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大功率异步电动机矢量控制变频调速系统产品化研究

作　者: 樊生文
导　师: 李正熙；赵键
学　校: 北方工业大学
专　业: 控制工程
关键词: 转子磁场定向定转子参数测量转子磁链估计和速度估计 DSP
分类号: TM343
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

转子磁场定向控制使交流调速系统的性能产生了质的飞跃,异步电动机无速度传感器矢量控制更是增加了系统的简易性和鲁棒性,降低了系统的实现成本,如今大功率异步电动机无速度传感器矢量控制变频调速系统已是国内当前电气传动和自动化领域研究的热点和技术攻坚的难点。准确辨识电机转速是实现无速度传感器矢量控制的关键。本文基于超稳定性理论的模型参考自适应系统,对无速度传感器矢量控制系统的转子磁链观测和转速估计进行了研究,建立了基于模型参考自适应的异步电动机无速度传感器矢量控制系统,基本原理是利用电动机定子电压方程和电流方程得到电动机转速。为了提高无速度传感器矢量控制系统性能,本文引入了一种定转子参数离线测量计算的方法。首先对感应电机静态数学模型进行了化简,得到各个参数与电压电流之间的关系方程。通过单相直流试验和单相交流试验辨识电动机参数。采用迭代算法计算出非线性方程的数值,还介绍了一种基于电压电流瞬时值计算电动机功率因数的方法。算法通过物理试验验证,测量效果较好。本文在对整个矢量控制系统进行Matlab仿真验证的基础上,基于TI公司的DSP芯片TMS320F2812,设计了调速系统的硬件电路实现,并给出了调速系统的软件流程图和各子模块的具体实现,进行了整机测试,给出了实验结果和结论。该系统已经成功应用于矢量变频器成品生产中,在北京天华博实电气有限公司的变频器生产车间进行了相应的实验。实验表明,该系统具有良好的动静态性能,运行稳定,抗干扰能力强,获得用户好评,不失为一套具有先进性、新颖型、实用性的高性能变频调速系统,初步达到了产品化的目标。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-14
  1.1 选题依据及意义  9-10
  1.2 课题来源及目的  10
  1.3 三种不同磁场定向的矢量控制系统方案及其优缺点  10-12
  1.4 研究内容安排  12-14
第二章转子磁场定向矢量控制理论  14-29
  2.1 矢量控制理论  14-17
    2.1.1 空间矢量的概念  14
    2.1.2 矢量控制理论  14-17
  2.2 异步电动机的坐标系  17-22
    2.2.1 异步电动机的坐标系  17-18
    2.2.2 矢量坐标变换  18-22
  2.3 三相异步电动机的数学模型  22-29
    2.3.1 三相异步电动机在三相静止坐标系上的数学模型  22-24
    2.3.2 三相异步电动机在二相静止坐标系上的数学模型  24-25
    2.3.3 三相异步电动机在两相同步旋转坐标系上的数学模型  25-29
第三章基于电压电流混合模型的模型参考自适应转子磁链和速度观测器  29-49
  3.1 模型参考自适应基本知识  29-30
  3.2 转子磁链观测器设计  30-33
  3.3 异步电动机定转子参数计算  33-49
    3.3.1 按转子磁场定向的矢量控制系统异步电动机参数的敏感性分析  33-36
    3.3.2 异步电动机数学模型的简化  36-42
    3.3.3 直流试验测量定子电阻  42-43
    3.3.4 交流试验测量转子电阻、定子转子漏感、互感  43-45
    3.3.5 按转子磁场定向的矢量控制系统异步电动机参数离线计算结果  45-49
第四章矢量控制变频调速系统的硬件设计  49-60
  4.1 系统硬件的整体设计  49
  4.2 主电路设计  49-53
    4.2.1 整流电路  50-51
    4.2.2 中间环节  51-52
    4.2.3 逆变电路  52-53
  4.3 控制电路设计  53-60
    4.3.1 电源管理模块  53
    4.3.2 PWM模块  53-54
    4.3.3 电流电压信号采样处理电路模块  54-55
    4.3.4 通讯模块  55-56
    4.3.5 光电编码器速度信号处理模块  56-57
    4.3.6 模拟量输出模块  57-58
    4.3.7 操作面板硬件电路模块  58-60
第五章无速度传感器矢量控制变频调速系统控制软件设计  60-66
  5.1 引言  60
  5.2 矢量控制系统软件功能框图  60-61
  5.3 各功能子模块流程图  61-66
    5.3.1 主程序流程图  61-62
    5.3.2 T1UFINT中断流程图  62-63
    5.3.3 定子相电流死区补偿流程图  63-64
    5.3.4 功率保护中断流程图  64-66
第六章无速度传感器矢量控制系统实验结果  66-76
  6.1 Matlab仿真实验结果  66-68
  6.2 物理实验结果  68-76
结论  76-78
参考文献  78-81
在学研究成果  81-82
致谢  82

大功率异步电动机矢量控制变频调速系统产品化研究

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