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级联型高压变频器及其矢量控制的研究

作　者: 苏倩
导　师: 欧阳红林; 李爱武
学　校: 湖南大学
专　业: 电气工程
关键词: H桥级联型多电平逆变器 相移SVPWM 矢量控制 DSP
分类号: TM921.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


高压变频调速技术涉及大功率交流电动机的各类负载节能和调速，是电力电子领域的一个制高点技术。高压变频器不像低压变频器一样具有成熟一致的拓扑结构，高压变频器的主要的拓扑结构为H桥级联型多电平逆变器，这是因为它具有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、便于逆变器故障冗余设计等优点。由于H桥级联型逆变器需要实时控制和众多的功率开关器件，对于它的调制方法也一直是研究的难点和热点，本文着重研究了适合H桥级联型逆变器的多种调制方法，并且找出它们之间的相互关系和规律，对于不同的调制方法都进行了理论分析、仿真与实验验证，为了提高H桥级联型逆变器在高压变频领域的控制性能提供一些有效可行的方法。本文以H桥级联型逆变器相移SPWM为基础，把它的产生脉冲的方式调整为SVPWM，提出了适合于H桥级联型逆变器的“相移SVPWM”。SVPWM在二电平逆变器高性能的矢量控制中有广泛运用。SVPWM实质上也是由SPWM演变而来，但是SVPWM只适用于只有八个开关状态的二电平逆变器，而不能直接运用于具有大量开关状态的H桥级联型逆变器。本文从H桥级联型逆变器的拓扑结构入手，提出了H桥级联型逆变器电压输出实质是其各H桥左桥臂形成的二电平逆变器组与各H桥右桥臂形成的二电平逆变器组的输出电压之差，从而利用相移原理与SVPWM结合，提出了适合于H桥级联型逆变器的“相移SVPWM”。本文还对H桥级联型逆变器基于相移SVPWM对电机实行“转子磁场定向的矢量控制”进行了深入研究，可以实现电机转矩电流与励磁电流的解耦控制，维持励磁电流不变，控制转矩电流就可实现对电机转矩的控制。对以上本文提出的各种调制方法在理论分析的同时，在文中辅以大量的仿真波形，说明了所提方法的正确性与有效性。本文最后对H桥级联型逆变器在高压变频领域的应用进行了工程化设计。对H桥级联型逆变器主要控制部分电路进行了软硬件设计。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-20
  1.1 引言  10-11
  1.2 国内外发展状况  11-13
  1.3 高压变频器的发展趋势  13-14
  1.4 多电平逆变器的 PWM 调制方法  14-17
    1.4.1 基于载波移向的调制方法  14-16
    1.4.2 基于空间矢量的调制方法  16-17
  1.5 异步电机的基本控制方法  17-18
    1.5.1 V/F 控制  17-18
    1.5.2 矢量控制  18
  1.6 本文主要研究内容  18-20
第2章 基于级联型逆变器的异步电机的矢量控制方法  20-38
  2.1 异步电机的数学模型  20-22
    2.1.1 三相异步电动机数学模型  20-21
    2.1.2 任意两相旋转坐标系(dq 坐标系)下三相异步电动机的数学模型  21
    2.1.3 两相静止坐标系下的三相异步电动机的数学模型  21
    2.1.4 两相同步旋转坐标系下的三相异步电机的数学模型  21-22
  2.2 矢量控制原理  22-23
  2.3 相移 SVPWM 算法在矢量控制系统中的实现  23-36
    2.3.1 二电平逆变器 SVPWM  24-27
    2.3.2 电压空间矢量调制 SVPWM 与常规 SPWM 的本质联系  27-30
    2.3.3 级联型逆变器基于二电平逆变器的相移 SVPWM  30-36
  2.4 基于相移 SVPWM 的转子磁场定向的矢量控制系统  36-37
  2.5 小结  37-38
第3章 系统仿真与分析  38-47
  3.1 载波移相 PWM 和传统的 V/F 控制的仿真  38-41
  3.2 空间矢量脉宽调制 SVPWM 的仿真  41-44
  3.3 矢量控制系统仿真  44-47
第4章 高压变频器的硬件结构与软件实现  47-62
  4.1 级联型高压变频器的拓扑结构  47-49
  4.2 功率单元的设计  49-50
  4.3 高压变频器控制部分设计  50-59
    4.3.1 控制结构总图  50
    4.3.2 基于 FPGA 的多路脉冲触发设计  50-55
    4.3.3 DSP 主控制电路的硬件电路  55-56
    4.3.4 基于 DSP 的主控制程序设计  56-59
  4.4 试验结果及波形  59-61
  4.5 小结  61-62
总结与展望  62-64
参考文献  64-67
附录 A （攻读学位期间所发表的学术论文目录）  67-68
致谢  68

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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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