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矩阵变换器驱动永磁方波电动机控制策略研究

作　者: 姜田贵
导　师: 周波
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 电机与电器
关键词: 矩阵变换器永磁方波电动机调制策略闭环控制虚拟整流虚拟逆变
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 56次
引　用: 1次
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内容摘要

本文将矩阵变换器用于驱动永磁方波电动机,实现对永磁方波电动机的交-交直接控制,为永磁方波电动机变频调速提供新的解决途径。利用矩阵变换器驱动永磁方波电动机,可以克服传统交-直-交电压源型逆变器(VSI)存在的输入电流畸变严重、谐波大、输入功率因数低、难以实现能量双向流动等缺点,有效减少网侧电力谐波,防治“电力公害”。矩阵变换器的“全硅组成”拓扑结构可以延长变换器寿命,有利于电机与驱动系统的集成。本文首先介绍了矩阵变换器以及永磁方波电动机的基本原理,然后针对永磁方波电动机反电势为梯形波、相电流为方波的特点,基于矩阵变换器交-直-交等效模型,提出两种新的用于驱动永磁方波电动机的矩阵变换器调制策略。文中对两种调制策略下虚拟整流和虚拟逆变的调制方法进行了详细的理论分析与数学推导,并讨论了虚拟整流和虚拟逆变两级调制方法的综合过程,将其演化得到常规九开关矩阵变换器驱动永磁方波电动机实现交-交变频调速的控制策略。为提高系统调速性能,本文提出了矩阵变换器驱动永磁方波电动机调速系统的闭环控制方案。以调制比为中间变量,通过对调制比的修正及时调整变换器的输出电压,实现转速的准确跟踪。文中建立了系统的MATLAB/SIMULINK仿真模型,对所提闭环控制策略进行了仿真研究,验证了控制策略的有效性。并在仿真基础上利用实验平台实现了系统的闭环运行,通过实验进一步验证了本文所提控制策略。实验结果表明系统能够实现基频以上和基频下的变频输出,输出方波电流的同时能够实现输入电流正弦化。本文最后讨论了矩阵变换器的实现技术,构建了以数字信号处理器(DSP)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)为控制系统核心、以分立IGBT共射极联接构成的双向开关为功率器件的矩阵变换器-永磁方波电动机调速系统实验平台。文中详细介绍了系统的硬件构成与软件设计,为矩阵变换器的进一步实用化研究提供了一定的技术基础。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-15
第一章绪论  15-23
  1.1 引言  15-16
  1.2 矩阵变换器的发展  16-19
    1.2.1 矩阵变换器的研究历程  16-18
    1.2.2 矩阵变换器研究的难点与热点  18-19
  1.3 无刷直流电动机的发展  19-21
    1.3.1 无刷直流电动机及其应用  19
    1.3.2 无刷直流电动机的研究现状  19-21
  1.4 矩阵变换器驱动永磁方波电动机的意义与研究现状  21
  1.5 本文的主要内容  21-22
  1.6 本章小结  22-23
第二章矩阵变换器及永磁方波电动机的基本原理  23-32
  2.1 引言  23
  2.2 矩阵变换器的基本原理  23-28
    2.2.1 基本结构  23-24
    2.2.2 双向开关的构成  24-26
    2.2.3 矩阵变换器的间接调制原理  26-28
  2.3 永磁方波电动机的基本原理  28-31
    2.3.1 永磁方波电动机的基本结构  28
    2.3.2 永磁方波电动机的工作原理  28-30
    2.3.3 永磁方波电动机的数学模型  30-31
    2.3.4 永磁方波电动机的调速策略  31
  2.4 本章小结  31-32
第三章矩阵变换器驱动永磁方波电动机的调制策略  32-52
  3.1 引言  32-33
  3.2 虚拟整流级含零矢量的调制策略  33-41
    3.2.1 虚拟整流级调制  33-36
    3.2.2 虚拟逆变级调制  36-37
    3.2.3 虚拟整流级和虚拟逆变级的综合  37-39
    3.2.4 实验验证  39-41
  3.3 虚拟整流级不含零矢量的调制策略  41-50
    3.3.1 整流级调制  41-43
    3.3.2 逆变级调制  43-45
    3.3.3 整流级与逆变级的综合  45-48
    3.3.4 实验验证  48-50
  3.4 两种调制策略的比较  50-51
  3.5 本章小结  51-52
第四章矩阵变换器驱动永磁方波电动机的闭环控制与建模  52-66
  4.1 引言  52
  4.2 矩阵变换器-永磁方波电动机闭环调制原理  52-55
  4.3 矩阵变换器-永磁方波电动机闭环系统建模  55-59
  4.4 仿真分析  59-62
  4.5 实验验证  62-65
  4.6 本章小结  65-66
第五章矩阵变换器-永磁方波电动机系统设计与实现  66-84
  5.1 引言  66-67
  5.2 矩阵变换器主电路系统设计  67-72
    5.2.1 矩阵变换器的双向开关及其驱动电路设计  67-68
    5.2.2 双向开关的换流控制策略  68-70
    5.2.3 箝压保护电路  70-71
    5.2.4 输入滤波电路设计  71-72
  5.3 矩阵变换器控制电路的设计  72-79
    5.3.1 DSP 硬件电路的设计  72-74
    5.3.2 CPLD 功能电路的设计  74-76
    5.3.3 采样调理电路的设计  76-79
  5.4 系统软件设计  79-82
    5.4.1 主程序设计  79-80
    5.4.2 中断服务子程序设计  80-82
  5.5 本章小结  82-84
第六章全文总结  84-86
  6.1 本文总结  84-85
  6.2 下一步工作的探讨  85-86
参考文献  86-91
致谢  91-92
在学期间的研究成果及发表的学术论文  92-93
附录  93

矩阵变换器驱动永磁方波电动机控制策略研究

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