基于小电容变频调速系统的研究与设计

摘要

现在常用的变频调速系统一般都会使用电容值较大的电解电容，以此维持母线电压稳定。但是由于电解电容的特性，容易致使交流输入电流波形出现严重失真的现象，进而降低整个系统的功率因数，同时电解电容的使用寿命短，直接缩短了整个系统的可靠使用时间。如果母线使用薄膜小电容替代，系统能够避免上述问题。因此，本文研究了基于母线小电容拓扑结构的变频调速系统控制策略，采用永磁同步电机作为执行机构，进行了详细的研究分析和平台设计。
　　论文首先分析了永磁同步电机的数学模型，利用坐标变换和前馈解耦结构实现电机两个电流分量的独立控制。然后基于磁场定向矢量控制，采用了适用于小电容的新弱磁控制算法，并在空间矢量脉宽调制方法的基础上，实现过调制算法；建立了小电容变频调速系统的电流环和速度环，并完成了各个PI调节器参数的设计；针对单相电源输入特性，给出了三种不同方法的单相锁相环技术，并进行了仿真对比实验。同时，还介绍了转子初始位置未知情况下的电机启动方法。
　　搭建了小电容变频调速系统实验平台，分析并设计了控制电路，检测及故障保护，通讯和存储等硬件电路，基于TMS320F28335数字处理芯片进行软件程序设计，包含了初始化模块，主循环模块，中断服务模块以及通讯模块等的详细设计方案和程序流程图。最后，结合新的控制策略，构建了系统的仿真模型，进行了大量动态仿真实验和物理实验平台的调试，证明小电容变频调速系统具有较好的性能表现，验证系统设计的正确性。

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1 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 母线电容变频系统的研究现状

1.3 论文研究内容及工作

2 小电容变频系统模型及工作原理分析

2.1 拓扑结构及工作原理

2.2 永磁同步电机数学模型

2.3 小电容系统控制策略分析

2.4 SVPWM的过调制原理

2.5 本章小结

3 小电容变频系统方案设计

3.1 系统总体方案

3.2 调节器参数整定设计

3.3 单相锁相环同步技术

3.4 转子初始启动技术

3.5 本章小结

4 小电容变频系统实验平台设计

4.1 实验平台总体设计

4.2 系统硬件设计

4.3 系统软件设计

4.4 本章小结

5 系统仿真实验与分析

5.1 系统仿真模型

5.2 仿真及实验结果分析

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 课题展望

致谢

参考文献