双PWM变频调速系统研究

论文摘要

以河南科技大学与中信自动化工程公司合作项目——“能量回馈型低压变频器研制”为背景,针对传动性能要求较高的矿井提升机系统,对双PWM变频调速系统进行理论及基础试验研究。传统变频器的整流部分采用二极管不控整流,当四象限运行时不能进行能量回馈。采用PWM整流代替二极管不控整流,它采用全控器件组成,可以实现网侧功率因数为1（整流状态）或-1（能量回馈状态）。本文推导出了三相电压型PWM整流器基于d-q坐标系下的数学模型,设计电压、电流双闭环控制结构,建立双闭环控制的PWM整流控制系统。在直接转矩控制中,传统U-I定子磁链观测器中纯积分环节不能抑制直流偏置误差,采用低通滤波器代替纯积分器,并对定子磁链观测值进行幅值相位的补偿。采用DSVM（离散空间矢量调制）法对直接转矩控制进行改进,这种方法增加了可以选择的电压矢量,根据速度不同分别建立开关表,避免了较大转矩脉动的出现。基于矢量控制相对成熟并得到广泛应用,在对其研究分析的基础上,搭建系统硬件电路并编制底层软件,建立起基于SVPWM（空间矢量PWM）的变频调速试验平台。分别建立PWM整流、矢量控制、直接转矩控制的仿真系统,从仿真结果中看出PWM整流可以实现能量的双向流动、矢量控制性能稳定、经过DSVM方法改进后的直接转矩控制减小了转矩脉动、改进后的定子磁链观测器能够有效的抑制直流偏置误差。最后在SVPWM变频调速试验平台进行试验,在20HZ频率下电机控制效果良好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及目的和意义
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 研究内容、主要工作及论文安排
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 主要工作及论文安排
• 第2章 PWM 整流器分析研究
• 2.1 三相电压型PWM 整流器拓扑结构及其分析
• 2.2 三相电压型PWM 整流器数学模型
• 2.2.1 基于三相坐标系下数学模型
• 2.2.2 基于两相静止坐标系下的数学模型
• 2.2.3 基于两相旋转坐标系下的数学模型
• 2.3 三相电压型整流器控制方法
• 2.3.1 间接电流控制
• 2.3.2 直接电流控制
• 2.4 三相电压型PWM 整流器控制系统设计
• 2.4.1 电流内环设计
• 2.4.2 电压外环设计
• 2.5 PWM 整流器部分仿真实验及结果分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 PWM 逆变器分析研究
• 3.1 电压型二电平逆变器数学模型及SVPWM
• 3.1.1 电压型二电平逆变器数学模型
• 3.1.2 SVPWM 原理
• 3.2 矢量控制分析研究
• 3.2.1 矢量控制基本方程
• 3.2.2 矢量控制结构
• 3.2.3 转子磁链观测器
• 3.3 直接转矩控制分析研究
• 3.3.1 直接转矩控制系统结构
• 3.3.2 直接转矩控制中滞环调节器
• 3.3.3 定子磁链观测器
• 3.3.4 直接转矩控制空间电压矢量选择
• 3.4 矢量控制与直接转矩控制对比分析
• 3.5 定子磁链观测器的改进
• 3.5.1 直流偏置误差分析
• 3.5.2 基于低通滤波器的定子磁链观测器
• 3.5.3 基于幅值限制的定子磁链观测器
• 3.5.4 基于幅值相位补偿的定子磁链观测器
• 3.6 传统直接转矩控制转矩脉动分析与DSVM 直接转矩控制
• 3.6.1 传统直接转矩控制转矩脉动分析
• 3.6.2 DSVM 直接转矩控制系统基本原理及系统结构
• 3.6.3 DSVM 直接转矩控制电压矢量的选择
• 3.6.4 DSVM 技术特点
• 3.7 PWM 逆变器部分仿真实验结果及分析
• 3.7.1 矢量控制仿真及分析
• 3.7.2 传统直接转矩控制与DSVM 直接转矩控制仿真及其两者比较分析
• 3.7.3 直接转矩控制系统磁链观测器改进仿真结果及分析
• 3.8 本章小结
• 第4章 基于 SVPWM 试验平台的搭建
• 4.1 试验平台总体结构
• 4.2 控制电路
• 4.3 主电路
• 4.3.1 主电路结构
• 4.3.2 器件参数及其选择
• 4.4 驱动电路
• 4.5 检测电路
• 4.5.1 输出电流检测电路
• 4.5.2 电压检测电路
• 4.6 SVPWM 软件设计
• 4.7 实验结果及分析
• 4.8 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 附录 A 附录 PCB 电路板
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果