应用于矿井提升机的大功率三电平SVPWM逆变器变频调速系统研究

摘要

在交流电机变频调速方法中，变频调速系统因为其调速时平滑性好、效率高、相对稳定性好、调速范围较大、精度高等优点。近年来一直是感应电机交流调速系统中的热门研究方向。中点钳位式三电平SVPWM逆变器是一种新近发展起来的变频调速拓扑结构，由于它具有良好的系统性能越来越受到人们的接受。而采用SVPWM的调制方法更好的拟合了电机的旋转电压，旋转磁链矢量可以达到更好的调速效果。在所介绍的应用于矿井提升机的逆变器变频调速系统中我们应用了上述较新的理论基础，并结合矢量控制理论和无速度传感器系统完成了一种应用于矿井提升机的大功率三电平SVPWM逆变器变频调速系统研究分析设计。
　　本文对大功率三电平逆变器无速度传感器矢量控制系统进行了研究。首先课题研究分别对交流电机控制技术和大功率三电平逆变器的发展进行了综述，分析了三电平中点钳位式逆变器拓扑结构的优势，接着阐述了空间电压矢量控制(SVPWM)的原理、坐标变换、磁场定向控制和异步电机在不同坐标系下的数学模型，为进一步研究异步电机无速度传感器矢量控制技术提供了理论基础。针对无速度传感器矢量控制系统对于电机参数精度的较高要求，本文提出了一种非常实用，适合现场实际的感应电机离线参数辨识方法，进行了仿真，并与给定值进行了比较，得到的结果在允许的误差范围之内，说明这种方法是一种行之有效的感应电机参数辨识方法。在本文的最后一章本文详细分析了基于模型参考自适应系统的无速度传感器速度辨识系统和全阶状态观测器速度辨识系统的基本理论依据。针对基于两种方法的无速度传感器矢量控制系统，在MATLAB/Simulink仿真条件下对进行了仿真，对仿真结果进行了分析和比较。仿真结果表明全阶速度自适应转子状态观测器转速估算的精度比模型参考自适应系统的估算精度要高。
　　最后对本文的工作进行了总结，对以后的研究做出了分析和展望。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 变频调速领域发展现状及研究前景

1．2 中点钳位式大功率三电平变频器在矿井提升机系统中的应用

1．3 本文的研究方向及主要工作

第2章 二极管钳位式三电平拓扑结构研究

2．1 二极管钳位式三电平逆变电路拓扑结构

2．2 二极管钳位式逆变电路工作原理

2．3 控制要求下的主电路设计

2．3．1 开关器件选择

2．3．2 钳位二极管和续流二极管的选择

2．3．3 直流侧电容的选取

2．3．4 缓冲电路选择

2．4 本章小结

第3章 中点钳位式三电平逆变器空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)策略

3．1 概述

3．2 空间电压矢量脉宽调制

3．3 三电平SVPWM算法及MATLAB仿真设计

3．3．1 αβ坐标系下的参考电压矢量

3．3．2 大扇区的判断

3．3．3 小扇区的判断

3．3．4 作用时间的计算

3．3．5 时间状态分配

3．4 仿真结果分析

3．5 本章小结

第4章 感应电机参数辨识

4．1 概述

4．2 电机参数离线辨识

4．2．1 定子电阻的检测

4．2．2 转子电阻和漏感的检测

4．2．3 互感的辨识

4．2．4 电流电压功率因数的检测

4．3 仿真结果分析

4．3．1 定子电阻Rs

4．3．2 转子电阻Rr和定转子漏感Lls=Llr

4．3．3 互感Lm

4．4 本章小结

第5章 无速度传感器矢量控制系统

5．1 无速度传感器的感应电机控制方法

5．2 基于模型参考自适应系统(MRAS)的速度辨识方法

5．2．1 模型参考自适应系统设计的基本理论

5．2．2 模型参考自适应原理无速度传感器的自适应系统设计

5．3 基于全维状态观测器模型参考自适应系统

5．3．1 全阶状态观测器模型

5．3．2 基于S函数的电机状态空间模型

5．3．3 仿真结果分析

5．4 矢量控制原理

5．4．1 异步电动机的数学模型

5．4．2 异步电机矢量控制的基本思想

5．4．3 矢量变换原理

5．4．4 两相同步MT旋转坐标系下的数学模型

5．4．5 转子磁链磁场定向

5．4．6 转子磁链观测

5．5 无速度传感器矢量控制系统实现

5．6 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

致谢