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双PWM变频调速系统研究

作 者: 史光辉
导 师: 刘文胜
学 校: 河南科技大学
专 业: 电力电子与电力传动
关键词: PWM整流器 直接转矩控制 离散空间矢量调制 定子磁链观测
分类号: TM921.51
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
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内容摘要


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。

全文目录


摘要  2-3
ABSTRACT  3-9
第1章 绪论  9-14
  1.1 研究背景及目的和意义  9-10
  1.2 国内外发展现状  10-12
  1.3 研究内容、主要工作及论文安排  12-14
    1.3.1 研究内容  12
    1.3.2 主要工作及论文安排  12-14
第2章 PWM 整流器分析研究  14-30
  2.1 三相电压型PWM 整流器拓扑结构及其分析  14-15
  2.2 三相电压型PWM 整流器数学模型  15-21
    2.2.1 基于三相坐标系下数学模型  15-18
    2.2.2 基于两相静止坐标系下的数学模型  18-20
    2.2.3 基于两相旋转坐标系下的数学模型  20-21
  2.3 三相电压型整流器控制方法  21-24
    2.3.1 间接电流控制  22-23
    2.3.2 直接电流控制  23-24
  2.4 三相电压型PWM 整流器控制系统设计  24-27
    2.4.1 电流内环设计  24-25
    2.4.2 电压外环设计  25-27
  2.5 PWM 整流器部分仿真实验及结果分析  27-29
  2.6 本章小结  29-30
第3章 PWM 逆变器分析研究  30-71
  3.1 电压型二电平逆变器数学模型及SVPWM  30-35
    3.1.1 电压型二电平逆变器数学模型  30-32
    3.1.2 SVPWM 原理  32-35
  3.2 矢量控制分析研究  35-40
    3.2.1 矢量控制基本方程  36-37
    3.2.2 矢量控制结构  37-38
    3.2.3 转子磁链观测器  38-40
  3.3 直接转矩控制分析研究  40-45
    3.3.1 直接转矩控制系统结构  40-41
    3.3.2 直接转矩控制中滞环调节器  41-42
    3.3.3 定子磁链观测器  42-43
    3.3.4 直接转矩控制空间电压矢量选择  43-45
  3.4 矢量控制与直接转矩控制对比分析  45-46
  3.5 定子磁链观测器的改进  46-52
    3.5.1 直流偏置误差分析  46-47
    3.5.2 基于低通滤波器的定子磁链观测器  47-49
    3.5.3 基于幅值限制的定子磁链观测器  49-50
    3.5.4 基于幅值相位补偿的定子磁链观测器  50-52
  3.6 传统直接转矩控制转矩脉动分析与DSVM 直接转矩控制  52-59
    3.6.1 传统直接转矩控制转矩脉动分析  52-54
    3.6.2 DSVM 直接转矩控制系统基本原理及系统结构  54-57
    3.6.3 DSVM 直接转矩控制电压矢量的选择  57-59
    3.6.4 DSVM 技术特点  59
  3.7 PWM 逆变器部分仿真实验结果及分析  59-70
    3.7.1 矢量控制仿真及分析  59-61
    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  61-67
    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  67-70
  3.8 本章小结  70-71
第4章 基于 SVPWM 试验平台的搭建  71-83
  4.1 试验平台总体结构  71-72
  4.2 控制电路  72
  4.3 主电路  72-75
    4.3.1 主电路结构  72-73
    4.3.2 器件参数及其选择  73-75
  4.4 驱动电路  75-76
  4.5 检测电路  76-79
    4.5.1 输出电流检测电路  76-78
    4.5.2 电压检测电路  78-79
  4.6 SVPWM 软件设计  79-81
  4.7 实验结果及分析  81-82
  4.8 本章小结  82-83
第5章 结论  83-84
参考文献  84-87
附录 A 附录 PCB 电路板  87-88
致谢  88-89
攻读硕士学位期间的研究成果  89

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电气化、电能应用 > 电力拖动(电气传动) > 控制系统 > 变频控制系统
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