坐标下的数学模型
• 3.4 矢量控制技术
• 3.4.1 矢量控制的基本思想
• 3.4.2 转子磁场定向矢量控制（FOC）
• 3.4.3 转子磁链观测器
• 3.5 转子磁场定向矢量控制系统仿真与分析
• 3.6 本章小结
• 4 双 PWM 变频器负载电流前馈控制策略
• 4.1 双 PWM 变频器的结构及特点
• 4.2 双 PWM 变频器独立控制
• 4.3 双 PWM 变频器一体化控制
• 4.4 负载电流前馈控制策略的理论分析
• 4.5 双 PWM 变频器负载电流前馈控制仿真与分析
• 4.6 本章小结
• 5 系统硬件设计与软件设计
• 5.1 系统硬件总体结构
• 5.2 主电路设计
• 5.2.1 直流输出电压的确定
• 5.2.2 功率开关管的选择
• 5.2.3 交流侧电感设计
• 5.2.4 直流侧电容设计
• 5.3 DSP 开发平台
• 5.3.1 数字信号处理器 TMS320LF2407A
• 5.3.2 开发平台
• 5.4 信号处理电路
• 5.4.1 电流信号检测及调理电路
• 5.4.2 同步信号检测电路
• 5.4.3 直流电压检测和调理电路
• 5.5 系统软件设计
• 5.5.1 控制系统的软件结构
• 5.5.2 主程序流程
• 5.6 试验结果
• 5.7 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 6.3 本章小结
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集