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感应电机控制系统低速性能研究

作　者: 熊文凯
导　师: 于泳
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 低速性能 恒压频比控制 定子电压矢量定向 定子电阻压降补偿 死区补偿 振荡抑制
分类号: TM346
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


目前,随着电力电子技术的不断发展,交流调速技术的应用越来越广泛。尤其是基于V/F控制的感应电机通用变频调速系统,广泛应用于国民生活的各个领域。但是传统的通用变频调速系统的低速性能还不理想,主要是起动性能较差,低速带载能力不强,以及空载和轻载情况下系统运行不稳定等问题。为了提高感应电机V/F控制系统的低速性能,提高通用变频器的市场竞争力,本课题对影响系统低速性能和系统稳定性等方面的几项关键技术进行了研究。首先,本文提出了基于定子电压定向的控制方案。采用电流反馈控制模式,通过基于定子电压矢量定向的旋转坐标变换,对定子电流进行分解,获得有功电流分量和无功电流分量,并以此为基础设计各种补偿方案。为了提高系统的起动性能和低速带载能力,提出了基于定子电压矢量定向的转矩提升方案。通过对感应电机的数学模型进行分析,得出了保持气隙磁通恒定所需的定子电压值。然后根据坐标变换所得到的有功电流和无功电流求得电压补偿量,对定子电阻压降进行补偿。为了消除死区效应对输出电流和输出电压的影响,设计了一种基于定子电压定向的死区补偿方法。死区补偿的一个技术难点是定子电流的极性判断,通过基于定子电压矢量定向的旋转坐标变换,得到的有功电流分量和无功电流分量皆为直流量,可以算出电流矢量角,从而进行电流的极性判断。为了提高系统地稳定性,本文对感应电机开环控制系统不稳定的原因进行了分析,提出了基于功率平衡理论的分析方法。通过理论和实验分析,得到了基于无功电流波动的稳定性判据,并提出了基于无功电流反馈控制的振荡抑制方法。最后,将上述方案应用于感应电机V/F控制系统平台。实验结果表明,采用本文提出的方法,与传统V/F控制方法相比,电机低频转矩获得了极大提升,电流波形得到明显改善,系统稳定性得到显著提高。通过本课题的研究,扩大了V/F控制的通用变频器的应用范围,提高了其市场竞争力。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-16
  1.1 课题的研究背景  9-10
  1.2 课题研究的目的和意义  10-11
  1.3 课题的国内外研究现状  11-14
    1.3.1 定子电阻压降补偿技术研究现状  11-12
    1.3.2 死区补偿技术研究现状  12-13
    1.3.3 振荡抑制技术研究现状  13-14
  1.4 论文主要研究内容  14-16
第2章 定子电阻压降补偿方法  16-29
  2.1 感应电动机数学模型  16-19
    2.1.1 感应电动机的稳态等效电路  16-17
    2.1.2 基本方程式  17-19
  2.2 V/F 控制的原理与特性  19-22
    2.2.1 V/F 控制原理  19-20
    2.2.2 V/F 控制的特性  20-22
  2.3 定子电阻压降补偿方法  22-28
    2.3.1 定子电压矢量定向原理  23-24
    2.3.2 定子电阻压降补偿  24-25
    2.3.3 实验结果分析  25-28
  2.4 本章小结  28-29
第3章 死区补偿方法  29-42
  3.1 SVPWM 调制原理  29-34
    3.1.1 电压空间矢量与磁链空间矢量  29-30
    3.1.2 SVPWM 调制原理  30-34
  3.2 SVPWM 死区补偿方法研究  34-39
    3.2.1 死区效应分析  35-37
    3.2.2 死区时间确定  37-38
    3.2.3 电流极性判断  38-39
  3.3 实验结果  39-41
  3.4 结论  41-42
第4章 V/F 控制系统振荡抑制方法  42-53
  4.1 稳定性分析  42-46
    4.1.1 振荡原因分析  42-43
    4.1.2 稳定性判据  43-46
  4.2 瞬时功率平衡理论  46-48
  4.3 振荡抑制方案  48-49
  4.4 实验结果与分析  49-52
  4.5 本章小结  52-53
第5章 感应电机V/F 控制系统软硬件设计  53-67
  5.1 感应电机V/F 控制系统硬件设计  53-60
    5.1.1 主电路的设计  54-55
    5.1.2 开关电源设计  55-56
    5.1.3 采样电路设计  56-58
    5.1.4 保护电路设计  58-60
  5.2 系统软件设计  60-63
    5.2.1 控制系统模块  60-61
    5.2.2 模块的优先级  61-62
    5.2.3 系统软件程序设计  62-63
  5.3 实验结果及分析  63-66
    5.3.1 低频负载电流曲线  64-65
    5.3.2 空载和满载起动性能  65-66
    5.3.3 动态性能  66
  5.4 本章小结  66-67
结论  67-68
参考文献  68-72
攻读硕士学位期间发表的论文  72-74
致谢  74

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 交流电机 > 感应电机
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