三电平逆变器异步电机矢量控制系统的研究

论文摘要

随着电力电子器件和微处理器技术的不断发展,交流变频调速系统得到了迅猛的发展；但是在中高压大功率的场合,交流变频调速系统的应用受到电力电子器件耐压等级和耐受电流的限制。多电平拓扑结构的提出,解决了这个技术瓶颈,其中二极管箝位型三电平拓扑结构得到了广泛的应用,本文主要对基于这种拓扑结构的矢量控制系统进行了研究。本文首先介绍了异步电机在三相静止坐标系下的数学模型,引入空间矢量的概念,通过坐标变换,得到了两相静止坐标系和两相旋转坐标下的数学模型,进而介绍矢量控制的基本概念和转子磁场定向的原理。接着介绍了二极管箝位型三电平逆变器的拓扑结构和三电平SVPWM算法的原理,通过60度坐标系,对三电平SVPWM算法进行了简化,Simulink中的仿真结果验证了改进后的三电平SVPWM算法的正确性。本文介绍了基于三电平逆变器的间接磁场定向控制系统,对控制系统的电流环和速度环进行了设计,Simulink中的仿真结果表明控制系统具有很好的动态响应和稳态精度,分析了电机参数对控制系统的影响,通过Simulink仿真表明电机参数影响控制系统的动态响应能力和带载能力。最后,设计了以TMS320F28335为核心的硬件控制电路,在三电平逆变器实验平台上对改进的三电平SVPWM算法进行了实验,实验结果验证了这种算法的正确性。在此基础上,对三电平逆变器的矢量控制系统进行了实验研究,实验结果表明：控制系统实现了异步电机的解耦控制,具有良好的动态响应。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 多电平逆变器拓扑结构的概述
• 1.3 矢量控制技术的发展概述
• 1.4 本文的主要内容
• 第2章 异步电机的矢量控制
• 2.1 异步电机的数学模型
• 2.1.1 三相ABC坐标系下的数学模型
• 2.1.2 矢量坐标系下的数学模型
• 2.1.3 两相静止坐标系下的数学模型
• 2.1.4 两相旋转坐标系下的数学模型
• 2.2 坐标变换
• 2.3 矢量控制的基本原理
• 2.4 转子磁场定向控制
• 2.4.1 直接磁场定向
• 2.4.2 间接磁场定向
• 2.5 本章小结
• 第3章 二极管箝位型三电平逆变器的SVPWM算法研究
• 3.1 二极管箝位型三电平逆变器
• 3.1.1 拓扑结构
• 3.1.2 开关状态
• 3.2 三电平逆变器的SVPWM算法
• 3.2.1 空间矢量
• 3.2.2 空间矢量的选择
• 3.2.3 矢量作用时间计算
• 3.2.4 开关状态对中点电压的影响
• 3.2.5 开关顺序的选择
• 3.3 改进的三电平SVPWM算法
• 3.3.1 60度坐标系
• 3.3.2 大扇区判断
• 3.3.3 小扇区判断
• 3.3.4 矢量作用时间计算
• 3.3.5 驱动信号的生成
• 3.4 三电平SVPWM算法的仿真
• 3.5 本章小结
• 第4章 三电平矢量控制系统的仿真研究
• 4.1 间接磁场定向控制系统的设计
• 4.1.1 电流环调节器的设计
• 4.1.2 速度环调节器的设计
• 4.2 间接磁场定向控制系统的仿真
• 4.2.1 Simulink仿真模型
• 4.2.2 仿真结果及其分析
• 4.3 电机参数对控制系统的影响
• 4.3.1 电机参数对于转子磁场定向的影响
• 4.3.2 仿真结果及其分析
• 4.4 本章总结
• 第5章 控制系统的硬件设计和实验研究
• 5.1 控制系统的硬件设计
• 5.1.1 DSP外围电路
• 5.1.2 ADC接口电路
• 5.1.3 码盘接口电路
• 5.1.4 电平转换电路
• 5.2 三电平SVPWM算法的实验
• 5.2.1 三电平NPC逆变器实验平台介绍
• 5.2.2 实验结果及其分析
• 5.3 三电平逆变器矢量控制系统的实验
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 致谢