电流源型逆变器电机驱动系统控制及叠流区补偿方法研究

摘要

电流源型逆变器电机驱动系统与电压源型逆变器电机驱动系统相比具有定子电流谐波小、上下桥臂可以直通而无需短路保护、可以实现更宽范围的电机运行区间等优点。另外电流源型逆变器采用大电感代替大容量电容避免了电容器的寿命问题和温度老化问题，大大延长控制器的使用年限。目前，电流源型逆变器在电机驱动领域已经成为研究热点。本文针对电流源型逆变器在电机驱动领域的应用进行了一些基础理论和应用技术方面的研究，取得了一定成果。
　　首先，本文基于转子磁场定向，在两相同步旋转坐标系下，设计了电流源型逆变器电机驱动系统的多环路控制器。针对交流侧滤波电容和电机定子电感并联而引起的谐振问题，设计了基于电容电压反馈的主动阻尼控制策略。
　　其次，为减小直流侧电流，提高直流侧电流利用率，降低损耗，本文采用固定调制比的调制策略。为进一步减小直流侧电流，本文依据转子磁链与直流侧电流的关系，确定了最优转子磁链给定值与直流侧电流指令值。另外，本文以直流侧电流纹波为依据，确定了直流侧电感的选取范围；以交流侧稳态等效电路为依据，确定了交流侧三相滤波电容的选取范围。
　　再次，本文分析了电流源型逆变器叠流区对交流侧输出电流的影响，并借鉴电压源型逆变器死区补偿方法，推导出了电流源型逆变器叠流区补偿方法。
　　最后，本文利用MATLAB/SIMULINK平台对本文设计的电流源型逆变器电机驱动控制系统进行了仿真验证，验证了本文所设计的多环路控制系统的可行性。并对比了叠流区补偿前后负载电流的基波幅值和谐波畸变率，验证了本文提出的补偿方法的有效性。本文以德州仪器的数字信号处理器TMS-320F28335为控制芯片，用三相IGBT逆变桥与额定功率为1.2KW的异步电机搭建实验平台，在此平台上进行了实验，验证了本文提出的叠流区补偿方法与设计的多环路控制策略、直流侧电流最小控制策略的正确性和可行性。

目录

1 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2研究现状

1.3本文研究的内容和主要工作

2 三相电流源型逆变器电机驱动系统建模及控制

2.1本文采用的三相电流源型逆变器拓扑结构

2.2异步电机动态数学模型

2.3三相电流源型逆变器电机驱动系统动态数学模型

2.4控制器设计

2.5直流侧电流最小控制策略

2.6交流侧滤波电容和直流侧电感选取

2.7本章小结

3 三相电流源型逆变器PWM调制技术

3.1三相电流源型逆变器空间矢量调制

3.2三相电流源型逆变器PWM调制实现

3.3空间矢量序列合成

3.4本章小结

4 电流源型逆变器叠流区补偿

4.1三相电流源型逆变器换相分析

4.2三相电流源型逆变器叠流分布

4.3三相电流源型逆变器叠流区补偿方法

4.4本章小结

5 仿真和实验

5.1系统仿真

5.2系统实验

5.3本章小结

6 总结及展望

6.1研究总结

6.2后续工作展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者攻读硕士学位期间发表的论文