基于软开关逆变器的无刷直流电机控制系统研究

发布时间：2017-09-16 05:25

  本文关键词：基于软开关逆变器的无刷直流电机控制系统研究

  更多相关文章： 无刷直流电机 软开关 直流环节并联谐振 零电压开关 三相逆变器

【摘要】：无刷直流电机由于具有结构简单、采用电子换向等特点,相比传统的直流电机具有诸多优势,应用范围也越来越广。但在无刷直流电机控制系统中,采用硬开关逆变器会产生较大的开关损耗与电磁干扰问题,因此本文将软开关技术用于无刷直流电机控制系统中,以减小硬开关模式下的开关损耗与电磁干扰问题。在将软开关技术应用于无刷直流电机控制之后,通过对谐振电路的深入分析,提出了通过谐振电路对电压进行调制的方法并进行了仿真与实验验证。首先,对无刷直流电机的数学模型进行了推导,给出了两两导通条件下电机的等效电路及无刷直流电机正反转条件下的逻辑换向表。之后对四种典型直流环节谐振型逆变器进行了分析对比,说明了PRDCLI2型软开关逆变器的优势。然后详细分析了该种软开关逆变器结构的工作原理与工作过程,并在负载电流恒定的条件下对其简化电路进行了仿真,验证了理论分析的正确性。其次,研究了控制时序变化对谐振过程的影响,包括电感充能时间及LS再次导通时刻对谐振过程的影响,得出了电感充能时间在大于阈值时能保证谐振电路正常工作的结论。之后分别讨论了LS的导通时刻变化、谐振元件参数变化及负载电流的变化对谐振过程的影响,论证了通过对辅助开关管控制时序的调节,可以保证参数在一定范围内变化时谐振电路仍能正常工作,简化了控制方法。研究了母线谐振凹槽的存在造成的输出偏差电压的大小,给出了偏差电压的补偿方法。再次,研究了软开关技术与无刷直流电机的控制相结合的方法,给出了桥臂开关管零电压通断的实现过程。推导了电机负载条件下的谐振电路工作过程,并与恒流源负载进行了对比,对零电压区间内电机的续流通路进行了说明。在上述基础上建立了基于软开关逆变器的控制系统仿真模型,对相关结论进行了仿真验证。然后提出了利用谐振电路调制母线电压控制无刷直流电机的方法,并对其进行了仿真验证以及对调制占空比的限制进行了相关推导与说明。最后,设计了控制电路和功率主电路的原理图,完成硬件电路的调试和软件程序的编写,实现了桥臂开关管的零电压通断,并对谐振电路调压的控制方法进行了实验验证。
【关键词】：无刷直流电机 软开关 直流环节并联谐振 零电压开关 三相逆变器
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM33;TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题背景及研究目的和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.2.1 软开关逆变器的发展现状10-14
• 1.2.2 软开关逆变器在无刷直流电机中的应用14-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-17
• 第2章 无刷直流电机模型与软开关逆变器分析17-34
• 2.1 引言17
• 2.2 无刷直流电机数学模型与驱动方式17-21
• 2.3 典型直流环节谐振型逆变器比较21-24
• 2.3.1 谐振直流环节逆变器22
• 2.3.2 有源箝位谐振直流环节逆变器22-23
• 2.3.3 I型直流环节并联谐振逆变器23-24
• 2.3.4 II型直流环节并联谐振逆变器24
• 2.4 PRDCLI2型软开关逆变器原理分析24-31
• 2.4.1 PRDCLI2型软开关逆变器简化电路25-30
• 2.4.2 谐振过程与PWM控制方式的结合30-31
• 2.5 谐振电路参数设计与仿真31-32
• 2.6 本章小结32-34
• 第3章 PRDCLI2型软开关逆变器性能研究34-45
• 3.1 引言34
• 3.2 控制时序变化对谐振过程的影响34-37
• 3.2.1 T_1对谐振过程的影响34-36
• 3.2.2 S_L再次导通时刻对谐振过程的影响36-37
• 3.3 谐振元件参数变化对谐振过程的影响37-41
• 3.3.1 谐振电感变化对谐振过程的影响38-40
• 3.3.2 谐振电容变化对谐振过程的影响40-41
• 3.4 负载电流变化对谐振过程的影响41-42
• 3.5 母线零电压凹槽对输出电压的影响及补偿42-44
• 3.6 本章小结44-45
• 第4章 软开关逆变器无刷直流电机控制系统研究45-61
• 4.1 引言45
• 4.2 无刷直流电机控制系统与软开关技术的结合45-55
• 4.2.1 零电压开关实现过程45-46
• 4.2.2 电机负载对谐振过程的影响46-48
• 4.2.3 控制系统仿真与结果分析48-55
• 4.3 谐振电路调压无刷直流电机控制方式55-60
• 4.3.1 谐振电路调压控制方式55-56
• 4.3.2 仿真验证与结果分析56-58
• 4.3.3 谐振电压占空比调节的限制58-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第5章 控制系统设计与实验61-70
• 5.1 引言61
• 5.2 系统硬件电路设计61-64
• 5.2.1 霍尔信号采集电路61-62
• 5.2.2 辅助谐振环节驱动电路设计62-63
• 5.2.3 桥臂开关管驱动电路设计63-64
• 5.3 软件设计64-65
• 5.4 实验结果与现象分析65-69
• 5.4.1 软开关实验结果与分析65-67
• 5.4.2 谐振电路调压实验结果与分析67-69
• 5.5 本章小结69-70
• 结论70-71
• 参考文献71-75
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文75-77
• 致谢77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王强;陈祥雪;刘岩松;王天施;刘晓琴;;直流母线与辅助电路并联的谐振直流环节软开关逆变器[J];中国电机工程学报;2015年22期

2 王强;单瑞香;王天施;刘晓琴;;无需设定电感电流阈值的并联谐振直流环节逆变器[J];电机与控制学报;2015年10期

3 王强;陈祥雪;刘岩松;王天施;刘晓琴;;直流母线上无辅助开关的谐振直流环节软开关逆变器[J];电机与控制学报;2015年09期

4 刘晨;王强;;应用于高功率领域的改进型谐振直流环节逆变器[J];电器与能效管理技术;2015年17期

5 王强;;新型并联谐振直流环节零电压开关逆变器[J];电器与能效管理技术;2015年03期

6 王强;王天施;刘晓琴;黄超;黄越;;高频并联谐振直流环节软开关逆变器[J];电机与控制学报;2013年08期

7 冯佳佳;李明;陈少华;;ZCT-PWM电路在无刷直流电机中的应用[J];微电机;2013年02期

8 王强;王天施;;用于电机驱动的并联谐振直流环节逆变器[J];电机与控制学报;2013年01期

9 杨迎化;谢顺依;高洪林;王新华;陈晔;;电机软开关逆变控制系统的设计与实现[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2011年01期

10 景军锋;康雪娟;;基于DSP的永磁同步电机全数字变频调速控制系统的设计[J];电机与控制应用;2010年02期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 明正峰;新型谐振过渡软开关三相PWM逆变器[D];西安理工大学;2002年

，

本文编号：861149