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双PWM变频器及其控制策略研究

作　者: 唐慧刚
导　师: 陈益广；徐光辉
学　校: 天津大学
专　业: 电气工程
关键词: 双PWM变频器 虚拟磁链矢量控制 直接转矩控制 SVPWM 无速度传感器
分类号: TM921.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


交流变频调速技术在各个领域的广泛应用带来了巨大的经济和社会效益。交-直-交变频调速系统是目前应用最多的一种形式,但传统的交-直-交变频结构由于整流部分的不可控对电网构成了谐波污染。本文研究了一种新的双PWM变频调速系统,即由PWM整流器和PWM逆变器组成的双PWM变频器无需任何附加电路就可使电网侧输入电流接近正弦波,功率因数接近1,消除网侧谐波污染,且实现了四象限运行,能够改善系统的动态调速性能。本课题首先对双PWM变频器的结构和工作原理进行分析,其次先对整流部分进行详细分析,给出其工作原理和各种数学模型,采用直接电流控制中的虚拟磁链定向矢量控制,运用空间电压矢量(SVPWM)算法,与传统的电压定向矢量控制策略相比较,该方法可以使得系统功率因数达到1,谐波含量小,减少系统体积和成本,为逆变部分提供了稳定的直流母线电压。逆变部分采用定子磁链定向的直接转矩控制策略,传统的直接转矩控制在低速下效果不理想,存在转矩脉动大,逆变器开关频率不固定等缺点。为此,提出了基于SVPWM的无速度传感器直接转矩控制,这种方法有效的解决了低速时转矩脉动大和开关频率不固定的问题,降低了系统成本,增强了系统的稳定性和可靠性,使电机获得良好的机械性能。最后,对整流和逆变部分分别应用MATLAB7.6/Simulink进行仿真,运用TI公司的TMS320LF2407A核心处理器设计了逆变部分的硬件和软件部分系统。仿真结果验证了理论的正确性和有效性。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-12
  1.1 课题研究的背景及意义  7-8
  1.2 双PWM 变频器的研究过程及发展  8-10
  1.3 双PWM 变频器控制策略的研究  10-11
  1.4 研究主要内容  11-12
第二章 双PWM变频调速系统整流侧研究  12-26
  2.1 电压型交-直-交双PWM 变频器的结构  12
  2.2 PWM 整流器工作原理和数学模型  12-17
    2.2.1 PWM 整流器工作原理  13-14
    2.2.2 三相电压型PWM 整流器数学模型  14-17
  2.3 整流器控制策略研究  17-24
    2.3.1 电压定向矢量控制原理  18-20
    2.3.2 SVPWM 算法  20-24
  2.4 三相VSR 整流器仿真模型和结果  24-25
  2.5 本章小结  25-26
第三章 双PWM变频调速系统逆变部分  26-35
  3.1 异步电动机变频调速  26
  3.2 异步电机直接转矩控制  26-32
    3.2.1 三相异步电动机的数学模型  26-29
    3.2.2 逆变器中的定子空间电压矢量  29-30
    3.2.3 定子电压空间矢量对电动机转矩的影响  30
    3.2.4 定子磁链观测和转矩观测  30-32
  3.3 DTC 变频调速系统的性能分析  32-33
  3.4 DTC 变频调速系统的仿真  33-34
  3.5 本章小结  34-35
第四章 基于SVPWM的无速度传感器的直接转矩控制系统  35-42
  4.1 基于磁链观测器的电机速度估计  35-39
    4.1.1 定子磁链观测和转矩观测  35-37
    4.1.2 转子磁链估计  37
    4.1.3 电机速度的估计  37-39
  4.2 速度传感器的转速估计仿真  39-41
  4.3 本章小结  41-42
第五章 PWM逆变侧控制系统硬件和软件设计  42-55
  5.1 PWM 逆变侧调节器参数设计  42-45
    5.1.1 功率开关管计算和选取  42-43
    5.1.2 转矩调节器设计  43
    5.1.3 转速调节器设计  43-45
  5.2 调速系统硬件电路设计  45-50
    5.2.1 DSP 的介绍  45-46
    5.2.2 IPM 的介绍  46-47
    5.2.3 驱动隔离电路  47-48
    5.2.4 检测电路  48-50
  5.3 直接转矩控制系统的软件程序设计  50-54
    5.3.1 定子磁链观测器的实现  50-52
    5.3.2 速度估算模块  52-53
    5.3.3 SVPWM 的DSP 实现  53-54
  5.4 本章小结  54-55
第六章 总结与展望  55-56
参考文献  56-59
发表论文和参加科研情况说明  59-60
致谢  60

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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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