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单元串联式高压变频器的直接磁场定向控制系统的研究

作　者: 王琛
导　师: 赵明
学　校: 辽宁科技大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 单元串联变频器无速度传感器矢量控制模型参考自适应
分类号: TM921.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

高压电机采用变频调速可节能近40%,因此高压变频器广泛应用于电力、供水、冶金、石油、化工、采矿、煤炭、造纸、建材等领域。高压变频器是通过功率单元的串联拓扑结构和水平SPWM调制来实现的,在串联式高压变频器无速度传感器的矢量控制中,速度辨识、磁通观测及上电参数自检测是提高高压变频性能指标的关键。通常采用的电压、电流磁通观测模型,由于转子绕组参数随温度和集肤效应随频率变化的影响,转子电阻变化范围可能很大,所以给转子磁通的观测带来困难。模型参考自适应法的纯积分,因存在零点漂移问题,低速时由于误差增大可能影响实际估算效果动态性能不好。基于上述原因严重影响了高压变频的性能。文中深入分析了高压变频理论与技术的发展现状及趋势,针对现有高压变频器存在的磁通观测与积分漂移等问题,提出了有限补偿电压模型的磁通观测方法和用一阶低通和高通电路闭环构成速度自适应辨识模型来取代纯积分自适应模型的方案,进行磁通观测与转子速度估计,实践证明收到了良好的效果。实践中,应用TI公司的DSP TMS320LF2812实现算法运算和ALTERA公司的CYCLONEII系列FPGA做发波及功率柜等,在一台7.5kW交流电机上进行了实验研究,实践结果证明方案的正确性与可行性。

全文目录

中文摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1. 绪论  9-15
  1.1 课题研究的背景及意义  10
  1.2 变频技术发展  10-12
    1.2.1 电力电子器件的发展  11
    1.2.2 控制技术的发展  11-12
  1.3 高压变频器的应用及发展趋势  12-15
    1.3.1 高压变频器的特点  13-14
    1.3.2 高压变频器的发展趋势  14-15
2. 矢量控制的基本原理及数学模型  15-22
  2.1 异步电机矢量控制的基本思想  16-17
  2.2 矢量控制的坐标变换  17-19
    2.2.1 三相静止到两相静止坐标变换(3s to 2s)  17
    2.2.2 两相静止到三相静止坐标变换(2s to 3s)  17-18
    2.2.3 两相静止到两相旋转坐标变换(2s to 2r)  18
    2.2.4 两相旋转到两相静止坐标变换(2r to 2s)  18-19
  2.3 异步电机的数学模型  19-22
3. 串联高压变频器控制系统设计  22-27
  3.1 基于转子磁场定向矢量控制基本策略  22-23
    3.1.1 直接磁场定向矢量控制  22-23
    3.1.2 间接矢量控制  23
  3.2 无速度传感器矢量控制系统的设计  23-27
    3.2.1 直接磁场定向矢量控制系统设计  24-25
    3.2.2 矢量控制中电流调节器设计  25-27
4. 改进方案  27-40
  4.1 无速度传感器矢量控制的转速辨识  27-34
    4.1.1 动态速度估测器  28-29
    4.1.2 基于扩展卡尔曼滤波器的转速辨识(EKF)  29
    4.1.3 基于模型参考自适应(MRAS)的转速辨识  29-32
    4.1.4 基于 PI 自适应法的速度辨识  32
    4.1.5 对于模型参考自适应(MRAS)速度辨识的改进  32-34
  4.2 无速度传感器矢量控制的转子磁通观测  34-38
    4.2.1 电流模型转子磁通观测器  35
    4.2.2 电压模型转子磁通观测器  35-36
    4.2.3 电压模型观测转子磁通存在问题分析及改进  36-38
  4.3 交流电机无速度传感器矢量控制系统控制原理  38-40
5. 高压变频器结构  40-47
  5.1 高压变频器结构  40-47
    5.1.1 高压变频器主电路  40-42
    5.1.2 电压叠加原理  42-43
    5.1.3 变频器功率单元  43-44
    5.1.4 移相变压器  44-46
    5.1.5 串联输出  46-47
6. 实验平台的构建与实验结果分析  47-63
  6.1 实验系统的构成  47-50
  6.2 各构成部分硬件电路设计与实现  50-57
    6.2.1 控制电路硬件设计  50-54
    6.2.2 检测电路设计  54-55
    6.2.3 功率单元设计  55-57
  6.3 系统软件设计  57-60
  6.4 实验及结果分析  60-63
7. 存在的不足与今后工作展望  63-64
参考文献  64-68
致谢  68

单元串联式高压变频器的直接磁场定向控制系统的研究

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