基于三电平的电动车用永磁同步电机相电压补偿策略

发布时间：2017-10-16 13:07

  本文关键词：基于三电平的电动车用永磁同步电机相电压补偿策略

  更多相关文章： 三电平 永磁同步电机 相电压补偿 空间电压矢量脉宽调制

【摘要】：随着电动机在各个行业及领域的应用的增多,人们对电动机的驱动和控制系统的精度和效率等指标提出了越来越高的要求,尤其是在高压和大容量的工作条件下,要求更是严格。目前常用的电动机驱动控制系统都是以两电平逆变器为基础的,这种形式存在着输出效率较低、谐波分量较大等问题,严重地制约着电机驱动控制系统在效率和性能上的提高。因此,当性能遇到结构这一瓶颈时,多电平逆变器应运而生。相比于两电平逆变器,多电平逆变器在减小开关应力、减小谐波分量、改善输出波形等方面均取得了更佳的效果。目前,多电平逆变器已经进入了实际应用环节,虽说理论上可以使用N电平逆变器,但实际上存在控制算法和硬件条件的制约,所以,三电平逆变器作为多电平逆变器中较为折衷的方案,成为了当前的研究重点。作为众多逆变器结构中的一种,三电平逆变器同样存在输出波形畸变的问题。因此,本文以基于三电平逆变器的电机驱动控制系统为研究对象,对其存在的相电压畸变问题展开相关的研究,并通过推导得出补偿算法。首先,分析常见的三电平逆变器拓扑结构,阐述其工作原理及常见的控制算法。其次,分析永磁同步电机的结构、电机定子电流和转子永磁体之间的作用原理及电磁转矩的产生过程。随后,建立永磁同步电机的数学模型,推导永磁同步电机在三相静止坐标系、两相静止坐标系和同步旋转坐标系下的运动方程。分析三电平逆变器的相电压畸变的产生原因和过程,定量地分析相关因素对相电压误差的幅值以及极性的影响,推导出综合了不同工况下误差电压的表达式,并根据相应的理论推导提出了相电压的补偿算法。在理论推导相电压补偿算法的基础上,搭建仿真模型,通过多组不同工况下的仿真来验证理论推导的准确性。仿真实验的结果证实本文提出的相电压补偿算法对改善波形质量、提高逆变器性能有较为理想的效果。搭建基于三电平逆变器的永磁同步电机驱动控制系统的硬件平台,利用测试程序验证该系统的稳定性和可靠性。结合仿真实验和理论推导,推出带有补偿算法的控制程序,并进行稳态和动态等工况下的实验。通过对不同实验结果的分析可知,本文提出的三电平逆变器相电压补偿算法在改善驱动控制系统的性能方面有不错的实验效果。
【关键词】：三电平 永磁同步电机 相电压补偿 空间电压矢量脉宽调制
【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】：U469.72;TM341
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题研究的背景和意义9-10
• 1.2 多电平逆变器的研究现状10-16
• 1.2.1 多电平逆变器结构的研究现状10-14
• 1.2.2 多电平逆变器控制算法的研究现状14-16
• 1.3 相电压补偿研究现状16-17
• 1.4 本文的主要研究内容17-19
• 第2章 三电平逆变器的控制原理19-30
• 2.1 三电平逆变器的控制算法19-24
• 2.1.1 空间电压矢量分区19-22
• 2.1.2 三电平逆变器SVPWM控制算法22-24
• 2.2 永磁同步电机的工作原理及数学模型24-28
• 2.2.1 永磁同步电机的基本工作原理24-25
• 2.2.2 永磁同步电机的物理模型25-26
• 2.2.3 永磁同步电机的数学模型26-28
• 2.3 本章小结28-30
• 第3章 三电平逆变器相电压畸变分析及其补偿策略30-43
• 3.1 三电平逆变器相电压畸变的产生及过程分析30-41
• 3.1.1 三电平逆变器相电压畸变的产生原因30-31
• 3.1.2 三电平逆变器相电压畸变的产生过程31-41
• 3.2 三电平逆变器相电压补偿策略41-42
• 3.2.1 相电压补偿策略41-42
• 3.2.2 带有相电压补偿的永磁同步电机控制策略42
• 3.3 本章小结42-43
• 第4章 三电平逆变器控制系统的仿真模型设计43-52
• 4.1 仿真系统组成模块43-48
• 4.1.1 三电平逆变器模块43-44
• 4.1.2 三电平逆变器SVPWM算法模块44-46
• 4.1.3 三相电压重建模块46
• 4.1.4 相电压补偿策略模块46-48
• 4.2 仿真结果分析48-51
• 4.2.1 理想状态下的相电压波形48-49
• 4.2.2 未进行补偿时的相电压畸变波形及分析49
• 4.2.3 进行相电压补偿后的相电压波形及分析49-51
• 4.3 本章小结51-52
• 第5章 三电平逆变器控制系统的实验平台及分析52-61
• 5.1 实验平台的建立52-57
• 5.1.1 直流稳压电源53-54
• 5.1.2 核心控制模块54
• 5.1.3 驱动模块54-56
• 5.1.4 三电平逆变器以及实验电机56
• 5.1.5 信号采集板56-57
• 5.2 相电压补偿程序设计57
• 5.3 实验结果分析57-60
• 5.4 本章小结60-61
• 结论61-62
• 参考文献62-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果66-68
• 致谢68

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本文编号：1042830