基于直接转矩控制的异步电动机变频调速系统的研究

摘要

随着新型电力电子器件、智能功率模块的问世,现代控制理论的发展和计算机技术的应用,交流调速技术日新月异,新的控制策略不断涌现,使得交流调速开始全面取代直流调速。在交流调速技术中,变频调速以其优异的调速性能、高效节能和广泛的应用范围等优点而被认为是最有发展前途的调速方式。直接转矩控制技术是上世纪八十年代中期发展起来的新技术。他是继矢量控制技术之后,并有超越矢量控制技术之势的一种新型高效能的交流调速传动控制技术。它利用空间矢量的分析方法,直接在定子坐标系下计算和控制交流电动机的磁链和转矩,采用定子磁场定向,直接跟踪定子磁链和转矩,借助于两点式调节产生PWM信号,对逆变器的开关状态进行最佳控制,以获得高动态性能的转矩响应。系统的主电路采用交—直—交拓扑结构,功率器件采用智能功率模块IPM。调速系统的控制芯片采用Intel公司专门为电机控制而设计的高性能处理器—80C196MC,利用该处理器中的波形发生器WFG直接用软件产生三相调制波。本课题在软件设计中,详细论述了基于80C196MC单片机控制的DTC的算法构成、波形发生器有关参数计算及相关寄存器设置,控制程序用汇编语言编制。本文根据直接转矩控制原理,利用MATLAB/SIMULINK软件对异步电动机直接转矩控制系统进行建模和仿真,取得了较好的效果,在电力电子与电力传动教学试验台上进行了系统调试,实验结果表明:DTC调制时电机电流的谐波小,电压利用率高、电机的高频噪声低。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 交流电动机调速技术的发展和现状

1.2 交流调速系统的类型

1.2.1 异步电动机调速系统的基本类型

1.2.2 同步电动机调速系统的基本类型

1.3 交流调速系统今后的发展趋势和动向

1.4 课题的研究目的及意义

第二章 异步电动机变频调速原理

2.1 变频调速的基本控制方式

2.1.1 基频以下调速

2.1.2 基频以上调速

2.2 异步电动机电压—频率协调控制的稳态机械特性

2.2.1 恒压恒频时异步电动机的机械特性

2.2.2 基频以下电压—频率协调控制时的机械特性

2.2.3 基频以上变频调速时的机械特性

2.2.4 交流调速的脉宽调制技术

2.3 直接转矩控制的基本概念

2.4 直接转矩控制的基本组成

第三章 SIMULINK仿真模型的建立

3.1 仿真工具和算法的选择

3.1.1 MATLAB/SIMULINK简介

3.1.2 仿真算法

3.2 仿真模块的建立

3.3 仿真结果的分析

第四章 变频调速系统的硬件设计

4.1 系统介绍

4.2 主电路的设计

4.2.1 整流电路设计

4.2.2 中间滤波电路设计

4.2.3 IPM选择

4.3 保护电路的设计及参数计算

4.3.1 启动限流电路设计

4.3.2 过压保护电路设计

4.3.3 过流保护电路设计

4.4 系统的控制电路

第五章 系统的软件设计

5.1 波形发生器的基本原理

5.2 SPWM程序设计

5.2.1 一个载波周期中脉宽调制时间的计算

5.2.2 做表的问题

5.3 DTC程序设计

5.4 程序框图

5.4.1 主程序框图

5.4.2 中断服务子程序框图

第六章 实验结果

6.1 实验对象及其参数

6.2 实验结果

第七章 结论

参考文献

致谢

作者简介

附录A 汇编程序代码

附录B 系统原理图