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功率单元级联型高压变频器及矢量控制系统的研究

作 者: 梁国林
导 师: 吕振
学 校: 辽宁工程技术大学
专 业: 电力电子与电力传动
关键词: 单元级联型 三相PWM整流器 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: 2013年
下 载: 7次
引 用: 0次
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内容摘要


现在市场上的使用最为广泛的高压变频器的拓扑结构主要采用多个功率单元级联而成。本文提出一种可以实现能量回馈的改进方案,这是建立在功率单元级联型高压变频器为基础上而提出的。用全控型IGBT等全控型开关器件取代不可控的二极管整流桥组成三相PWM整流器,与桥逆变单元一起组成功率单元的整流和逆变环节。在高压变频器的级联型拓扑和SPWM调制方法的基础上,对级联型高压变频器无速度传感器矢量控制系统进行了深入的分析,包括无速度传感器矢量控制中的速度辨识和磁通观测。在速度辨识中,分析了直接计算法和模型参考自适应法的优、缺点,并对模型参考自适应法的纯积分进行改进。本文提出了用一个一阶低通环节和一阶高通环节组成一个闭环来代替纯积分环节,经过仿真证实了该方案的可行性。在磁通观测中,首先列举了电压、电流磁通观测模型和有限补偿后的电压模型磁通观测模型,并依次给出了三种模型的优、缺点,并给出选择有限补偿电压模型的依据。本文对级联型高压变频器无速度传感器矢量控制系统的原理进行了详细地分析,同时利用Matlab建立了感应电机的无速度传感器矢量控制系统的仿真平台,并得到了良好的仿真波形。在上述理论分析、仿真验证的基础上,本文以数字信号处理器TMS320F2812和FPGA为核心,组成了全数字化控制器,并在一台7kW感应电机上进行了实验研究,实验结果验证了理论分析的正确性和可行性。

全文目录


致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-11
1 绪论  11-15
  1.1 课题研究的目的与重大意义  11
  1.2 高压变频器的发展现状及发展趋势  11-13
    1.2.1 高压变频器的发展过程和发展现状  11-12
    1.2.2 高压变频器的发展趋势  12-13
  1.3 变频器返回能量处理方式的研究状况  13
  1.4 课题来源和论文主要内容  13-15
2 双 PWM 变换器级联型高压变频器结构及控制策略  15-33
  2.1 几种常见高压变频器的比较分析  15-18
    2.1.1 电流源型高压变频器  15-16
    2.1.2 三电平 PWM 电压源型高压变频器  16-17
    2.1.3 传统电压源型功率单元级联型高压变频器  17-18
    2.1.4 双 PWM 变换器级联电压型高压变频器  18
  2.2 功率单元级联型变频系统能量再产生的机理  18-19
  2.3 传统功率单元级联型逆变器的局限性  19-21
  2.4 双 PWM 变换器级联型逆变器的电路结构及其数学模型  21-30
    2.4.1 双 PWM 变换器级联型逆变器的电路结构  21
    2.4.2 双 PWM 级联型多电平逆变器的数学模型  21-30
  2.5 双 PWM 功率单元级联型高压变频器的 PWM 控制策略  30-31
  2.6 每个功率单元再生能量分配情况介绍  31-32
  2.7 本章小结  32-33
3 无速度传感器矢量控制转速辨识和磁通观测方案研究  33-42
  3.1 无速度传感器矢量控制系统的转速辨识介绍  33-37
    3.1.1 动态速度估测器  33-34
    3.1.2 基于模型参考自适应(MRAS)的转速辨识方案介绍  34-36
    3.1.3 改进型模型参考自适应(MRAS)速度辨识的介绍  36-37
  3.2 无速度传感器矢量控制系统的磁通观测方法分析  37-41
    3.2.1 转子磁通电流模型观测器方案介绍  38
    3.2.2 转子磁通电压模型观测器方案介绍  38
    3.2.3 转子磁通电压模型观测器存在的问题分析及改进  38-41
  3.3 本章小结  41-42
4 功率单元级联型变频控制系统设计与仿真研究  42-56
  4.1 感应电机矢量控制的数学模型与坐标变换的介绍  42-44
  4.2 按转子磁场定向的矢量控制方案的分析  44-45
  4.3 无速度传感器矢量控制系统设计  45-47
  4.4 感应电机无速度传感器矢量控制系统的控制原理  47
  4.5 感应电机功率单元级联型变频系统仿真研究  47-55
    4.5.1 仿真模型的建立  48-51
    4.5.2 仿真分析  51-55
  4.6 本章小结  55-56
5 级联型高压变频器实验系统研制  56-63
  5.1 实验系统框图  56-57
  5.2 系统硬件电路的设计过程  57-60
    5.2.1 主控制器的硬件设计  57-59
    5.2.2 检测电路设计  59
    5.2.3 功率单元设计  59-60
  5.3 系统软件程序的设计  60-62
  5.4 本章小结  62-63
6 实验结果分析  63-68
  6.1 硬件平台介绍  63-66
  6.2 实验波形  66-67
  6.3 本章小结  67-68
7 结论与展望  68-69
  7.1 结论  68
  7.2 不足与展望  68-69
参考文献  69-71
作者简历  71-73
学位论文数据集  73-74

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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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