基于矩阵式变换器的异步电动机矢量控制调速系统的研究

摘要

交流调速技术是实现电气化节能目标的关键环节。矩阵式变换器较传统变频器而言具有众多优良的特性,例如具有正弦输入、输出性能,输入功率因数可接近为1,对电网无污染、结构紧凑、能量可以双向流通,能够实现带负载的四象限运行等。将矩阵式变换器应用到交流电动机调速领域非常合适,它不仅能实现良好的传动性能,而且可以满足当前严格的电能质量要求。主要研究内容如下:
　　 首先,阐述了三相一三相矩阵式变换器的典型拓扑结构及其工作原理,深入分析了矩阵式变换器调制算法的基本策略,对目前基于虚拟等效思想的双空间矢量调制算法做了较详细的分析,在此基础上计算了矩阵式变换器的电压利用率。同时对半软化四步安全换流策略进行了介绍。仿真结果验证了矩阵式变换器的优良特性。
　　 其次,阐述了基于转子磁场定向的矢量控制调速系统的工作原理,分析了坐标变换理论和异步电动机的动态数学模型,并运用MATLAB仿真软件建立了该变频调速系统的仿真模型,详细阐述了控制系统各个子模块的工作原理和建模过程。对系统在不同工况下的调速特性进行了仿真验证,结果表明:采用转子磁场定向的矢量控制调速系统既能保持稳态精度又具有良好的动态性能,为论文后续内容提供了论证基础。
　　 再次,论证了基于矩阵式变换器的异步电动机矢量控制调速系统的组合控制策略,设计了系统的控制器,并在MATLAB仿真平台上建立了系统的仿真模型,验证了该调速系统的传动特性,仿真结果表明:采用组合控制策略的矩阵式变换器调速系统能够实现异步电动机的高性能调速,满足调速要求。
　　 最后,对比分析了基于矩阵式变换器的调速系统和变频调速系统的调速性能,得出的结论有:组合控制策略调速系统与变频调速系统在传动性能上相差无几,矩阵式变换器能够在提高调速系统的动、静态传动性能的前提下,保证输入侧具有较高的功率因数、较少的谐波、较高的电能质量,有利于节能。