基于电流源型变频器长距离传输系统研究

摘要

目前，市场上存在大量变频传动产品，它们采用不同功率开关器件拓扑结构和控制策略各具特色，其中，电流源型变频器基于其结构以及控制的优越性，在高压大功率场合传动领域获得广泛应用。针对煤矿井下恶劣环境以及防爆变频器设计的复杂性，往往选用长距离变频传输系统，但同时由长距离带来的电机端过电压和传导干扰等负面影响也随功率和开关频率的提高变得越来越严重。本文基于煤矿井下工作面地面集中变频系统研发项目，结合电流源型变频器控制优越性，针对电流源型变频器的长距离传输系统带来的负面影响，主要展开了以下工作。
　　首先，分析了系统结构特点，以电流源型逆变器为研究对象，对电流源型逆变器调制策略进行深入研究，重点研究了两种调制策略：梯形波脉宽调制(TPWM)、电流空间矢量脉宽调制(SVPWM)，在MATLAB软件中分别建立仿真模型，通过改变调制波频率和直流电流大小实现了逆变器输出电流频率和幅值的控制，并对两种调制算法的特点进行了对比分析。
　　其次，基于传输线理论分析了电压、电流反射现象及电动机端过高电压的产生机理，分析结果表明，负载与电缆阻抗不匹配是电机端过电压形成的主要原因；针对电流源型逆变器共模电压进行定义，公式推导分析PWM变频器中共模电压的产生机理和表达式，建立共模等效电路，分析了逆变器九种开关状态分别对应的共模电压，建立仿真模型仿真分析了逆变器输出的共模电压；为进一步分析，建立适用于长距离电缆系统分析的高频电缆模型和高频电机模型，通过实验计算得到模型各参数，验证了模型的有效性。
　　再次，结合MATLAB与PSPice仿真软件建立系统仿真模型，对比电压脉冲仿真分析了电流脉冲反射规律，结合两种调制策略仿真分析了电流PWM波对电机端电压的影响，结果表明：电流源型逆变器输出不受电缆长度限制，建立电流源型变频器实验平台，采用SVPWM调制策略进行了实验验证。
　　最后，针对共模电压产生规律对共模电压的抑制策略进行研究，从硬件和软件两个方面进行分析，硬件方面主要通过一体化电抗器结构和输入输出电容连接结构减少共模电压对系统的影响，软件方面，基于SVPWM调制策略重点研究了三种非零矢量抑制策略和一种三相四桥臂抑制策略，在MATLAB中分别建立仿真模型验证了几种抑制策略的有效性并进行了对比分析。

目录

封面

声明

致谢

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1研究背景及意义（Background and Significance of the Research）

1.2国内外研究现状（Research Status at Home and Abroad）

1.3主要研究内容（Main Research Contents of the Subject）

2 电流源型逆变器（CSI）调制策略研究

2.1 PWM-CSI主电路分析（Analysis of Main Circuit for PWM-CSI）

2.2梯形PWM调制算法及其仿真实现（Trapezoidal PWM Modulation Algorithm and Its Simulation Implementation）

2.3电流空间矢量PWM调制算法及其仿真实现（Current Space Vector PWM Modulation Algorithm and Its Simulation Implementation）

2.4本章小结（Summary of This Chapter）

3长距离过程产生电机端危害的原理

3.1过电压产生机理分析（Overvoltage Mechanism Analysis）

3.2共模电压产生机理（Common-mode Voltage Mechanism Analysis）

3.3本章小结（Summary of This Chapter）

4电缆电机高频模型分析

4.1影响电缆模型参数因素分析（Factors Analysis of Cable Modeling）

4.2电缆高频模型（The Cable High-frequency Modeling）

4.3电机模型分析（Analysis of High-frequency Modeling for Induction Motor）

4.4本章小结（Summary of This Chapter）

5 基于电流源型变频器过电压仿真与实验分析

5.1系统仿真模型（The System Simulation Model）

5.2电流与电压单脉冲仿真分析（Current and Voltage Single Pulse Simulation）

5.3基于电流源型逆变器长电缆系统仿真分析（Simulation Analysis based on Current Source Inverter-Long Cable Fed System）

5.4过电压实验分析（Experimental Analysis of Current Source Converter）

5.5本章小结（Summary of This Chapter）

6 基于电流源型变频器共模电压抑制策略

6.1硬件抑制策略（Hardware Method）

6.2软件抑制策略（Software Method）

6.3本章小结（Summary of This Chapter）

7 总结与展望

7.1本文总结（Conclusions of This Thesis）

7.2工作的展望（Expectations of Future Work）

参考文献

作者简历

学位论文数据集