基于五电平逆变器的异步电机矢量控制系统研究

发布时间：2020-03-18 12:15

【摘要】：多电平大容量逆变器相关技术研究是现代电力电子领域最新的发展方向之一,并越来越多的应用于异步电机矢量控制系统当中。本文在设计新型五电平逆变器基础上结合异步电机无速度矢量控制技术搭建系统仿真模型,逆变器设计部分从电路拓扑结构和控制算法两方面进行优化;异步电机控制部分着重对传统的电压电流模型磁链观测器进行分析和改进,并以改进后的磁链数学模型为参考模型设计模型参考自适应(Model Reference Adaptive System,MRAS)电机转速估算系统,通过仿真实验验证了系统的可行性和优越性。首先对多电平逆变器控制技术及异步电机变频调速技术的发展进行了简要地概述,阐述了转子磁场定向矢量控制的基本原理以及实现方法,并由此提出磁链观测器模型的设计和分析。介绍了三种典型的多电平逆变拓扑结构及其工作原理,并以五电平逆变器为例综合比较各拓扑电路所存在的优势和不足,在传统拓扑结构基础上进行改进,设计出有源中点箝位型五电平(ANPC-5L)逆变器。详细地分析了ANPC-5L逆变电路的设计原理以及工作特性,选取空间电压矢量调制技术(SVPWM)作为逆变器调制策略。算法部分采用坐标变换的方式进行改进,基于虚坐标系定义参考电压矢量,减少了大量复杂的三角函数运算,系统计算过程大大简化。最终,搭建逆变器仿真模型验证ANPC五电平逆变器的SVPWM控制。论文对五电平逆变器直流侧中点电位波动问题进行了分析,并提出了实现该电位稳定控制的方法;同时,论文还针对逆变器各相电路中悬浮电容电压不平衡问题做了进一步地研究,通过系统的零序分量控制策略实现了各相悬浮电容电压的稳定控制。最终,在Simulink软件环境下搭建系统控制模型进行仿真实验,验证了电位平衡控制策略的有效性。最后,论文对异步电机磁链观测器模型进行深一步的研究,采用小信号模型分析法检验传统电压电流磁链模型的稳定性,发现该模型在电机发电状态下的不稳定区域。通过引入电机转差参数s?进行模型改进,实现了系统全区域稳定工作。另外,论文以改进后的异步电机转子磁链模型作为参考模型设计模型参考自适应(MRAS)电机转速估算系统,搭建完整的异步电机无速度矢量控制模型,通过仿真实验分析磁链模型改进前后系统运行效果,验证改进后模型的先进性。
【图文】：

坐标系转换,逆变器

图 3.4 ja-jb-jc虚坐标系转换图、 V jc和Va、 V b、 V c分别代表逆变器分别在 ja-j量，则从a-b-c坐标系到 ja-jb-jc虚坐标系的转换关0 1 11 0 11 1 0 Vja VaVjb VbVjc Vc矩阵可以看出，基于 ja、 j b、 j c三个虚坐是毫无意义的三个量，他们可以分别代表系统的jc 。电平逆变器在虚坐标下的空间电压矢量图：ja4,0，-4 4,-1，-3 4,-2，-2 4,-3，-1 4,-4，03,1，-43,0，-3 3,-1，-2 3,-2，-1 3,-3，03,-4，，12,2，-42,1，-3 2,0，-2 2,-1，-1 2,-2，02,-4，22,-3，1

电容电压,控制模型,电路,拓扑电路

图 4.4 A 相电路悬浮电容电压控制模型模型搭建完成后进行系统仿真实验分析，如图 4.5 所示为 A 相拓扑电路加入悬浮电容电压平衡控制前、后电容两端电压波形图：0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.40100200300U/V未加控制前悬浮电容电压波形120130140150160U/V加入控制后悬浮电容电压波形
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM343

【参考文献】