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双频逆变器驱动的感应电机直接转矩控制系统研究

作　者: 安树怀
导　师: 王明渝
学　校: 重庆大学
专　业: 电气工程
关键词: 双频逆变器直接转矩控制开关损耗转矩脉动模糊控制空间矢量调制(SVM)
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 48次
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内容摘要

目前,在经济快速发展、生活质量提高的过程中,能源短缺和环境污染的问题也日益凸显,所以节能技术也越来越得到世界上各个政府的重视。在工业及能源利用领域,需要对很多大功率高压交流电机进行控制。在大功率的高性能交流电机调速领域,大容量逆变器的应用越来越广泛,为了改善系统性能,提高系统效率,各种各样的新的拓扑结构以及控制方法被提出。本文针对高性能交流调速中,系统性能指标高,开关损耗大,对逆变器容量等级要求高等特点,将双频理论思想运用到异步电机的直接转矩控制系统中。首先介绍了双频逆变器的工作原理,对系统的控制策略进行了详细分析,并对高低频单元频率以及低频电感等参数对双频逆变器性能影响做了探讨。由于高低频单元功能不同且相对独立,即低频单元主要负责传递大部分能量,而高频单元提高改善系统性能,文中对高低频单元采用不同的控制策略。其次,将双频逆变器运用到传统的异步电机直接转矩控制系统,仿真分析了系统的各种输出响应,并与单频逆变器直接转矩控制系统做了细致对比,验证了双频逆变器所具有的优势。在以上研究分析基础上,针对传统的异步电机直接转矩控制系统转矩、磁链脉动较大,开关频率不恒定等主要不足,文中用两种不同的方法对传统直接转矩控制系统进行了改进。一种方法是用模糊控制器代替传统的滞环控制器,这样可以更为精确地根据转矩误差和磁链误差来选择合适的开关表,避免了因滞环宽度固定所引起的转矩、磁链误差大等问题,提高了系统的动静态性能;另一种方法是采用空间矢量调制。根据异步电机转矩表达式,推导出系统参考电压的数学表达式,以此来计算所需的空间电压矢量,从仿真结果表明,系统转矩脉动和磁链脉动大大降低,性能明显提高,减小了开关损耗,提高了系统的效率。最后,设计了一台双频逆变器实验装置,实验装置包括双频逆变器主电路,DSP2812控制板,驱动电路,信号调理电路以及各种型号的辅助电源。结合现有条件,在样机上进行实验研究。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-13
  1.1 课题的背景及研究意义  8-9
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  9-11
    1.2.1 直接转矩控制的发展  9-10
    1.2.2 双频理论思想的发展  10-11
  1.3 本论文研究的主要内容  11-13
2 双频逆变器拓扑结构及工作原理  13-21
  2.1 双频逆变器拓扑结构及其控制策略  13-18
    2.1.1 双频逆变器的拓扑结构及工作原理  13-15
    2.1.2 双频逆变器的控制策略  15-18
  2.2 双频逆变器性能分析  18-20
    2.2.1 开关损耗分析  18
    2.2.2 系统参数分析  18-20
  2.3 本章小结  20-21
3 双频逆变器驱动直接转矩控制系统  21-33
  3.1 系统拓扑结构及工作原理  21-22
  3.2 双频逆变器驱动的异步电机直接控制系统  22-26
    3.2.1 直接转矩控制原理  22-24
    3.2.2 最优化空间矢量表  24-25
    3.2.3 直接转矩控制系统模型  25-26
  3.3 系统仿真分析  26-32
    3.3.1 调速系统中双频逆变器仿真结果及性能分析  27-29
    3.3.2 双频逆变器供电的调速系统仿真结果分析  29-32
  3.4 本章小结  32-33
4 直接转矩控制系统的改进方案  33-52
  4.1 模糊控制器的结构  33-35
    4.1.1 模糊规则库  34
    4.1.2 模糊推理机  34
    4.1.3 模糊产生器  34
    4.1.4 模糊消除器  34-35
  4.2 模糊控制在调速系统中的应用  35-38
  4.3 系统仿真研究  38-43
  4.4 SVM 直接转矩系统控制原理  43-44
  4.5 空间矢量调制  44-48
    4.5.1 转矩增量分析  44-45
    4.5.2 参考电压求取  45-47
    4.5.3 算法实现  47-48
  4.6 仿真研究  48-51
  4.7 本章小结  51-52
5 实验平台设计及实验分析  52-66
  5.1 双频逆变器实验装置硬件结构  52
  5.2 系统硬件电路设计  52-58
    5.2.1 整流滤波电路设计  52-53
    5.2.2 高频单元电路设计  53-56
    5.2.3 低频单元电路设计  56-58
  5.3 信号采样电路设计  58-59
  5.4 系统控制器设置及软件设计  59-61
    5.4.1 控制器的选择  59
    5.4.2 DSP 系统的资源分配  59-60
    5.4.3 控制算法的软件实现  60-61
  5.5 部分实验结果  61-65
  5.6 本章小结  65-66
6 结论与展望  66-68
  6.1 论文工作总结  66
  6.2 后续工作展望  66-68
致谢  68-69
参考文献  69-73
附录  73
  A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  73
  B 实验平台实物图  73

双频逆变器驱动的感应电机直接转矩控制系统研究

内容摘要

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