感应电动机同步高压变频器矢量控制研究

发布时间：2017-10-01 13:38

  本文关键词：感应电动机同步高压变频器矢量控制研究

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【摘要】：高压变频调速技术涉及大功率交流电动机的各种负载节能和调速,其应用已逐渐成为电力电子领域的一项重要技术。H桥级联型多电平逆变器是其中一种重要的拓扑结构,具有模块化工程设计、利用低压元器件实现逆变器高压输出等特点,方便于逆变器故障冗余设计。由于H桥级联型多电平逆变器需要实时控制多个功率开关器件,怎样使控制更为精确、简便已逐渐成为多电平逆变器研究的热点和难点。因此对于级联型多电平逆变器拓扑结构的研究以及对多电平脉宽调制策略的研究具有重要的理论意义与实践应用价值。论文的主要研究工作如下：介绍了高压变频器尤其是级联型高压变频器的国内外发展现状,分析了多电平逆变器的研究热点,多种拓扑结构,控制技术和调制方法。在此基础上对空间矢量脉宽调制控制技术做了比较深入的研究,基于MATLAB/Simulink仿真平台搭建了感应电动机高压变频器空间矢量脉宽调制仿真系统,仿真结果验证了空间矢量脉宽调制技术能有效应用于高压变频调速,为控制系统平台的设计奠定了基础。对比分析了当前主流的二极管钳位型、飞跨电容钳位型和级联多电平等三种多电平逆变器的拓扑结构及其优缺点,以及阶梯波脉宽调制、消谐波PWM技术、载波移相正弦脉宽调制等三种多电平逆变器调制策略的优缺点,重点分析了级联型多电平逆变器的拓扑结构及对应的载波移相正弦脉宽调制策略。提出了基于3相12路错位移相级联型多电平同步高压变频技术应用于感应电动机的方法,该方法低成本、高精度实现了错位移相驱动波形输出,在此基础上对级联型多电平逆变器空间矢量脉宽调制控制技术做了比较深入的研究。完成了感应电动机同步高压变频器系统平台的设计。基于DSP与FPGA (TMS320F2812、EP2C8Q208CN)完成了核心控制器、功率单元逆变电路、驱动电路、保护电路、调速电路、SPI通信电路等关键电路设计,实现了载波移相级联型多电平逆变器的设计,实验结果验证了高精度载波移相级联型高压变频器调制策略的正确性。在此基础上,搭建了空间矢量脉宽调制控制系统,基于DSP编写了空间矢量脉宽调制控制代码,实现了空间矢量脉宽调制策略,实验结果表明基于空间矢量脉宽调制控制策略的高压变频器能有效实现高精度控制信号的输出。
【关键词】：级联型逆变器 载波移相 拓扑结构 电压空间矢量
【学位授予单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM346;TM921.51
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 引言10-11
• 1.2 高压变频器国内外研究现状和发展趋势11-13
• 1.3 多电平逆变器的PWM调制策略13-14
• 1.3.1 基于载波移相调制方法13-14
• 1.3.2 基于空间矢量调制方法14
• 1.4 异步电动机的基本控制方法14-16
• 1.4.1 V/F控制14-15
• 1.4.2 矢量控制15-16
• 1.5 本文主要研究内容16-17
• 1.6 本章小结17-18
• 2 级联多电平逆变器的拓扑结构及控制策略18-38
• 2.1 主要多电平逆变器的拓扑结构18-23
• 2.1.1 多电平逆变器18
• 2.1.2 二极管钳位型多电平拓扑结构18-19
• 2.1.3 飞跨电容多电平逆变器拓扑结构19-20
• 2.1.4 级联型多电平逆变器拓扑结构20-23
• 2.2 多电平逆变器脉宽调制策略23-29
• 2.2.1 阶梯波脉宽调制23-25
• 2.2.2 消谐波PWM技术25
• 2.2.3 载波移相正弦脉宽调制PWM技术25-29
• 2.3 电压空间矢量调制29-37
• 2.3.1 SVPWM的基本原理29-31
• 2.3.2 逆变器的输出模式31-33
• 2.3.3 SVPWM具体实现方法33-37
• 2.4 本章小结37-38
• 3 级联型高压变频器高精度多路SPWM调制及空间矢量调制方法38-46
• 3.1 级联型高压变频器高精度多路SPWM调制38-40
• 3.1.1 3相12路错位移相级联多电平逆变器设计思想38
• 3.1.2 3相12路错位移相级联多电平逆变器各模块设计38-40
• 3.2 多电平空间矢量调制40-45
• 3.2.1 级联多电平SVPWM调制基本原理与特点40-43
• 3.2.2 级联多电平SVPMW电压空间矢量分布43-44
• 3.2.3 级联多电平SVPWM解决思路44-45
• 3.3 本章小结45-46
• 4 基于SVPWM的感应电动机变频调速的仿真研究46-60
• 4.1 三相感应电动机数学模型坐标变换性质及约束条件46-53
• 4.1.1 三相感应电动机数学模型46-47
• 4.1.2 坐标变换约束条件及两种坐标状态变换47-53
• 4.2 基于MTALAB的SVPWM系统仿真53-57
• 4.2.1 电压空间矢量位置的判定仿真54
• 4.2.2 基本矢量作用时间的判定仿真54-55
• 4.2.3 比较值得计算仿真55-56
• 4.2.4 三相感应电动机电机SVPWM仿真总系统图与仿真结果56-57
• 4.3 本章小节57-60
• 5 基于DSP与FPGA的级联型高压变频器控制系统设计60-70
• 5.1 错位移相级联型多电平逆变器系统整体结构设计60-61
• 5.2 错位移相级联型多电平逆变器系统硬件设计及实现61-65
• 5.2.1 控制电路设计61-62
• 5.2.2 驱动电路设计62-63
• 5.2.3 保护电路设计63-64
• 5.2.4 通信接口设计64-65
• 5.3 错位移相级联型高压变频器控制系统软件设计及实现65-68
• 5.3.1 主程序65-66
• 5.3.2 DSP与FPGA通信软件接口设计66-67
• 5.3.3 FPGA算法设计67
• 5.3.4 V/F算法设计67-68
• 5.4 矢量控制系统设计68-69
• 5.5 本章小结69-70
• 6 实验结果与分析70-74
• 6.1 3相12路错位移相级联多电平控制系统70-71
• 6.2 矢量控制系统71-73
• 6.3 本章小结73-74
• 7 总结与展望74-76
• 7.1 总结74
• 7.2 展望74-76
• 参考文献76-82
• 附录A 攻读学位期间的主要学术成果82-84
• 致谢84

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本文编号：953800