基于三电平逆变器的异步电机转子磁场定向控制系统的研究

摘要

随着电力电子技术、现代控制理论、微机控制技术的快速发展，异步电机调速也取得了突破性的进展，并逐渐向高压大功率的方向发展。其中转子磁场定向控制是应用最广泛的调速方法。三电平逆变器因为其可以实现更高的电压等级，输出较少的谐波含量等优势在高压大功率的逆变场合得到了广泛的应用。因此，对结合三电平逆变器的异步电机磁场定向控制的研究具有实际的应用意义。
　　本文首先介绍了三电平逆变器的拓扑结构，开关状态以及工作原理，分析了适合于三电平逆变器的SVPWM控制策略，详细研究了SVPWM控制的具体步骤和方法，包括区域判断，矢量作用时间计算，矢量作用顺序及作用时间分配，针对三电平逆变器中点电压偏移的问题采用了减小中点电压偏移的矢量作用顺序和时间分配方法。本文介绍了异步电机在三相静止坐标系上的数学模型和坐标变换的方法，按照磁场等效的原则通过坐标变换推导出异步电机在两相任意旋转坐标系和两相同步旋转坐标系上的数学模型，为仿照直流电机控制方法提出的磁场定向方法提供了条件;分析了转子磁场定向控制的的基本原理，转子磁链观测模型，采用了间接转子磁链观测的方法，针对直接观测转子磁链的方法推导了三电平逆变器的电压重构公式;设计了基于三电平逆变器的异步电机转子磁场定向控制系统，包括磁链闭环，转速闭环，电压前馈补偿。本文采用MATLAB/Simulink对系统进行了建模和仿真分析，仿真结果表明:三电平逆变器的输出电压波形正确，转子磁链观测准确，电压重构正确，系统启动带大负载和突加负载都具有良好的动态性能。最后，对系统的硬件进行了设计。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景和意义

1．2 多电平逆变器综述

1．2．1 多电平逆变器的发展概况

1．2．2 多电平逆变器的控制技术

1．3 异步电机转子磁场定向控制技术综述

1．3．1 交流调速的发展概况

1．3．2 转子磁场定向控制技术的发展概况

1．4 课题研究的主要内容

第2章 二极管箝位式三电平逆变器

2．1 二极管嵌位式三电平逆变器介绍

2．2 二极管嵌位式三电平逆变器工作原理

2．2．1 拓扑结构

2．2．2 开关状态

2．3 三电平逆变器的SVPWM控制策略

2．3．1 三电平SVPWM控制策略的基本原理

2．3．2 区域判断

2．3．3 矢量作用时间计算

2．3．4 矢量作用顺序及时间分配

2．4 本章小节

第3章 异步电机转子磁场定向控制

3．1 异步电机动态数学模型

3．1．1 三相异步电动机的数学模型

3．1．2 坐标变换

3．1．3 异步电机在两相任意旋转坐标系上的数学模型

3．1．4 异步电机在两相同步旋转坐标系上的数学模型

3．2 异步电机转子磁场定向控制

3．2．1 异步电机转子磁场定向控制简介

3．2．2 转子磁场定向控制的基本原理

3．3 异步电机转子磁场定向控制系统

3．3．1 转子磁链观测模型

3．3．2 异步电机转速、磁链双闭环控制系统

3．3．3 转速闭环控制

3．3．4 磁链闭环控制

3．3．5 电压前馈补偿

3．3．6 三电平电压重构

3．4 本章小结

第4章 控制系统仿真分析

4．1 MATLAB／Simulink软件介绍

4．2 SVPWM三电平逆变器仿真

4．2．1 仿真模型

4．2．2 仿真结果分析

4．3 异步电机转子磁场定向控制系统仿真

4．3．1 仿真模型

4．3．2 仿真结果分析

4．4 本章小结

第5章 系统硬件设计

5．1 TMS320F28335简介

5．2 控制系统硬件设计

5．2．1 逆变器电路参数计算

5．2．2 控制系统电路设计

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

致谢